[发明专利]一种制备金属性金属氮化物薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术中的高k和金属栅材料技术领域，尤其涉及一 种制备金属性金属氮化物薄膜的方法，特别是一种将绝缘性金属氮化物薄 膜转变为金属性金属氮化物薄膜的方法。

背景技术

随着半导体技术的飞速发展，目前国际范围内的各主要半导体公司都 已开始着手面向32纳米及以下技术代的“高k/金属栅”技术的开发。金属 氮化物(包括HfN、TaN)由于其优良的热稳定性、较低的电阻率以及和 良好的与铪基高k介质材料的兼容性，因此作为一种非常重要的金属栅电 极极材料被广泛的研究和应用。

目前，合成HfN或TaN薄膜主要有两种方法，一种是物理气相沉积 方法(如溅射)，一种是化学沉积方法(如MOCVD、ALD等)。而利用溅 射方法制备金属栅时，由于溅射出的原子能量较高，容易对氧化物介质薄 膜产生损伤，从而导致大量的缺陷。例如，当SiO₂栅介质厚度降至3纳米 以下时，这种损伤变得不可接受，从而导致电学特性失效。所以化学方法 是相对较好的合成HfN或TaN薄膜的方法，尤其是当栅介质薄膜变得越 来越薄的时候。

另一方面，利用化学方法合成氮化物金属栅时，也存在着一些具有挑 战性的问题。化学合成方法中一般会采用氨气(NH₃)做为还原剂来制备 HfN或TaN薄膜。但是，NH₃具有很强的还原性，这导致用该方法制备的 铪或钽氮化物薄膜含有过多的N元素而变成绝缘性金属氮化物薄膜，如 Hf₃N₄和Ta₃N₅等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种利用化学方法结合Ar离 子轰击后处理合成金属性金属氮化物薄膜的方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制备金属性金属氮化物薄膜的方 法，该方法包括：

采用化学方法制备绝缘性金属氮化物薄膜；

用Ar离子轰击该绝缘性金属氮化物薄膜表面，减小该绝缘性金属氮 化物薄膜中氮元素的含量，将该绝缘性金属氮化物薄膜转变为金属性金属 氮化物薄膜；

其中，所述绝缘性金属氮化物薄膜为HfN_x或TaN_x薄膜，金属性金属 氮化物薄膜为HfN_y或TaN_y薄膜，并经过能量为500电子伏特至4000电 子伏特的Ar离子轰击该绝缘性HfN_x或TaN_x薄膜表面，将其转化为金属 性HfN_y或TaN_y薄膜，且X＞1，0＜y≤1。

上述方案中，在采用化学方法制备绝缘性金属氮化物薄膜时，所述化 学方法是金属有机化学气相沉积方法MOCVD、原子层沉积方法ALD或 等离子增强金属有机化学气相沉淀方法PEMOCVD。

上述方案中，所述绝缘性金属氮化物薄膜是Hf₃N₄或Ta₃N₅薄膜。。

上述方案中，所述绝缘性金属氮化物薄膜和金属性金属氮化物薄膜的 厚度为1纳米至5纳米。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，可以减少溅射沉积等物理气相沉积方法在制备金属 栅过程中因高能粒子直接和栅绝缘材料接触而产生的缺陷和损伤。

2、利用本发明，可以通过Ar离子的选择性轰击作用调节金属氮化物 薄膜的氮含量，进而对该薄膜进行改性。本发明能够有效地解决化学合成 方法制备金属栅电极中存在的绝缘性金属氮化物薄膜形成的问题，这极大 地拓展了化学合成方法在制备金属氮化物栅电极领域中的应用。

附图说明

图1是依照本发明实施例在已做好前期工艺处理的SiO₂上生长高k 介质层的示意图；

图2是依照本发明实施例用金属有机化学气相沉积或原子层沉积方法 合成绝缘性HfN_x或TaN_x薄膜(x＞1)的示意图；

图3是依照本发明实施例用Ar离子轰击绝缘性金属氮化物薄膜表面 的示意图；