高k金屬柵極p-型mosfet的低閾值電壓和反轉(zhuǎn)氧化物厚度按比例縮小的制作方法
【專利摘要】一種結(jié)構(gòu)具有半導(dǎo)體襯底（8）以及置于所述襯底（8）上的nFET和pFET。所述pFET具有形成在半導(dǎo)體襯底（8）的表面上或內(nèi)的半導(dǎo)體SiGe溝道區(qū)、以及具有覆蓋在所述溝道區(qū)上的氧化物層（20）和覆蓋在所述氧化物層（20）上的高k電介質(zhì)層（30）的柵極電介質(zhì)。柵極電極覆蓋柵極電介質(zhì)并且具有鄰接所述高k層的下金屬層（40）、鄰接所述下金屬層（40）的清除金屬層（50）以及鄰接所述清除金屬層（50）的上金屬層（60）。
【專利說明】高K金屬柵極P-型MOSFET的低閾值電壓和反轉(zhuǎn)氧化物厚度按比例縮小
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件，并且具體涉及包含在pMOSFET中的高k柵極電介質(zhì)上的電極中的金屬柵極疊層以及制造pMOSFET的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柵極電介質(zhì)的按比例縮小(scaling)是改進高級場效應(yīng)晶體管的性能的挑戰(zhàn)。在采用基于氧化硅的柵極電介質(zhì)的場效應(yīng)晶體管(FET)中，穿過柵極電介質(zhì)的漏電流隨著柵極電解質(zhì)厚度的減小指數(shù)增加。在氧化硅柵極電介質(zhì)的厚度為1.1nm或以下時，這種器件通常變得泄漏太嚴重而不能提供高性能。
[0003]高k柵極電介質(zhì)提供了一種技術(shù)來按比例縮小柵極電介質(zhì)的厚度而不過多增加?xùn)艠O泄漏電流。然而，高k柵極電介質(zhì)材料有等效氧化物厚度(EOT)變化傾向，因為高k柵極電介質(zhì)材料與穿過柵極電極或柵極間隔物擴散的氧反應(yīng)。高溫處理步驟期間硅襯底和高k柵極電介質(zhì)之間的氧化硅界面層的再生長是成功的等效氧化物厚度按比例縮小的主要障礙。具體地，已知高k柵極電介質(zhì)和金屬柵極的典型疊層易受在氧氣環(huán)境中在各種溫度下的退火的影響。氧氣環(huán)境下的這種退火導(dǎo)致氧化硅界面層的再生長和/或場效應(yīng)晶體管的閾值電壓的不穩(wěn)定。
[0004]此外，對于高k/金屬柵極疊層，反轉(zhuǎn)氧化物厚度(inversion oxide thickness)Tinv和pFET閾值電壓(Vt)顯示出折衷關(guān)系。這方面可以參考例如M.Chudzik等的“High-Performance High-k/Metal Gates for45nm CMOS and Beyond with Gate-FirstProcessing” (VLSI symposium2007, p.194-195)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實施例的一個方面包括:包括半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體襯底；p-型場效應(yīng)晶體管(pFET)，所述P-型場效應(yīng)晶體管(pFET)布置在所述半導(dǎo)體襯底上并且包括由形成在所述半導(dǎo)體襯底的表面上或內(nèi)的SiGe構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)；柵極電介質(zhì)，其包括覆蓋在所述由SiGe構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)上的氧化物層和覆蓋在所述氧化物層上的高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)層；以及柵極電極，其覆蓋所述高k電介質(zhì)層并且包括鄰接所述高k電介質(zhì)層的下金屬層、鄰接所述下金屬層的清除金屬層以及鄰接所述清除金屬層的上金屬層。所述清除金屬層包括金屬(M)，對于該金屬(M)，化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變化是正的，在所述化學(xué)反應(yīng)中，硅原子與包括該清除金屬和氧的金屬氧化物材料相結(jié)合以形成元素形式的清除金屬和二氧化硅。所述結(jié)構(gòu)還包括η-型場效應(yīng)晶體管(nFET)，所述η-型場效應(yīng)晶體管(nFET)也布置在所述半導(dǎo)體襯底上并且包括由Si構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)，其中所述nFET的柵極電極也包括清除金屬層。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實施例的另一方面，提供了一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括:提供包括半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體襯底；形成P-型場效應(yīng)晶體管(PFET)，所述P-型場效應(yīng)晶體管(pFET)布置在所述半導(dǎo)體襯底上并且包括由形成在所述半導(dǎo)體襯底的表面上或內(nèi)的SiGe構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)；形成柵極電介質(zhì)，其包括覆蓋在所述由SiGe構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)上的氧化物層和覆蓋在所述氧化物層上的高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)層；以及形成柵極電極，其覆蓋所述高k電介質(zhì)層并且包括鄰接所述高k電介質(zhì)層的下金屬層、鄰接所述下金屬層的清除金屬層以及鄰接所述清除金屬層的上金屬層。所述清除金屬層包括金屬(M)，對于該金屬(M)，化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變化是正的，在所述化學(xué)反應(yīng)中，硅原子與包括清除金屬和氧的金屬氧化物材料相結(jié)合以形成元素形式的清除金屬和二氧化硅。所述方法還包括形成η-型場效應(yīng)晶體管(nFET)，所述η-型場效應(yīng)晶體管(nFET)布置在所述半導(dǎo)體襯底上并且包括由Si構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)，其中所述nFET的柵極電極也包括清除金屬層。