[發(fā)明專利]通過從MOS器件的高K/金屬柵極去除界面層縮小EOT

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010229603.0
• 申請(qǐng)日: 2010-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN101958341A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許俊豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/423
• 分類號(hào): H01L29/423;H01L29/49;H01L29/78;H01L21/28
• 代理公司: 北京市德恒律師事務(wù)所 11306
• 代理人: 孫征;陸鑫

技術(shù)領(lǐng)域

總的來說，本發(fā)明涉及集成電路器件，更具體地，涉及金屬氧化物半導(dǎo)體器件(MOS)的結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)

縮小(Scaling)集成電路是對(duì)集成電路制造的繼續(xù)嘗試。目前，已經(jīng)研究了可使用15nm技術(shù)制造的小規(guī)模集成電路。對(duì)于金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件，縮小將產(chǎn)生高性能的電勢(shì)。

當(dāng)使用15nm技術(shù)制造MOS器件時(shí)，還需要削減柵極介電層的等效氧化層厚度(EOT)，例如，削減至約0.5nm。然而，這存在一定的困難。為了對(duì)15nm邏輯技術(shù)達(dá)到0.5nm?EOT的目標(biāo)，必需去除通常用于當(dāng)前工藝水平的高K/金屬柵極(HKMG)技術(shù)的、典型為0.5nm至1.0nm的SiO₂界面層。然而，當(dāng)通常使用的基于Hf的高K介電層與下層硅溝道直接接觸時(shí)，所得到的MOS器件的溝道區(qū)域中的載流子遷移率通常會(huì)降至約普通Si遷移率(例如，在高電場下約為1MV/cm)的50％。

圖1和圖2示出了制造傳統(tǒng)MOS器件的中間階段。參照?qǐng)D1，具有約為1nm厚度的氧化硅界面層12位于襯底10上。包含HfO₂的高K介電層14采用原子層沉積(ALD)沉積在界面層12上。接下來，在高K介電層14上形成薄Hf層16作為除氧劑，以從界面層12中取出氧(如箭頭15所示)，從而得到圖2所示的結(jié)構(gòu)。薄Hf層16被轉(zhuǎn)變?yōu)镠fO₂層并成為HfO₂層14的一部分。由于從界面層12中去除了氧，所以界面層12也被轉(zhuǎn)變?yōu)楣瑁@等效于去除了氧化硅界面層12。結(jié)果，削減了所得到柵極介電層的EOT的規(guī)模，例如，削減至0.6nm。

圖1和圖2所示處理的缺陷在于溝道區(qū)域中的載流子遷移率會(huì)降至普通Si遷移率的約90％至約50％之間。此外，減小了所得到柵極介電層的擊穿電壓。這是因?yàn)檠趸杞缑鎸拥娜コ龝?huì)導(dǎo)致所得到MOS器件的高K介電層的遠(yuǎn)程軟光學(xué)聲子模式(remote?soft?optical?phonon?mode)與溝道區(qū)域中的載流子之間耦合性的增加，從而導(dǎo)致更低的載流子遷移率。因此，在EOT縮小與遷移率降低之間存在折中。

因此，需要能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的方法和結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種集成電路結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體襯底和半導(dǎo)體襯底上方的聲子屏蔽層(phonon-screening?layer)。在半導(dǎo)體襯底與聲子屏蔽層之間基本上不存在界面層。高K介電層位于聲子屏蔽層上方。金屬柵極層位于高K介電層上方。

此外還公開了其他實(shí)施例。

本發(fā)明的有益特征包括減小MOS器件的柵極介電層的有效氧化層厚度(EOT)的可行性，而不會(huì)引起載流子遷移率的降低。

附圖說明

為了更加完整地了解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將參照附圖在下面進(jìn)行詳細(xì)描述，其中：

圖1和圖2示出了制造傳統(tǒng)MOS器件的中間階段的截面圖；

圖3A以及圖4-圖7是根據(jù)實(shí)施例的制造MOS器件的中間階段的截面圖；以及

圖3B示出了半導(dǎo)體襯底表面的Si-H端。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)討論本發(fā)明實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)施例提供了許多可以在廣泛的多種特定背景下實(shí)施的可應(yīng)用創(chuàng)造性概念。所討論的特定實(shí)施例僅示出了制造和使用本發(fā)明的特定方式，并不限定本發(fā)明的范圍。

提出了新的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件的柵極構(gòu)以及其形成方法。示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造中間階段。然后討論了實(shí)施例的變化和操作。在本發(fā)明的各附圖和所示實(shí)施例中，類似的標(biāo)號(hào)用于表示類似的元件。

參照?qǐng)D3A，提供了襯底20，其可以由常用半導(dǎo)體材料(例如，硅、鍺化硅(SiGe)、碳化硅(SiC)等)形成。淺溝槽隔離(STI)區(qū)域(未示出，參照?qǐng)D7中的42)可以形成在襯底20中。在襯底20的表面上可存在本征氧化物22，其可以為二氧化硅(SiO₂))。