[發(fā)明專利]P型MOSFET的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210506496.0
• 申請(qǐng)日: 2012-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103854983B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐秋霞;朱慧瓏;周華杰;許高博;梁擎擎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 蔡純

公開(kāi)了一種P型MOSFET的制造方法，該方法包括：在半導(dǎo)體襯底上形成MOSFET的一部分，包括位于半導(dǎo)體襯底中的源/漏區(qū)、在半導(dǎo)體襯底上方位于源/漏區(qū)之間的假柵疊層、以及圍繞假柵疊層的柵極側(cè)墻；去除MOSFET的假柵疊層以形成柵極開(kāi)口，以暴露半導(dǎo)體襯底的表面；在半導(dǎo)體的暴露表面上形成界面氧化物層；在柵極開(kāi)口內(nèi)的界面氧化物層上形成高K柵介質(zhì)；在高K柵介質(zhì)上形成第一金屬柵層；在第一金屬柵層中注入摻雜離子；以及進(jìn)行退火以使摻雜離子擴(kuò)散并聚積在高K柵介質(zhì)與第一金屬柵層之間的上界面和高K柵介質(zhì)與界面氧化物之間的下界面處，并且在高K柵介質(zhì)與界面氧化物之間的下界面處通過(guò)界面反應(yīng)產(chǎn)生電偶極子。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及包括金屬柵和高K柵介質(zhì)的P型MOSFET的制造方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的特征尺寸不斷減小。MOSFET的尺寸縮小可能導(dǎo)致電流泄漏的問(wèn)題。高K柵介質(zhì)的使用使得可以在保持等效氧化物厚度(EOT)不變的情形下增加?xùn)沤橘|(zhì)的物理厚度，因而可以降低柵隧穿漏電流。然而，傳統(tǒng)的多晶硅柵與高K柵介質(zhì)不兼容。金屬柵與高K柵介質(zhì)一起使用不僅可以避免多晶硅柵的耗盡效應(yīng)，減小柵電阻，還可以避免硼穿透，提高器件的可靠性。因此，金屬柵和高K柵介質(zhì)的組合在MOSFET中得到了廣泛的應(yīng)用。金屬柵和高K柵介質(zhì)的集成仍然面臨許多挑戰(zhàn)，如熱穩(wěn)定性問(wèn)題、界面態(tài)問(wèn)題。特別是由于費(fèi)米釘扎效應(yīng)，采用金屬柵和高K柵介質(zhì)的MOSFET難以獲得適當(dāng)?shù)偷拈撝惦妷骸?/p>

為了獲得合適的閾值電壓，P型MOSFET的有效功函數(shù)應(yīng)當(dāng)在Si的價(jià)帶頂附近(5.2eV左右)。對(duì)于P型MOSFET，期望選擇合適的金屬柵和高K柵介質(zhì)的組合以實(shí)現(xiàn)所需的閾值電壓。然而，僅僅通過(guò)材料的選擇獲得如此高的有效功函數(shù)是困難的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的制造P型MOSFET的方法，其中可以在制造過(guò)程調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的有效功函數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種P型MOSFET的制造方法，所述方法包括：在半導(dǎo)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(dǎo)體襯底中的源/漏區(qū)、在半導(dǎo)體襯底上方位于源/漏區(qū)之間的假柵疊層、以及圍繞假柵疊層的柵極側(cè)墻；去除所述MOSFET的假柵疊層以形成柵極開(kāi)口，該柵極開(kāi)口暴露半導(dǎo)體襯底的表面；在半導(dǎo)體的暴露表面上形成界面氧化物層；在柵極開(kāi)口內(nèi)的界面氧化物層上形成高K柵介質(zhì)；在高K柵介質(zhì)上形成第一金屬柵層(first metal gate layer)；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(second metal gate layer)以填充柵極開(kāi)口；以及進(jìn)行退火以使摻雜離子擴(kuò)散并聚積在高K柵介質(zhì)與第一金屬柵層之間的上界面和高K柵介質(zhì)與界面氧化物之間的下界面處，并且在高K柵介質(zhì)與界面氧化物之間的下界面處通過(guò)界面反應(yīng)產(chǎn)生電偶極子。

在該方法中，一方面，在高K柵介質(zhì)的上界面處聚積的摻雜離子改變了金屬柵的性質(zhì)，從而可以有利地調(diào)節(jié)相應(yīng)的MOSFET的有效功函數(shù)。另一方面，在高K柵介質(zhì)的下界面處聚積的摻雜離子通過(guò)界面反應(yīng)還形成合適極性的電偶極子，從而可以進(jìn)一步有利地調(diào)節(jié)相應(yīng)的MOSFET的有效功函數(shù)。該方法獲得的半導(dǎo)體器件的性能表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和顯著的調(diào)節(jié)金屬柵的有效功函數(shù)的作用。

附圖說(shuō)明

為了更好的理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述：

圖1至6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例在制造P型MOSFET的各個(gè)階段的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在下文的描述中，無(wú)論是否顯示在不同實(shí)施例中，類似的部件采用相同或類似的附圖標(biāo)記表示。在各個(gè)附圖中，為了清楚起見(jiàn)，附圖中的各個(gè)部分沒(méi)有按比例繪制。