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實施例的又一方面，提供了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括襯底、布置在所述襯底上的η型場效應(yīng)晶體管(nFET)和布置在所述襯底上的P型場效應(yīng)晶體管(pFET)。所述nFET包括:Si溝道區(qū)；具有覆蓋在所述溝道區(qū)上的氧化物層、覆蓋在所述氧化物層上的高k電介質(zhì)層的柵極電介質(zhì)；以及覆蓋在所述柵極電介質(zhì)上的柵極電極。所述柵極電極包括鄰接所述高k層的下金屬層、鄰接所述下金屬層的清除金屬層以及鄰接所述清除金屬層的上金屬層。所述清除金屬層從Si溝道區(qū)和所述氧化物層之間的界面清除氧。所述pFET包括=SiGe溝道區(qū)；具有覆蓋在所述溝道區(qū)上的氧化物層、覆蓋在所述氧化物層上的高k電介質(zhì)層的柵極電介質(zhì)；以及覆蓋在所述柵極電介質(zhì)上的柵極電極。所述柵極電極包括鄰接所述高k層的下金屬層、鄰接所述下金屬層的清除金屬層以及鄰接所述清除金屬層的上金屬層。所述清除金屬層從SiGe溝道區(qū)和所述氧化物層之間的界面清除氧。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是在形成了高k電介質(zhì)層、下金屬層、清除劑(scavenger)金屬層、上金屬層和多晶半導(dǎo)體層之后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0009]圖2是在構(gòu)圖柵極電介質(zhì)和柵極電極之后的所述第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0010]圖3是在形成柵極間隔物以及源和漏延伸區(qū)之后的所述第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0011]圖4是在形成硅化物區(qū)域、電介質(zhì)材料層和接觸過孔之后的所述示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0012]圖5是示出在各種金屬的氧化過程中吉布斯(Gibbs)自由能的變化量的曲線圖。
[0013]圖6是示出對于四種類型的金屬柵極電極、電容作為柵極電壓的函數(shù)的曲線圖。
[0014]統(tǒng)稱為圖7的圖7A和7B分別是與圖2類似的在構(gòu)圖柵極電介質(zhì)和柵極電極之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖，并且示出了 η-型FET (nFET,左)和p-型FET (pFET，右)，其中pFET要形成在由SiGe構(gòu)成的外延形成的島上(圖7A)或者在Si襯底內(nèi)的Ge注入或擴散區(qū)上(圖7B)。
[0015]圖8和9的曲線圖分別示出了暴露的高k電介質(zhì)上的累計CV和XPS，并且示出了在SiGe和上覆的電介質(zhì)之間的SiGe界面區(qū)域處的氧清除效應(yīng)。
[0016]統(tǒng)稱為圖10的圖1OA和IOB是描繪了具有Si溝道的nFET以及具有SiGe溝道的PFET的CMOS特性的曲線圖，并且示出了在僅少量改變nFET Vt的同時針對pFET獲得的Tinv 按比例縮小和Vt降低。
【具體實施方式】
[0017]SiGe溝道對于降低pFET Vt是有效的，但是伴隨著Tinv的增加，導(dǎo)致nFET和pFET之間的ATinv。這方面可以參考例如 H.Rusty Harris 等的“Band-Engineering Low PMOSVt with High-k/Metal Gates Featured in a Dual Channel CMOS Integration Scheme，，(VLSI symposium2007, p.154-155)。
[0018]對于Si溝道，金屬感生界面層清除對于Tinv按比例縮小是有效的，然而對Vt的影響基本可以忽略。
[0019]本發(fā)明的示例性是實施例提供了一種技術(shù)，該技術(shù)對于pFET同時實現(xiàn)了 Tinv按比例縮小和Vt降低，同時對于nFET按比例縮小Tinv并且保持Vt。
[0020]本發(fā)明的實施例的方面在具有Si溝道的nFET區(qū)域上并且也在具有SiGe溝道的pFET區(qū)域上沉積摻雜了金屬的TiN電極。本發(fā)明的另一方面在高k柵極電介質(zhì)上沉積富Ti的TiN/M/TiN電極，其中M:化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變化是正的金屬(M)，在所述化學(xué)反應(yīng)中，硅原子與包括清除金屬和氧的金屬氧化物材料相結(jié)合以形成元素形式的清除金屬和二氧化硅。在這些實施例中，nFET有源區(qū)包含Si溝道而pFET有源區(qū)包含SiGe或Ge溝道。然后可以在完成了摻雜金屬的TiN沉積工藝之后進行常規(guī)自對準先柵極工藝。TiN/M/TiN電極的金屬M用于從與上覆的電介質(zhì)層(例如SiO2)的SiGe界面清除氧，使得pFET的Tinv和Vt有效降低。這有益地允許使得pFET的Vt與nFET的Vt相似。
[0021]本發(fā)明的實施例可以有利地使用在共同轉(zhuǎn)讓的Takashi Ando、Changhwan Cho1、Martin M.Frank 和 Vi jay Narayanan 的在 2009 年 6 月 18 日提交的名稱為 “ScavengingMetal Stack for a High-K Gate Dielectric”美國專利申請 12/487，248 (美國專利公開2010/00320547A1)中公開的工藝。將首先參考圖1_6提供該技術(shù)的描述，在圖1_6中對應(yīng)的元件用相似的附圖標記表示。附圖未按比例繪制。
