[发明专利]替换金属栅极器件结构及其制造方法

说明书

本公开涉及替换金属栅极器件结构及其制造方法。半导体器件包括半导体鳍和在半导体鳍上方的栅极堆叠。栅极堆叠包括在半导体鳍的沟道区域上方的栅极电介质层，在栅极电介质层上方的功函数材料层，其中功函数材料层包括掺杂剂，以及在功函数材料层上方的栅极电极层。栅极电介质层不含掺杂剂。

技术领域

本公开涉及替换金属栅极器件结构及其制造方法。

背景技术

随着对减小晶体管器件尺寸的需求的持续，来自制造和设计问题两者的挑战已经产生三维器件架构(例如，鳍式场效应晶体管(FinFET))的发展，以及使用具有高k栅极电介质材料的金属栅极结构。在一些实例中，使用替换金属栅极工艺来制造金属栅极。

发明内容

根据本公开的一个实施例，提供了一种半导体器件，包括：半导体鳍；以及栅极堆叠，在所述半导体鳍上方，其中，所述栅极堆叠包括：栅极电介质层，在所述半导体鳍的沟道区域上方，功函数材料层，在所述栅极电介质层上方，其中，所述功函数材料层包括掺杂剂，以及栅极电极层，在所述功函数材料层上方，其中，所述栅极电介质层不含所述掺杂剂。

根据本公开的另一实施例，提供了一种半导体器件，包括：半导体鳍，从衬底突出；以及栅极堆叠，在所述半导体鳍上方，其中，所述栅极堆叠包括：栅极电介质层，在所述半导体鳍的沟道区域上方，功函数材料层，在所述栅极电介质层上方，其中，所述功函数材料层包括含烃掺杂剂，以及栅极电极层，在所述功函数材料层上方。

根据本公开的又一实施例，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在半导体鳍上方形成虚设栅极结构，其中，所述虚设栅极结构包括虚设栅极堆叠和沿着所述虚设栅极堆叠的侧壁的栅极间隔件；形成围绕所述虚设栅极结构的层间电介质(ILD)层；去除所述虚设栅极堆叠以提供开口，所述开口暴露所述半导体鳍的沟道区域；在所述开口的底部上方和侧壁上并且在所述ILD层上方沉积栅极电介质层；使用原位掺杂工艺，在所述栅极电介质层上方形成掺杂的功函数材料层；以及在所述掺杂的功函数材料层上方沉积栅极电极层。

附图说明

在结合附图阅读时，从以下详细描述中最佳地理解本公开。应当注意，根据惯例，附图的各种特征不一定按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸和(一个或多个)空间关系可能被任意增大或减小。在整个说明书和附图中，相同的附图标记表示相同的特征。

图1是根据一些实施例的制造半导体器件的方法的流程图。

图2是根据一些实施例的在形成半导体鳍、半导体鳍上方的隔离结构和虚设栅极结构之后的半导体器件的截面图。

图3是根据一些实施例的在虚设栅极结构中的虚设栅极堆叠的相反侧的半导体鳍中形成源极/漏极区域之后的图2的半导体器件的截面图。

图4是根据一些实施例的在源极/漏极区域和隔离结构上方沉积层间电介质(ILD)层之后的图3的半导体器件的截面图。

图5是根据一些实施例的在去除虚设栅极堆叠以形成开口之后的图4的半导体器件的截面图。

图6是根据一些实施例的在沿着开口的侧壁和底部并且在ILD层上方沉积栅极电介质层之后的图5的半导体器件的截面图。

图7是根据一些实施例的在栅极电介质层上方沉积功函数材料层之后的图6的半导体器件的截面图。

图8是根据一些实施例的在功函数材料层上方沉积栅极电极层之后的图7的半导体器件的截面图。

图9是根据一些实施例的在去除栅极电介质层、功函数材料层和栅极电极层的在ILD层上方的多余部分之后的图8的半导体器件的截面图。

图10是根据一些实施例的FinFET的透视图。

具体实施方式