半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件及其制造方法。一种半导体器件包括：第一晶体管，其包括第一栅极叠层；第二晶体管，其包括比第一栅极叠层具有更窄宽度的第二栅极叠层；以及虚设栅极叠层，其设置在第一栅极叠层和第二栅极叠层周围，其中，虚设栅极叠层包括氧吸收层，该氧吸收层用于捕获从外部扩散到第一栅极叠层和第二栅极叠层中的氧原子。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年12月18日提交的申请号为10-2017-0173944的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
本专利技术的示例性实施例涉及半导体器件及其制造方法，并且更特别地，涉及一种包括高k材料和金属栅电极的晶体管以及该晶体管的制造方法。
技术介绍
随着半导体器件在低电源电压和高速下运行，建议使用HKMG(高k金属栅极)结构。具有HKMG结构的晶体管可以包括栅电介质层，该栅电介质层包括具有比氧化硅(SiO2)更高的介电常数的高k材料。另外，HKMG晶体管可以包括包含金属层的栅电极。由于栅电介质层包括高k材料，因此HKMG晶体管能够在使等效氧化物厚度(EOT)变薄的同时抑制栅极泄漏电流。此外，使用包括金属层的栅电极可以进一步改善HKMG晶体管的操作特性。
技术实现思路
本专利技术的实施例针对一种能够增强具有各种宽度的晶体管的阈值电压均匀性的改进的半导体器件以及该半导体器件的制造方法。该晶体管可以优选为HKMG晶体管。例如，因为增强的阈值电压均匀性提高了晶体管的可靠性并改善了它们的性能特性，所以增强的阈值电压均匀性是非常期望的。根据本专利技术的一个实施例，一种半导体器件可以包括：第一晶体管，其包括第一栅极叠层；第二晶体管，其包括比所述第一栅极叠层具有更窄宽度的第二栅极叠层；以及虚设栅极叠层，其设置在所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层周围，其中，所述虚设栅极叠层包括氧吸收层(oxygensinklayer)，所述氧吸收层用于捕获从外部扩散到所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层中的氧原子。所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述虚设栅极叠层中的每个栅极叠层可以包括氧空位包含区域，并且在所述第一栅极叠层与所述第二栅极叠层之间不存在氧空位的显著差异。所述虚设栅极叠层由与所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层的材料相同的材料来形成。所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层中的每个栅极叠层可以包括氧空位包含区域和氧空位固化区域。所述氧空位固化区域形成在所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层中的每个栅极叠层的栅极边缘中。所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述氧吸收层中的每个层可以包括高k材料。所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述氧吸收层中的每个层可以包括HfO2、HfSiO、HfSiON或HfON。所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述虚设栅极叠层中的每个叠层可以包括将界面层、高k材料和金属栅电极依次层叠的叠层结构，以及所述虚设栅极叠层的所述高k材料可以成为所述氧吸收层。所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述虚设栅极叠层中的每个叠层可以包括将界面层、高k材料、偶极子诱导覆盖层和金属栅电极依次层叠的叠层结构，以及所述虚设栅极叠层的所述高k材料可以成为所述氧吸收层。所述虚设栅极叠层可以具有包围所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层的形状。所述虚设栅极叠层可以被设置为与所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层间隔开大约1nm至100nm。所述第一栅极叠层与所述第二栅极叠层可以具有不同的栅极长度。根据本专利技术的另一个实施例，一种用于制造半导体器件的方法可以包括：在半导体衬底之上形成有源栅极叠层；在所述有源栅极叠层周围形成虚设栅极叠层；以及在氧气的气氛下执行热处理以使所述有源栅极叠层的氧空位固化，其中，所述虚设栅极叠层包括氧吸收层，所述氧吸收层捕获从所述氧气的气氛中扩散的氧原子。形成所述有源栅极叠层的步骤可以包括：形成宽栅极叠层；以及形成比所述宽栅极叠层具有更窄宽度的窄栅极叠层。所述虚设栅极叠层被形成为具有包围所述有源栅极叠层的形状。所述有源栅极叠层和所述氧吸收层中的每个层可以包括氧空位包含区域，且可以在执行热处理之后使所述氧空位的一部分固化。在执行所述热处理之后，所述有源栅极叠层可以包括氧空位包含区域和氧空位固化区域，以及所述氧空位固化区域被形成为限制在所述有源栅极叠层的栅极边缘中。所述有源栅极叠层和所述虚设栅极叠层中的每个叠层可以包括将界面层、高k材料和金属栅电极依次层叠的叠层结构。所述有源栅极叠层和所述虚设栅极叠层中的每个叠层可以包括将界面层、高k材料、偶极子诱导覆盖层和金属栅电极依次层叠的叠层结构。所述虚设栅极叠层可以被设置为与所述有源栅极叠层间隔开大约1nm至100nm。附图说明图1A是示出根据本专利技术的一个实施例的半导体器件的平面图。图1B是沿图1A中示出的线A-A′截取的半导体器件的截面图。图1C和图1D是示出氧空位固化均匀性的示意图。图2是示出根据本专利技术的一个实施例的半导体器件的平面图。图3A是示出根据本专利技术的一个实施例的半导体器件的平面图。