栅极结构及其制造方法技术

本申请提供一种栅极结构及其制造方法，通过功函数厚度依靠的原子晶体实现栅极结构中的栅极材料层，使得MOS管中的栅极结构通过形成不同厚度的原子晶体层即可实现功函数的调节，从而降低了MOS管的栅极结构的复杂度，简化制造过程中的生产工艺。制造过程中的生产工艺。制造过程中的生产工艺。

【技术实现步骤摘要】
栅极结构及其制造方法


[0001]本申请涉及电子
，尤其涉及一种栅极结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]金属
‑
氧化物半导体场效应管(简称：MOS管)，是一种广泛应用在模拟电路与数字电路中的晶体管，使用掺杂半导体材料作为半导体衬底，并在半导体衬底上进行离子掺杂形成两个反型扩散层，分别连接源、漏两个电极，由栅极结构上外加电压对源漏区之间形成的电荷沟道进行控制。
[0003]现有技术中，MOS管的栅极结构包括：氧化物层、多晶硅材料(Poly)层、粘贴层和金属层，其中，金属层用于引出栅极电极，粘贴层用于连接Poly层与金属层，Ploy层通过注入N型或者P型离子调节栅极结构功函数，和MOS管的导电类型保持一致，以降低金属半导体势垒，形成欧姆接触，氧化物层作为介质层，防止栅极电荷扩散到沟道区域，形成栅极漏电。
[0004]采用现有技术，NMOS或者PMOS管的金属栅极需要通过调节栅极结构中Poly层的离子注入类型来改变其功函数，降低金属栅极和半导体沟道之间的势垒，形成欧姆接触，导致了MOS管的栅极结构较为复杂、制造过程的生产工艺较为繁琐。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种栅极结构及其制造方法，以克服现有技术中晶体管的栅极结构较为复杂，制造过程的工艺较为繁琐的技术问题。
[0006]本申请第一方面提供一种栅极结构，包括：栅极介电层，与半导体衬底贴合形成；栅极材料层，与所述栅极介电层贴合形成；所述栅极材料层的材料为原子晶体WSe2或者MoSe2；栅极金属层，与所述栅极材料层贴合形成，所述栅极金属层引出栅极电极。
[0007]在本申请第一方面一实施例中，所述栅极结构的功函数与所述栅极材料层的厚度相关。
[0008]在本申请第一方面一实施例中，当所述栅极结构为P型导电类型，所述栅极材料层的厚度小于预设厚度值；当所述栅极结构为N型导电类型，所述栅极材料层的厚度大于所述预设厚度值。
[0009]在本申请第一方面一实施例中，所述预设厚度值为6.5nm。
[0010]在本申请第一方面一实施例中，所述栅极金属层材料包括：W、Mo、Al、Au、Cu、Ni、Ti、Cr、Ag、Pt和Pd中的一种，或多种的混合物。
[0011]在本申请第一方面一实施例中，当所述栅极结构为P型导电类型时所述栅极金属层与所述栅极材料层的厚度之和，与当所述栅极结构为N型导电类型时所述栅极金属层与所述栅极材料层的厚度之和相同。
[0012]在本申请第一方面一实施例中，所述栅极介电层的材料为：SiO
x
、AlO
x
、AlO
x
、SiC、HfO
x
、TiO
x
、h
‑
BN和SiNx中的一种，或多种的混合物。
[0013]本申请第二方面提供一种栅极结构的制造方法，用于制作如本申请第一方面提供
的栅极结构，包括：获取半导体衬底；在所述衬底表面形成栅极介电层；在栅极介电层表面沉积栅极材料层；所述栅极材料层的材料为原子晶体WSe2或者MoSe2；对所述栅极材料层和所述栅极介电层进行涂布显影处理，得到预设位置的栅极介电层和栅极材料层；在所述栅极材料层表面沉积栅极金属层。
[0014]在本申请第二方面一实施例中，所述在所述栅极材料层表面沉积栅极金属层之前，还包括：根据所述栅极结构的导电类型，对所述栅极材料层进行蚀刻，以调整不同栅极材料层的厚度。
[0015]在本申请第二方面一实施例中，所述栅极结构的功函数与所述栅极材料层的厚度相关。
[0016]在本申请第二方面一实施例中，当所述栅极结构为P型导电类型，所述栅极材料层的厚度小于预设厚度值；当所述栅极结构为N型导电类型，所述栅极材料层的厚度大于所述预设厚度值。
[0017]在本申请第二方面一实施例中，所述预设厚度值为6.5nm。
[0018]在本申请第二方面一实施例中，所述栅极金属层材料包括：W、Mo、Al、Au、Cu、Ni、Ti、Cr、Ag、Pt和Pd中的一种，或多种的混合物。
