利用氟掺杂技术形成集成电路系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及利用氟掺杂技术形成集成电路系统的方法，提供一种用于形成半导体装置的方法，其包含下列步骤：提供栅极结构于半导体基板的有源区中，其中该栅极结构包含有高k材料的栅极绝缘层、栅极金属层及栅极电极层，形成邻近该栅极结构的侧壁间隔体，以及之后，执行氟植入工艺。也提供一种用于形成CMOS集成电路结构的方法，其包含下列步骤：提供有第一有源区及第二有源区的半导体基板，形成第一栅极结构于该第一有源区中以及第二栅极结构于该第二有源区中，其中每个栅极结构包含有高k材料的栅极绝缘层、栅极金属层及栅极电极层，形成邻近该第一及该第二栅极结构的每一个的侧壁间隔体，以及之后，执行氟植入工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体有关于集成电路，且更特别的是，有关于用氟植入形成集成电路的方法。
技术介绍
多数当今集成电路(IC)是用多个互连场效晶体管(FETS)实作，也被称为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或简称MOS晶体管。当今集成电路通常用形成于有给定表面积的芯片上的数百万个MOS晶体管实作。在MOS晶体管中，流动通过沟道(形成于MOS晶体管的源极及漏极之间)的电流经由通常配置于沟道区上方的栅极控制，这与所考量的是PMOS晶体管还是NMOS晶体管无关。为了控制MOS晶体管，施加电压至栅极的栅极电极，以及在外加电压大于阈值电压时有电流流动通过沟道，这非平凡地取决于晶体管的性质，例如大小、材料等等。为了建造有更多晶体管及更快半导体装置的集成电路，半导体技术的研发已针对超大规格集成电路(ULSI)，这导致IC的尺寸不断减少，因此，MOS晶体管有减少的尺寸。在当今半导体技术中，微电子装置的最小特征尺寸已逼近深次微米规范(deep submicronregime)以便持续地满足更快及更低耗电微处理器及数字电路的需求以及大体对于有改良高能量效率的半导体装置结构的需求。一般而言，由线或空间的宽度或长度尺寸来表示关键尺寸(CD)，这已被认定为对在制造为正常运行的装置时是很重要的，而且该尺寸是决定装置效能。结果，IC效能的继续增加以及IC尺寸持续减少到更小的尺度已提高IC结构的整合密度。不过，由于半导体装置及装置特征变得愈小及更先进，习知制造技术已被推到极限，这挑战它们在目前要求尺度做出有精确定义的特征的能力。结果，随着半导体持续地减少尺寸，开发人员会面对愈来愈多的缩放限制。通常，设于微芯片上的IC结构是用数百万个个别半导体装置实现，例如PMOS晶体管或NMOS晶体管。由于晶体管效能至关重要地取决于数种因子，例如，阈值电压，因此很容易看出控制芯片效能的高度重要性，这需要维持个别晶体管的许多参数处于控制之下，特别是被强力缩放的半导体装置。例如，跨半导体芯片的晶体管结构的阈值电压的偏差强烈影响在制整个芯片的可靠性。为了确定跨芯片的晶体管装置有可靠的可控性，每个晶体管的阈值电压的明确调整必须保持高度的准确性。由于阈值电压已单独取决于许多因子，因此必须提供受控工艺流程用于制造可靠地符合所有这些因子的晶体管装置。众所周知,高k金属栅极(HKMG)堆叠在先形成栅极工艺整合中对于在各种工艺流程期间所执行的加工非常敏感。特别是，在晶体管装置边缘的高k/金属栅极/硅沟道接口，堆叠组态对于氧的累积非常敏感。氧的累积可能改变功函数调整用金属层的充电，特别是在沿着栅极的边缘。这不仅在半导体装置结构的长度方向很重要，在宽度方向也一样，由于有源区及STI区域的拓朴，从有源区到描绘有源区的浅沟槽隔离(STI)角落，可能在接口上发生多晶硅线圆化。STI表示了防止形成在相邻有源区的半导体装置间的电流泄露的IC特征。由于氧的掺入，接口的充电可能改变，相应地，会诱发功函数漂移，导致阈值电压改变。此效应取决于半导体装置的宽度。宽度尺寸愈小，阈值电压的变化愈大。图1很示意地图示半导体基板宽度(W，单位纳米)与线性阈值电压(Vtun)的关系。如图1所示，按比例缩小晶体管装置的宽度尺寸会诱发Vtun的上升(roll-up)，这常被称为“VtUn_W效应”。例如，从900纳米左右的宽度尺寸开始，缩小到72纳米，预期会有约0.1V的Vtun上升。因此，在当前的工艺流程中，重要的是，避免在形成高k金属栅极堆叠后掺入氧的工艺以便减少掺入氧并缩小Vtun-W效应。因此，最好以较小技术节点来提供技术以致能减少半导体装置的阈值电压的变化。本揭示内容提供一种用以形成半导体装置的方法以及一种用于形成CMOS集成电路结构的方法而产生相应制成装置及装置结构。
技术实现思路