图3B是沿图3A中示出的线A-A′截取的半导体器件的截面图。图3C是示出根据本专利技术的第三实施例的改进示例的半导体器件的截面图。图4A是示出根据本专利技术的一个实施例的半导体器件的平面图。图4B是沿图4A中示出的线A-A′截取的半导体器件的截面图。图5是示出根据本专利技术的一个实施例的半导体器件的平面图。图6是示出根据本专利技术的一个实施例的半导体器件的平面图。图7是示出根据本专利技术的一个实施例的半导体器件的平面图。图8A至图8E示出了根据本专利技术的实施例的半导体器件的制造方法的示例。具体实施方式下面将参考附图来更详细地描述本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以以不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是全面和完整的，并且这些实施例将本专利技术的范围充分地传达给本领域技术人员。贯穿本公开，在本专利技术的各个附图和实施例中，相同的附图标记表示相同的部件。附图不一定按比例绘制，并且在一些情况下，为了清楚地示出实施例的特征，比例可能已经被夸大。当第一层被称为在第二层“上”或者在衬底“上”，这不仅指第一层直接形成在第二层或衬底上的情况，而且指第三层存在于第一层与第二层或衬底之间的情况。下面将参考附图具体描述本专利技术的实施例。尽管在本专利技术的说明书中将动态随机存取存储器(DRAM)作为示例进行了描述，以简化本专利技术的描述，但本专利技术的概念和精神不限于此，相反，本专利技术的概念和精神可以应用于其他种类的存储器或半导体器件。在下文中，本专利技术的实施例提供了一种当通过先行栅极工艺(GateFirstProcess)形成HKMG(高k金属栅极)时提高晶体管的可靠性和阈值电压的片上均匀性的方法。先行栅极工艺为下述方法：在形成栅电介质层和栅电极之后通过杂质离子注入工艺和活化退火工艺来形成源极/漏极区。在先行栅极工艺中，栅极叠层可以包括界面层、栅电介质层和栅电极。界面层可以由氧化硅(SiO2)来形成，而栅电介质层可以由高k材料来形成。在执行先行栅极工艺时，可以在栅极叠层的高k材料中形成氧空位。氧空位会使正偏压温度不稳定性(PositiveBiasedTemperatureInstability，PBTI)的可靠性劣化。另外，可能会出现阈值电压(Vt)偏移。氧空位可以在随后的退火工艺期间被固化成氧原子。这里，由于氧反应在栅极的边缘处结束，因此存在由于栅极的长度和宽度的差异而导致的特性变化。简而言之，当不同长度和宽度的栅极同时经受退火工艺时，在栅极的边缘处的固化可能变得不均匀。本专利技术的实施例采用用于消耗氧原子的虚设栅极。虚设栅极可以抑制栅极的边缘处的氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：第一晶体管，其包括第一栅极叠层；第二晶体管，其包括比所述第一栅极叠层具有更窄宽度的第二栅极叠层；以及虚设栅极叠层，其设置在所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层周围，其中，所述虚设栅极叠层包括氧吸收层，所述氧吸收层用于捕获从外部扩散到所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层中的氧原子。

【技术特征摘要】
2017.12.18 KR 10-2017-01739441.一种半导体器件，包括：第一晶体管，其包括第一栅极叠层；第二晶体管，其包括比所述第一栅极叠层具有更窄宽度的第二栅极叠层；以及虚设栅极叠层，其设置在所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层周围，其中，所述虚设栅极叠层包括氧吸收层，所述氧吸收层用于捕获从外部扩散到所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层中的氧原子。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述虚设栅极叠层中的每个栅极叠层包括氧空位包含区域，并且在所述第一栅极叠层与所述第二栅极叠层之间不存在氧空位的显著差异。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述虚设栅极叠层由与所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层的材料相同的材料来形成。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层中的每个栅极叠层包括氧空位包含区域和氧空位固化区域。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述氧空位固化区域形成在所述第一栅极叠层和所述第二栅极叠层中的每个栅极叠层的栅极边缘中。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述氧吸收层中的每个包括高k材料。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述氧吸收层中的每个包括HfO2、HfSiO、HfSiON或HfON。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述虚设栅极叠层中的每个叠层包括将界面层、高k材料和金属栅电极依次层叠的叠层结构，以及所述虚设栅极叠层的所述高k材料成为所述氧吸收层。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一栅极叠层、所述第二栅极叠层和所述虚设栅极叠层中的每个叠层包括将界面层、高k材料、偶极子诱导覆盖层和金属栅电极依次层叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：李殷星，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR