[发明专利]具有金属栅极的半导体结构及其制造方法

权利要求书

1.一种用于制造金属栅极结构的方法，包括：

在栅极沟槽中形成高k介电层；

在所述高k介电层上方形成蚀刻停止层；

在所述蚀刻停止层上方通过形成具有晶界工程层、掺杂层以及覆盖层的顺序的三层来形成功函调整层，所述晶界工程层被配置为允许掺杂剂原子渗透穿过，所述掺杂层被配置为将所述掺杂剂原子提供给所述晶界工程层，并且所述覆盖层被配置为防止所述掺杂层氧化；以及

填充金属以使所述栅极沟槽填平；

其中，形成所述晶界工程层包括：在200摄氏度至350摄氏度的温度范围内，执行ALD操作以调整所述掺杂层中的掺杂原子在所述晶界工程层中的渗透度。

2.根据权利要求1所述的用于制造金属栅极结构的方法，其中，形成具有所述晶界工程层、所述掺杂层和所述覆盖层的顺序的所述三层包括：使用原子层沉积(ALD)操作。

3.根据权利要求2所述的用于制造金属栅极结构的方法，将氢化二甲基铝(DMAH)或二甲基乙基胺铝烷(DMEAA)用作在所述原子层沉积操作中形成所述掺杂层的前体。

4.根据权利要求1所述的用于制造金属栅极结构的方法，其中，形成所述晶界工程层包括：执行足够的原子层沉积周期以形成封闭膜。

5.根据权利要求1所述的用于制造金属栅极结构的方法，其中，在真空条件下将所述金属栅极结构从形成所述晶界工程层的室传送到形成所述掺杂层的另一个室。

6.根据权利要求1所述的用于制造金属栅极结构的方法，进一步包括：

在形成所述功函调整层之前，形成P功函层；以及

在形成所述功函调整层之前，去除所述P功函层。

7.根据权利要求1所述的用于制造金属栅极结构的方法，进一步包括：

限定伪栅极区；以及

去除所述伪栅极区的一部分以露出所述栅极沟槽。

8.一种用于制造FinFET中的金属栅极结构的方法，包括：

形成鳍；

在所述鳍上方形成伪栅极和层间介电层(ILD)；

去除所述伪栅极的一部分以露出栅极沟槽；

通过形成晶界工程层和所述晶界工程层上方的掺杂层，在所述栅极沟槽中形成功函调整层；

其中，形成所述晶界工程层包括：在200摄氏度至350摄氏度的范围内所选择的生长温度下，执行原子层沉积操作以调整所述掺杂层中的掺杂原子在所述晶界工程层中的渗透度。

9.根据权利要求8所述的用于制造FinFET中的金属栅极结构的方法，其中，形成所述晶界工程层和所述掺杂层包括：通过在真空条件下将所述FinFET中的所述金属栅极结构从执行所述晶界工程层的形成的室传送到执行所述掺杂层的形成的另一个室来防止所述晶界工程层的表面氧化。

10.根据权利要求8所述的用于制造FinFET中的金属栅极结构的方法，进一步包括：在所述掺杂层上方形成覆盖层。

11.一种具有金属栅极的半导体结构，包括：

高k介电层；

功函调整层，包括：

晶界工程层，被配置为允许掺杂剂原子渗透穿过；

掺杂层，位于所述晶界工程层上方，被配置为将所述掺杂剂原子提供给所述晶界工程层；和

覆盖层，位于所述掺杂层上方，被配置为防止所述掺杂层氧化；以及

金属层；

其中，所述功函调整层夹置在所述高k介电层和所述金属层之间，

形成所述晶界工程层包括：在200摄氏度至350摄氏度的范围内所选择的生长温度下，执行ALD操作以调整所述掺杂层中的掺杂原子在所述晶界工程层中的渗透度。

12.根据权利要求11所述的具有金属栅极的半导体结构，其中，具有所述金属栅极的所述半导体结构是鳍式场效应晶体管(FinFET)。

13.根据权利要求12所述的具有金属栅极的半导体结构，其中，所述金属栅极的栅极长度小于16nm。

14.根据权利要求12所述的具有金属栅极的半导体结构，其中，所述鳍式场效应晶体管的所述金属栅极的高度和栅极长度的深宽比在1到10的范围内。

15.根据权利要求12所述的具有金属栅极的半导体结构，其中，鳍高度和相邻鳍之间的间距的深宽比在0.2至10的范围内。