具有带氧阻障层的金属栅极堆叠的场效应晶体管器件制造技术

一种场效应晶体管器件及方法，该场效应晶体管器件包括半导体基板、覆盖于该半导体基板上并优选为高介电常数栅极层的电介质栅极层、以及覆盖于该栅极电介质层上的导电的氧阻障层。在一个实施例中，在栅极电介质层与氧阻障层之间具有导电层。在另一个实施例中，在氧阻障层上具有低电阻率金属层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及半导体结构与制造方法，具体地涉及金属栅极技术中具有导电的氧阻障层的场效应晶体管(FET, Field-Effect Transistor)结构，并且更具体地涉及高介电常数(高K)、金属栅极技术中具有导电的氧阻障层的FET结构。
技术介绍
在半导体器件领域中，已知可形成具有栅极、源极与漏极的FET。一般而言，栅极是通过在硅基板上沉积二氧化硅(SiO2)层或氮氧化硅(SiON)层作为栅极绝缘层并在栅极绝缘层上沉积多晶娃(poly-crystalline silicon)层作为栅极电极层而形成的。然后,栅极电极层被蚀刻，并且可选择地栅极绝缘层被蚀刻，以形成适当形状的栅极。以二氧化硅和氮氧化硅作为栅极氧化物并以多晶硅作为栅极电极已成为FET的标准材料。由于晶体管在尺寸上逐渐减小，二氧化硅栅极电介质的厚度也必须稳定地减小，以保持对FET沟道的良好的静电控制。然而，随着二氧化硅的薄化，会产生因隧穿通过二氧化硅而导致的泄漏电流的问题。为了进一步降低FET的尺寸，更先进的技术工艺使用高K电介质材料作为栅极电介质层并同时采用金属而非多晶硅作为栅极电极。这种器件可以称为高K/金属栅极(HKMG, high-K/metal gate)的FET。高K栅极电介质层一般沉积在硅基板上(可以具有可选择的界面层，例如二氧化硅或氮氧化硅)，并且金属栅极电极形成在高K栅极电介质层上。以高K材料取代二氧化硅电介质可以降低上述泄漏效应，并同时增进对沟道的静电控制。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人已经认识到，尤其在高K、金属栅极的FET结构中，在掺杂剂的激活退火过程中会在高K电介质/硅界面处产生二氧化硅(SiO2)的不希望的再生长。这种二氧化娃的形成会劣化(增加)电容等效厚度(CET, Capacitance Equivalent Thickness)和等效氧化物厚度(EOT,Equivalent Oxide Thickness)。二氧化娃的再生长是因为氧在栅极堆叠中的扩散。以最少的不希望的SiO2形成来制造低电阻金属栅极/高K FET的所有已知方案均涉及激活退火过程中的原位硅盖层。希望在掺杂剂的激活退火过程中制造得到具有不包含任何硅层的金属栅极电极(“完全金属栅极”)的FET，即以所谓的“栅极优先”的集成方式来制造FET。这种金属栅极/高K集成被强烈地需要，因为它例如可以实现自对准的源极-漏极接触的制造、变异性的降低及持续的节距调整。因此，本专利技术的专利技术人提出了栅极堆叠中的导电的非硅氧阻障，以控制氧的扩散。此外，专利技术人解决了栅极线电阻率的问题。为了解决此问题，本专利技术的专利技术人提出了包括导电的非硅氧阻障与低电阻率金属层二者的栅极堆叠。本专利技术的上述及之后的各优点和目的将通过提供根据本专利技术第一方面的场效应晶体管器件来实现。根据本专利技术的第一方面的场效应晶体管器件包括半导体基板以及栅极堆叠。该栅极堆叠包括覆盖于该半导体基板上的栅极电介质层、覆盖于该栅极电介质层上的导电的氧阻障层以及覆盖于该氧阻障层上的低电阻率金属层，其中该栅极堆叠中的每一层所具有的硅、锗或硅与锗的组合的原子百分比低于90%。该场效应晶体管器件还包括间隔物，该间隔物与该栅极堆叠相邻且与该栅极堆叠直接接触。根据本专利技术的第二方面，提供一种场效应晶体管器件，该场效应晶体管器件包括半导体基板、覆盖于该半导体基板上的高介电常数栅极电介质层、覆盖于该高介电常数栅·极电介质层上的金属栅极层、以及覆盖于该金属栅极层上的氮化铪氧阻障层。根据本专利技术的第三方面，提供一种制造场效应晶体管器件的方法，该方法包括以下步骤在半导体基板上形成栅极堆叠并进行掺杂剂的退火。栅极堆叠的形成包括以下步骤在半导体基板上形成栅极电介质层；在栅极电介质层上形成导电的氧阻障层；在氧阻障层上形成低电阻率层，其中该栅极堆叠中的每一层所具有的硅、锗或硅与锗的组合的原子百分比低于90%。根据本专利技术的第四方面，提供一种制造场效应晶体管器件的方法，该方法包括在半导体基板上形成栅极堆叠并进行掺杂剂的激活退火。栅极堆叠的形成包括以下步骤在半导体基板上形成高介电常数栅极电介质层，并且在栅极电介质层上形成导电的氧阻障层，其中该栅极堆叠中的每一层所具有的硅、锗或硅与锗的组合的原子百分比低于90%。附图说明本专利技术的特征被认为是新颖的，本专利技术的元件特征具体地在所附权利要求中阐明。附图仅处于图示的目的且没有按比例绘制。然而，本专利技术本身(包括架构与运作方法二者)可通过参照如下结合附图的详细描述而被很好地理解，其中在附图中图I为本专利技术第一实施例的截面图，其示出了半导体器件的具有导电的氧阻障层的棚极堆置。