[發明專利]半導體器件的制造方法

在審

• 申請號: 201210505536.X
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103855006A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 徐秋霞;朱慧瓏;許高博;周華杰;梁擎擎;陳大鵬;趙超
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 蔡純

1.一種半導體器件的制造方法，該半導體器件包括在一個半導體襯底上形成的兩種相反類型的MOSFET，所述方法包括：

在半導體襯底上形成MOSFET的一部分，所述MOSFET的所述部分包括位于半導體襯底中的源/漏區、在半導體襯底上方位于源/漏區之間的假柵疊層、以及圍繞假柵疊層的柵極側墻；

去除所述MOSFET的假柵疊層以形成柵極開口，該柵極開口暴露半導體襯底的表面；

在半導體的暴露表面上形成界面氧化物層；

在柵極開口內的界面氧化物層上形成高K柵介質；

在高K柵介質上形成第一金屬柵層；

在第一金屬柵層中注入摻雜離子；

在第一金屬柵層上形成第二金屬柵層以填充柵極開口；以及

進行退火以使摻雜離子擴散并聚積在高K柵介質與第一金屬柵層之間的上界面和高K柵介質與界面氧化物之間的下界面處，并且在高K柵介質與界面氧化物之間的下界面處通過界面反應產生電偶極子。

2.根據權利要求1所述的方法，其中高K柵介質由選自ZrO₂、ZrON、ZrSiON、HfZrO、HfZrON、HfON、HfO₂、HfAlO、HfAlON、HfSiO、HfSiON、HfLaO、HfLaON及其任意組合的一種構成。

3.根據權利要求1所述的方法，其中高K柵介質的厚度約為1.5-5nm。

4.根據權利要求1所述的方法，其中采用原子層沉積、物理汽相沉積或金屬有機化學汽相沉積形成高K柵介質。

5.根據權利要求4所述的方法，其中在形成高K柵介質之后，還包括附加的退火以改善高K柵介質的質量。

6.根據權利要求1所述的方法，其中第一金屬柵層由選自TiN、TaN、MoN、WN、TaC、TaCN及其任意組合的一種構成。

7.根據權利要求1所述的方法，其中第一金屬柵層的厚度約為2-10nm。

8.根據權利要求1所述的方法，其中第二金屬柵層由選自W、Ti、TiAl、Al、Mo、Ta、TiN、TaN、WN及其任意組合的一種構成。

9.根據權利要求1所述的方法，其中在第一金屬柵層中注入摻雜離子的步驟中，根據期望的閾值電壓控制離子注入的能量和劑量，并且使得摻雜離子僅僅分布在第一金屬柵層中。

10.根據權利要求9所述的方法，其中離子注入的能量約為0.2KeV-30KeV。

11.根據權利要求9所述的方法，其中離子注入的劑量約為1E13-1E15cm^-2。

12.根據權利要求1所述的方法，其中兩種相反類型的MOSFET包括N型MOSFET和P型MOSFET，并且在第一金屬柵層中注入摻雜離子的步驟包括：

在遮擋P型MOSFET的情形下，采用第一摻雜劑注入對N型MOSFET的第一金屬柵層進行離子注入；以及

在遮擋N型MOSFET的情形下，采用第二摻雜劑注入對P型MOSFET的第一金屬柵層進行離子注入。

13.根據權利要求12所述的方法，其中第一摻雜劑是可以減小有效功函數的摻雜劑。

14.根據權利要求13所述的方法，其中第一摻雜劑是選自P、As、Sb、La、Er、Dy、Gd、Sc、Yb、Er和Tb的一種。

15.根據權利要求12所述的方法，其中第二摻雜劑是可以增加有效功函數的摻雜劑。

16.根據權利要求15所述的方法，其中第二摻雜劑是選自In、B、BF₂、Ru、W、Mo、Al、Ga、Pt的一種。

17.根據權利要求1所述的方法，其中在惰性氣氛或弱還原性氣氛中執行退火，退火溫度約為350℃-450℃，退火時間約為20-90分鐘。