CN114300349A - 氮化钛薄膜生长方法及其半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化钛薄膜生长方法，包括：步骤1，在装载区域将硅片放入晶舟，将晶舟升入炉管机台内的反应室，生长第一氮化钛薄膜；步骤2，将所述晶舟下降到装载区域，在所述装载区域内通入空气，使所述硅片在装载区域放置预设时间，在所述第一氮化钛薄膜上形成氧化钛层；步骤3，将所述晶舟升入炉管机台内的反应室，生长第二氮化钛薄膜。与现有技术相比，本发明通过控制氧化钛层的厚度，使最终的氮化钛薄膜的厚度可控，无需反复测量，也无需将硅片因达不到预定厚度而反复进出炉管机台内的反应室进行沉积，增加了产能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种氮化钛薄膜生长方法及其半导体器件。
背景技术
随着半导体器件特征尺寸减小，为了减小栅隧穿电流，降低器件的功耗，并彻底消除多晶硅耗尽效应，缓解费米能级钉扎效应，28nm技术节点后常采用高介电常数(K)/金属栅材料代替传统的SiO2/多晶硅(poly)结构。氮化钛(TiN)材料由于具有好的热稳定性、合适的功函数(4.63-4.75eV)常被用作金属栅极用来储存电荷和传导电子。但是因为TIN材料高温下晶格结构容易传导金属，造成Al扩散，低温下又容易电阻偏高影响导电，导致了TIN材料的局限性。
目前28HK常采用炉管分步生长TiN的方法，先生长一定厚度的TIN，然后在空气中自然氧化，再生长剩余的TiN；目的是让无序的自然氧化层阻挡金属在晶格中的扩散；但是由于TiN分两步生长，一方面自然氧化的时间不好控制，会影响TIO的厚度进而对第二步TiN的厚度和整个器件的栅极调控阀值电压Vt造成影响；另一方面分步生长TiN产量会减小一半，严重影响产能。
发明内容
为解决前述技术问题，在保证氮化钛薄膜的前提下，同时提高产能，本发明提供一种氮化钛薄膜生长方法，包括：
步骤1，在装载区域将硅片放入晶舟，将晶舟升入炉管机台内的反应室，生长第一氮化钛薄膜；
步骤2，将所述晶舟下降到装载区域，在所述装载区域内通入空气，使所述硅片在装载区域放置预设时间，在所述第一氮化钛薄膜上形成氧化钛层；
步骤3，将所述晶舟升入炉管机台内的反应室，生长第二氮化钛薄膜。
优选地，在所述步骤1或所述步骤3中，采用原子层沉积方式生长第一氮化钛薄膜。
优选地，所述炉管机台为原子层沉积炉管机台。
优选地，在所述步骤2中，所述预设时间大于4小时。
优选地，所述氧化钛层的厚度为10至12埃。
优选地，所述氧化钛层的厚度为11.6埃。
优选地，在所述步骤2中，在所述装载区域内按预设流量通入空气。
本发明还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括金属栅极；所述金属栅极包括氮化钛薄膜，所述氮化钛薄膜采用前述的氮化钛薄膜生长方法形成。
与现有技术相比，本发明通过控制氧化钛层的厚度，使最终的氮化钛薄膜的厚度可控，无需反复测量，也无需将硅片因达不到预定厚度而反复进出炉管机台内的反应室进行沉积，增加了产能。
附图说明
图1为实施例1的氮化钛薄膜生长方法步骤示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种氮化钛薄膜生长方法，包括：
步骤1，在装载区域将硅片放入晶舟，将晶舟升入炉管机台内的反应室，生长第一氮化钛薄膜；
在步骤1中生长第一氮化钛薄膜采用原子层沉积(ALD，Atomic layerdeposition)工艺，氮化钛(TiN)薄膜是目前常用的PMOS功函数调节金属层(P-type WorkFunction Metal)，可以简称为PWF TiN。
采用的炉管机台为原子层沉积炉管机台，例如是Kitachi KE公司QUIXACE2 ALD炉管机台。