[0022]如共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請12/487，248中所描述的，高k柵極電介質(zhì)和金屬柵極結(jié)構(gòu)的疊層包括下金屬層、清除金屬層和上金屬層。所述清除金屬層滿足如下兩個標準I)金屬(M)，對于該金屬(M)，化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變化是正的，在所述化學(xué)反應(yīng)中，硅原子與包括清除金屬和氧的金屬氧化物材料相結(jié)合以形成元素形式的清除金屬和二氧化硅。2)金屬，對于氧化物的形成，其比下金屬層的材料和上金屬層的材料具有更負的每氧原子吉布斯自由能。滿足這些標準的清除金屬層在氧原子向著高k柵極電介質(zhì)擴散通過柵極電極時捕獲氧原子。此外，清除金屬層間接地減小在高k電介質(zhì)下方的氧化硅界面層的厚度。結(jié)果，總的柵極電介質(zhì)的等效氧化物厚度(EOT)減小，并且甚至在CMOS集成期間的高溫處理之后，形成在Si溝道上的場效應(yīng)晶體管也保持恒定的閾值電壓。
[0023]參考圖1，示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底8和形成于其上的材料層的疊層。半導(dǎo)體襯底8包含襯底半導(dǎo)體層10和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)12。半導(dǎo)體襯底10具有半導(dǎo)體材料，該半導(dǎo)體材料可以選自，但不限于，娃、娃碳合金、砷化鎵、砷化銦、磷化銦、πι-v化合物半導(dǎo)體材料、I1-VI化合物半導(dǎo)體材料、有機半導(dǎo)體材料以及其它化合物半導(dǎo)體材料。通常半導(dǎo)體襯底10的半導(dǎo)體材料包括硅，并且更具體地，襯底半導(dǎo)體層10的半導(dǎo)體材料是硅。
[0024]在襯底半導(dǎo)體層10的半導(dǎo)體材料是包含單晶硅的半導(dǎo)體材料的情況下，該包含單晶硅的半導(dǎo)體材料優(yōu)選選自單晶硅、單晶硅碳合金、單晶硅鍺合金、以及單晶硅鍺碳合金。
[0025]襯底半導(dǎo)體層10的半導(dǎo)體材料可以適當?shù)負接蠵型摻雜劑原子或摻有η型摻雜劑原子。襯底半導(dǎo)體層10的摻雜劑濃度可以為1.0xlO1Vcm3到1.0xlO1Vcm3,并且典型地為1.0xlO1Vcm3到3.0xlO1Vcm3,當然本申請中也想到了更小和更大的摻雜劑濃度。優(yōu)選地，襯底半導(dǎo)體層10是單晶。半導(dǎo)體襯底8可以是體襯底、絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底或混合襯底。半導(dǎo)體襯底8可以具有或不具有在襯底半導(dǎo)體層10內(nèi)的內(nèi)建應(yīng)力。盡管以下就體襯底描述所述工藝，本申請中顯然想到了在SOI襯底上或在混合襯底上所述工藝的實施。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)12包括諸如氧化硅或氮化硅的電介質(zhì)材料，并且可以通過本領(lǐng)域中公知的方法形成。
[0026]未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20可以形成在襯底半導(dǎo)體層10的暴露半導(dǎo)體表面上。未構(gòu)圖的高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)層30直接形成在未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20的頂表面上。即使在未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20未形成的情況下，未構(gòu)圖的高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)層30的沉積以及隨后的熱處理也導(dǎo)致在襯底半導(dǎo)體層10與未構(gòu)圖的高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)層30之間形成預(yù)先存在的界面層。未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20可以通過用化學(xué)物質(zhì)處理暴露的半導(dǎo)體表面而形成。例如，用于該濕法化學(xué)氧化的工藝步驟可以包括在室溫下用氫氧化銨、過氧化氫和水(以1: 1:5的比率)的混合物處理清潔的半導(dǎo)體表面(例如用氫氟酸處理過的半導(dǎo)體表面)?；蛘?，所述化學(xué)氧化物層也可以通過在臭氧化的水溶液中處理HF為最后步驟的半導(dǎo)體表面而形成，其中臭氧濃度通常從2份/百萬(ppm)變化到40ppm，但是不限于此范圍。未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20有助于最小化由于未構(gòu)圖的高k電解質(zhì)層30中的高k電解質(zhì)材料引起的襯底半導(dǎo)體層10中的遷移率退化。然而，未構(gòu)圖化學(xué)氧化物層20的厚度厚于所需的厚度并且增加了復(fù)合電解質(zhì)疊層的等效氧化物厚度(Ε0Τ)，所述復(fù)合電介質(zhì)疊層包括未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20和未構(gòu)圖的高k電介質(zhì)層30。EOT的可按比例縮小性受到未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20的厚度的限制。在襯底半導(dǎo)體層是硅層的情況下，未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20是氧化硅層。典型地，未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20的厚度為0.1nm到0.4nm,但在此還預(yù)期更小和更大的厚度。
[0027]在化學(xué)氧化物層20上在半導(dǎo)體襯底8的頂表面上形成高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)層30。未構(gòu)圖的高k電介質(zhì)層30包括高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)，該材料包含電介質(zhì)金屬氧化物且其介電常數(shù)大于氮化硅的介電常數(shù)7.5?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域公知的方法，包括例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、分子束沉積(MBD)、脈沖激光沉積(PLD)、液態(tài)源霧化化學(xué)沉積(LSMCD)等等，形成未構(gòu)圖的高k電介質(zhì)層30。
