[發明專利]在半導體器件中形成高K柵極疊層的方法

有效

• 申請號: 200910220830.4
• 申請日: 2009-11-06
• 公開（公告）號: CN101752237A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: A·庫利奧尼;C·A·皮涅多利;W·安得烈奧尼
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L21/283
• 分類號: H01L21/283;H01L21/336
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;楊曉光

1.一種形成MOSFET器件的高K柵極疊層以控制所述MOSFET器 件的閾值電壓的方法，所述方法包括：

在半導體襯底上形成第一高K金屬氧化物層；

直接在所述第一高K金屬氧化物層上形成至少一個復合層，所述復合 層包括直接形成在偶極誘導層上的第二高K金屬氧化物層，所述偶極誘導 層包括具有與所述第一高K金屬氧化物和所述第二高K金屬氧化物層相 比更高的氧空位親和力和更低的氧空位擴散率的高K金屬氧化物；以及

在所述至少一個復合層上形成金屬柵極電極；

其中將上述各層形成為使所述至少一個復合層的所述偶極誘導層定 位在所述柵極電極與所述襯底之間，以使所述閾值電壓漂移到所希望的水 平。

2.根據權利要求1的方法，其中所述偶極誘導層包含鑭和釔中的至少 一種。

3.根據權利要求2的方法，其中所述偶極誘導層包括La₂O₃、La_yHf_zO_x、 La_yHf_zSiO_x、Y₂O₃和La_yY_zHf_wSiO_x中的至少一種。

4.根據權利要求1的方法，其中在所述第一高K金屬氧化物層上形 成單復合層。

5.根據權利要求4的方法，其中所述偶極誘導層具有至的厚 度，包含平均濃度為30％至100％的鑭，并且與所述柵極電極和襯底中的 一者間隔至

6.根據權利要求5的方法，其中所述各層被形成為使得所述偶極誘導 層定位為較靠近所述柵極電極和襯底中的一者，而不是較靠近所述柵極電 極和襯底中的另一者。

7.根據權利要求4的方法，其中所述偶極誘導層具有至的厚 度，包含平均濃度為30％至100％的鑭，并且與所述柵極電極和襯底中的 一者間隔至

8.根據權利要求7的方法，其中所述各層被形成為使得所述偶極誘導 層定位為較靠近所述柵極電極和襯底中的一者，而不是較靠近所述柵極電 極和襯底中的另一者。

9.根據權利要求1的方法，其中直接在所述復合層上形成所述柵極電 極。

10.根據權利要求1的方法，其中所述第一高K金屬氧化物和所述第 二高K金屬氧化物層包括HfO₂和Hf_xOSi中的至少一種。

11.根據權利要求10的方法，其中所述第一高K金屬氧化物和第二 高K金屬氧化物層被形成為在遠離所述襯底的方向上Hf濃度增大。

12.根據權利要求1的方法，包括在所述第一高K金屬氧化物層中形 成阻擋層，所述阻擋層包括具有與所述第一高K金屬氧化物層相比更高的 氧空位親和力和更低的氧空位擴散率的高K金屬氧化物，從而所述阻擋層 抑制氧空位橫跨所述阻擋層而朝向所述襯底遷移。

13.根據權利要求12的方法，其中所述阻擋層包含鑭和釔中的至少一 種。

14.根據權利要求13的方法，其中所述阻擋層包括La₂O₃、La_xHf_yO_x、 La_xHf_ySiO_x、Y₂O₃和La_xY_yHf_zSiO_x中的至少一種。

15.根據權利要求14的方法，其中所述阻擋層包含平均濃度至少為 80％的鑭，且具有至的厚度。

16.根據權利要求12的方法，其中所述阻擋層被定位在所述柵極電極 與襯底之間的中途。