本申請涉及半導(dǎo)體，具體涉及一種硅摻雜氮化鈦薄膜材料的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、高k金屬柵(hkmg)中高介電常數(shù)層(hk層)表面覆蓋一層蓋帽(cap)層，其通常為氮化鈦(tin)薄膜。氮化鈦薄膜能夠?qū)Ω呓殡姵?shù)層進(jìn)行保護(hù)并在后續(xù)刻蝕工藝中作為刻蝕停止層(etch?stop?layer)，其表面通常還會形成一層氮化鉭(tan)層，二者疊加形成底部阻擋層(bottom?barrier?metal，bbm)，由于其最接近高介電常數(shù)層，因此它的質(zhì)量會影響到器件性能。

2、隨著半導(dǎo)體制造工藝節(jié)點的進(jìn)一步縮小，由原來的先柵(gate-first)工藝到現(xiàn)在的后柵(gate-last)工藝，為了后續(xù)金屬柵極填充，氮化鈦薄膜在減薄的同時又需要保證其刻蝕停止層/底部阻擋層的性能，對其薄膜本身的性質(zhì)要求進(jìn)一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本申請的目的在于提供一種硅摻雜氮化鈦薄膜材料的制備方法和應(yīng)用，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中氮化鈦薄膜因厚度減小導(dǎo)致性能下降的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的及其它相關(guān)目的，本申請?zhí)峁┮环N硅摻雜氮化鈦薄膜材料用于制備具有高k金屬柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的應(yīng)用，所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)的制備方法包括：

3、步驟一，提供一襯底，在襯底上形成界面層；

4、步驟二，在界面層上形成柵極介質(zhì)層；

5、步驟三，在柵極介質(zhì)層上形成硅摻雜氮化鈦薄膜；

6、步驟四，在硅摻雜氮化鈦薄膜上依次形成氮化鉭層和金屬柵極；

7、其中，在步驟三中，采用先長一定厚度的氮化鈦再通硅烷摻硅夾層循環(huán)的生長方式形成硅摻雜氮化鈦薄膜。

8、優(yōu)選的，界面層的材料包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

9、優(yōu)選的，通過原子層沉積、化學(xué)氣相沉積或濺射形成界面層。

10、優(yōu)選的，柵極介質(zhì)層包括高k材料層。

11、優(yōu)選的，高k材料層包括鉿基材料層。

12、優(yōu)選的，通過熱氧化、原子層沉積或化學(xué)氣相沉積形成柵極介質(zhì)層。

13、優(yōu)選的，夾層循環(huán)生長的循環(huán)次數(shù)根據(jù)制備的半導(dǎo)體器件的性能參數(shù)而定。

14、優(yōu)選的，氮化鉭層和硅摻雜氮化鈦薄膜共同構(gòu)成底部阻擋層。

15、優(yōu)選的，通過原子層沉積或化學(xué)氣相沉積形成氮化鉭層。

16、優(yōu)選的，通過物理氣相沉積形成金屬柵極。

17、如上所述，本申請?zhí)峁┑墓钃诫s氮化鈦薄膜材料的制備方法和應(yīng)用，具有以下有益效果：硅摻雜氮化鈦薄膜更抗刻蝕，減少漏電，提高器件性能；硅原子可以吸收柵極介質(zhì)層中的氧空位，提高器件性能；硅摻雜氮化鈦更無定形化，增加離子擴散的通道，更有效地阻擋金屬離子向柵極介質(zhì)層的擴散；優(yōu)化工藝制程，降低成本。

技術(shù)特征：

1.一種硅摻雜氮化鈦薄膜材料用于制備具有高k金屬柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的應(yīng)用，其特征在于，所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)的制備方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述界面層的材料包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用，其特征在于，通過原子層沉積、化學(xué)氣相沉積或濺射形成所述界面層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述柵極介質(zhì)層包括高k材料層。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述高k材料層包括鉿基材料層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的應(yīng)用，其特征在于，通過熱氧化、原子層沉積或化學(xué)氣相沉積形成所述柵極介質(zhì)層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述夾層循環(huán)生長的循環(huán)次數(shù)根據(jù)制備的所述半導(dǎo)體器件的性能參數(shù)而定。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述氮化鉭層和所述硅摻雜氮化鈦薄膜共同構(gòu)成底部阻擋層。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的應(yīng)用，其特征在于，通過原子層沉積或化學(xué)氣相沉積形成所述氮化鉭層。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，通過物理氣相沉積形成所述金屬柵極。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N硅摻雜氮化鈦薄膜材料的制備方法和用于制備具有高K金屬柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的應(yīng)用。該高K金屬柵結(jié)構(gòu)的制備方法包括：步驟一，提供一襯底，在其上形成界面層；步驟二，在界面層上形成柵極介質(zhì)層；步驟三，在柵極介質(zhì)層上形成硅摻雜氮化鈦薄膜；步驟四，在硅摻雜氮化鈦薄膜上依次形成氮化鉭層和金屬柵極；其中，步驟三中采用先長一定厚度的氮化鈦再通硅烷摻硅夾層循環(huán)的生長方式形成硅摻雜氮化鈦薄膜。本申請?zhí)峁┑墓钃诫s氮化鈦薄膜更抗刻蝕，減少漏電，提高器件性能；硅原子吸收柵極介質(zhì)層中的氧空位，提高器件性能；硅摻雜氮化鈦更無定形化，增加離子擴散通道，更有效地阻擋金屬離子向柵極介質(zhì)層的擴散；優(yōu)化工藝制程，降低成本。

技術(shù)研發(fā)人員：王莎莎,王詩昊,郭曉清,曾招欽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海華力集成電路制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17