[0028]該電介質(zhì)金屬氧化物包含金屬和氧，并且可選地包含氮和/或硅。示例性的高k電介質(zhì)材料包括 HfO2, ZrO2, La2O3' Al2O3' Ti02、SrTiO3' LaAlO3' Y2O3> HfOxNy, ZrOxNy, La2OxNy'Al20xNy> TiOxNy> SrTiOxNy, LaA10xNy、Y2OxNy、其硅酸鹽、以及其合金。每個x值獨立地為0.5到3，且每個y值獨立地為O到2。未構(gòu)圖的高k電介質(zhì)層30的厚度可以為Inm到10nm，優(yōu)選地為1.5nm到3nm。未構(gòu)圖的高k電介質(zhì)層30可以具有等于或小于Inm量級的有效氧化物厚度(EOT)。
[0029]直接在未構(gòu)圖的高k電介質(zhì)層30的頂表面上沉積未構(gòu)圖的下金屬層40。例如，可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或原子層沉積(ALD)來形成未構(gòu)圖的下金屬層40。
[0030]在此將未構(gòu)圖的下金屬層40的材料稱為“第一金屬化合物”，其可以為導(dǎo)電的過渡金屬氮化物或?qū)щ姷倪^渡金屬碳化物。第一金屬化合物是選自過渡金屬的第一金屬元素和非金屬元素的化合物。如果非金屬元素是氮，則第一金屬化合物是過渡金屬氮化物。如果非金屬元素是碳，則第一金屬化合物是過渡金屬碳化物。例如，第一金屬化合物可以選自TiN、TiC、TaN、TaC及其組合。在此使用的過渡金屬包括選自元素周期表中的3B、4B、5B、6B、7B、8B、1B和2B族以及鑭系元素和錒系元素的元素。未構(gòu)圖的下金屬層40的厚度可以為Inm到IOnm,優(yōu)選地為3nm到IOnm,但在此還預(yù)期更小和更大的厚度。
[0031]直接在未構(gòu)圖的下金屬層40上沉積未構(gòu)圖的清除金屬層50。例如，可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或原子層沉積(ALD)來形成未構(gòu)圖的清除金屬層50。優(yōu)選地，第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被從用于沉積未構(gòu)圖的下金屬層40的處理室轉(zhuǎn)移到用于沉積未構(gòu)圖的清除金屬層50的另一處理室而不破壞真空，以防止通過氧化或者將氧引入未構(gòu)圖的下金屬層40而形成任何界面層。
[0032]未構(gòu)圖的清除金屬層50的材料“清除”在隨后的處理期間來自鄰近的金屬層的雜質(zhì)氧。對于未構(gòu)圖的清除金屬層50，為了有效地清除在隨后的處理步驟中的雜質(zhì)氧，有必要在形成步驟期間抑制氧向未構(gòu)圖的清除金屬層50中的引入。此外，有必要選擇用于未構(gòu)圖的清除金屬層50的材料，以便未構(gòu)圖的清除金屬層50的材料有效地清除來自未構(gòu)圖的下金屬層40和將要隨后形成的未構(gòu)圖的上金屬層60的雜質(zhì)氧原子。
[0033]未構(gòu)圖的清除金屬層50可以包括元素形式的金屬。可以被選擇用于未構(gòu)圖的清除金屬層50的典型元素金屬包括但不限于Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、T1、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr和Ce。在一個實施例中，未構(gòu)圖的清除金屬層50由至少一種堿土金屬構(gòu)成。在另一實施例中，未構(gòu)圖的清除金屬層50由至少一種過渡金屬構(gòu)成。在又一實施例中，未構(gòu)圖的清除金屬層50由至少一種堿土金屬和至少一種過渡金屬的混合物構(gòu)成。優(yōu)選地，未構(gòu)圖的清除金屬層50的厚度可以為0.1nm到3.0nm,但在此還預(yù)期更小和更大的厚度。
[0034]直接在未構(gòu)圖的清除金屬層50的頂表面上沉積未構(gòu)圖的上金屬層60。例如，可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或原子層沉積(ALD)來形成未構(gòu)圖的上金屬層60。優(yōu)選地，第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被從用于沉積未構(gòu)圖的清除金屬層50的處理室轉(zhuǎn)移到用于沉積未構(gòu)圖的上金屬層60的另一處理室而不破壞真空，以防止通過氧化或者將氧引入未構(gòu)圖的清除金屬層50而形成任何界面層。
[0035]在此將未構(gòu)圖的上金屬層60的材料稱為“第二金屬化合物”，其可以為導(dǎo)電的過渡金屬氮化物或?qū)щ姷倪^渡金屬碳化物。第二金屬化合物是選自過渡金屬的第二金屬元素和非金屬元素的化合物。如果非金屬元素是氮，則第二金屬化合物是過渡金屬氮化物。如果非金屬元素是碳，則第二金屬化合物是過渡金屬碳化物。例如，第二金屬化合物可以選自TiN、TiC、TaN、TaC及其組合物。未構(gòu)圖的上金屬層60的厚度可以為Inm到lOOnm，優(yōu)選地為3nm到IOnm,但在此還預(yù)期更小和更大的厚度。
[0036]在一種情況下，第一金屬化合物和第二金屬化合物是相同的材料。在另一種情況下，第一金屬化合物和第二金屬化合物是不同的材料。
[0037]在一個實施例中，將未構(gòu)圖的清除金屬層50的材料選擇為使用于形成未構(gòu)圖的清除金屬層50的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性等于或大于用于形成在未構(gòu)圖的下金屬層40中的第一金屬化合物內(nèi)的第一元素金屬的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性。此外，將未構(gòu)圖的清除金屬層50的材料選擇為使用于形成未構(gòu)圖的清除金屬層50的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性等于或大于用于形成在未構(gòu)圖的上金屬層60中的第二金屬化合物內(nèi)的第二元素金屬的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性。
