A high dielectric constant (high k) gate dielectric layer is formed on a semiconductor fin comprising one or more semiconductor materials. A patterned diffusion barrier metal nitride layer is formed to cover at least one channel while not covering at least another channel. The threshold voltage is adjusted to form the oxide layer on a high k gate dielectric layer and a physically exposed portion of the diffusion barrier metal nitride layer. Annealing is performed to adjust the threshold voltage of the oxide layer material into the interface between the (one or more) intrinsic channels and the high k gate dielectric layer, leading to the formation of a threshold voltage regulating the oxide portion. At least one work function (workfunction) material layer is formed, and the use of high k gate dielectric layer and the threshold voltage adjustment part is patterned to form oxide, across the semiconductor fin types of gate stack.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容一般地涉及半导体器件,并且具体地涉及通过栅极介电堆叠修改具有不同阈值电压的鳍式场效应晶体管及其制造方法。
技术介绍
鳍式场效应晶体管被用来克服其中每单位面积包括有限导通电流的平面鳍式场效应晶体管的缺点。因为制造具有不同高度的半导体鳍片需要附加的处理步骤,因此期望在不求助于多个鳍片高度的情况下,控制鳍式场效应晶体管的导通电流的有效方法。
技术实现思路
可以在半导体鳍片上形成多种类型的栅极堆叠。高介电常数(高k)栅极介电层在半导体鳍片上形成。扩散势垒金属氮化物层被沉积和图案化,以阻挡高k栅极介电层的至少一部分,同时物理地暴露高k栅极介电层的至少另一部分。阈值电压调整氧化物层在高k栅极介电层的物理暴露部分和扩散势垒金属氮化物层上形成。执行退火,以将阈值电压调整氧化物层的材料赶进在(一个或多个)本征沟道和高k栅极介电层之间的界面,从而导致阈值电压调整氧化物部分的形成。至少一个功函数(workfunction)材料层被形成,并且利用高k栅极介电层和阈值电压调整氧化物部分进行图案化,以形成跨越半导体鳍片的栅极堆叠。根据本公开内容的一方面,半导体结构包含:包括第一栅极堆叠的第一鳍式场效应晶体管、包括第二栅极堆叠的第二鳍式场效应晶体管、以及包括第三栅极堆叠的第三鳍式场效应晶体管。第一栅极堆叠从下到上包括:包含具有介电常数大于4.0的第一高k介电材料并且跨越第一半导体鳍片的第一 ...
【技术保护点】
