專利名稱：一種改善先柵極工藝中高k柵電介質(zhì)pmos負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法。
背景技術(shù)：
為提高器件性能，降低柵極漏電流，高K柵電介質(zhì)技術(shù)已經(jīng)應用到45納米以下節(jié)點。然而，由于高K柵電介質(zhì)與硅的界面具有大量的界面態(tài)，這些界面態(tài)在半導體制程中會與氫形成不穩(wěn)定的化學鍵，而這些不穩(wěn)定的氫鍵在PMOS器件工作過程中會產(chǎn)生大量界面態(tài)，從而改變PMOS性能。使得高K柵電介質(zhì)的PMOS器件具有很嚴重的負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI— Negative Bias Temperature ^stability)效應，也即PMOS器件在高溫和負柵壓下出現(xiàn)的電學參數(shù)漂移現(xiàn)象。現(xiàn)有技術(shù)中一般采用下述的方法改善Si02柵電介質(zhì)PMOS 器件負偏置溫度不穩(wěn)定性(1)優(yōu)化柵氧；(2)在生長柵氧化層之前，通過表面處理的方法引入氟；(3)在源漏離子注入時，注入氟離子或BF2。本發(fā)明能夠有效改善先柵極工藝中高 K柵電介質(zhì)PMOS器件的負偏置溫度不穩(wěn)定性效應。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，可以在界面處形成穩(wěn)定的化學鍵，有效改善PMOS器件的負偏置溫度不穩(wěn)定性效應，簡單實用。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其中，包
括
沉積NMOS器件區(qū)域的高K材料層和第一金屬層，其中，所述第一金屬層覆蓋于所述高 K材料層上方；
選擇性地在PMOS器件區(qū)域蝕刻所述第一金屬層并在PMOS器件區(qū)域沉積第二金屬層； 多晶硅柵沉積之后在柵極中通過離子注入注入氟離子至PMOS器件區(qū)域； 進行源漏離子注入熱擴散。上述的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其中，在柵極沉積后在柵極中通過注入單質(zhì)氟離子注入氟離子至PMOS器件區(qū)域。上述的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其中，在柵極沉積后在柵極中通過注入含氟化合物注入氟離子至PMOS器件區(qū)域。上述的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其中，所述氟離子的注入能量范圍為是1 KeV至20 KeV，注入劑量范圍為lE14/cm2至3 E15/cm2。上述的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其中，在所述通過源漏離子注入熱擴散的步驟中，使得氟離子進入高K柵極電介質(zhì)層， 氟離子在Hf02/Si02和Si02/Si界面處分別形成較穩(wěn)定的Hf-F和Si-F化學鍵。本發(fā)明的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性的方法， 由于在多晶硅柵沉積之后，源漏離子注入熱擴散之前，在柵極中通過離子注入技術(shù)注入氟離子，并通過源漏熱擴散使得氟離子在Hf02/Si02和Si02/Si界面處分別形成較穩(wěn)定的化學鍵，從而有效抑制了 PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應，簡單實用。
圖1為本發(fā)明的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性的一個優(yōu)選實施方式的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性的方法做進一步詳細的說明。本發(fā)明的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性的方法， 包括步驟
沉積NMOS器件區(qū)域的高K材料層和第一金屬層，其中，所述第一金屬層覆蓋于所述高 K材料層上方；
有選擇性地蝕刻所述第一金屬層并為PMOS器件區(qū)域沉積第二金屬層； 多晶硅柵沉積之后在柵極中通過離子注入注入氟離子至PMOS器件區(qū)域； 進行源漏離子注入熱擴散。如圖1所示，在一個優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性的方法，執(zhí)行以下的步驟順序
步驟Sl 沉積NMOS器件區(qū)域1的高K材料層101和第一金屬層102，其中，所述第一金屬層102覆蓋于所述高K材料層101上方；
步驟S2 選擇性地在PMOS器件區(qū)域2蝕刻所述第一金屬層并在PMOS器件區(qū)域2沉積第二金屬層；
