[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

为了增加晶体管的速度，对使用金属栅极和高K栅极绝缘材料以实现低栅极功函数(work function)和垂直电场的栅极结构已经进行了广泛地探讨和研究。

通常，将铪(Hf)基金属栅极氧化物用作高K栅极绝缘材料。在这种情况中，在栅电极和金属栅极氧化物之间的界面表面上，或在金属栅极氧化物和硅衬底之间的界面表面上，会发生Hf钉扎(pinning)，从而造成平带(flatband)漂移现象。

因此，可能会出现晶体管的阈值电压(Vth)漂移，并且会造成负偏压温度不稳定性(NBTI)这样的恶化。

发明内容

本发明提供一种半导体器件及其制造方法。

本发明实施例也提供一种半导体器件及其制造方法，其中该方法能够减小由铪(Hf)造成的钉扎。

根据特定实施例，该半导体器件包括：栅极结构，该栅极结构包括：形成在半导体衬底上的氮氧化硅(SiON)层，形成在该氮氧化硅(SiON)层上的氮氧硅铪(HfSiON)层，形成在该氮氧硅铪(HfSiON)层上的多晶硅层，以及形成在该多晶硅层上的硅化物层；间隔件，位于该栅极结构的侧壁处；以及源极区和漏极区，置于该栅极结构的相对两侧。

根据其它实施例，一种半导体器件的制造方法包括以下步骤：由以下步骤形成该栅极结构：在半导体衬底上形成氧化硅(SiO_X)层，在该氧化硅(SiO_X)层上形成硅酸铪(HfSiO)层，通过在包括该氧化硅(SiO_X)层和该硅酸铪(HfSiO)层的该半导体衬底上实施氮等离子体工艺，形成氮氧化硅(SiON)层和氮氧硅铪(HfSiON)层，在该氮氧硅铪(HfSiON)层上形成多晶硅层，在该多晶硅层上生长硅锗(SiGe)层，以及图案化该氮氧化硅(SiON)层、该氮氧硅铪(HfSiON)层、该多晶硅层和该硅锗(SiGe)层；在该栅极结构的侧面形成间隔件以及源极区和漏极区；以及通过硅化该硅锗(SiGe)层形成栅电极。

根据其它实施例，一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：在半导体衬底上形成氧化硅层，在该氧化硅层上形成硅酸铪层，通过在该氧化硅层和该硅酸铪层上实施氮等离子体工艺，形成氮氧化硅层和氮氧硅铪层，在该氮氧硅铪层上形成多晶硅层，图案化该氮氧化硅层、该氮氧硅铪层和该多晶硅层；在该栅极结构的侧面形成间隔件；以及在该栅极结构的相对两侧的该半导体衬底中形成源极区和漏极区。

附图说明

图1至图7是示出了各种实施例的半导体器件及其制造方法的示意图。

具体实施方式

下文将参考随附附图详细描述根据本发明实施例的半导体器件及其制造方法。

图1至图7是示出了各种实施例的半导体器件及其制造方法的示意图。

参见图7，示例性半导体器件包括：半导体衬底100、隔离层200以及NMOS晶体管300和PMOS晶体管400，其中隔离层200确定半导体衬底100上的有源区，以及NMOS晶体管300和PMOS晶体管400形成在该有源区中。

隔离层200包括绝缘材料，并且可以通过浅沟槽隔离(STI)工艺和/或局部硅氧化(LOCOS)工艺形成该隔离层200。

半导体衬底100包括P阱区110和N阱区120，其中P阱区110掺杂有P型杂质，以及N阱区120掺杂有N型杂质。

NMOS晶体管300形成在P阱区110上。NMOS晶体管300包括栅极结构360、间隔件370以及源极/漏极区380，其中间隔件370形成在栅极结构360的侧壁处，以及源极/漏极区380形成在设置于栅极结构360的相对两侧的有源区中。注入氟的含氟层390可以形成在栅极结构360下面的沟道区中。

同时，栅极结构360包括氮氧化硅(SiON)层310、第一氮氧硅铪(HfSiON)层320、第二HfSiON层330、多晶硅层340、以及硅化物层350。

第二HfSiON层330具有的铪(Hf)含量小于第一HfSiON层320具有的铪(Hf)含量，并且多晶硅层340可以包括氟离子。

注入氟离子的多晶硅层340防止由第一HfSiON层320和第二HfSiON层330造成的Hf钉扎。

硅化物层350可以具有完全硅化的镍(Ni FUSI)结构。由于上述的NiFUSI结构具有低功函数特征，因此Ni FUSI结构可以防止电子和/或空穴迁移率的恶化。

尽管未在图中示出，但硅化物可以形成在源极/漏极区380上。