TW200849412A - Improving the reliability of high-k gate dielectric layers - Google Patents

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Description

200849412 九、發明說明 【發明所屬之技術領域] 本發明係改良高介電常數閘極介電層之可靠度的方法 與電晶體。 【先前技術】 在製造下一代積體電路時，互補金屬氧化物半導體（ CMOS )電晶體的閘極電極的製造已經進步到以高_k介電 材料與金屬來替換二氧化矽及多晶矽。替換金屬閘極製程 經常被用以形成聞極電極。典型替換金屬閘極製程以在一 半導體基材上之一對間隔層間形成一高-k介電材料及一犧 牲閘極開始。在進一步處理步驟後，例如退火製程後，犧 牲閘極被移除及所得之溝渠係被塡入以一或更多金屬層。 金屬層可以包含功函數金屬及多晶矽電極層。此類型之 M0S電晶體經常稱爲高-k/金屬閘極電晶體。 已知高-k閘極介電層之可靠度隨著時間而劣化。這是 部份由於在介電材料上之“懸浮鍵”的高濃度之故，該介電 材料作爲反應區並最後造成閘極介電層之崩潰及MOS電 晶體的故障。因此，懸浮鍵作用以降低電晶體的效能、可 靠度及壽命。因此，有需要形成高-k/金屬閘極電晶體的改 良方法，其能針對懸浮鍵的事項，以改良在高-k閘極介電 層中之可靠度，藉以改良電晶體效能及延長電晶體的壽命 -5- 200849412 【發明內容及實施方式】 於此所述爲改良高-k閘極介電層可靠度之系統與方法 # °於以下說明中’所示實施法的各態樣將使用熟習於本技 藝者所常用之名詞加以描述，以使熟習於本技藝者可以了 解本案之本質。然而，爲熟習於本技藝者可以了解的是， 本發明可以只以部份所述態樣加以實施。爲了解釋目的， 特定數量’材料及架構係被加以說明，以提供對所述實施 法的完整了解。然而，可以爲熟習於本技藝者所知，本發 明可以在沒有這些細節下加以實施。在其他例子中，已知 細節係被省略與簡化，以使所示實施法能清楚明瞭。 各種操作將被描述爲多數分立操作，以隨後有助於了 解本發明’然而，說明的順序並不被用以表示這些操作必 須以所述順序進行。更明確地說，這些操作並不必以所述 順序加以執行。 如此所用，名詞高-k/金屬閘極電晶體表示一 MOS電 晶體，其具有使用高-k介電材料所形成閘氧化層及包含至 少一不是多晶矽的金屬之閘極電極。用以形成此一高-k/金 屬閘極電晶體的傳統製程係如圖1 A至1 C所示。開始於圖 1A，如所示，基材100係被沈積有高-k介電層102、金屬 層104、選用阻障金屬層106、及閘極電極層1〇8。 基材1 00可以使用單體矽或絕緣層上有矽次結構加以 形成。在其他實施法中，基材1 00可以使用其他材料，其 可以可不組合矽加以形成，該等材料包含但並不限於鍺、 銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵。雖 -6 - 200849412 然基材1 〇 〇係由於此所述之幾個材料所形成，但任何材料 均可以作爲一基礎，其上建立有半導體裝置者，仍落在本 發明之精神與範圍內。 可以用以形成高-k閘極介電層102的部份材料包含但 並不限於氧化紿、矽氧化紿、氧化鑭、氧化鑭鋁、氧化锆 、矽氧化銷、氧化鉅、氧化鈦、氧化鋇緦鈦、氧化鋇鈦、 氧化緦鈦、氧化釔、氧化鋁、氧化鉛銃鉅、及鈮酸鉛鋅。 特別較佳爲氧化鉛（例如Hf02)、氧化鍩、及氧化鋁。 雖然於此只描述少數可以用以形成高-k閘極介電層1 02的 材料例，但該層也可以由其他材料作成。例如化學氣相沈 積（CVD )或原子層沈積（ALD )之沈積製程可以用以沈 積筒-k閘極介電層1〇2。在本發明之各種實施法中，高-k 閘極介電層102可以具有範圍由5埃（A)至50埃的厚度 〇 金屬層104可以使用可衍生出金屬閘極電極之任何導 電材料形成，並可以使用已知物理氣相沈積（PVD )、 CVD、或ALD製程，形成在高-k閘極介電層102上。