[發明專利]半導體結構及其形成方法

有效

• 申請號: 201010205178.1
• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101930996A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 安藤崇志;崔暢桓;M·M·弗蘭克;V·納拉亞南
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L29/49
• 分類號: H01L29/49;H01L29/78;H01L21/28;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

1.一種半導體結構，包括：

包含半導體材料的半導體襯底；

柵極電介質，其包括具有大于7.5的介電常數的高介電常數(高k)電介質層且位于所述半導體襯底上；以及

柵極電極，其鄰接所述柵極電介質且包括鄰接所述柵極電介質的下金屬層、鄰接所述下金屬層的清除金屬層以及鄰接所述清除金屬層的上金屬層，其中所述清除金屬層包括這樣的金屬(M)，其中反應Si+2/y?M_xO_y→2x/y?M+SiO₂的吉布斯自由能變化為正性，并且其中用于形成所述金屬的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性等于或大于用于形成在所述下金屬層中的第一金屬化合物內的第一元素金屬的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性且等于或大于用于形成在所述上金屬層中的第二金屬化合物內的第二元素金屬的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性。

2.根據權利要求1的半導體結構，其中所述清除金屬層具有0.1nm到3.0nm的厚度。

3.根據權利要求2的半導體結構，其中所述下金屬層具有1nm到10nm的厚度，并且其中所述上金屬層具有1nm到100nm的厚度。

4.根據權利要求1的半導體結構，其中所述第一金屬化合物和所述第二金屬化合物中的每一者是導電的過渡金屬氮化物或導電的過渡金屬碳化物。

5.根據權利要求4的半導體結構，其中所述第一金屬化合物和所述第二金屬化合物中的每一者選自TiN、TiC、TaN、TaC及其組合。

6.根據權利要求4的半導體結構，其中所述第一金屬化合物和所述第二金屬化合物是相同的材料。

7.根據權利要求4的半導體結構，其中所述清除金屬層包括元素形式的金屬。

8.根據權利要求7的半導體結構，其中所述清除金屬層包括Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr和Ce中的至少一種。

9.根據權利要求4的半導體結構，其中所述第一金屬化合物和所述第二金屬化合物是TiN，并且所述清除金屬層是鋁層。

10.根據權利要求1的半導體結構，其中用于形成所述清除金屬層的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性大于用于形成所述下金屬層的第一金屬化合物內的第一元素金屬的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性和用于形成所述上金屬層的第二金屬化合物內的第二元素金屬的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性。

11.根據權利要求10的半導體結構，其中所述第一金屬化合物和所述第二金屬化合物中的每一者選自TaN、TaC及其組合，并且其中所述清除金屬層包括元素形式的選自Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ti、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr和Ce的金屬。

12.根據權利要求10的半導體結構，其中所述第一金屬化合物和所述第二金屬化合物中的至少一者選自TiN、TiC及其組合，并且其中所述清除金屬層包括元素形式的選自Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr和Ce的金屬。

13.根據權利要求1的半導體結構，其中所述半導體襯底包括鄰接所述柵極電介質的單晶含硅半導體材料，并且其中所述單晶含硅半導體材料選自單晶硅、單晶硅碳合金、單晶硅鍺合金以及單晶硅鍺碳合金。