一种半导体结构,包括:第一鳍式场效应晶体管,该第一鳍式场效应晶体管包括第一栅极堆叠,所述第一栅极堆叠包含:包括跨越第一半导体鳍片的第一高k介电材料的第一高介电常数(高k)介电部分、以及与所述第一高k介电部分接触的第一栅极电极;第二鳍式场效应晶体管,该第二鳍式场效应晶体管包括第二栅极堆叠,该第二栅极堆叠包含:包括与所述第一高k介电材料不同的另一种介电材料并且跨越第二半导体鳍片的阈值电压调整氧化物部分、包括所述第一高k介电材料的第二高k介电部分、以及与所述第二高k介电部分接触的第二栅极电极;及第三鳍式场效应晶体管,该第三鳍式场效应晶体管包括第三栅极堆叠,所述第三栅极堆叠包含:包括所述第一高k介电材料并且跨越第三半导体鳍片的第三高k介电部分、以及与所述第三高k介电部分接触的第三栅极电极,其中所述第一鳍式场效应晶体管和第二鳍式场效应晶体管是第一导电类型的晶体管,所述第三鳍式场效应晶体管是与所述第一导电类型相反的第二导电类型的晶体管。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.18 US 13/945,0951.一种半导体结构,包括:
第一鳍式场效应晶体管,该第一鳍式场效应晶体管包括第一栅极
堆叠,所述第一栅极堆叠包含:包括跨越第一半导体鳍片的第一高k
介电材料的第一高介电常数(高k)介电部分、以及与所述第一高k
介电部分接触的第一栅极电极;
第二鳍式场效应晶体管,该第二鳍式场效应晶体管包括第二栅极
堆叠,该第二栅极堆叠包含:包括与所述第一高k介电材料不同的
另一种介电材料并且跨越第二半导体鳍片的阈值电压调整氧化物部分、
包括所述第一高k介电材料的第二高k介电部分、以及与所述第二
高k介电部分接触的第二栅极电极;及
第三鳍式场效应晶体管,该第三鳍式场效应晶体管包括第三栅极
堆叠,所述第三栅极堆叠包含:包括所述第一高k介电材料并且跨
越第三半导体鳍片的第三高k介电部分、以及与所述第三高k介电
部分接触的第三栅极电极,其中所述第一鳍式场效应晶体管和第二鳍
式场效应晶体管是第一导电类型的晶体管,所述第三鳍式场效应晶体
管是与所述第一导电类型相反的第二导电类型的晶体管。
2.如权利要求1所述的半导体结构,其中所述第一半导体鳍片
遍及其全部包括第一半导体材料,所述第二半导体鳍片遍及其全部包
括第二半导体材料,并且所述第三半导体鳍片遍及其全部包括第三半
导体材料,其中所述第一半导体材料、所述第二半导体材料和所述第
三半导体材料中的每一个都独立地选自单晶硅、单晶硅锗合金、单晶
硅-碳合金和单晶硅-锗-碳合金。
3.如权利要求1所述的半导体结构,其中所述第三高k介电部
分与所述第三半导体鳍片接触。
4.如权利要求3所述的半导体结构,还包括第四鳍式场效应晶
体管,所述第四鳍式场效应晶体管包括第四栅极堆叠,其中所述第四
栅极堆叠从下到上包括:包括所述另一种介电材料并且跨越第四半导
体鳍片的另一个阈值电压调整氧化物部分、包括所述第一高k介电
材料的第四高k介电部分、以及与所述第四高k介电部分接触的第
四栅极电极。
5.如权利要求1所述的半导体结构,其中所述第三鳍式场效应
晶体管包括第三栅极堆叠,其中所述第三栅极堆叠从下到上至少包括:
包括所述另一种介电材料并且与所述第三半导体鳍片接触的另一个阈
值电压调整氧化物部分、包括所述第一高k介电材料的第三高k介
电部分、以及与所述第三高k介电部分接触的第三栅极电极。
6.如权利要求5所述的半导体结构,还包括第四鳍式场效应晶
体管,所述第四鳍式场效应晶体管包括第四栅极堆叠,其中所述第四
栅极堆叠从下到上包括:包括所述另一种介电材料并且跨越第四半导
体鳍片的又一个阈值电压调整氧化物部分、包括所述第一高k介电
材料的第四高k介电部分、以及与所述第四高k介电部分接触的第
四栅极电极,其中所述第三沟道区域和所述第四半导体沟道部分是包
括不同半导体材料的单晶本征半导体材料部分。
7.如权利要求1所述的半导体结构,其中所述第一高k介电材
料包括选自氧化铪、氧化锆、氧化钽、氧化钛、其硅酸盐、以及其合
金的材料。
8.如权利要求7所述的半导体结构,其中所述第二高k介电材
料包括选自IIA族元素的氧化物、IIIB族元素的氧化物、氧化铝、
及其合金的材料。
9.如权利要求1所述的半导体结构,其中所述第一高k介电部
分不包括所述第二高k介电材料。
10.如权利要求9所述的半导体结构,其中所述第二高k介电部
分还包括所述另一种介电材料,其中所述另一种介电材料的原子浓...
【专利技术属性】
技术研发人员:安藤崇志,M·P·储德泽克,B·卡南,S·A·克里什南,权彦五,V·纳拉亚南,
申请(专利权)人:格罗方德半导体股份有限公司,
类型:发明
国别省市:开曼群岛;KY
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。