[0038]例如，第一和第二金屬化合物可以選自TiN、TiC、TaN、TaC及其組合物。未構(gòu)圖的清除金屬層 50 包括 Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、T1、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr 和 Ce 中的至少一種。
[0039]在另一實施例中，將未構(gòu)圖的清除金屬層50的材料選擇為使用于形成未構(gòu)圖的清除金屬層50的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性大于用于形成在未構(gòu)圖的下金屬層40中的第一金屬化合物內(nèi)的第一元素金屬的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性。此外，將未構(gòu)圖的清除金屬層50的材料選擇為使用于形成未構(gòu)圖的清除金屬層50的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性大于用于形成在未構(gòu)圖的上金屬層60中的第二金屬化合物內(nèi)的第二元素金屬的氧化物的每氧原子吉布斯自由能的負性。
[0040]在根據(jù)該實施例的一個示例性實例中，第一金屬化合物和第二金屬化合物中的每一者可以選自TaN、TaC及其組合物。由于鈦(Ti)具有負性大于鉭(Ta)的用于形成氧化物的每氧原子吉布斯自由能，因此在該示例性實例中，未構(gòu)圖的清除金屬層50可以包括具有元素形式且選自 Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、T1、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr 和 Ce 的金屬。
[0041]在根據(jù)該實施例的另一示例性實例中，第一金屬化合物和第二金屬化合物中的至少一者選自TiN、TiC及其組合物。在該示例性實例中，未構(gòu)圖的清除金屬層50可以包括具有元素形式且選自 Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr 和 Ce 的金屬。
[0042]在一個優(yōu)選實例中，未構(gòu)圖的下金屬層40的第一金屬化合物和未構(gòu)圖的上金屬層60的第二金屬化合物為TiN，并且未構(gòu)圖的清除金屬層50是包含元素金屬形式的鋁的鋁層。
[0043]不是必需地但優(yōu)選地，例如，通過低溫化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)或等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)，直接在未構(gòu)圖的上金屬層60的頂表面上沉積未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70。未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70可以包括多晶硅、多晶硅鍺合金、多晶硅碳合金或多晶硅鍺碳合金?？梢酝ㄟ^原位摻雜將未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70形成為摻雜的多晶半導(dǎo)體層?？商娲?，可以通過在沉積未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70之后且在構(gòu)圖柵極電極之前離子注入摻雜劑原子，對未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70進行摻雜。另外可替代地，可以在構(gòu)圖柵極電極之后在未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70的剩余部分上進行摻雜劑離子的注入。未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70的厚度可以為IOnm到300nm，典型地為50nm到lOOnm，但在此還預(yù)期更小和更大的厚度。在不形成未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70的實施例中，未構(gòu)圖的下金屬層40、未構(gòu)圖的清除金屬層50和未構(gòu)圖的上金屬層60的疊層構(gòu)成柵極電極層。
[0044]對未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70的頂表面施加光致抗蝕劑層(未不出),并且光刻構(gòu)圖該光致抗蝕劑層以形成光致抗蝕劑部分77 (參見圖2)，該光致抗蝕劑部分77具有隨后將要形成的柵極電極的形狀。光致抗蝕劑部分77中的圖形被轉(zhuǎn)移到未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70、未構(gòu)圖的上金屬層60、未構(gòu)圖的清除金屬層50、未構(gòu)圖的下金屬層40、未構(gòu)圖的高k電介質(zhì)層30L以及未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20的疊層中。可以通過采用光致抗蝕劑部分77作為蝕刻掩模的各向異性蝕刻來實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移。[0045]參考圖2，未構(gòu)圖的多晶半導(dǎo)體層70、未構(gòu)圖的上金屬層60、未構(gòu)圖的清除金屬層50、未構(gòu)圖的下金屬層40的剩余部分構(gòu)成柵極電極，該柵極電極包括多晶半導(dǎo)體層70、上金屬層60、清除金屬層50以及下金屬層40。典型地將柵極電極(40，50，60，70)構(gòu)圖為具有寬度的線路，該寬度是如圖2所示的下金屬層40的寬度且被稱為“柵極長度”。柵極長度取決于器件特性并且可以為從可光刻印刷的最小尺寸到10微米。典型地，柵極長度為32nm到I微米，但在此還預(yù)期更小或更大的柵極長度。
[0046]在此將未構(gòu)圖的高k電介質(zhì)層30的剩余部分稱為高k電介質(zhì)層30，并且在此將未構(gòu)圖的化學(xué)氧化物層20的剩余部分稱為化學(xué)氧化物層20。高k電介質(zhì)層30和化學(xué)氧化物層20共同地構(gòu)成柵極電介質(zhì)(20，30)。典型地，柵極電介質(zhì)(20，30)具有小于1.2nm的等效氧化物厚度(Ε0Τ)，并且可以具有小于1.0nm的EOT。隨后，例如，通過灰化，去除光致抗蝕劑部分77。
