專利名稱：高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電子技術中的高k和金屬柵材料技術領域，尤其涉及一種高溫退火
處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法。
背景技術：
隨著半導體技術的飛速發(fā)展，目前國際范圍內的各主要半導體公司都已開始著手面向32納米及以下技術代的"高k/金屬柵"技術的開發(fā)。氮化鉿由于其優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、較低的電阻率以及和良好的與鉿基高k介質材料的兼容性，因此作為一種非常重要的金屬柵電極極材料被廣泛的研究和應用。 目前，合成氮化鉿薄膜主要有兩種方法， 一種是物理氣相沉積方法(如濺射)，一種是化學沉積方法(如M0CVD、 ALD等)。而利用濺射方法制備金屬柵時，由于濺射出的原子能量較高，容易對氧化物介質薄膜產生損傷，從而導致大量的缺陷。例如，當Si(^柵介質厚度降至3納米以下時，這種損傷變得不可接受，從而導致電學特性失效。所以化學方法是相對較好的合成氮化鉿薄膜的方法，尤其是當柵介質薄膜變得越來越薄的時候。
另一方面，利用化學方法合成氮化鉿金屬柵時，也存在著一些具有挑戰(zhàn)性的問題?；瘜W合成方法中一般會采用氨氣(NH3)做為還原劑來制備氮化鉿薄膜。但是，M^具有很強的還原性，這導致用該方法制備的氮化鉿薄膜含有過多的N元素而變成絕緣性金屬氮化物薄膜，如Hf3N4。
發(fā)明內容
( — )要解決的技術問題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性
氮化鉿薄膜的方法。
( 二 )技術方案 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，該方法包括 采用化學方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜； 采用高溫退火處理誘導相轉變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜。 上述方案中，在采用化學方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜時，所述化學方法是金屬有機化學氣相沉積方法MOCVD、原子層沉積方法ALD或等離子增強金屬有機化學氣相沉淀方法PEMOCVD。 上述方案中，所述絕緣性金屬氮化鉿薄膜的化學成分為MNX， X > 1 ，該絕緣性金屬氮化鉿薄膜的電阻率為> 10、 Q cm。。 上述方案中，所述采用高溫退火處理誘導相轉變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜的步驟中，是在真空環(huán)境中對絕緣性金屬氮化鉿薄膜進行高溫退火處理，退火溫度為800 1100攝氏度，時退火間為20 90秒。 上述方案中，所述金屬性金屬氮化鉿薄膜的化學成分為H預y，O < y《l，該金屬性金屬氮化鉿薄膜的電阻率為< 1X10、 Q cm。 上述方案中，所述絕緣性金屬氮化鉿薄膜和金屬性金屬氮化鉿薄膜的厚度為1納
米至5納米。(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 1、利用本發(fā)明，可以減少濺射沉積等物理氣相沉積方法在制備金屬柵過程中因高能粒子直接和柵絕緣材料接觸而產生的缺陷和損傷。。 2、利用本發(fā)明，可以通過高溫退火處理誘導絕緣性氮化鉿薄膜進行相轉變，進而改變薄膜特性，使其轉變?yōu)榻饘傩缘x薄膜。本發(fā)明能夠有效地解決化學合成方法制備金屬柵電極中存在的絕緣性金屬氮化物薄膜形成的問題，這極大地拓展了化學合成方法在制備金屬氮化物柵電極領域中的應用。 3、利用本發(fā)明，可以使高溫誘導相轉變制備氮化物柵電極和源-漏極激活退火同時進行，具有很好的工藝兼容性。
圖1是依照本發(fā)明實施例在已做好前期工藝處理的Si02上生長高k介質層的示意圖； 圖2是依照本發(fā)明實施例用金屬有機化學氣相沉積或原子層沉積方法合成絕緣性H預x薄膜(x> 1)的示意圖； 圖3是依照本發(fā)明實施例采用高溫退火處理將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜的示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。 本發(fā)明提供的這種高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，是先由金屬有機化學氣相沉積或原子層沉積等方法合成絕緣性H預,(x〉 1)薄膜，將該絕緣性MNX薄膜在真空、800 1100攝氏度的環(huán)境下退火處理20 90秒，誘導該絕緣薄膜發(fā)生相轉變合成金屬性H預y(y《1)薄膜。 如圖1所示，在已做好前期工藝處理的Si02薄膜上生長高k介質層。 如圖2所示，用金屬有機化學氣相沉積或原子層沉積等方法合成絕緣性MNX薄膜
(x > 1)。 如圖3所示，在真空環(huán)境下采用1100攝氏度高溫退火處理20秒，合成金屬性MNy薄膜(y《1)。 上述等離子增強金屬有機化學氣相沉淀方法(PEMOCVD)是在金屬有機化學氣相沉積過程中加入等離子體，以調節(jié)薄膜中的原子組分及氮含量，進而合成金屬性MNX薄膜的方法。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內。
權利要求
一種高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其特征在于，該方法包括采用化學方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜；采用高溫退火處理誘導相轉變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜。
2. 根據(jù)權利要求1所述的高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法， 其特征在于，在采用化學方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜時，所述化學方法是金屬有機化 學氣相沉積方法MOCVD、原子層沉積方法ALD或等離子增強金屬有機化學氣相沉淀方法 PEMOCVD。
3. 根據(jù)權利要求1所述的高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其 特征在于，所述絕緣性金屬氮化鉿薄膜的化學成分為MNX， X > 1 ，該絕緣性金屬氮化鉿薄膜 的電阻率為> 10、 Q cm。。
4. 根據(jù)權利要求1所述的高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其 特征在于，所述采用高溫退火處理誘導相轉變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉變?yōu)榻饘傩?金屬氮化鉿薄膜的步驟中，是在真空環(huán)境中對絕緣性金屬氮化鉿薄膜進行高溫退火處理， 退火溫度為800 1100攝氏度，時退火間為20 90秒。
5 根據(jù)權利要求1所述的高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其 特征在于，所述金屬性金屬氮化鉿薄膜的化學成分為H預y，O < y《l，該金屬性金屬氮化鉿 薄膜的電阻率為< 1X10、 Q cm。
6. 根據(jù)權利要求1所述的高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其 特征在于，所述絕緣性金屬氮化鉿薄膜和金屬性金屬氮化鉿薄膜的厚度為1納米至5納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫退火處理誘導相轉變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，該方法包括采用化學合成方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜；采用高溫退火處理誘導相轉變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜。利用本發(fā)明，可以有效地使絕緣性金屬氮化鉿薄膜在高溫熱處理的條件下發(fā)生相轉變，進而改性該薄膜的物理及電學特性，這使得利用化學合成方法制備金屬氮化物柵電極的應用成為可能。另外，本發(fā)明中涉及的高溫處理溫度為1000攝氏度左右，這和MOS晶體管中的源-漏極摻雜激活退火工藝的溫度相近，因此高溫誘導相轉變制備氮化物柵電極可以和源-漏極激活退火同時進行，具有很好的工藝兼容性。
文檔編號H01L21/28GK101740371SQ200810227479
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權日2008年11月26日
發(fā)明者王文武, 陳世杰 申請人:中國科學院微電子研究所