[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

本發明提供了一種半導體結構及其形成方法。半導體結構包括：襯底和形成在襯底上方的柵極結構。柵極結構包括：形成在襯底上方的柵極介電層和形成在柵極介電層上方的覆蓋層。該柵極結構還包括形成在覆蓋層上方的覆蓋氧化物層和形成在覆蓋氧化物層上方的功函金屬層。該柵極結構還包括形成在功函金屬層上方的柵電極層。

本申請是2015年11月17日提交的標題為“具有附加氧化物層的柵極結構及其制造方法”、申請號為201510788201.7的分案申請。

技術領域

本發明總體涉及半導體領域，更具體地，涉及柵極結構及其制造方法。

背景技術

半導體器件用于各種電子應用中，諸如個人計算機、手機、數碼相機、以及其他電子設備。半導體器件通常通過以下步驟制造：在半導體襯底上方依次沉積絕緣或介電材料層、導電材料層和半導體材料層，并且使用光刻來圖案化各個材料層以在其上形成電路組件和元件。

然而，雖然現有的半導體制造工藝通常足以實現它們的預期目的，但是隨著器件不斷按比例縮小，它們不能在所有方面都完全令人滿意。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種半導體結構，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；覆蓋層，形成在所述柵極介電層上方；覆蓋氧化物層，形成在所述覆蓋層上方；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。

優選地，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是在約4至約9的范圍內，y是在約5至約9的范圍內。

優選地，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在約0.4至約1.8的范圍內。

優選地，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。

優選地，所述覆蓋氧化物層的厚度在約至約的范圍內。

優選地，所述覆蓋層的厚度在從約至約的范圍內。

優選地，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約至約的范圍內。

根據本發明的另一方面，提供了一種半導體結構，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；第一覆蓋層，形成在所述第一柵極介電層上方；第一覆蓋氧化物層，形成在所述第一覆蓋層上方；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。

優選地，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。

優選地，所述第一覆蓋層和所述第二覆蓋層是由金屬氮化物制成，所述第一覆蓋氧化物層和所述第二覆蓋氧化物層是由金屬氮氧化物制成。

優選地，所述第一覆蓋層的厚度大于所述第一覆蓋氧化物層的厚度。

優選地，所述第一覆蓋氧化物層的厚度在約至約的范圍內。

優選地，所述第一覆蓋層的厚度和所述第一覆蓋氧化物層的厚度的總和是在約至約的范圍內。