當 金屬層104作爲N型功函數金屬時，層104較佳有範圍於 約3.9eV至約4.2eV的功函數。可以用以形成金屬層1〇4 之N型材料包含給、鍩、鈦、鉅、鋁、及包含有這些元素 之金屬碳化物，例如碳化鈦、碳化锆、碳化鉅、碳化鈴及 碳化鋁。當金屬層104作爲P型功函數金屬時，層1〇4較 佳具有於約4.9eV至約5.2eV間之功函數。可以使用以形 成金屬層104之P型材料包含釘、銷、鉛、銘、錬及導電 200849412 金屬氧化物，例如氧化釕。金屬層1 04應足夠厚，以確保 形成於其上之材料將不會嚴重影響其功函數。較佳地，金 屬層104係在約10埃及3 00埃之間，更好是於約10埃至 約200埃之間。雖然於此只說明少數可以用以形成金屬層 1 04之幾個材料例，但該層也可以由很多其他材料作成。 如果使用有阻障金屬層106，其可以藉由使用包含但 並不限於氮化鈦及氮化鉅加以形成。阻障層1 06作用以保 護功函數金屬層及閘極介電層。閘極電極層1 08作用爲 高-k/金屬閘堆疊的導電塡充材料。閘極電極層1〇8可以由 例如多晶矽或例如鋁之金屬加以形成。在部份實施法中， 多晶矽係被使用作爲犧牲閘極電極，其係隨後被以金屬閘 極電極替換。在部份實施法中，一犧牲材料可以如同熟習 於本技藝者所知地使用。 如圖1B所示，沈積在基材丨00上之諸層然後被圖案 化以形成閘極堆疊1 1 4。圖案化製程係在本技藝者已知的 。例如’一圖案化程序藉由沈積一光阻材料在多晶矽層 1 08及使用紫外線照射及光罩圖案外光阻，以在光阻層中 ’界定例如閘極堆疊1 1 4之特性加以開始。光阻層被顯影 ’以形成光阻遮罩，其保護被界定之特性，例如下層之形 成閘極堆疊1 1 4的部份。蝕刻劑然後被施加，以移除下層 之未保護部份，得到有圖案閘極堆疊1 1 4。 參考圖iC，一對間隔層1 10及ILD層1 12被形成在 基材1 00上。間隔層丨丨〇係以沈積例如氮化矽之材料，然 後’蝕刻該材料以形成該對間隔層1 1 〇，以在鄰近閘極堆 -8- 200849412 疊1 1 4形成間隔層1 1 〇。在間隔層丨1 〇形成後，可以用於 ILD層112之低k介電材料包含但並不限於二氧化砂（ Si〇2 )、摻碳氧化物類（CDO )、氮化矽、有機聚合物’ 例如全氟環丁烷或聚四氟乙烯，氟矽酸玻璃（FSG)、及 例如矽倍半氧烷、矽氧烷、或有機矽酸玻璃的有機矽酸鹽 。ILD層1 1 2可以包含多孔或其他孔隙以進一步降低其介 電常數。源極區及汲極區（未示出）可以在ILD層Η2被 沈積前被形成。 如上所述，高-k閘極介電層1 〇2可能隨著時間而劣化 ’並至少部份由於沈積後之殘留在介電材料上之反應懸浮 鍵，而變得愈不可靠。因此，爲了改良在高-k/金屬閘極電 晶體的高-k閘極介電層1 02之可靠度，本發明的實施法使 用一新穎製程，以原子氫或例如氘之氫的同位素處理高-k 閘極介電層。原子氫或氖作用以與經常造成裝置故障的 高-k介電層上之懸浮鍵一起反應並將之消除。 圖2顯示將分子氫（H2)或氘（D2)轉換爲原子氫（ 2H )或氘（2D )的方法。分子氫或氘可以在出現有薄貴 金屬觸媒層200時退火。在本發明之實施法中，薄貴金屬 觸媒層100可以爲一金屬，例如鈀（Pd)、鉑（Pt)、釕 (Ru )、铑（Rh )、餓（Os )、及銥（ir )。這些貴金屬 作爲用於分子氫或氘活化至原子氫或氘之有效固相觸媒。 因此，在退火中，分子氫或氘係被驅動過整個薄貴金屬觸 媒層100，該層係被轉換爲原子氫或氘。此原子氫或氘可 以用以處理高-k閘極介電層。 -9- 200849412 圖3A至3C顯示本發明之一實施法，其中一薄貴金屬 觸媒層係被用以處理高-k閘極介電層。圖3 A顯示描述於 圖1A至1C的電晶體，其包含一基材100，其上形成有一 電晶體閘極堆疊1 1 4。電晶體閘極堆疊1 1 4包含高-k鬧極 介電層102、功函數金屬層104、阻障層1〇6、及閘極電極 1 0 8。