[0047]柵極電極(40，50，60，70)和柵極電介質(zhì)(20，30)的側(cè)壁典型地基本垂直，即，平行于襯底半導(dǎo)體層10的暴露的表面的表面法線。此外，柵極電極(40,50,60,70)和柵極電介質(zhì)(20，30)的側(cè)壁典型地彼此垂直一致。
[0048]參考圖3，通過采用柵極電極(40，50，60，70)和柵極電介質(zhì)(20，30)作為注入掩模的離子注入，形成源極和漏極擴展區(qū)18。源極和漏極擴展區(qū)18具有與襯底半導(dǎo)體層10的摻雜相反的導(dǎo)電類型的摻雜。例如，如果襯底半導(dǎo)體層10具有P型摻雜，則源極和漏極擴展區(qū)18具有η型摻雜，反之亦然。源極和漏極擴展區(qū)18的摻雜劑濃度可以為1.0X IO19/cm3到1.0X 1021/cm3，但在此還預(yù)期更低和更高的摻雜濃度。源極和漏極擴展區(qū)18的每一者鄰接?xùn)艠O電介質(zhì)(20，30)的周邊部分。
[0049]可選地，在該步驟處可進行暈圈摻雜，以將與襯底半導(dǎo)體層10的摻雜相同導(dǎo)電類型的摻雜劑引入到位于柵極電極(40，50，60，70)和柵極電介質(zhì)(20，30)的周邊部分下方的襯底半導(dǎo)體層10的體積中。
[0050]例如，通過沉積保形的電介質(zhì)材料層且隨后進行各向異性離子蝕刻，形成橫向鄰接?xùn)艠O電極(40，50，60，70)的側(cè)壁和柵極電介質(zhì)(20，30)的側(cè)壁的柵極間隔物80。在各向異性蝕刻之后，電介質(zhì)材料層的直接形成在柵極電極(40，50，60，70)和柵極電介質(zhì)(20，30)的側(cè)壁上的部分保留下來，從而構(gòu)成橫向地包圍柵極電極(40，50，60，70)和柵極電介質(zhì)(20,30)的柵極間隔物80。優(yōu)選地，柵極間隔物80包括不透氧的材料，例如氮化硅。
[0051]參考圖4，通過采用柵極電極(40，50，60，70)和柵極間隔物80作為注入掩模的離子注入，形成源極和漏極區(qū)19。源極和漏極區(qū)19具有與源極和漏極擴展區(qū)18的摻雜相同導(dǎo)電類型的摻雜。源極和漏極區(qū)19的摻雜劑濃度可以為1.0X IO1Vcm3到1.0X1021/Cm3，但在此還預(yù)期更低和更高的摻雜濃度。
[0052]之后進行激活退火，以激活在源極和漏極擴展區(qū)18以及源極和漏極區(qū)19內(nèi)注入的電學(xué)摻雜劑。這樣的激活退火典型地在氧化環(huán)境中進行，在此期間，在現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中會對高k電介質(zhì)層的組成完整性進行折衷。然而，在本發(fā)明中，由于清除金屬層50消耗從多晶半導(dǎo)體層70向下擴散的氧，在圖4中的示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中防止了化學(xué)氧化物層20 (如果存在)的變厚。在本發(fā)明的示例性結(jié)構(gòu)中沒有化學(xué)氧化物層20的情況下，通過相同的機理，防止了在襯底半導(dǎo)體層10與高k電介質(zhì)層30之間的界面半導(dǎo)體氧化物層的形成。因此，在激活退火期間或者在氧化環(huán)境中的任何其他熱處理步驟中，包括襯底半導(dǎo)體層10、柵極電介質(zhì)(20，30)和下金屬柵極40的結(jié)構(gòu)的平帶電壓不受影響。
[0053]在示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個暴露的頂表面之上形成金屬層(未示出)，并且使該金屬層與暴露的半導(dǎo)體材料反應(yīng)而形成各種金屬半導(dǎo)體合金區(qū)。該金屬層包括與源極和漏極區(qū)19以及多晶半導(dǎo)體層70中的半導(dǎo)體材料反應(yīng)的金屬。該金屬的非限制性示例材料包括鎳、鉬、鈀、鈷或其組合?？梢酝ㄟ^物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)來實現(xiàn)該金屬層的形成。該金屬層可以以保形或非保形方式沉積。優(yōu)選地，該金屬沉積為基本保形的。
[0054]在金屬化退火期間，通過與金屬層中的金屬反應(yīng)，與該金屬層直接接觸的暴露的半導(dǎo)體表面被金屬化。通過典型地在諸如He、Ar、N2的惰性氣體氣氛或形成氣體中進行的在350°C到550°C的溫度下的退火，實現(xiàn)該金屬化。優(yōu)選地，在400°C到500°C的溫度下進行退火。可以采用在恒定溫度下或者具有各種溫度斜坡的溫度下的連續(xù)加熱?？梢酝ㄟ^在400°C到750°C的溫度下，優(yōu)選在500°C到700°C的溫度下的額外的退火來進一步實現(xiàn)金屬化。在金屬化工藝之后，通過可以為濕法蝕刻的蝕刻，相對于各金屬半導(dǎo)體合金部分，選擇性地去除在諸如柵極間隔物80和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)12的電介質(zhì)表面之上存在的未反應(yīng)的金屬層部分。用于這種濕法蝕刻的典型蝕刻劑采用王水。
[0055]該金屬化直接在每一個源極和漏極區(qū)19上形成源極和漏極金屬半導(dǎo)體合金區(qū)89。此外，直接在多晶半導(dǎo)體層70的頂表面上形成柵極金屬半導(dǎo)體合金區(qū)87。
[0056]在示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個頂表面之上沉積電介質(zhì)材料層92。電介質(zhì)材料層92包括電介質(zhì)材料，例如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、或其組合。
[0057]優(yōu)選地，電介質(zhì)材料層92包括可移動離子阻擋層(未示出)。該可移動離子阻擋層典型地包括諸如氮化硅的不滲透性的電介質(zhì)材料且直接接觸各金屬半導(dǎo)體合金區(qū)(89，87)。電介質(zhì)材料層92可以額外地包括例如旋涂玻璃和/或化學(xué)氣相沉積(CVD)氧化物，例如，未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)、硼硅酸鹽玻璃(BSG)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、氟硅酸鹽玻璃(FSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、或其組合。可替代地，電介質(zhì)材料層92可以包括低k電介質(zhì)材料，其介電常數(shù)小于3.9 (氧化硅的介電常數(shù))，優(yōu)選地小于2.5。示例性低k電介質(zhì)材料包括有機硅酸鹽玻璃(OSG)和SiLK?。
