[发明专利]高K金属栅极P-型MOSFET的低阈值电压和反转氧化物厚度按比例缩小

权利要求书

1.一种半导体结构，包括：

包括半导体材料的半导体衬底（8）；

p-型场效应晶体管（pFET）（200），其布置在所述半导体衬底（8）上并且包括由形成在所述半导体衬底（8）的表面上或内的SiGe构成的半导体沟道区；

栅极电介质，其包括覆盖在所述由SiGe构成的半导体沟道区上的氧化物层（20）和覆盖在所述氧化物层（20）上的高介电常数（高k）电介质层（30）；

栅极电极，其覆盖在所述高k电介质层（30）上并且包括邻接所述高k电介质层（30）的下金属层（40）、邻接所述下金属层（40）的清除金属层（50）以及邻接所述清除金属层（50）的上金属层（60），其中所述清除金属层（50）包括金属（M），对于该金属（M），化学反应的吉布斯自由能变化是正的，在所述化学反应中硅原子与包括所述清除金属和氧的金属氧化物材料结合以形成元素形式的所述清除金属和二氧化硅；以及

n-型场效应晶体管（nFET）（100），其也布置在所述半导体衬底（8）上并且包括由Si构成的半导体沟道区，其中所述nFET（100）的栅极电极也包括所述清除金属层（50）。

2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述下金属层（40）由TiN构成并且具有在约到约的范围内的厚度，并且所述清除金属层（50）由Al构成并且具有约到约的范围内的厚度。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的半导体结构，其中所述上金属层（60）由TiN构成并且具有约到约的范围内的厚度。

4.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述半导体沟道区具有达到约的厚度并且具有在约略高于零到约40%的范围内的Ge对Si比率。

5.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述下金属层（40）和所述上金属层（60）由相同的材料构成。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的半导体结构，其中所述清除金属层（50）由元素形式的金属构成。

7.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述下金属层（40）和所述上金属层（60）由TiN或TiC或其组合构成，并且其中所述清除金属层50包括元素形式的金属并且选自Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr和Ce。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的半导体结构，其中所述高k电介质层（30）包括HfO₂、ZrO₂、La₂O₃、Al₂O₃、TiO₂、SrTiO₃、LaAlO₃、Y₂O₃、HfO_xN_y、ZrO_xN_y、La₂O_xN_y、Al₂O_xN_y、TiO_xN_y、SrTiO_xN_y、LaAlO_xN_y、Y₂O_xN_y、其硅酸盐、其合金、及其非化学计量变体，其中x的每一个值独立地为0.5到3，且y的每个值独立地为0到2。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的半导体结构，其中所述栅极电介质还包括垂直邻接所述上金属层（60）的掺杂多晶半导体层。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的半导体结构，还包括：电介质栅极间隔物（80），其横向邻接并且包围所述栅极电极并且包括不透氧的材料；源极区（19），其位于所述半导体衬底（8）中并且邻接所述栅极间隔物（80）的周边部分；以及漏极区（19），其位于所述半导体衬底（8）中并且邻接所述栅极间隔物（80）的另一周边部分。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的半导体结构，其中所述金属（M）从与上覆的氧化物层（20）的SiGe界面清除氧，使得pFET的T_inv和V_t有效降低。