閘極電極1 0 8可以由多晶矽形成或者其可以由例如 鋁之金屬形成。電晶體同時也包含間隔層1 1 0及源極與汲 極區1 16。ALD層1 12係被沈積及平坦化於高_k/金屬閘極 電晶體上。 回到圖3B，一薄貴金屬觸媒層3 00係被沈積在電晶 體結構上，例如在ILD層1 1 2與閘極電極1 〇 8上。此使得 貴金屬極端接近高-k閘極介電層102。薄貴金屬觸媒層 3 00可以由Pd、Pt、Ru、Rh、Os、或Ir構成並可以具有 範圍由5埃至約5 0埃的厚度。如同熟習於本技藝者所知 ，各種沈積方法可以用以沈積貴金屬觸媒層3 0 0，包含但 並不限於化學氣相沈積（CVD )、原子層沈積（ALD )、 物理氣相沈積（PVD )、電鍍、無電電鍍、或金屬固定程 序（MIP )，例如鈀固定程序（PIP )。 再者，回到圖3C，在包含分子氫或氘之氣氛中執行 退火程序。退火處理可以落在4 0 0 °C至9 5 0 °C間之一溫度 進行一範圍由5秒至1 20秒的持續時間。氫或氘可以以範 圍由5000標準立方公分每分（SCCM)至15000SCCM之 流率引入反應器。 在退火程序中，至少一部份分子氫或氘經由貴金屬觸 -10- 200849412 媒層3 00擴散入電晶體閘極。因爲分子氫或氘 觸媒，所以，至少一部份之分子氫或氘轉換爲 。退火程序然後傳送原子氫或氘經由至少一部 氘到達高-k閘極介電層1 〇2之電晶體閘極堆疊 子氫或氘藉由組合反應懸浮、使之鈍化並顯著 而處理高-k介電材料。此懸置鍵的淬火降低了 或然率。 在高-k閘極介電層1〇2以原子氫或氘處理 完成後，貴金屬觸媒層3 00被移除。傳統製程 除貴金屬層，例如化學機械平坦化（CMP )程 序。 本發明之進一步實施法中，除了分開之薄 ，貴金屬也可以被合金至電晶體閘極堆疊之一 動爲觸媒劑，用以將分子氫或氘轉換爲原子彳 4 A至4 C顯示此一實施法。 從圖4A開始，顯示有一基材100，其上 閘極介電層102、修改功函數金屬層3 02、阻障 閘極電極層1 0 8。修改功函數金屬層3 02爲一 ，其與一貴金屬作成合金，藉以替換接近該高-層1 〇2之貴金屬。在本發明之部份實施例中， 金屬層3 02可以使用CVD或ALD製程加以形 實施法中，修改功函數金屬層3 02可以藉由將 數金屬之任一與例如鈀或鉑的貴金屬作成合金 法中，修改功函數金屬層3 02可以藉由由一合 接觸貴金屬 原子氫或氘 份原子氫或 。於此，原 減少其濃度 裝置故障的 及退火程序 可以用以移 序或蝕刻程 貴金屬層外 層內，以作 ®或氖。圖 形成有高-k 層1 0 6、及 功函數金屬 k閘極介電 修改功函數 成。在部份 上列之功函 。在一實施 金靶材濺鍍 -11 - 200849412 加以形成，其中合金靶包含想要之功函數金屬及想要貴金 屬。在另一實施法中，可以使用ALD製程，其中功函數 金屬前驅物的脈衝可以交替以貴金屬前驅物的脈衝。 進行至圖4B，高-k閘極介電層102、修改功函數金屬 層3 02、阻障層106及閘極電極層108係被蝕刻以形成電 晶體閘極堆疊。間隔層1 1 0係被形成鄰近閘極堆疊，源極 及汲極區116係被形成在基材1〇〇中，及ILD層1 12係被 沈積及平坦化於該結構上。 最後，進行至圖4C，在氫分子或氘中執行退火程序 。退火程序可以發生落在40(TC至950°C間之一溫度，進 行範圍由5秒至1 20秒之持續時間。氫或氘可以以範圍由 5000SCCM至1 5 000SCCM的流率引入反應器中。 Η 在退火程序中，至少一部份之分子氫或氘擴散入電晶 體閘極並通過修改功函數金屬層3 02。當分子氫或氘接觸 貴金屬觸媒時，至少一部份之分子氫或氘被轉換爲原子氫 或氘。此原子氫或氘持續向下至高-k閘極介電層102，在 該高-k閘極介電層1 02處與反應懸浮鍵結合，使得它們鈍 化並顯著降低其濃度。此懸浮鍵的淬火降低了裝置故障的 或然率。因爲貴金屬觸媒被合金入修改功函數金屬層302 ，所以，其保持作爲高-k/金屬閘極電晶體的永久部份並在 退火程序完成後不被移除。 