[发明专利]栅极层沉积之后的退火方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体器件的制造方法，更具体地涉及的是栅极层沉积之后的退火。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业经历了迅速的发展。IC材料和设计的技术发展产生出多代IC，每个新一代IC都具有比前一代更小但更复杂的电路。然而，这些发展增加了IC的加工和制造的复杂性，并且为了实现这些发展，IC的加工和制造也需要类似的发展。在IC的发展过程中，通常增大了功能密度(即，每个芯片区域的互连器件数量)，而减小了几何尺寸(即，使用制造工艺可以产生的最小部件或线)。这种按比例缩小的工艺的优点在于提高了生产效率并且降低了相关成本。

在比例缩放的趋势下，在形成场效应晶体管(FET)时各种材料都被用于栅电极和栅极介电。一种方法是利用用于栅电极的金属和用于栅极介电的高介电常数(高-k)介电来制造这些器件。然而，在栅极结构中，高-k金属栅极(HKMG)器件通常需要附加层。例如，可以使用功函数层来调整金属栅极的功函数值。由于缩小的尺寸和加工方法，因此，HKMG器件可能会出现器件性能问题。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种在硅衬底上制造p-型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)器件的栅极结构的方法，包括：在所述衬底上形成所述栅极结构，其中，所述栅极结构包括开口，所述开口形成于去除了一个或多个伪层之后；在所述开口中的所述硅衬底上形成界面氧化物层；将高介电常数(高-k)的介电层沉积在所述界面氧化物层上方；以及实施2阶段预热的高温退火，以减小位于所述硅衬底和所述界面氧化物层之间的界面处的界面态的数量，并且以改进所述PMOS器件的所述PMOS负偏压温度不稳定性(NTBI)性能，其中，在大约400℃至大约600℃的范围内的温度下实施第一阶段预热，并且其中，在大约700℃至大约900℃的范围内的温度下实施第二阶段预热，并且在875℃至大约1200℃的范围内的峰值温度下实施高温退火。

在该方法中，所述第一阶段预热的第一持续时间在大约2秒至大约20秒的范围内，所述第二阶段预热的第二持续时间在大约1秒至大约20秒的范围内；并且其中，所述高温退火的第三持续时间在大约1毫秒至大约5秒的范围内。

在该方法中，所述高温退火是快速热退火(RTA)工艺，并且其中，在大约750℃至大约800℃的范围内的温度下，以大约4秒至大约20秒的范围内的持续时间实施所述第二阶段预热，并且其中，在大约875℃至大约1010℃的范围内的峰值温度下，以大约0.5秒至大约5秒的范围内的T_peak-50C持续时间实施所述高温退火。

在该方法中，所述高温退火是毫秒退火，并且其中，在大约700℃至大约900℃的范围内的温度下，以大约1秒至大约20秒的范围内的持续时间实施所述第二阶段预热，并且其中，在大约950℃至大约1200℃的范围内的峰值温度下，以大约1毫秒至大约40毫秒的范围内的持续时间实施所述高温退火。

在该方法中，进一步包括：在所述高-k介电层上方沉积导电并且含金属的栅极层。

在该方法中，所述导电并且含金属的栅极层选自由第一阻挡层、p-型功函数层、或第二阻挡层构成的组。

在该方法中，在沉积了所述导电并且含金属的栅极层之后实施所述2阶段预热的高温退火。

在该方法中，在所述栅极结构完全形成之后实施所述2阶段预热的高温退火。

在该方法中，所述p-型功函数层选自由TiN、W、WN、或其组合构成的组。

在该方法中，所述高-k介电层包含HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO或HfZrO。

在该方法中，所述界面氧化物层是在湿式清洁之后所形成的本征氧化物，并且其中，所述界面氧化物层的厚度在大约至大约的范围内。

在该方法中，在将所述高介电常数(高-k)的介电层沉积在所述界面氧化物层上方之后，实施所述2阶段预热的高温退火。

在该方法中，所述2阶段预热改进了所述界面氧化物层和所述高-k介电层的相互混合，并且所述高温退火减少了位于所述硅衬底和所述界面氧化物层之间的所述界面处的所述界面态。