[发明专利]一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法

说明书

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法。一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，方法包括：提供一衬底，于衬底上形成PMOS区域与NMOS区域，其中PMOS区域与NMOS区域均包括高K介电层；于PMOS区域与NMOS区域的高K介电层的上方沉积氮化钛(TiN)；于PMOS区域与NMOS区域沉积一硅膜作为阻挡层，再于阻挡层上淀积P型功函数层；依次去除NMOS区域的P型功函数层、硅膜；对PMOS区域进行退火工艺。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法。

背景技术

随着半导体器件的集成化越来越高，对半导体器件的尺寸的要求也就越来越小，在超深亚微米级的时候，例如45纳米及以下技术节点时，MOSFET中的沟道长度的减小以及栅氧化层厚度的减薄会带来高漏电，会造成阈值电压的漂移。

在高k金属栅半导体工艺中，通常选用氮化钽(TaN)作为NMOS区域P型功函数层TiN移除的阻挡层，而TiN刻蚀制程本身会有一定的波动，这种波动会造成作为阻挡层的TaN剩余厚度的波动，最终也就反映到了NMOS金属栅器件的阈值电压波动上。

发明内容

针对上述半导体器件所存在的问题，本发明提供一种降低高K(High-K，高介电常数介质)金属栅器件阈值电压波动的方法，使得金属栅器件的阈值电压的波动性降低。

本发明采用如下技术方案：

一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，所述方法包括：

提供一衬底，于所述衬底上形成PMOS区域与NMOS区域，其中 所述PMOS区域与所述NMOS区域均包括高K介电层；

于所述PMOS区域与所述NMOS区域的高K介电层的上方沉积氮化钛(TiN)；

于所述PMOS区域与所述NMOS区域沉积一硅膜作为阻挡层，再于所述阻挡层上淀积P型功函数层；

依次去除所述NMOS区域的P型功函数层、所述硅膜；

对所述PMOS区域进行退火工艺。

优选的，所述方法还包括：

进行退火工艺后，对所述PMOS区域与所述NMOS区域淀积N型功函数层及金属栅工艺。

优选的，采用原子层沉积设备淀积所述硅膜。

优选的，采用所述原子层沉积设备淀积所述硅膜的厚度为

优选的，所述P型功函数层为TiN。

优选的，采用光刻与刻蚀工艺去除所述NMOS区域的所述P型功函数层。

优选的，采用四甲基氢氧化铵去除所述硅膜。

优选的，所述退火工艺中的退火温度为50-1250摄氏度。

优选的，所述退火工艺的时间为0.1-1000秒。

优选的，所述衬底上沉积氮化硅层，所述PMOS区域与所述NMOS区域形成于所述氮化硅层中。

优选的，所述PMOS区域与所述NMOS区域还包括中间层。

本发明的有益效果是：

本发明在HKMG半导体工艺中，利用硅膜替代TaN作为阻挡层，在NMOS区域P型功函数层TiN移除之后，随之移除剩余硅阻挡层，以此摒除阻挡层剩余厚度波动带来的NMOS阈值电压波动。而紧接着又利用退火工艺使PMOS区域的硅充分扩散，与其上下层的TiN形成TiSiN中间层。这种氮硅化合物因其无定形性，本身具有较小的功函数波动，可以阻挡后续上层金属原子的向下扩散，亦降低了PMOS金属栅器件的阈值电压波动性。