专利名称：一种制备金属性金属氮化物薄膜的方法
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H预、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H预或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M0CVD、 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Si(^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H预或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H预或TaN薄膜。但是，朋3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
( — )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。 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M0CVD、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的化学成分为MeNx， X > 1。 上述方案中，所述用Ar离子轰击该绝缘性金属氮化物薄膜表面时，Ar离子的能量
为500电子伏特至4000电子伏特。
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上述方案中，所述金属性金属氮化物薄膜的化学成分为MeNy，O < y《1。 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中的金属氮化
物是H预或TaN。 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。
图1是依照本发明实施例在已做好前期工艺处理的Si02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MNX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 MNy或TaNy薄膜(y《1)的示意图。
具体实施例方式
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(PEM0CVD)合成绝缘性MNX或 TaNx(x > 1)薄膜，再将该绝缘性ffiNx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MNX或TaNx薄膜转变为金属性MNy或TaNy薄膜(y《1)。
如图l所示，在已做好前期工艺处理的Si(^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MNX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MNy 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H预x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。
权利要求
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。
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 性金属氮化物薄膜的化学成分为MeNx， X > 1。
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，所述用Ar 离子轰击该绝缘性金属氮化物薄膜表面时，Ar离子的能量为500电子伏特至4000电子伏 特。
5. 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，所述金属 性金属氮化物薄膜的化学成分为MeNy，O < y《1。
6. 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中的金属氮化物是H预或TaN。
7. 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。
全文摘要
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。
文档编号H01L21/28GK101740369SQ20081022668
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月19日 优先权日2008年11月19日
发明者王文武, 陈世杰 申请人:中国科学院微电子研究所