[0019]在本申请第二方面一实施例中，当所述栅极结构为P型导电类型时所述栅极金属层与所述栅极材料层的厚度之和，与当所述栅极结构为N型导电类型时所述栅极金属层与所述栅极材料层的厚度之和相同。
[0020]在本申请第二方面一实施例中，所述栅极介电层的材料为：SiO
x
、AlO
x
、AlO
x
、SiC、HfO
x
、TiO
x
、h
‑
BN和SiNx中的一种，或多种的混合物。
[0021]综上，本申请提供的栅极结构及其制作方法，通过功函数厚度依靠的原子晶体实现栅极结构中的栅极材料层，使得MOS管中的栅极结构通过形成不同厚度的原子晶体层即可实现功函数的调节，从而降低了MOS管的栅极结构的复杂度，简化制造过程中的生产工艺。同时，由于原子晶体的层与层之间直接通过范德华力结合，而非化学键，使得原子晶体表面更加整洁，并且由于使用原子晶体的栅极结构不通过注入离子的方式调节功函数，不会由于所注入的离子而影响MOS管器件的可靠性。此外，由于原子晶体WSe2等钨的化合物与使用金属钨W等材料的栅极金属层天然的粘黏性良好，在栅极结构中无需额外设置TiN等粘贴层的情况下，栅极材料层就能够直接与栅极金属层连接，进一步减少了MOS管的栅极结构的复杂度和制造成本。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为一种MOS管的结构示意图；
[0024]图2为一种栅极结构的示意图；
[0025]图3为本申请提供的栅极结构一实施例的结构示意图；
[0026]图4为原子晶体WSe2的光致发光光谱的示意图；
[0027]图5为原子晶体WSe2的能带图；
[0028]图6为本申请提供的对应于P型功函数金属栅极结构的示意图；
[0029]图7为本申请提供的对应于N型功函数金属栅极结构的示意图；
[0030]图8为本申请提供的应用原子晶体的栅极结构的MOS管的导电特性示意图；
[0031]图9为本申请提供的栅极结构的制造方法一实施例的流程示意图；
[0032]图10为本申请提供的栅极结构制作方法一实施例在各个流程的结构示意图；
[0033]图11为本申请提供的栅极结构制作方法另一实施例在各个流程的结构示意图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种栅极结构，其特征在于，包括：栅极介电层，与半导体衬底贴合形成；栅极材料层，与所述栅极介电层贴合形成；所述栅极材料层的材料为原子晶体WSe2或者MoSe2；栅极金属层，与所述栅极材料层贴合形成，所述栅极金属层引出栅极电极。2.根据权利要求1所述的栅极结构，其特征在于，所述栅极结构的功函数与所述栅极材料层的厚度相关。3.根据权利要求2所述的栅极结构，其特征在于，当所述栅极结构为P型导电类型，所述栅极材料层的厚度小于预设厚度值；当所述栅极结构为N型导电类型，所述栅极材料层的厚度大于所述预设厚度值。4.根据权利要求3所述的栅极结构，其特征在于，所述预设厚度值为6.5nm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的栅极结构，其特征在于，所述栅极金属层材料包括：W、Mo、Al、Au、Cu、Ni、Ti、Cr、Ag、Pt和Pd中的一种，或多种的混合物。6.根据权利要求5所述的栅极结构，其特征在于，当所述栅极结构为P型导电类型时所述栅极金属层与所述栅极材料层的厚度之和，与当所述栅极结构为N型导电类型时所述栅极金属层与所述栅极材料层的厚度之和相同。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的栅极结构，其特征在于，所述栅极介电层的材料为：SiO
x
、AlO
x
、AlO
x
、SiC、HfO
x
、TiO
x
、h
‑
BN和SiNx中的一种，或多种的混合物。8.一种栅极结构的制造方法，其特征在于，包括：获取半导体衬底；在所述衬底表面形成栅极介电层；在栅极介电层表面沉积栅极材料层；所述栅极材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张书浩，李宁，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：