[0058]隨后對電介質(zhì)材料層92進行平面化以形成基本平面的頂表面。穿過電介質(zhì)材料層92形成源極和漏極接觸過孔93以及柵極接觸過孔95，以提供分別與源極和漏極區(qū)19以及柵極電極(40，50，60，70)的電接觸。
[0059]圖4中的示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)用作具有高k柵極電介質(zhì)和金屬柵極的場效應(yīng)晶體管。在柵極電極(40，50，60，70)內(nèi)的清除金屬層50的存在防止從多晶半導(dǎo)體層70向下擴散的氧原子進入下金屬層40，因為通過清除金屬層50清除了這些氧原子。因此，所述場效應(yīng)晶體管提供對抗氧擴散的優(yōu)良的穩(wěn)定性，而該氧擴散會劣化或改變場效應(yīng)晶體管的器件參數(shù)。
[0060]參考圖5，示出了在300K到2200K的溫度范圍內(nèi)各種金屬的氧化期間每氧原子吉布斯自由能的變化量。對于有限供給的反應(yīng)劑，當具有較大負性的每氧原子吉布斯自由能變化的反應(yīng)與具有較小負性的每氧原子吉布斯自由能變化的另一反應(yīng)競爭時，具有較大負性的吉布斯自由能變化的反應(yīng)支配著反應(yīng)并且消耗掉可用的絕對多數(shù)反應(yīng)劑。在氧化環(huán)境中高溫退火期間在柵極電極(40，50，60，70 ;參見圖4)內(nèi)氧化反應(yīng)的情況下，擴散通過多晶半導(dǎo)體層70 (參見圖4)和上金屬層40 (參見圖4)的氧原子或氧分子是以有限的量供給的反應(yīng)劑。在典型地在約1000°C或約1300K下進行的激活退火的溫度范圍內(nèi)，與諸如Ti和Ta 的典型的過渡金屬相比,諸如 Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr 和Ce的元素金屬具有更大負性的吉布斯自由能變化。因此，諸如Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr和Ce的元素金屬被有效地用作清除金屬層50 (參見圖4)的清除材料。
[0061]在表1中給出了某些選擇的元素金屬原子通過反應(yīng)Si+2/y MxOy - 2x/y M+Si02的吉布斯自由能變化。
[0062]表1:在1000K下對于反應(yīng)Si+2/y MxOy - 2x/y M+Si02的吉布斯自由能變化，其中M是元素金屬。
[0063]
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括: 包括半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體襯底(8)； P-型場效應(yīng)晶體管(PFET) (200)，其布置在所述半導(dǎo)體襯底(8)上并且包括由形成在所述半導(dǎo)體襯底(8)的表面上或內(nèi)的SiGe構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)； 柵極電介質(zhì)，其包括覆蓋在所述由SiGe構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)上的氧化物層(20)和覆蓋在所述氧化物層(20)上的高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)層(30)； 柵極電極，其覆蓋在所述高k電介質(zhì)層(30)上并且包括鄰接所述高k電介質(zhì)層(30)的下金屬層(40)、鄰接所述下金屬層(40)的清除金屬層(50)以及鄰接所述清除金屬層(50)的上金屬層(60)，其中所述清除金屬層(50)包括金屬(M)，對于該金屬(M)，化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變化是正的，在所述化學(xué)反應(yīng)中硅原子與包括所述清除金屬和氧的金屬氧化物材料結(jié)合以形成元素形式的所述清除金屬和二氧化硅；以及 η-型場效應(yīng)晶體管(nFET) (100)，其也布置在所述半導(dǎo)體襯底(8)上并且包括由Si構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)，其中所述nFET (100)的柵極電極也包括所述清除金屬層(50)。
2.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述下金屬層(40)由TiN構(gòu)成并且具有在約20A到約IOOA的范圍內(nèi)的厚度，并且所述清除金屬層(50)由Al構(gòu)成并且具有約到約20A的范圍內(nèi)的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述上金屬層(60)由TiN構(gòu)成并且具有約20A到約IOOA的范圍內(nèi)的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體溝道區(qū)具有達到約ιοοΛ的厚度并且具有在約略高于零到約40%的范圍內(nèi)的Ge對Si比率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述下金屬層(40)和所述上金屬層(60)由相同的材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述清除金屬層(50)由元素形式的金屬構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述下金屬層(40)和所述上金屬層(60)由TiN或TiC或其組合構(gòu)成，并且其中所述清除金屬層50包括元素形式的金屬并且選自Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr 和 Ce。