[發(fā)明專利]具有低溫除氧的金屬柵極器件

有效

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• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN103021862A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 許俊豪
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;房嶺梅

技術領域

本發(fā)明一般地涉及半導體領域，更具體地來說，涉及一種具有金屬柵疊層的半導體器件。

背景技術

當通過各種技術節(jié)點按比例縮小例如金屬氧化物半導體場效晶體管(MOSFET)的半導體器件的時候，已經(jīng)使用多種技術來提高器件的性能。一種技術是高介電常數(shù)(HK)材料和金屬柵極(MG)方案。另實例是使用應變的半導體襯底。在實施HK/MG方案中，例如，通過使用除氧金屬技術來適當?shù)馗淖兊刃а趸瘜雍穸群苤匾＿@種技術使用高溫處理來觸發(fā)除氧效果。期望對于這種技術提供額外的改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一種廣泛形式涉及制造具有金屬柵極的半導體器件的工藝。示例性半導體器件包括：半導體襯底、界面層(IL)、形成在半導體上方的HK介電層、形成在HK介電層頂部的除氧金屬層、通過使用低溫除氧技術改變的等效氧化層厚度(EOT)以及沉積在除氧金屬層上方的金屬柵疊層。

本發(fā)明的另一種廣泛形式涉及制造具有金屬柵極的半導體器件的工藝，該半導體器件包括：半導體襯底、形成在半導體襯底上方的IL、形成在IL上方的HK介電層、沉積在HK層上方的除氧金屬層、通過使用低溫除氧改變EOT、沉積在除氧金屬層上方偽柵極層、形成偽柵極結構、沿著偽柵極側壁形成的隔離件、形成與偽柵極結構對準的源極區(qū)和漏極區(qū)、去除偽柵極結構以形成柵極溝道以及形成在柵極溝道中金屬柵疊層。

為了解決現(xiàn)有技術中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種形成具有金屬柵疊層的半導體器件的方法，所述方法包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底上方沉積界面層(IL)；在所述IL上方沉積高k(HK)介電層；通過使用低溫除氧技術在所述HK介電層上方沉積除氧金屬層來改變等效氧化層厚度(EOT)；以及在所述除氧金屬層上方沉積金屬柵疊層。

在該方法中，所述低溫除氧技術包括：在低于大約500℃的沉積溫度下，在所述HK介電層上方沉積所述除氧金屬層。

在該方法中，沉積所述除氧金屬層包括在大約20℃到大約500℃的沉積溫度范圍內(nèi)的PVD工藝。

在該方法中，沉積所述除氧金屬層包括在大約20℃到大約500℃的沉積溫度范圍內(nèi)的CVD工藝。

在該方法中，所述除氧金屬層包括金屬化合物，并且進一步地，其中，通過控制沉積條件來形成所述金屬化合物。

在該方法中，所述除氧金屬層包括富含Ti的TiN，并且進一步地，其中，通過在PVD工藝中控制N₂氣體流量，使Ti與N的比例范圍為大約1.2至1.8。

在該方法中，在所述除氧金屬層沉積的過程中，將所述IL轉化為純硅層。

在該方法中，通過外延生長形成所述純硅層，并且進一步地，其中，所述外延生長的純硅成為所述半導體器件中的溝道區(qū)域的一部分。

在該方法中，在所述除氧金屬層沉積的過程中，將所述IL轉化為IL/HK混合層。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種形成具有金屬柵疊層的半導體器件的方法，所述方法包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底上方形成化學氧化物界面層(IL)；在所述化學氧化物IL上方沉積高k(HK)介電層；在大約20℃到大約500℃的沉積溫度范圍內(nèi)，在所述HK介電層上方沉積除氧金屬TiN層；以及在所述除氧金屬TiN層上方沉積金屬柵疊層。

在該方法中，通過含H₂O₂的溶液形成所述化學氧化物IL。

在該方法中，所述HK介電層包括通過ALD技術形成的HfO₂。

在該方法中，在大約350℃的沉積溫度下通過PVD技術形成所述除氧金屬TiN層。

在該方法中，所述除氧金屬TiN層中Ti與N的比為大約1.5∶1。

在該方法中，在沉積所述除氧金屬TiN層的過程中，將所述化學氧化物IL轉化為純硅層。

在該方法中，外延生長所述純硅，以及進一步地，其中，純硅外延生長成為所述器件中的溝道區(qū)域的一部分。

在該方法中，在大約室溫下，通過PVD技術沉積所述除氧金屬TiN層。

在該方法中，在沉積所述除氧金屬TiN層的過程中，將化學氧化物IL轉化為IL/HK混合層。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成具有金屬柵疊層的半導體器件的方法，所述方法包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底上方沉積界面層(IL)；在所述IL上方沉積高k(HK)介電層；在大約20℃到大約500℃的沉積溫度范圍內(nèi)在所述HK介電層上方沉積除氧金屬層；在所述除氧金屬層上方沉積金屬柵疊層。