在本發明之另一實施法中，退火程序可以在沈積修改 功函數金屬層3 02後被立即執行。例如，高-k閘極介電層 102及修改功函數金屬層302可以沈積在基材100上及退 -12- 200849412 火程序可以在沈積阻障層106前被執行。退火可以發生在 分子氫或氘氣氛中。在修改功函數金屬層3 02中之貴金屬 可以將分子氫或氘轉換成原子氫或氘，以處理高-k閘極介 電層102。在此實施法中，退火可以在沈積阻障層1〇6與 閘極電極層1 08後進行。電晶體製造的其他步驟可以以傳 統製程流程進行。 現進行至圖5A，本發明之另一實施法被顯示，其中 一貴金屬可以被合金入電晶體閘極堆疊之一層，作爲一觸 媒。圖5A顯示一基材100，其上形成有高-k閘極介電層 102、功函數金屬層104、修改阻障層304、及閘極電極層 108。修改阻障層3 04係藉由將一貴金屬熔合入阻障層材 料（例如氮化鈦或氮化鉬）中作成合金所形成之阻障層， 藉以將貴金屬置放接近高-k閘極介電層102。在本發明之 部份實施法中，修改阻障層3 04係使用CVD或ALD製程 加以形成。在部份實施法中，修改功函數金屬層302可以 藉由將上列之任一阻障材料熔合入例如鈀或鉑之貴金屬加 以形成。在一實施法中，修改阻障層3 04可以藉由由一合 金靶材濺射加以形成，其中合金靶材包含想要的阻障金屬 及想要的貴金屬。在另一實施法中，ALD程序可以被使用 ，其中阻障金屬前驅物的脈衝與貴金屬前驅物的脈衝被交 替施加。此ALD製程可以使用含氮的共反應物及該共反 應物的脈衝可以隨著ALD製程的進行而衰減。 回到圖5B，高-k閘極介電層1〇2、功函數金屬層104 、修改阻障層3 04及閘極電極層1 〇8係被蝕刻以形成電晶 200849412 體閘極堆疊。間隔層1 1 〇係被形成接近該閘極堆疊，源極 及汲極區116係被形成在基材ioo中，及一 ILD層112係 被沈積在該結構上並平坦化。 最後，圖5C，在分子氫或氘中執行退火程序。退火 可以發生於落在400 °C至95 (TC間之一溫度並持續範圍由5 秒至120秒的持續時間。氫或氘可以以範圍由5000SCCM 至15000SCCM的流率引入反應器。 在退火程序中，至少一部份之分子氫或氘擴散入電晶 體閘極並通過修改阻障層3 04。當分子氫或氘接觸貴金屬 觸媒時’至少一部份之分子氫或氘被轉換成原子氫或氘。 此原子氫或氘係被輸送至高-k閘極介電層102，在該處， 其與反應懸浮鍵組合，使得它們鈍化並顯著降低其濃度。 因爲貴金屬觸媒被熔入阻障層3 04作成合金，所以，其保 持爲筒-k /金屬閘極電晶體的永久部份，並在退火程序完成 後也不會被移除。 在本發明之另一實施法中，退火程序可以在沈積修改 阻障層3 04後被隨即執行。例如，高-k閘極介電層1〇2、 功函數金屬層104、及修改阻障層304可以被沈積入基材 100，及退火程序可以在沈積閘極電極層108前被執行。 退火可以發生於分子氫或氘氣氛中。在修改阻障層304中 之貴金屬可以將分子氫或氘轉換爲處理高-k閘極介電層 1 〇 2之原子氫或氘。在此實施法中，退火後，可以進行閘 極電極層1 08的沈積。電晶體製造的其他步驟係以傳統方 式流程進行。 -14- 200849412 現在參考圖6A，本發明之另一實施法係被顯示，其 中貴金屬可以熔入電晶體閘極堆疊的一層中作成合金，以 作動爲觸媒。圖6A顯示一基材1〇〇，其上形成有修改高-k閘極介電層3 06、功函數金屬層1〇4、阻障層106、及閘 極電極層108。修改高-k閘極介電層3 06係爲一高-k介電 層’其已經被熔入有貴金屬作成合金，藉以使貴金屬置放 於直接接觸高-k閘極介電材料。在本發明之部份實施例中 ，修改高-k閘極介電層3 0 6可以使用C V D或A L D製程加 以形成。在部份實施法中，修改高-k閘極介電層3 06可以 藉由將上列之高-k材料之任一者熔入例如鈀或鉑的貴金屬 作成合金。在一實施法中，修改高-k閘極介電層3 06可以 藉由自一合金靶材濺射加以形成，其中該合金靶材包含想 要的高-k閘極介電材料及想要的貴金屬。