所述第一金屬層102并在PMOS器件區(qū)域2沉積第二金屬層201 ； 在此步驟中，通過研磨圖形化第一金屬層102，使之僅覆蓋于NMOS器件區(qū)域1之上，并在高K材料層101和圖形化后的第一金屬層102的基礎(chǔ)上進一步沉積第二金屬層201。步驟S3 多晶硅刪沉積之后在柵極中通過離子注入注入氟離子至PMOS器件區(qū)域 2 ；
經(jīng)過步驟S2后圖形化第二金屬層201并刻蝕之后，且在源漏離子注入熱處理之前， 在柵極中通過離子注入技術(shù)，注入單質(zhì)氟離子或含氟化合物如BF2到PMOS器件區(qū)域2。其中，氟離子的注入能量范圍是1 KeV至20 KeV，其中的eV表示基元電荷在移動到比原位置電勢低IV位置處時電場力所做的功；離子注入劑量范圍為lE14/cm2至3 E15/cm2，也即是 IXlO1Vcm2 至 3X1015/cm2·的范圍。步驟S4 進行源漏離子注入熱擴散。通過此步驟中所進行的源漏離子注入熱擴散，使得氟離子在Hf02/Si02和Si02/Si界面處分別形成較穩(wěn)定的Hf-F和Si-F化學鍵，這種化學鍵在PMOS器件工作中不容易產(chǎn)生界面態(tài).從而改善了 PMOS的負偏置溫度不穩(wěn)定性效應。本發(fā)明的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性的方法， 由于在多晶硅柵沉積之后，源漏離子注入之前，在柵極中通過離子注入技術(shù)注入氟離子，并通過源漏熱擴散使得氟離子在Hf02/Si02和Si02/Si界面處分別形成較穩(wěn)定的化學鍵，從而有效抑制了 PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應，簡單實用。應當指出的是，上述內(nèi)容只是本發(fā)明的最佳實施方式的列舉，其中未盡詳細描述的部分，應該理解為用本技術(shù)領(lǐng)域的一般方式予以實施。同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，在不偏離本發(fā)明的精神范疇內(nèi)對本發(fā)明所做的等效變換和修飾，都將落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其特征在于，包括沉積NMOS器件區(qū)域的高K材料層和第一金屬層，其中，所述第一金屬層覆蓋于所述高 K材料層上方；選擇性地在PMOS器件區(qū)域蝕刻所述第一金屬層并在PMOS器件區(qū)域沉積第二金屬層；多晶硅柵沉積之后在柵極中通過離子注入注入氟離子至PMOS器件區(qū)域；進行源漏離子注入熱擴散。
2.如權(quán)利要求1所述的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其特征在于，在柵極沉積后在柵極中通過注入單質(zhì)氟離子注入氟離子至 PMOS器件區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其特征在于，在柵極沉積后在柵極中通過注入含氟化合物注入氟離子至 PMOS器件區(qū)域。
4.如權(quán)利要求2所述的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其特征在于，所述氟離子的注入能量范圍為是1 KeV至20 KeV，注入劑量范圍為 lE14/cm2 至 3 E15/cm2。
5.如權(quán)利要求1所述的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其特征在于，在所述通過源漏離子注入熱擴散的步驟中，使得氟離子進入高 K柵極電介質(zhì)層，氟離子在Hf02/Si02和Si02/Si界面處分別形成較穩(wěn)定的Hf-F和Si-F化學鍵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應的方法，其中，包括沉積NMOS器件區(qū)域的高K材料層和第一金屬層，其中，所述第一金屬層覆蓋于所述高K材料層上方；有選擇性地蝕刻所述第一金屬層并為PMOS器件區(qū)域沉積第二金屬層；多晶硅柵沉積之后在柵極中通過離子注入注入氟離子至PMOS器件區(qū)域；進行源漏離子注入熱擴散。本發(fā)明的一種改善先柵極工藝中高K柵電介質(zhì)PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性的方法，由于在多晶硅柵沉寂之后，源漏離子注入之前，在柵極中通過離子注入注入氟離子，并通過源漏熱擴散使得氟離子在HfO2/SiO2和SiO2/Si界面處分別形成較穩(wěn)定的化學鍵，從而有效抑制了PMOS負偏置溫度不穩(wěn)定性效應，簡單實用。
文檔編號H01L21/336GK102420187SQ201110150699
公開日2012年4月18日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者謝欣云, 陳玉文, 黃曉櫓 申請人:上海華力微電子有限公司