[發明專利]具有附加氧化物層的柵極結構及其制造方法

在審

• 申請號: 202011487506.1
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN112599594A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 林智偉;王智麟;郭康民;連承偉
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L21/28
• 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

1.一種半導體結構，包括：

襯底；以及

柵極結構，形成在所述襯底上方，其中，所述柵極結構包括：

柵極介電層，形成在所述襯底上方并且具有氧空位；

覆蓋層，形成在具有所述氧空位的所述柵極介電層上方；

覆蓋氧化物層，直接形成在所述覆蓋層上方，其中，所述覆蓋氧化物的材料是對所述覆蓋氧化物層下方的所述覆蓋層進行氧化形成的氧化物材料，以使得所述覆蓋氧化物層用于向具有所述氧空位的所述柵極介電層提供氧；

功函金屬層，形成在所述覆蓋氧化物層上方；和

柵電極層，形成在所述功函金屬層上方。

2.根據權利要求1所述的半導體結構，其中，所述覆蓋氧化物層是由由MN_xO_y制成，并且M為Ti、Ta或W，N為氮，O為氧，x是在4至9的范圍內，y是在5至9的范圍內。

3.根據權利要求1所述的半導體結構，其中，所述覆蓋層是由TiN制成，而所述覆蓋氧化物層是由TiN_xO_y制成的，其中，x：y在0.4至1.8的范圍內。

4.根據權利要求1所述的半導體結構，其中，所述覆蓋層是由金屬氮化物制成，所述覆蓋氧化物層是由金屬氮氧化物制成，并且所述功函金屬層是由金屬氮化物制成。

5.根據權利要求1所述的半導體結構，其中，所述覆蓋氧化物層的厚度在至的范圍內。

6.根據權利要求1所述的半導體結構，其中，所述覆蓋層的厚度在從至的范圍內。

7.根據權利要求1所述的半導體結構，其中，所述覆蓋層的厚度和所述覆蓋氧化物層的厚度的總和是在至的范圍內。

8.一種半導體結構，包括：

襯底；

第一柵極結構，形成在所述襯底上方，其中，所述第一柵極結構包括：

第一柵極介電層，形成在所述襯底上方并且具有氧空位；

第一覆蓋層，形成在具有所述氧空位的所述第一柵極介電層上方；

第一覆蓋氧化物層，直接形成在所述第一覆蓋層上方，其中，所述第一覆蓋氧化物的材料是對所述第一覆蓋氧化物層下方的所述第一覆蓋層進行氧化形成的氧化物材料，以使得所述第一覆蓋氧化物層用于向具有所述氧空位的所述第一柵極介電層提供氧；

第一功函金屬層，形成在所述第一覆蓋氧化物層上方；和

第一柵電極層，形成在所述第一功函金屬層上方；以及

第二柵極結構，形成在所述襯底上方，其中，所述第二柵極結構包括：

第二柵極介電層，形成在所述襯底上方；

第二覆蓋層，形成在所述第二柵極介電層上方；

第二覆蓋氧化物層，形成在所述第二覆蓋層上方；

第二功函金屬層，形成在所述第二覆蓋氧化物層上方；和

第二柵電極層，形成在所述第二功函金屬層上方；

其中，所述第一覆蓋層和所述第二覆蓋層是由相同的材料制成，而所述第一功函金屬層和所述第二功函金屬層是由不同的材料制成。

9.根據權利要求8所述的半導體結構，其中，所述第一功函金屬層是由N型金屬制成，而所述第二功函金屬層是由P型金屬制成。

10.一種用于制造半導體結構的方法，包括：

在襯底上方形成柵極介電層；

直接在所述柵極介電層上方形成覆蓋層，所述覆蓋層下方的所述柵極介電層具有氧空位；

通過氧化所述覆蓋層而在所述覆蓋層上方形成覆蓋氧化物層，以使得所述覆蓋氧化物層用于向具有所述氧空位的所述柵極介電層提供氧；

在所述覆蓋氧化物層上方形成功函金屬層；以及

在所述功函金屬層上方形成柵電極層，

其中，所述柵電極層是由金屬制成，而所述覆蓋氧化物層被配置為防止所述柵電極層的金屬擴散至所述襯底內。