[发明专利]具有低温除氧的金属栅极器件

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体领域，更具体地来说，涉及一种具有金属栅叠层的半导体器件。

背景技术

当通过各种技术节点按比例缩小例如金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)的半导体器件的时候，已经使用多种技术来提高器件的性能。一种技术是高介电常数(HK)材料和金属栅极(MG)方案。另实例是使用应变的半导体衬底。在实施HK/MG方案中，例如，通过使用除氧金属技术来适当地改变等效氧化层厚度很重要。这种技术使用高温处理来触发除氧效果。期望对于这种技术提供额外的改进。

发明内容

本发明的一种广泛形式涉及制造具有金属栅极的半导体器件的工艺。示例性半导体器件包括：半导体衬底、界面层(IL)、形成在半导体上方的HK介电层、形成在HK介电层顶部的除氧金属层、通过使用低温除氧技术改变的等效氧化层厚度(EOT)以及沉积在除氧金属层上方的金属栅叠层。

本发明的另一种广泛形式涉及制造具有金属栅极的半导体器件的工艺，该半导体器件包括：半导体衬底、形成在半导体衬底上方的IL、形成在IL上方的HK介电层、沉积在HK层上方的除氧金属层、通过使用低温除氧改变EOT、沉积在除氧金属层上方伪栅极层、形成伪栅极结构、沿着伪栅极侧壁形成的隔离件、形成与伪栅极结构对准的源极区和漏极区、去除伪栅极结构以形成栅极沟道以及形成在栅极沟道中金属栅叠层。

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种形成具有金属栅叠层的半导体器件的方法，所述方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上方沉积界面层(IL)；在所述IL上方沉积高k(HK)介电层；通过使用低温除氧技术在所述HK介电层上方沉积除氧金属层来改变等效氧化层厚度(EOT)；以及在所述除氧金属层上方沉积金属栅叠层。

在该方法中，所述低温除氧技术包括：在低于大约500℃的沉积温度下，在所述HK介电层上方沉积所述除氧金属层。

在该方法中，沉积所述除氧金属层包括在大约20℃到大约500℃的沉积温度范围内的PVD工艺。

在该方法中，沉积所述除氧金属层包括在大约20℃到大约500℃的沉积温度范围内的CVD工艺。

在该方法中，所述除氧金属层包括金属化合物，并且进一步地，其中，通过控制沉积条件来形成所述金属化合物。

在该方法中，所述除氧金属层包括富含Ti的TiN，并且进一步地，其中，通过在PVD工艺中控制N₂气体流量，使Ti与N的比例范围为大约1.2至1.8。

在该方法中，在所述除氧金属层沉积的过程中，将所述IL转化为纯硅层。

在该方法中，通过外延生长形成所述纯硅层，并且进一步地，其中，所述外延生长的纯硅成为所述半导体器件中的沟道区域的一部分。

在该方法中，在所述除氧金属层沉积的过程中，将所述IL转化为IL/HK混合层。

根据本发明的另一方面，提供了一种形成具有金属栅叠层的半导体器件的方法，所述方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上方形成化学氧化物界面层(IL)；在所述化学氧化物IL上方沉积高k(HK)介电层；在大约20℃到大约500℃的沉积温度范围内，在所述HK介电层上方沉积除氧金属TiN层；以及在所述除氧金属TiN层上方沉积金属栅叠层。

在该方法中，通过含H₂O₂的溶液形成所述化学氧化物IL。

在该方法中，所述HK介电层包括通过ALD技术形成的HfO₂。

在该方法中，在大约350℃的沉积温度下通过PVD技术形成所述除氧金属TiN层。

在该方法中，所述除氧金属TiN层中Ti与N的比为大约1.5∶1。

在该方法中，在沉积所述除氧金属TiN层的过程中，将所述化学氧化物IL转化为纯硅层。

在该方法中，外延生长所述纯硅，以及进一步地，其中，纯硅外延生长成为所述器件中的沟道区域的一部分。

在该方法中，在大约室温下，通过PVD技术沉积所述除氧金属TiN层。

在该方法中，在沉积所述除氧金属TiN层的过程中，将化学氧化物IL转化为IL/HK混合层。

根据本发明的又一方面，提供了一种形成具有金属栅叠层的半导体器件的方法，所述方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上方沉积界面层(IL)；在所述IL上方沉积高k(HK)介电层；在大约20℃到大约500℃的沉积温度范围内在所述HK介电层上方沉积除氧金属层；在所述除氧金属层上方沉积金属栅叠层。