[发明专利]具有栅极的半导体器件及形成其的方法

说明书

本发明提供了具有栅极的半导体器件和形成该半导体器件的方法。该方法包括形成栅电介质、在栅电介质上形成第一导电材料层、在第一导电材料层上形成源材料层、和通过执行热处理工艺将源材料层中包含的第一元素扩散到第一导电材料层中以形成掺杂材料层。

技术领域

本发明构思的实施方式涉及具有栅极的半导体器件和形成该半导体器件的方法、以及结合该半导体器件的电子系统。

背景技术

近来，已经积极进行了对三维晶体管的研究。随着三维晶体管的尺寸逐渐减小，栅电介质的阈值电压特性和可靠性正逐渐劣化。

发明内容

根据本发明构思的实施方式，提供了一种形成半导体器件的方法。该方法包括：形成栅电介质；在栅电介质上形成第一导电材料层；在第一导电材料层上形成源材料层，该源材料层包含第一元素；和通过执行热处理工艺，将第一元素扩散到第一导电材料层中以形成导电的掺杂材料层。

在一实施方式中，该方法可以还包括去除形成在掺杂材料层上的源材料层。

在一实施方式中，该方法可以还包括在去除源材料层之后，部分地蚀刻掺杂材料层以减小掺杂材料层的厚度。

在一实施方式中，该方法可以还包括在掺杂材料层上形成第二导电材料层。

在一实施方式中，在掺杂材料层的第一部分中的第一元素的掺杂浓度可以高于在掺杂材料层的第二部分中的第一元素的掺杂浓度。第一部分比第二部分更远离栅电介质。

在一实施方式中，在热处理工艺期间，源材料层中包含的第一元素可以扩散到第一导电材料层中并且可以不扩散到栅电介质中。

在一实施方式中，该方法可以还包括形成横过有源区的栅沟槽。栅电介质可以形成在栅沟槽的内壁上。

在一实施方式中，该方法可以还包括去除形成在掺杂材料层上的源材料层、在掺杂材料层上形成第二导电材料层、和蚀刻第二导电材料层和掺杂材料层以形成栅电极。第一导电材料层可以共形地形成在栅电介质上，第二导电材料层可以填充栅沟槽，以及栅电极可以部分地填充栅沟槽。

在一实施方式中，相对于栅电介质，栅电极的第一导电材料层的上端部分可以形成在比栅电极的第二导电材料层的上端部分低的水平。

在一实施方式中，该方法可以还包括在半导体基板上形成牺牲栅极、在牺牲栅极的侧表面上形成层间绝缘层、以及去除牺牲栅极从而形成栅沟槽。栅电介质可以形成在具有栅沟槽的半导体基板上，第一导电材料层可以共形地形成在栅电介质上，以及第二导电材料层可以填充栅沟槽。

根据本发明构思的实施方式，提供了一种形成半导体器件的方法。该方法包括：在有源区中形成栅沟槽；在栅沟槽的内壁上形成栅电介质；在栅电介质上形成导电材料层；在导电材料层上形成源材料层，该源材料层包含第一元素；以及将第一元素扩散到导电材料层中以形成具有与导电材料层不同的功函数的掺杂材料层。

在一实施方式中，该方法可以还包括：在形成掺杂材料层之后，去除源材料层；以及部分地蚀刻掺杂材料层以减小掺杂材料层的厚度。

在一实施方式中，导电材料层是第一导电材料层，并且该方法可以还包括：在形成掺杂材料层之后，去除源材料层；以及在掺杂材料层上形成填充栅沟槽的第二导电材料层。

在一实施方式中，该方法可以还包括蚀刻第二导电材料层和掺杂材料层以形成栅电极。栅电极可以部分地填充栅沟槽。

在一实施方式中，在形成掺杂材料层之后，栅电介质可以不包含第一元素。

在一实施方式中，导电材料层可以形成在栅电介质上并部分地填充栅沟槽。

在一实施方式中，该方法可以还包括在形成源材料层之前，在栅沟槽的形成在导电材料层上的侧壁上形成绝缘缓冲间隔物。