CN101740369B - 一种制备金属性金属氮化物薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开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。利用本发明，可以有效地调节某些金属氮化物薄膜的原子组分，进而改性该薄膜的物理及电学特性，这使得利用化学合成方法制备金属氮化物栅电极的应用成为可能。
Description
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HfNx或TaNx薄膜，金属性金属氮化物薄膜为HfNy或TaNy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HfNx或TaNx薄膜表面，将其转化为金属性HfNy或TaNy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HfNx或TaNx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；
图4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形成金属性HfNy或TaNy薄膜(y≤1)的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种制备金属性金属氮化物薄膜的方法，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，该方法先由金属有机化学气相沉积方法、原子层沉积等方法或等离子增强金属有机化学气相沉淀方法(PEMOCVD)合成绝缘性HfNx或TaNx(x＞1)薄膜，再将该绝缘性HfNx或TaNx薄膜经过能量为500电子伏特至4000电子伏特的Ar离子轰击，即将该绝缘性HfNx或TaNx薄膜转变为金属性HfNy或TaNy薄膜(y≤1)。
如图1所示，在已做好前期工艺处理的SiO2上生长高k介质层。
如图2所示，用金属有机化学气相沉积或原子层沉积等方法合成绝缘性HfNx或TaNx薄膜(x＞1)。
如图3和图4所示，用Ar离子轰击绝缘性金属氮化物薄膜表面，合成金属性HfNy或TaNy薄膜(y≤1)。
上述等离子增强金属有机化学气相沉淀方法(PEMOCVD)是在金属有机化学气相沉积过程中加入等离子体，以调节薄膜中的原子组分及氮含量，进而合成金属性HfNx或TaNx薄膜的方法。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种制备金属性金属氮化物薄膜的方法，其特征在于，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HfNx或TaNx薄膜，金属性金属氮化物薄膜为HfNy或TaNy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HfNx或TaNx薄膜表面，将其转化为金属性HfNy或TaNy薄膜，且X＞1，0＜y≤1。
2.根据权利要求1所述的制备金属性金属氮化物薄膜的方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的制备金属性金属氮化物薄膜的方法，其特征在于，所述绝缘性金属氮化物薄膜是Hf3N4或Ta3N5薄膜。
4.根据权利要求1所述的制备金属性金属氮化物薄膜的方法，其特征在于，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。
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