在另一實施法中 ，ALD製程可以被使用，其中高_k介電前驅物的脈衝被交 替以貴金屬前驅物的脈衝。 參考圖6B，修改高-k閘極介電層3 06、功函數金屬層 1 〇 4、阻障層1 0 6、及閘極電極層1 〇 8被鈾刻，以形成電晶 體閘極堆疊。間隔層11 0係被形成鄰近閘極堆疊，源極及 汲極區1 16係被形成在基材1〇〇中，及ILD層1 12係被沈 積在該結構上並被平坦化。 最後，參考圖6C，在出現有分子氫或氘中執行退火 程序。退火程序可以發生於落在於40(TC至95CTC間之一 溫度，並持持範圍由5秒至1 20秒的一持續時間。氫或氘 可以以範圍由5 000 SCCM至1 5 000SCCM之流率引入反應 -15- 200849412 器。 在退火時，至少一部份之分子氫或氘擴散入電晶體閘 極並到達修改高-k閘極介電層3 06。當分子氫或氘接觸貴 金屬觸媒時，至少一部份之分子氫或氘被轉換成原子氫或 氘。此原子氫或氘然後與反應懸浮鍵組合，使得它們鈍化 並顯著降低其濃度。懸浮鍵的淬火降低了裝置故障的或然 率。因爲貴金屬觸媒被熔入修改高-k閘極介電層3 06作成 合金，所以，其保持爲高-k/金屬閘極電晶體的永久部份， 並在退火程序完成後也不會被移除。 在本發明之另一實施法中，退火程序可以在沈積修改 高-k閘極介電層306後被隨即執行。例如，修改高-k閘極 介電層306可以被沈積在基材100上，及退火程序可以在 沈積功函數金屬層104前被執行。退火可以發生於分子氫 或氘氣氛中。在修改高_k閘極介電層306中之貴金屬可以 將分子氫或氘轉換爲處理修改高-k閘極介電層3 06之原子 氫或氘。在此實施法中，退火後，可以進行功函數金屬層 104、阻障層106、及閘極電極層1〇8的沈積。電晶體製造 的其他步驟係以傳統方式流程進行。 因此，用以改良高-k閘極介電層之可靠度的新穎製程 已經被揭示。本發明之實施法使用經由一貴金屬觸媒層傳 送的原子氫或氘，來改良高-k/金屬閘極電晶體的可靠度。 改良高-k介電層增加了電晶體的壽命並允許電晶體變得更 小。 包含摘要之本發明之例示實施法之上述說明並不是用 -16- 200849412 以將本案限定於所述之精確形式。雖然本發明之特定實施 法係被描述作爲顯示目的，但本發明之範圍內的各種可能 等效修改係仍可以爲熟習於本技藝者所了解。 這些修改可以針對上述詳細說明加以完成。於以下之 申請專利範圍所用之名詞並不應被認爲是限制本發明至說 明書所揭示之特定實施法。本發明之範圍係由以下之申請 專利範圍所決定，申請專利範圍係依申請專利範圍解譯加 以建構。 【圖式簡單說明】 圖1 A至1C顯示包含多晶矽閘極電極之高-k/金屬閘 極電晶體的閘極堆疊的製造。 圖2顯示將分子氫轉換爲原子氫的方法。 圖3A至3C顯示依據本發明實施法之以原子氫處理 高-k閘極介電層之方法。 圖4A至4C顯示依據本發明另一實施法之以原子氫處 理高-k閘極介電層之方法。 圖5A至5C顯示依據本發明另一實施法之以原子氫處 理高-k閘極介電層的方法。 圖6A至6C顯示依據本發明另一實施法之以原子氫處 理高-k閘極介電層的方法。 【主要元件符號說明】 1 〇 0 :基材 -17- 200849412 102 :高-k閘極介電層 104 :金屬層 1 0 6 :阻障金屬層 1 0 8 :閘極電極層 1 1 〇 :間隔層 1 12 : ILD 層 1 1 4 :閘極堆疊 1 1 6 :源極及汲極區 200 :薄貴金屬觸媒層 3 00 :貴金屬觸媒層 3 0 2 :修改功函數金屬層 3 0 4 :修改阻障層 3 0 6 :修改高-k鬧極介電層 -18-

Claims (1)

