半导体器件及其制造方法技术

公开了一种具有不同栅极结构配置的半导体器件及其制造方法。半导体器件包括第一栅极结构和第二栅极结构。第一栅极结构包括第一界面氧化物(IO)层、设置在第一界面氧化物层上的第一高K(HK)介电层、以及设置在第一IO层与第一HK介电层之间的界面处的第一偶极子层。HK介电层包括稀土金属掺杂剂或碱金属掺杂剂。第二栅极结构包括第二IO层、设置在第二IO层上的第二HK介电层、以及设置在第二IO层与第二HK介电层之间的界面处的第二偶极子层。第二HK介电层包括过渡金属掺杂剂和稀土金属掺杂剂或碱金属掺杂剂。属掺杂剂。属掺杂剂。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法


[0001]本申请的实施例涉及半导体器件以及制造半导体器件的方法。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的进步，对更高存储容量、更快处理系统、更高性能和更低成本的需求不断增加。为了满足这些需求，半导体行业不断按比例缩小半导体器件的尺寸，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，包括平面MOSFET和鳍式场效应晶体管(finFET)。这种按比例缩小增加了半导体制造工艺的复杂性。

技术实现思路

[0003]根据本申请的实施例，提供了一种半导体器件，包括：第一栅极结构，第一栅极结构包括：第一界面氧化物层；第一高K(HK)介电层，设置在第一界面氧化物(IO)层上，其中高K介电层包括稀土金属掺杂剂或碱金属掺杂剂；以及第一偶极子层，设置在第一界面氧化物层与第一高K介电层之间的界面处；半导体器件还包括第二栅极结构，第二栅极结构包括：第二界面氧化物层；第二高K介电层，设置在第二界面氧化物层上，其中第二高K介电层包括：过渡金属掺杂剂，以及稀土金属掺杂剂或碱金属掺杂剂；第二栅极结构还包括第二偶极子层，设置在第二界面氧化物层与第二高K介电层之间的界面处。
[0004]根据本申请的另一个实施例，提供了一种半导体器件，包括：衬底；鳍结构，设置衬底上；设置在鳍结构上的第一纳米结构化沟道区域和第二纳米结构化沟道区域；第一栅极结构，设置在第一纳米结构化沟道区域上，第一栅极结构包括：第一介电层，设置在第一纳米结构化沟道区域上，其中第一介电层包括过渡金属掺杂剂；以及p型偶极子层，设置在第一介电层与第一纳米结构化沟道区域之间；以及半导体器件包括第二栅极结构，第二栅极结构设置在第二纳米结构化沟道区域上，第二栅极结构包括：第二介电层，设置在第二纳米结构化沟道区域上，其中第二介电层包括过渡金属掺杂剂和碱金属掺杂剂；以及具有n型偶极子和p型偶极子的偶极子层，偶极子层设置在第二介电层与第二纳米结构化沟道区域之间。
[0005]根据本申请的又一个实施例，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成第一鳍结构和第二鳍结构；分别在第一鳍结构和第二鳍结构上形成第一纳米结构化沟道区域和第二纳米结构化沟道区域；沉积具有第一部分和第二部分的栅极介电层，栅极介电层的第一部分和第二部分分别围绕第一纳米结构化沟道区域和第二纳米结构化沟道区域；在栅极介电层上沉积过渡金属基层；去除在栅极介电层的第一部分上的过渡金属基层的部分；在过渡金属基层上执行第一退火工艺；去除过渡金属基层；在栅极介电层上沉积碱金属基层；在碱金属基层上执行第二退火工艺；去除碱金属基层；在栅极介电层上沉积功函数金属层；以及在功函数金属层上沉积栅极金属填充层。
[0006]根据本申请的实施例涉及半导体器件中的栅极结构。
附图说明
[0007]当与附图一起阅读时，从以下详细描述可以最好地理解本公开的各个方面。
[0008]图1A示出了根据一些实施例的半导体器件的等距视图(isometric view)。
[0009]图1B
‑
图1M示出了根据一些实施例的具有不同栅极结构的半导体器件的截面图。
[0010]图1N示出了根据一些实施例的具有不同栅极结构的半导体器件的器件特性。
[0011]图2是根据一些实施例的用于制造具有不同栅极结构的半导体器件的方法的流程图。
[0012]图3A
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图15B示出了根据一些实施例的具有不同栅极结构的半导体器件在其制造工艺的各个阶段的截面图。
[0013]图16是根据一些实施例的用于制造具有不同栅极结构的半导体器件的另一种方法的流程图。
[0014]图17A
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图25B示出了根据一些实施例的具有不同栅极结构的半导体器件在其制造工艺的各个阶段的截面图。
[0015]图26是根据一些实施例的用于制造具有不同栅极结构的半导体器件的另一种方法的流程图。
[0016]图27A
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图30B示出了根据一些实施例的具有不同栅极结构的半导体器件在其制造工艺的各个阶段的截面图。
[0017]现在将参照附图描述示例性实施例。在附图中，相似的附图标记通常表示相同的、功能相似的和/或结构相似的元件。
具体实施方式
