[发明专利]抑制高k栅介质/金属栅结构界面层生长的方法有效

申请号：	200910077522.0	申请日：	2009-01-21
公开（公告）号：	CN101783298A	公开（公告）日：	2010-07-21
发明（设计）人：	王文武;陈世杰;陈大鹏	申请（专利权）人：	中国科学院微电子研究所
主分类号：	H01L21/336	分类号：	H01L21/336;H01L21/324
代理公司：	中科专利商标代理有限责任公司 11021	代理人：	周国城
地址：	100029 ***	国省代码：	北京;11
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摘要：
搜索关键词：	抑制介质金属结构界面生长方法
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【说明书】：

技术领域

本发明涉及纳米CMOS技术中的高k栅介质和金属栅结构技术领域，尤其涉及一种抑制高介电常数(高k)栅介质/金属栅结构在高温退火下界面层生长的方法。

背景技术

32/22纳米集成电路工艺关键核心技术的应用是集成电路发展的必然趋势，也是国际上主要半导体公司和研究组织竞相研发的课题之一。以“高 k/金属栅”技术为核心的CMOS器件栅工程研究是32/22纳米技术中最有代表性的关键核心工艺，与之相关的材料、工艺及结构研究已在广泛的进行中。

对于具有高k/金属栅结构的MOS器件，一个很重要的参数是等效氧化层厚度(Equivalent Oxide Thickness，EOT)，足够小的EOT是保障MOS 器件微缩及性能提高的必要条件。一般情况下，在高k栅介质层和硅衬底之间会有一薄的SiO₂界面层(0.5～1纳米)。为提高高k栅介质与硅衬底间界面的质量，SiO₂界面层通常采用高温热氧化的方法生长。另一方面，为满足32/22纳米技术MOS器件尺寸按比例缩小的要求，我们希望介电常数较低的SiO₂界面层的厚度要尽量的小，以达到降低整个栅结构EOT 的目的。

在CMOS器件加工工艺中，为使器件的源漏杂质激活，需要在900～ 1050℃左右进行高温退火处理。在此过程中，退火环境中的氧会由于高温作用扩散进具有高k/金属栅结构的MOS器件中，并穿过介质层最终到达栅介质与硅衬底的界面处，与硅衬底反应生成SiO₂，从而使SiO₂界面层变厚。这一问题将导致整个栅结构EOT的增加，并最终影响到器件的整体性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种用于抑制高k栅介质/金属栅结构在高温退火下界面层生长的方法，以达到在高温条件下阻止退火环境中的氧分子扩散到SiO₂/Si界面，进而与Si衬底反应生成SiO₂层的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种抑制高k栅介质/金属栅结构在高温退火下界面层生长的方法，该方法包括：

在硅衬底上生长SiO₂界面层；

在SiO₂界面层上沉积高k栅介质层；

在高k栅介质层上沉积金属栅电极；以及

在金属栅电极上沉积一层多晶硅帽层。

上述方案中，所述在硅衬底上生长SiO₂界面层的厚度为0～1nm。

上述方案中，该方法在金属栅电极上沉积一层多晶硅帽层后，进一步包括：对所述多晶硅帽层进行高温退火处理，然后在所述多晶硅帽层上淀积一层金属镍，并对金属镍层进行热处理形成镍硅化物帽层。

上述方案中，所述对多晶硅帽层进行高温退火处理是在900～1050℃ 下进行的，所述对金属镍层进行热处理是在400～600℃下进行的。