  1. 200849412 十、申請專利範圍 1·一種改良高-k介電層之可靠度的方法 提供一電晶體，其包含： 一高-k閘極介電層， 一功函數金屬層，及 一閘極電極層； 沈積一貴金屬層在該電晶體上；及 在含分子氫氣氛中，退火該高-k閘極< 屬層，藉以驅動該氫的至少一部份經由該 尚-k闊極介電層。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法， 將該分子氫轉換爲原子氫，及其中該原子氫 極介電層。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之方法， 層包含Pd、Pt、Ru、Rh、Os、或Ir之至少 4 .如申請專利範圍第1項所述之方法， 層係使用由 ALD、CVD、PVD、電鍍、無I 或PIP構成之群組中所選出之一製程加以沈 5 ·如申請專利範圍第1項所述之方法， 的該退火發生在於400 °C及約950 °C間之一 約5秒及約1 20秒間之一持續時間。 6.如申請專利範圍第1項所述之方法， 氛係藉由將分子氫流入固持有該電晶體的民 生，其中該氫的流率係於約5 000SCCM至 ，包含： 卜電層及該貴金 貴金屬層至該 其中該貴金屬 處理該高-k閘 其中該貴金屬 一個。 其中該貴金屬 8電鍍、MIP、 積。 其中該電晶體 -溫度，持續於 其中該含氫氣 〔應器中加以產 約 1 5000SCCM -19- 200849412 之間。 7·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該氫包含 気。 8 · —種改良高-k閘極介電層的可靠度之方法，包含·· 在一基材上，形成高-k閛極介電層； 在該高-k閘極介電層上，形成一功函數金屬層，其中 該功函數金屬係與至少一貴金屬作成合金； 在該功函數金屬層上，形成一閘極電極；及 在一含氫分子氣氛內，退火該高-k閘極介電層及該功 函數金屬層，藉以將該氫的至少一部份經由在該功函數金 屬層中之該貴金屬，驅動向該高-k閘極介電層。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該貴金屬 將該分子氫轉換爲原子氫，及其中該原子氫處理該高-k閘 極介電層。 1 〇 .如申請專利範圍第8項所述之方法，其中形成該 功函數金屬層包含使用一 PVD處理，以濺鍍沈積該功函 數金屬及該貴金屬在該高-k閘極介電層上。 1 1 .如申請專利範圍第8項所述之方法，其中形成該 功函數金屬層包含使用一 ALD處理，以形成該功函數金 屬層，其中該ALD處理包含在該高-k閘極介電層上，交 替地施加一功函數金屬前驅物及一貴金屬前驅物脈衝。 12.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該退火 該高-k閘極介電層及該功函數金屬層發生於約400 °C及約 95 0 °C間之一溫度，持續於約5秒及約1 20秒間之持續時 -20- 200849412 間。 1 3 ·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該氫包 含気。 1 4 · 一種改良局-k閘極介電層的可靠度之方法，包含 在一基材上，形成高-k閘極介電層； 在該高-k閘極介電層上，形成一功函數金屬層； 在該功函數金屬層上，形成一阻障金屬層，其中該阻 障金屬係與至少一貴金屬作成合金； 在該阻障金屬層上，形成一閘極電極；及 在一含氫分子氣氛內，退火該高-k鬧極介電層及該阻 障金屬層，藉以將該氫的至少一部份經由在該阻障金屬層 中之該貴金屬，驅動向該高-k閘極介電層。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之方法，其中該貴金 屬將該分子氫轉換爲原子氫，及其中該原子氫處理該高-k 閘極介電層。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項所述之方法，其中形成該 阻障金屬層包含使用一 P V D製程，以濺鍍沈積該阻障金 屬及該貴金屬在該功函數金屬層上。 1 7 .