[0018]以下公开内容提供了许多不同的实施例或实例，以用于实现所提供主题的不同部件。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方形成第一部件的工艺可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。如本文所用，在第二部件上形成第一部件意味着第一部件形成为与第二部件直接接触。此外，本公开在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。这种重复本身并不规定所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0019]为了便于描述，本文中可以使用诸如“在
…
下方”、“在
…
之下”、“下方的”、“在
…
之上”、“上方的”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。空间关系术语旨在包括除了在图中所描述的方向之外的使用或操作中的器件的不同方向。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。
[0020]应当注意，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“示例性”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定的部件、结构或特性，但每个实施例可以不一定包括特定的部件、结构或特性。此外，这些短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的部件、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这种部件、结构或特性都在本领域技术人员的知识范围内。
[0021]应能理解，本文的措辞或术语是出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语
或措辞将由相关领域的技术人员根据本文的教导进行解释。
[0022]在一些实施例中，术语“约(about)”和“基本上(substantially)”可以表示给定数量的值，该给定数量的值在该值的5％内变化(例如，该值的
±
1％、
±
2％、
±
3％、
±
4％、
±
5％)。这些值仅是示例，并不旨在进行限制。术语“约”和“基本上”可以指相关领域技术人员根据本文的教导解释的值的百分比。
[0023]可以通过任何合适的方法来图案化本文公开的鳍结构。例如，可以使用一个或多个光刻工艺来图案化鳍结构，光刻工艺包括双重图案化或多重图案化工艺。双重图案化或多重图案化工艺可以将光刻和自对准工艺结合，允许创建具有例如比使用单个直接光刻工艺可获得的节距更小的节距的图案。例如，在衬底上方形成牺牲层并且使用光刻工艺图案化。使用自对准工艺在图案化的牺牲层旁边形成间隔件。然后去除牺牲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：第一栅极结构，包括：第一界面氧化物层；第一高K介电层，设置在所述第一界面氧化物层上，其中所述高K介电层包括稀土金属掺杂剂或碱金属掺杂剂；以及第一偶极子层，设置在所述第一界面氧化物层与所述第一高K介电层之间的界面处；以及第二栅极结构，包括：第二界面氧化物层，第二高K介电层，设置在所述第二界面氧化物层上，其中所述第二高K介电层包括：过渡金属掺杂剂，以及所述稀土金属掺杂剂或所述碱金属掺杂剂；以及第二偶极子层，设置在所述第二界面氧化物层与所述第二高K介电层之间的界面处。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一偶极子层包括稀土金属基偶极子或碱金属基偶极子。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一偶极子层包括n型偶极子。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第二偶极子层包括过渡金属基偶极子和稀土金属基偶极子或碱金属基偶极子。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第二偶极子层包括n型偶极子和p型偶极子。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一高K介电层中的所述稀土金属掺杂剂的浓度基本上等于所述第二高K介电层中的所述稀土金属掺杂剂的浓度。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一高K介电层中的所述稀土金属掺杂剂的浓度大于所述第二高K介电层中的所述过渡金属掺杂剂的浓度。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第二高K介电层中的所述稀土金属掺杂剂的浓度大于所述第二高K介电层中的所述过渡金属掺杂剂的浓度。9.一种半...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翔笔，赵皇麟，程仲良，林斌彦，林君纯，李慈莉，梁育嘉，侯敦晖，刘文中，吴俊毅，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：