[发明专利]一种防止高K材料氧扩散的方法

说明书

本发明公开了一种防止高K材料氧扩散的方法，通过在超薄界面层和高K材料界面处增加淀积一层金属Ru作为缓冲层，并在高K材料淀积完好后进行退火，使高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO₂，从而可防止氧和衬底中的硅反应形成氧扩散；同时，还可阻止超薄界面层中的OH^—和高K材料生成Hf的亚氧化物HfO₂H₂x,避免电子由Hf向功函数金属转移形成界面，造成有效功函数的降低，从而提高了电路的电学特性和可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种可防止高K材料氧扩散的方法。

背景技术

SiO₂介质长期作为栅极氧化层应用于CMOS技术领域，并为维持器件的缩小而逐渐减薄。然而，进入45nm技术节点，太薄的SiO₂介质已达到物理极限，即便采用SiON代替SiO₂将传统技术沿用至45-32nm技术代，仍无法避免漏电流增大的问题。

目前，在32nm及以下技术代，业界普遍采用高K(High-k，高介电常数)材料代替SiO₂，其不但拥有高的介电常数，同时还具备类似SiO₂的优越性能。但高k介质材料与作为栅电极材料的多晶硅并不兼容，两者界面缺陷引起的费米能级钉扎效应会导致阈值电压升高，且高k材料本身的表面声子散射效应也会导致载流子迁移率的降低。此外，多晶硅耗尽层效应也会降低器件的性能。

采用金属代替多晶硅作为栅电极材料，可以解决上述问题，进一步提高器件的性能。然而，高K材料由于其热稳定差，在高温沉积过程中会与沟道以及栅电极发生反应，生成SiO₂和硅酸盐，导致其与沟道和栅极之间容易发生界面反应。如HfO₂和Si之间会发生如下反应：

2Si+HfO₂——HfSi+SiO₂

上述反应形成的SiO₂等中间层介电常数低，会导致栅介质层的有效介电性能降低，增大EOT。而且，此中间层具有高的氧化物缺陷密度，会降低沟道表面载流子浓度和迁移率。另外，高K材料的结晶温度普遍较低，热处理会导致内部非晶变为多晶，而多晶的晶界之间存在缺陷，这些有缺陷的晶界会变成漏电流的通道，导致漏电流增大。

为了减缓上述问题，业界在衬底硅和高K材料之间增加了一层超薄界面层(IL)，这种界面层通常由一薄层SiO₂或SiON形成缓冲层，层厚约为4-10A。通常这层缓冲层采用化学氧化层的方式生长，但是，由化学方式生长的界面层呈多孔结构，其表面OH^—会使高K材料生成Hf的亚氧化物HfO₂H₂x,并会在介质层中产生氧空位，导致电子由Hf向功函数金属转移形成界面，造成有效功函数的降低，并因此降低电路的电学特性和可靠性。

因此，鉴于以上原因，急需开发一种防止高K材料氧扩散的方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种防止高K材料氧扩散的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种防止高K材料氧扩散的方法，包括：

步骤一：提供一硅衬底，在所述硅衬底上淀积一层超薄界面层(IL)；

步骤二：在所述超薄界面层上淀积一层金属Ru作为缓冲层；

步骤三：在所述金属Ru上继续淀积高K材料；

步骤四：退火，使所述高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO₂。