为供基本理解本专利技术的一些方面，提出以下简化的总结。此总结并非本专利技术的穷举式总览。它不是想要确认本专利技术的关键或重要组件或者是描绘本专利技术的范畴。唯一的目的是要以简要的形式提出一些概念作为以下更详细的说明的前言。根据本揭示内容的一些方面，提供数种方法，其包含下列步骤:形成高k金属栅极结构于半导体基板表面上，以及在形成邻近该高k金属栅极结构的侧壁间隔体之后，执行氟植入工艺。根据本揭示内容的一示范具体实施例，提供一种用于形成半导体装置的方法，该方法包含下列步骤:提供栅极结构于半导体基板的有源区中，该栅极结构包含有高k材料的栅极绝缘层、栅极金属层及栅极电极层，形成邻近该栅极结构的侧壁间隔体，以及之后，执行氟植入工艺。根据本揭示内容的另一示范具体实施例，提供一种用于形成CMOS集成电路结构的方法，该方法包含下列步骤:提供有第一有源区及第二有源区的半导体基板，形成第一栅极结构于该第一有源区中以及第二栅极结构于该第二有源区中，每个栅极结构包含具有高k材料的栅极绝缘层、栅极金属层及栅极电极层，形成各自邻近该第一及该第二栅极结构的侧壁间隔体，以及之后，执行氟植入工艺。【附图说明】参考以下结合附图的说明可明白本揭示内容，其中类似的组件以相同的组件符号表不。图1示意图示习知晶体管装置的宽度与线性阈值电压的关系；图2及图3的横截面图示意图示根据本揭示内容的具体实施例的示范工艺流程；以及图4示意图示根据本揭示内容具体实施例的晶体管装置的宽度尺寸与各个晶体管装置的线性阈值电压的图示关系。尽管本专利技术容易做出各种修改及替代形式，本文仍以附图为例图示几个本专利技术的特定具体实施例且详述其中的细节。不过，应了解本文所描述的特定具体实施例不是想要把本专利技术限定成本文所揭示的特定形式，反而是，本专利技术是要涵盖落入由权利要求书定义的本专利技术精神及范畴内的所有修改、等价及替代性陈述。【具体实施方式】以下描述本专利技术的各种示范具体实施例。为了清楚说明，本专利说明书没有描述实际具体实作的所有特征。当然，应了解，在开发任一此类的实际具体实施例时，必需做许多与具体实作有关的决策以达成开发人员的特定目标，例如遵循与系统相关及商务有关的限制，这些都会随着每一个具体实作而有所不同。此外，应了解，此类开发即复杂又花时间，决不是本技艺一般技术人员在阅读本揭示内容后即可实作的例行工作。此时以参照附图来描述本专利技术。示意图示于附图的各种结构、系统及装置仅供解释以及避免熟谙此艺者所习知的细节混淆本专利技术。尽管如此，仍纳入附图用来描述及解释本揭示内容的示范实施例。应使用与相关技艺技术人员所熟悉的意思一致的方式理解及解释用于本文的字汇及片语。本文没有特别定义的术语或片语(亦即，与熟谙此艺者所理解的普通惯用意思不同的定义)是想要用术语或片语的一致用法来暗示。在这个意义上，希望术语或片语具有特定的意思时(亦即，不同于熟谙此艺者所理解的意思)，则会在本专利说明书中以直接明白地提供特定定义的方式清楚地陈述用于该术语或片语的特定定义。集成电路(IC)可设计成有数百万个晶体管。许多IC是用也被称作场效晶体管(FET)或MOSFET的金属氧化物半导体(MOS)晶体管设计。虽然严格地说，用语“M0S晶体管”指有金属栅极电极及氧化物栅极绝缘体的装置，然而该用语在本文用来指称含有导电栅极电极(不论是金属还是其它导电材料)的任何半导体装置，该导电栅极电极位于栅极绝缘体(不论是氧化物还是其它绝缘体)上方，接着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成半导体装置的方法，其包含下列步骤：提供栅极结构于半导体基板的有源区中，该栅极结构包含有高k材料的栅极绝缘层、栅极金属层及栅极电极层；形成邻近该栅极结构的侧壁间隔体；以及之后执行氟植入工艺。

【技术特征摘要】
2013.03.05 US 13/785,5571.一种用于形成半导体装置的方法，其包含下列步骤: 提供栅极结构于半导体基板的有源区中，该栅极结构包含有高k材料的栅极绝缘层、栅极金属层及栅极电极层； 形成邻近该栅极结构的侧壁间隔体；以及之后 执行氟植入工艺。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该氟植入工艺包含毯覆式沉积步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用约有IE15至约5E15的氟植入剂量执行该氟植入工艺。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用约有3E15的氟植入剂量执行该氟植入工艺。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该栅极绝缘层有包含氮氧硅铪层及氧化铪层的双层堆叠组态。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该栅极金属层包含配置于该氮氧硅铪层上的氮化钛。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在该半导体基板与该高k材料之间形成氧化硅中间层。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成侧壁间隔体的步骤包括:形成用于囊封该栅极绝缘层的囊封衬垫使得该高k材料的侧壁被所述囊封衬垫覆盖。9.根据权利要求1所述的方法，其更包括:在该氟植入工艺之后，执行退火工艺。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该退火工艺包括以约450至1050°C的温度退火。11.根据权利要求1所述的方法，其更包括:形成与所述侧壁间隔体对齐的N型源极及漏极区。12...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·亨治尔，T·巴尔策，R·严，N·萨赛特，
申请(专利权)人：格罗方德半导体公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY