【技术实现步骤摘要】
本公开总体涉及半导体器件领域。更具体地，包括偶极层的半导体结构。偶极层可以通过包含金属和碳的层来形成。
技术介绍
1、晶体管是通常形成在半导体衬底上的集成电路部件或元件。具体而言，现代集成电路包含场效应晶体管(fet)，其中响应于施加到控制栅极的电压，电流流过源极和漏极之间的半导体沟道。半导体器件(例如互补金属氧化物半导体(cmos)器件)的尺寸缩小已经导致现代集成电路的速度和密度显著提高。在先进的cmos器件中，包括中央处理器(cpu)和片上系统(soc)，需要具有多个阈值电压的结构，以便优化延迟或功耗。然而，随着器件尺寸的缩小，提供具有多个阈值电压的高功能结构面临着严峻的挑战。例如，一个特殊的问题是控制fet的阈值电压。
2、现有技术的解决方案采用偶极层来控制晶体管的阈值电压，例如通过包括镧、钪和铝中的一种或多种的氧化物的层。然而，这些层的沉积可能在半导体-栅极电介质界面处产生诸如氧化硅的氧化物，这会增加器件的等效氧化物厚度(eot)，对开关速度产生负面影响。
3、现有技术的方法可以包括在高k层的顶部形成厚金属层，然后用于调节阈值电压。这需要相当厚的层(1-4nm)来实现所需的有效功函数偏移。然而，用于新兴的按比例缩小的半导体器件的栅极腔没有提供足够的空间来沉积厚膜。此外，偶极层应当以允许它们穿透高k膜向下到达si表面的方式沉积，用于偶极最后方法，这导致对膜厚度的额外限制，并因此导致对它们的性质的额外限制。
4、因此，需要在缩小集成电路的同时获得更好性能的方法。
1、在本公开中，公开了含碳层以形成偶极，作为控制mos晶体管的阈值电压和有效氧化物厚度的方式，以改善集成电路的电性能。本公开包括包含碳化物或碳氮化物材料的偶极层的公开。
2、本文描述了一种形成栅极电介质的方法，该方法包括向反应室提供衬底，衬底包括半导体；执行多个沉积循环，多个沉积循环中的沉积循环包括金属前体脉冲，其包括将金属前体引入反应室，从而使衬底与金属前体接触；碳反应物脉冲，其包括将碳反应物引入反应室，从而使衬底与碳反应物接触；从而在衬底上形成含金属和碳层。
3、在一些实施例中，衬底包括半导体以及夹层和高k层中的至少一个，其中该方法还包括退火衬底的步骤，从而形成偶极层。
4、在一些实施例中，衬底包括夹层，其中含金属和碳层形成在夹层上，其中该方法还包括在含金属和碳层上形成高k层，并且其中该方法还包括退火步骤，从而形成偶极层。
5、在一些实施例中，含金属和碳层形成在高k层上。
6、在一些实施例中，金属前体包括稀土金属。
7、在一些实施例中，稀土金属选自钪(sc)、钇(y)、镧(la)和铒(er)。
8、在一些实施例中，金属前体包括过渡金属。
9、在一些实施例中，过渡金属选自ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w和mn。
10、在一些实施例中，金属前体包括环戊二烯基配体。
11、在一些实施例中，金属前体包括脒基配体。
12、在一些实施例中，金属前体包括烷基硅叠氮基配体。
13、在一些实施例中，金属前体包括二烷基酰氨基配体。
14、在一些实施例中，金属前体包括金属卤化物。
15、在一些实施例中，金属前体包括芳烃或烷基芳烃配体。
16、在一些实施例中，多个沉积循环中的沉积循环还包括氮反应物脉冲，其包括将氮反应物引入反应室，从而使衬底与氮反应物接触。
17、在一些实施例中，氮反应物选自氨、肼和肼衍生物。
18、在一些实施例中，氮反应物包括选自1,1-二甲基肼和叔丁基肼的肼衍生物。
19、在一些实施例中，碳反应物包括环二烯。
20、在一些实施例中，环二烯选自1,3-环己二烯和1,4-环己二烯。
21、在一些实施例中，环二烯包含一个或多个烷基或烷基甲硅烷基取代基。
22、在一些实施例中，环二烯选自3,6-双(三甲基甲硅烷基)-1,4-环己二烯和1-甲基-3,6-双(三甲基甲硅烷基)-1,4-环己二烯。
23、在一些实施例中，环二烯包括环戊二烯和双环戊二烯中的一种或多种。
24、在一些实施例中，碳反应物包括二碘烷烃。
25、在一些实施例中，二碘烷烃选自二碘甲烷、1,2-二碘乙烷和1,3-二碘丙烷。
26、在一些实施例中，碳反应物包括烯丙基卤、炔丙基卤和苄基卤中的一种或多种。
27、在一些实施例中，碳反应物包括三碳-碳键。
28、在一些实施例中，碳反应物选自乙炔和双(三甲基甲硅烷基)乙炔。
29、在一些实施例中，碳反应物包括环丙烷和环丙基中的一种或多种。
30、在一些实施例中，碳反应物包括金属烷基。
31、在一些实施例中，金属烷基选自三甲基铝、三乙基铝和二乙基锌。
32、在一些实施例中，碳反应物包括烷基硼。
33、在一些实施例中，烷基硼包括三乙基硼。
34、在一些实施例中，每个脉冲之后用吹扫气体进行吹扫。
35、在一些实施例中，吹扫气体包括n2和惰性气体中的一种或多种。
36、在一些实施例中，偶极层具有1nm或更小的平均厚度。
37、在一些实施例中，执行多个沉积循环不包括使衬底与氧反应物接触。
38、在一些实施例中，衬底包括硅或氧化硅。
39、在一些实施例中，含金属和碳层包括过渡金属碳化物；其中金属前体包含选自以下的过渡金属前体：m(ntbu)2(nme2)2, m2(nme2)6, m(芳烃)2, mf6, mcl6, mcl5, mcp2h2,mcp2cl2, m(iprcp)2h2和m(iprcp)2cl2，其中m是过渡金属。
40、在一些实施例中，含金属和碳层包括过渡金属碳氧化物；其中金属包含选自以下的过渡金属前体：m(acac)3, m(thd)3, mo2(tbuamd)2, mo2cl2, mocl4, mfxoy，其中x和y独立地选自至少1至6的整数，x+2y等于6，以及m(co)6, mo2(thd)2, mo2(acac)2, m(芳烃)(co)3, m2(or)6，其中r选自me、et和ipr，并且m是过渡金属。
41、在一些实施例中，碳反应物选自alme3、选自氯化物、硼化物和碘化物的炔丙基卤化物、选自氯化物、溴化物和碘化物的烯丙基卤化物、hcp、环己二烯和alh2(tbunch2ch2nme2)。
42、在一些实施例中，含金属和碳层包括过渡金属碳氮化物。在这样的实施例中，过渡金属前体可以选自m(ntbu)2(nme2)2, m2(nme2)6, mf6, mcl6, mcl5和过渡金属三氮烯化物，其中m是过渡金属。
43、在一些实施例中，碳反应物选自肼和叔丁基肼。
44、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种形成栅极电介质的方法，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括半导体以及夹层和高k层中的至少一个，其中，所述方法还包括退火衬底的步骤，从而形成偶极层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括夹层，其中，所述含金属和碳层形成在夹层上，其中，所述方法还包括在含金属和碳层上形成高k层，并且其中，所述方法还包括退火步骤，从而形成偶极层。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述含金属和碳层形成在所述高k层上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述金属前体包括稀土金属。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述稀土金属选自钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)和铒(Er)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述金属前体包括过渡金属。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述过渡金属选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Mn。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述金属前体包括环戊二烯基配体。
<...【技术特征摘要】
1.一种形成栅极电介质的方法，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括半导体以及夹层和高k层中的至少一个，其中，所述方法还包括退火衬底的步骤，从而形成偶极层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括夹层，其中，所述含金属和碳层形成在夹层上，其中，所述方法还包括在含金属和碳层上形成高k层，并且其中，所述方法还包括退火步骤，从而形成偶极层。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述含金属和碳层形成在所述高k层上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述金属前体包括稀土金属。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述稀土金属选自钪(sc)、钇(y)、镧(la)和铒(er)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述金属前体包括过渡金属。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述过渡金属选自ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w和mn。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述金属前体包括环戊二烯基配体。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述金属前体包括脒基配...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·德泽拉，G·A·沃尼，P·德明斯基，B·坎南，E·J·C·刘，汤福，M·吉文斯，E·J·希罗，
申请(专利权)人：ASMIP私人控股有限公司，
类型：发明
国别省市：
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