如申請專利範圍第1 4項所述之方法，其中形成該 阻障金屬層包含使用一 ALD製程，以形成該阻障金屬層 ，其中該ALD製程包含在該功函數金屬層上，交替地施 加一阻障金屬前驅物及一貴金屬前驅物脈衝。 1 8 ·如申請專利範圍第1 4項所述之方法，其中該退火 -21 - 200849412 該高-k閘極介電層及該阻障層發生在於約400°C至約950 。(：間之一溫度，並持續於約5秒至約1 2 0秒間之持續時間 〇 1 9 .如申請專利範圍第1 4項所述之方法，其中該氫包 含氘。 20.—種改良高-k閘極介電層的可靠度之方法，包含 在一基材上，形成高-k閘極介電層，其中該高-k閘極 介電層與至少一貴金屬作成合金； 在該高-k閘極介電層上，形成一功函數金屬層； 在該功函數金屬層上，形成一閘極電極；及 在一含氫分子氣氛內，退火該高-k閘極介電層，藉以 將該氫的至少一部份驅動向該高-k閘極介電層及該高-k閘 極介電層中之該貴金屬。 2 1·如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該貴金 屬將該分子氫轉換爲原子氫，及其中該原子氫處理該高-k 閘極介電層。 22·如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該形成 該高-k閘極介電層包含使用一 PVD製程，以濺鍍沈積該 高-k介電質及該貴金屬在該基材上。 23·如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該形成 該高-k閘極介電層包含使用一 ALD製程，以形成該高-k 閘極介電層，其中該ALD製程包含在該基材上，交替地 施加一高-k介電質前驅物及一貴金屬前驅物脈衝。 -22- 200849412 24·如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該退火 該高_k閘極介電層發生在於約40(rC至約950。(：間之一溫 度’並持續於約5秒至約1 20秒間之持續時間。 25.如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該氫包 含氖。 26·—種電晶體，包含： 一高-k閘極介電層，形成在一基材上，其中該高-k閘 極介電層已經爲原子氫所處理·， 一功函數金屬層，形成在該高-k閘極介電層上； 一阻障金屬層，形成在該功函數金屬層上； 一閘極電極，形成在該阻障金屬層上；及 一貴金屬，加入該電晶體的一層中。 27·如申請專利範圍第26項所述之電晶體，其中該貴 金屬係被加入該高-k閘極介電層中。 28·如申請專利範圍第26項所述之電晶體，其中該貴 金屬係被加入該功函數金屬層中。 29·如申請專利範圍第26項所述之電晶體，其中該貴 金屬係被加入該阻障金屬層中。 3 0·如申請專利範圍第26項所述之電晶體，其中該高-k閘極介電層包含氧化給、砂氧化給、氧化鑭、氧化鑭錦 、氧化銷、砂氧化銷、氧化鉬、氧化鈦、氧化鋇鋸鈦、氧 化鋇鈦、氧化緦鈦、氧化釔、氧化鋁、氧化鉛銃鉅、及鈮 酸給鋅之至少一者。 3 1 ·如申請專利範圍第26項所述之電晶體，其中該功 -23- 200849412 函數金屬層包含給、鉻、鈦、鉬、鋁、碳化鈦、碳化鉻、 碳化鉅、碳化給、碳化鋁、釕、鈀、鉑、鈷、鎳、及氧化 釕之至少一者。 32.如申請專利範圍第26項所述之電晶體，其中該阻 障層包含氮化鈦及氮化鉅之至少一者。 33·如申請專利範圍第26項所述之電晶體，其中該閘 極電極包含多晶矽或鋁之至少一者。 3 4.如申請專利範圍第26項所述之電晶體，更包含： 一對間隔物，形成在該高-k閘極介電層之側向相對側 上； 一源極區，形成在該基材中，鄰近該高-k閘極介電層 處；及 一汲極區，形成在該基材中，鄰近該高-k閘極介電層 處。 3 5.如申請專利範圍第26項所述之電晶體，其中該高-k閘極介電層已經被以原子氘加以處理。 -24-
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