图2为本专利技术第二实施例的截面图，其示出了半导体器件的具有导电的氧阻障层的棚极堆置。图3为本专利技术第三实施例的截面图，其示出了半导体器件的具有导电的氧阻障层的棚极堆置。图4为本专利技术第四实施例的截面图，其示出了半导体器件的具有导电的氧阻障层的棚极堆置。图5为本专利技术第五实施例的截面图，其示出了半导体器件的具有导电的氧阻障层的栅极堆叠。图6为流程图，其图示了根据本专利技术的FET器件的制造方法的概要。图7为详细的流程图，其图示了根据本专利技术的FET器件的栅极堆叠的制造方法。具体实施例方式将详细参照附图，特别是参照图1，其示出了具有氧阻障(oxygen barrier)的栅极堆叠的第一实施例100。如图I所示，半导体基板102具有栅极堆叠104。制成半导体基板102的半导体材料可为任何半导体材料，包括但不限于硅、硅锗、锗、III-V族化合物半导体或II-VI族化合物半导体。本专利技术可应用于绝缘体上娃(SOI, silicon-on-insulator)与体半导体(bulk semiconductor)技术。栅极堆叠104包括几个材料层，该几个材料层包括栅极电介质层106、导电的氧阻障层(conductive oxygen barrier) 110与低电阻率金属层112。栅极电介质层106是例如二氧化硅或氮氧化硅的电介质层，但最优选为高K电介质层，亦即具有比二氧化硅高的介电常数并包括至少一种金属元素的电介质层，例如氧化铪(Hf02)、氧化锆(Zr02)、氧化铝(A1203)、硅酸铪(HfSiO)、氮化硅酸铪(HfSiON)、氮氧化铪(Hf0xNy)、氧化镧(La203)、铝酸镧(LaA103)、硅酸锆(ZrSiOx)以及介电常数高于二氧化硅(SiO2 :介电常数为3. 9)的介电常数的任何其他电介质材料。高K电介质层可以包括两层以上的子层。高K层106应具有大约 10埃至40埃的厚度。处于示范性的目的而非限制性的目的，适合用于导电的氧阻障层110的材料的部分示例包括氮化钛铝(TiAIN)、氮化钽铝(TaAIN)、氮化钽硅(TaSiN)、氮化钛硅(TiSiN)、铪(Hf)、锆(Zr)、硅化铪(HfSix)、硅化锆(ZrSix)、硅化钛(TiSix)、铌掺杂硅化钛、硅化钨(WSix),氮化铪(HfN)、氮化铪硅(HfSiN)、氮化锆(ZrN)及氮化钛铪(TiHfN)。氧阻障层110应该能够经受超过950摄氏度的温度，并且是导电的以具有低于1000 u ohm-cm(微欧姆-厘米(microohm-centimeter))的电阻率。导电的氧阻障层的厚度一般为10埃至300本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.20 US 12/690,1781.一种场效应晶体管器件,包括 半导体基板； 栅极堆叠，该栅极堆叠包括 栅极电介质层，覆盖于该半导体基板上； 导电的氧阻障层，覆盖于该栅极电介质层上；以及 低电阻率金属层，覆盖于该氧阻障层上，其中该栅极堆叠中的每一层所具有的硅、锗或硅与锗的组合的原子百分比低于90% ;以及 间隔物，与该栅极堆叠相邻且与该栅极堆叠直接接触。2.如权利要求I所述的场效应晶体管器件，其中该栅极电介质层是高介电常数的栅极电介质层。3.如权利要求I所述的场效应晶体管器件，其中该低电阻率金属层选自由钨(W)和钽(Ta)组成的组。4.如权利要求I所述的场效应晶体管器件，还包括导电材料层，该导电材料层位于该栅极电介质层与该氧阻障层之间。5.如权利要求4所述的场效应晶体管器件，其中该导电材料层选自由氮化钛、氮化钽、氮化钛硅、氮化钽硅、碳化钛、碳化钽及它们的组合所组成的组。6.如权利要求I所述的场效应晶体管器件，还包括封装层，该封装层位于该栅极堆叠的顶部上。7.如权利要求6所述的场效应晶体管器件，其中该封装层选自由氮化硅、氧化铝、氧化铪及氧化锆所组成的组。8.如权利要求I所述的场效应晶体管器件，其中该氧阻障层选自由氮化钛铝(TiAIN)、氮化钽铝(TaAIN)、氮化钽硅(TaSiN)、氮化钛硅(TiSiN)、铪(Hf)、锆(Zr)、硅化铪(HfSix)、硅化锆(ZrSix)、硅化钛(TiSix)、铌掺杂硅化钛、硅化钨(WSix)、氮化铪(HfN)、氮化铪硅(HfSiN)、氮化锆(ZrN)及氮化钛铪(TiHfN)所组成的组。9.如权利要求I所述的场效应晶体管器件，还包括导电层，该导电层位于该低电阻率金属层上。10.一种场效应晶体管器件，包括 半导体基板； 高介电常数的栅极电介质层，覆盖于该半导体基板上； 金属栅极层，覆盖于该高介电常数的栅极电介质层上；以及 氮化铪的氧阻障层，覆盖于该金属栅极层上。11.如权利要求10所述的场效应晶体管器件，其中该金属栅极层选自由氮化钛、氮化钽、碳化钛、碳化钽及它们的组合所组成的组。12.如权利要求10所述的场效应晶体管器件，还包括导电层，该导电层覆盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：P阿杜苏米利，A卡尔莱加里，JB张，崔畅桓，MM弗兰克，M吉罗姆，V纳拉亚南，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：