一种具有栅极结构的场效应晶体管，所述栅极结构包括：高－Ｋ电介质层；栅电极，位于所述高－ｋ电介质层上；以及界面层，位于所述高－Ｋ电介质层和所述场效应晶体管的沟道区之间。所述界面层包括包含再生长抑制剂的ＳｉＯ２层。一种形成场效应晶体管的栅极结构的方法包括：按照如下顺序形成栅极叠层：与所述场效应晶体管的沟道区相邻的ＳｉＯ２层；所述ＳｉＯ２层上的高－Ｋ电介质层；以及所述高－Ｋ电介质层上的栅电极。所述方法也包括将再生长抑制剂引入到所述ＳｉＯ２层，并且然后对所述栅极结构退火。所述ＳｉＯ２界面层中所述再生长抑制剂的存在在所述退火步骤期间抑制了所述ＳｉＯ２层再生长进入所述沟道区。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于场效应晶体管的栅极结构。具体地，本专利技术涉及一种栅极结构，所 述栅极结构包括高-K电介质层和位于所述高-K电介质层和所述场效应晶体管的沟道区之 间的界面层。
技术介绍
诸如场效应晶体管之类的半导体器件尺寸的减少继续对于栅极设计和制造提出 新的挑战。当栅极长度减小时，所使用的栅极绝缘层的厚度也必须减小。通常，已经将SiO2 用作栅极绝缘体。然而，因为比约1.0至1.5nm更薄的SiO2层受到不可接受的强栅极泄露 效应，近年来注意力已经转移到包括高-K电介质材料的替代结构。高-K电介质材料允许采用更厚的绝缘层尺寸，同时保持相对较高的栅极电容值。如图1所示，已知的高-K栅极结构使用双层结构，包括高-K栅极材料电介质层4 和界面层2，所述界面层位于高-K电介质层4和场效应晶体管10的沟道区6之间。如图1 所示，晶体管10也包括衬底14中的传统源极和漏极区12，位于所述沟道区6的另一侧上。典型地包括相对的低-K SiO2的图1所示的界面层2的目的是在制造期间作为 高-K电介质层4 (可以是结晶的或者无定形的)生长的籽晶。栅电极8本身形成于高-K电 介质层4的顶部上。栅电极8典型地可以包括金属或多晶硅层。典型地，将隔片(spaCer)5 设置在所述栅极的任一侧上。现有的高-K栅极技术不能满足半导体国际技术策略(ITRS)的需求，ITRS预言了 在2011年对于高性能应用的8 A CETinv (反转情况下的电容等效厚度(等价于4_5 A的标 准氧化物(SiO2)厚度)。在图1所示类型的现有高-K栅极结构中，典型地将界面层2形成 为具有7-12 A的厚度。此外，高-K电介质层4的厚度受到以下事实的限制已知的高-K材料目前不能在 小于约12-15 A的厚度下同质地生长
技术实现思路
本专利技术的目的是解决关于结合了高-K电介质的现有栅极结构的上述限制的至少 一些限制。本专利技术的特定和优选方面在所附独立权利要求和从属权利要求中阐述。可以将来 自从属权利要求的特征组合与独立权利要求的特征适当地组合，而不仅仅是如同权利要求 中明确地阐述的。根据本专利技术的一个方面，提出了一种具有栅极结构的场效应晶体管。所示栅极结 构包括高-K电介质层。所述栅极结构还包括位于所述高-K电介质层上的栅电极。所述 栅极结构还包括界面层，所述界面层位于所述高-K电介质层和所述场效应晶体管的沟道 区之间。所述界面层包括包含再生长抑制剂的SiO2层。根据本专利技术的另一个方面，提出了一种形成场效应晶体管的栅极结构的方法。所述方法包括形成栅极叠层，所述栅极叠层一次包括与所述场效应晶体管的沟道区相邻的 SiO2层；所述SiA层上的高-K电介质层；以及所述高-κ电介质层上的栅电极。所述方法 也包括将再生长抑制剂引入到所述SiO2层。所述方法还包括对所述栅极结构退火。在SiA 层中存在的所述再生长抑制剂在所述退火步骤期间抑制了所述S^2层再生长进入所述沟 道区。根据本专利技术，已经认识到在包括高-K栅极结构的场效应晶体管的制造期间，(在 退火步骤期间)S^2界面层再生长进入所述晶体管的沟道区导致增加了用于栅极绝缘体的 氧化物厚度。还认识到通过抑制所述制造工艺的退火步骤期间界面层的再生长，可以至少 部分地解决减小所述栅极结构中提供的栅极绝缘体总厚度的问题(其中，可以将栅极绝缘 体厚度定义为界面层和高-κ电介质层的组合厚度)。还应该已经认识到，可以在作为大部 分制造方法的一部分而执行的任意退火工艺之前通过将再生长抑制剂引入到界面层中来 实现所述界面层的再生长。根据本专利技术的实施例，所述再生长抑制剂包括杂质离子。