步骤2，将晶舟下降到装载区域，在装载区域内通入空气。
优选地，在装载区域内按预设流量通入空气；通入空气后，使硅片在装载区域放置预设时间，在第一氮化钛薄膜上形成氧化钛层。
通过对通入空气流量的控制，以及对预设时间的控制可以控制形成的氧化钛层(TiO)的厚度为所需厚度。现有技术的自然氧化，对氧化层厚度不可调节，也不容易控制，而本实施例的步骤2中通过控制气体流量和放置的预设时间，可对形成的氧化钛层的厚度进行控制，可按需调整。
在本实施例中示例性地，预设时间为略大于4小时，形成的氧化钛层的厚度为10至12埃。
优选地，形成的氧化钛层的厚度为10.6埃。
步骤3，将所述晶舟升入炉管机台内的反应室，生长第二氮化钛薄膜；
该步骤结合前述步骤，因为最终的氮化钛薄膜的厚度可控，无需反复测量，也无需因达不到预定厚度而反复进出炉管机台内的反应室进行沉积，增加了产能。
实施例2
本实施例提供一种半导体器件，半导体器件包括金属栅极；金属栅极包括氮化钛薄膜，所述氮化钛薄膜采用实施例1中的氮化钛薄膜生长方法形成。
金属栅极的一个关键特性就是它的功函数，所选的金属栅极的功函数必须能满足PMOS和NMOS的需求。氮化钛(TiN)薄膜是目前常用的PMOS功函数调节金属层(P-type WorkFunction Metal)。
在HKMG工艺中，作为PMOS功函数调节的TiN薄膜要有优异的保型性，因此需要采用原子层沉积(ALD)工艺。原子层沉积的TiN作为调节器件功函数的PWF，其厚度的稳定对于栅极调控阀值电压Vt的能力有至关重要的影响。因此厚度的稳定性对半导体器件的性能至关重要。
本实施例提供的半导体器件采用了高效的生长方法在金属栅极上生成氮化钛薄膜，及保证了氮化钛薄膜的预设厚度，同时减低了生成时间，提高了产能。
Claims (8)
1.一种氮化钛薄膜生长方法，其特征在于，包括：
步骤1，在装载区域将硅片放入晶舟，将晶舟升入炉管机台内的反应室，生长第一氮化钛薄膜；
步骤2，将所述晶舟下降到装载区域，在所述装载区域内通入空气，使所述硅片在装载区域放置预设时间，在所述第一氮化钛薄膜上形成氧化钛层；
步骤3，将所述晶舟升入炉管机台内的反应室，生长第二氮化钛薄膜。
2.如权利要求1所述的氮化钛薄膜生长方法，其特征在于：
在所述步骤1或所述步骤3中，采用原子层沉积方式生长第一氮化钛薄膜。
3.如权利要求2所述的氮化钛薄膜生长方法，其特征在于：
所述炉管机台为原子层沉积炉管机台。
4.如权利要求1所述的氮化钛薄膜生长方法，其特征在于：
在所述步骤2中，所述预设时间大于4小时。
5.如权利要求1所述的氮化钛薄膜生长方法，其特征在于：
所述氧化钛层的厚度为10至12埃。
6.如权利要求5所述的氮化钛薄膜生长方法，其特征在于：
所述氧化钛层的厚度为11.6埃。
7.如权利要求1所述的氮化钛薄膜生长方法，其特征在于：
在所述步骤2中，在所述装载区域内按预设流量通入空气。
8.一种半导体器件，其特征在于,包括：
金属栅极，所述金属栅极包括氮化钛薄膜，所述氮化钛薄膜采用如权利要求1-7中之一所述的氮化钛薄膜生长方法形成。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115241049A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-10-25 | 上海华力集成电路制造有限公司 | 一种改善tin薄膜连续性的表面处理方法 |
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- 2021-11-30 CN CN202111441718.0A patent/CN114300349A/zh active Pending
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