[發明專利]半導體器件的制造方法、高K介電結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201611263876.0
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN107316809B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 黃一晨;許一如;陳光鑫;劉繼文;巫勇賢;陳慶育
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

本發明描述了半導體器件及其制造方法。在襯底上形成第一氧化鉿(HfO₂)層。在第一氧化鉿層上方形成鈦(Ti)層。在鈦層上方形成第二氧化鉿層。熱退火復合器件結構以產生具有插入在第一氧化鉿層和第二氧化鉿層之間的氧化鉿鈦(Hf_xTi_1?xO₂)層的高k介電結構。本發明的實施例還涉及高K介電結構及其制造方法。

技術領域

本發明的實施例涉及半導體器件的制造方法、高K介電結構及其制造方法。

背景技術

隨著集成電路的縮放，器件應用已經采用了越來越快的操作速度。這對金屬氧化物半導體(MOS)器件提出了更快的開關要求。具有薄的二氧化硅柵極介電層的MOS場效應晶體管(MOSFET)可能表現出不可接受的柵極泄漏電流。期望用于柵極電介質的高介電常數(k值)可用于減小MOS器件的柵極泄漏電流并且增加MOS器件的開關速度。當在襯底和高k介電層之間使用過渡氧化物時，當經受施加場時，所得的膜可能表現出不可靠的電壓閾值(Vt)。由于具有約3.9的k值的傳統的氧化硅不能滿足這種要求，因此越來越多地使用高k介電材料。

發明內容

本發明的實施例提供了一種制造半導體器件的方法，所述方法包括：在襯底上方形成第一氧化鉿層；在所述第一氧化鉿層上方形成鈦層；以及在所述鈦層上方形成第二氧化鉿層。

本發明的另一實施例提供了一種制造高k介電結構的方法，所述方法包括形成設置在第一氧化鉿層和第二氧化鉿層之間的氧化鉿鈦層。

本發明的又一實施例提供了一種高k介電結構，包括：襯底；第一氧化鉿層，位于所述襯底上方；氧化鉿鈦層，位于所述第一氧化鉿層上方；以及第二氧化鉿層，位于所述氧化鉿鈦層上方。

附圖說明

當結合附圖進行閱讀時，從以下詳細描述可最佳地理解本發明的各個方面。應該注意，根據工業中的標準實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。

圖1代表性地示出根據實施例的高k介電器件結構的形成。

圖2代表性地示出根據實施例的用于形成高k介電器件結構的前體結構。

圖3A代表性地示出根據實施例的由圖2的前體結構形成的高k介電器件結構。

圖3B代表性地示出根據另一實施例的由圖2的前體結構形成的高k介電器件結構。

圖4A是截面圖并且圖4B是四分之三的等軸視圖，兩者均代表性地示出根據實施例的高k介電器件結構。

圖5A是截面圖并且圖5B是四分之三的等軸視圖，兩者均代表性地示出根據另一實施例的高k介電器件結構。

圖6A是截面圖并且圖6B是四分之三的等軸視圖，兩者均代表性地示出根據又一實施例的高k介電器件結構。

圖7代表性地示出根據實施例的形成高k介電器件結構的方法。

圖8代表性地示出根據實施例的具有包括高k介電器件結構的柵極電介質的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。

具體實施方式

以下公開內容提供了許多用于實現所提供主題的不同特征的不同實施例或實例。下面描述了組件和布置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本發明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接觸的方式形成的實施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。此外，本發明可在各個實例中重復參考標號和/或字符。該重復是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關系。