根据本专利技术的实施例，所 述再生长抑制剂包括从As和P中选择的杂质离子。已经发现将诸如As之类的杂质添加到栅电极(例如所述栅电极可以包括金属或 多晶硅层)对于所述栅电极的功函数产生调节效果。这种调节效果本身可以用于对栅极特 性进行裁剪。然而，如果不需要η-型调节，可以将ρ型掺杂剂添加到所述栅电极，或者可以 将P-型金属栅极用于补偿。在一个实施例中，所述界面层具有范围在3至12Α的厚度。在一个实施例中，所述高-K电介质层具有范围在l-3nm的厚度。在一个实施例中，所述高-K电介质层具有大于15的κ值。具体地，所述高-K电 介质层可以具有范围在15-25的κ值。在一个实施例中，所述As或P杂质离子按照约IO18和约102°at/cm3之间的浓度存 在。例如，所述场效应晶体管可以包括金属绝缘体半导体场效应晶体管(MISFET)、鳍 状场效应晶体管(FinFET)或者沟道场效应晶体管(TrenchFET)。根据本专利技术的实施例，可以使用离子束注入技术将所述再生长抑制剂引入到所述 SiO2界面层中。用于As杂质的注入能量可以是范围6至8keV，而用于P杂质的注入能量可 以是范围在2至故^。依赖于栅电极(典型地2-15nm厚)和在所述栅电极上设置的任何 帽层(典型地5-lOnm厚)的厚度和材料密度可以使用范围在1 X IO15CnT2至5X IO15CnT2的 剂量水平。也可以将对于离子束注入(例如等离子掺杂(PLAD))的替代技术用于将再生长 抑制剂引入到所述器件中。附图说明随后将参考附图只作为示例描述本专利技术的实施例，附图中相似的参考符号涉及相 似的元件，其中图1示出了结合了高-K栅极结构的已知场效应晶体管的示例；图2示出了根据本专利技术实施例的场效应晶体管的示例；图3示出了根据本专利技术实施例的场效应晶体管的栅极结构的示例；图4说明了根据本专利技术实施例的用于制造场效应晶体管的栅极叠层的示例方法 中的各个阶段；图5示出了用于研究将As引入到高-K栅极结构中的效果而执行的试验结果；以 及图6示出了用于研究将P引入到高-K栅极结构的效果而执行的试验结果。 具体实施例方式下面参考附图描述本专利技术的实施例。本专利技术实施例可以提供具有比目前能够实现栅极绝缘体更薄的栅极绝缘体的栅 极高-K结构。具体地，已经发现典型地形成用于生长高-κ电介质层的籽晶的界面层在任 何退火步骤期间具有再生长到场效应晶体管的沟道区中的趋势，作为大规模制造工艺的一 部分执行所述退火步骤。还发现通过在执行退火步骤之前将再生长抑制剂引入到所述界面 层中大大地防止了这种再生长。已经发现了在退火步骤之前引入到界面层中的As和P杂 质都可以用作再生长抑制剂。接下来参考体材料MISFET的栅极结构描述本专利技术。然而应该理解的是所述实施 例只是如何实现本专利技术的示例。具体地，应该理解的是这里所述类型的栅极结构除了提供 给体材料MISFET之外还可以提供给场效应晶体管。例如，本专利技术可以应用于诸如FinFET 和沟道FET之类的其他形式的场效应晶体管。图2中示意性地示出了结合了根据本专利技术实施例的栅极结构的场效应晶体管的 示例。在该示例中，场效应晶体管20包括体材料MISFET，例如M0SFET。场效应晶体管20 包括设置在半导体衬底M的表面处的源极/漏极区22。在传统体材料MOSFET结构中众所 周知的是存在在所述源极/漏极区22之间延伸的沟道区26。在所述沟道区沈上，提供了 栅极结构30。可以在所述栅极结构30的任一侧上设置隔片31。如传统体材料MOSFET那 样，可以将通过栅极结构30在沟道区沈上施加的电势用于控制通过所述沟道区沈在所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种场效应晶体管，具有栅极结构，该栅极结构包括： 高－Ｋ电介质层； 栅电极，位于所述高－Ｋ电介质层上；以及 界面层，位于所述高－Ｋ电介质层和所述场效应晶体管的沟道区之间，其中所述界面层包括包含再生长抑制剂的ＳｉＯ↓［２］层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·穆勒，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL
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