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述高k電介質(zhì)層(30)包括HfO2> ZrO2> La203、A1203、TiO2> SrTiO3> LaAIO3> Y2O3> HfOxNy> ZrOxNy、La2OxNy> Al2OxNy、TiOxNy>SrTi0xNy、LaA10xNy、Y20xNy、其硅酸鹽、其合金、及其非化學(xué)計量變體，其中x的每一個值獨立地為0.5到3，且y的每個值獨立地為O到2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述柵極電介質(zhì)還包括垂直鄰接所述上金屬層(60)的摻雜多晶半導(dǎo)體層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括:電介質(zhì)柵極間隔物(80)，其橫向鄰接并且包圍所述柵極電極并且包括不透氧的材料；源極區(qū)(19)，其位于所述半導(dǎo)體襯底(8)中并且鄰接所述柵極間隔物(80)的周邊部分；以及漏極區(qū)(19)，其位于所述半導(dǎo)體襯底(8)中并且鄰接所述柵極間隔物(80)的另一周邊部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述金屬(M)從與上覆的氧化物層(20)的SiGe界面清除氧，使得pFET的Tinv和Vt有效降低。
12.—種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括: 提供包括半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體襯底(8)； 形成P-型場效應(yīng)晶體管(PFET)，所述P-型場效應(yīng)晶體管(pFET)布置在所述半導(dǎo)體襯底(8)上并且包括由形成在所述半導(dǎo)體襯底(8)的表面上或內(nèi)的SiGe構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)； 形成柵極電介質(zhì)，所述柵極電介質(zhì)包括覆蓋在所述由SiGe構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)上的氧化物層(20 )和覆蓋在所述氧化物層(20 )上的高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)層(30 );以及 形成柵極電極，所述柵極電極覆蓋在所述高k電介質(zhì)層(30)上并且包括鄰接所述高k電介質(zhì)層(30)的下金屬層(40)、鄰接所述下金屬層(40)的清除金屬層(50)以及鄰接所述清除金屬層(50)的上金屬層(60)，其中所述清除金屬層(50)包括金屬(M)，對于該金屬(M)，化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變化是正的，在所述化學(xué)反應(yīng)中硅原子與包括所述清除金屬和氧的金屬氧化物材料結(jié)合以形成元素形式的所述清除金屬和二氧化硅；以及 形成η-型場效應(yīng)晶體管(nFET)，所述η-型場效應(yīng)晶體管(nFET)布置在所述半導(dǎo)體襯底(8)上并且包括由Si構(gòu)成的半導(dǎo)體溝道區(qū)，其中所述nFET的柵極電極也包括所述清除金屬層(50)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述下金屬層(40)由TiN構(gòu)成并且具有在約20A到約100人的范圍內(nèi)的厚度，并且所述清除金屬層(50)由Al構(gòu)成并且具有約I人到 約20人的范圍內(nèi)的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13中任一項所述的方法，其中所述上金屬層(60)由TiN構(gòu)成并且具有約20A到約IOOA的范圍內(nèi)的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述半導(dǎo)體溝道區(qū)具有達到約100人的厚度并且具有在約略高于零到約40%的范圍內(nèi)的Ge對Si比率。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述下金屬層(40)和所述上金屬層(60)由相同的材料構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求12到16中任一項所述的方法，其中所述清除金屬層(50)由元素形式的金屬構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求12到17中任一項所述的方法，其中所述下金屬層(40)和所述上金屬層(60)由TiN或TiC或其組合構(gòu)成，并且其中所述清除金屬層50包括元素形式的金屬并且選自 Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr 和 Ce。
19.根據(jù)權(quán)利要求12到18中任一項所述的方法，其中所述高k電介質(zhì)層(30)包括HfO2λ ZrO2λ La2O3λ A1203、Ti02、SrTi03、LaAIO3Λ Y2O3Λ HfOxNyΛ ZrOxNyΛ La2OxNyΛ Al2OxNyΛ TiOxNyΛSrTi0xNy、LaA10xNy、Y20xNy、其硅酸鹽、其合金、及其非化學(xué)計量變體，其中x的每一個值獨立地為0.5到3，且y的每個值獨立地為O到2。
20.根據(jù)權(quán)利要求12到19中任一項所述的方法，其中形成所述柵極電介質(zhì)還形成垂直鄰接所述上金屬層(60)的摻雜多晶半導(dǎo)體層(70)。
21.根據(jù)權(quán)利要求12到20中任一項所述的方法，還包括:形成電介質(zhì)柵極間隔物(80)，所述電介質(zhì)柵極間隔物(80)橫向鄰接并且包圍所述柵極電極并且包括不透氧的材料；源極區(qū)(19)，其位于所述半導(dǎo)體襯底(8)中并且鄰接所述柵極間隔物(80)的周邊部分；以及漏極區(qū)(19)，其位于所述半導(dǎo)體襯底(8)中并且鄰接所述柵極間隔物(80)的另一周邊部分。
22.—種結(jié)構(gòu),包括: 襯底(8)； 布置在所述襯底(8)上的η型場效應(yīng)晶體管(nFET)，所述nFET包括Si溝道區(qū)、柵極電介質(zhì)以及覆蓋在所述柵極電介質(zhì)上的柵極電極，所述柵極電介質(zhì)具有覆蓋在所述溝道區(qū)上的氧化物層(20)、覆蓋在所述氧化物層(20)上的高k電介質(zhì)層(30)，所述柵極電極包括鄰接所述高k層的下金屬層(40)、鄰接所述下金屬層(40)的清除金屬層(50)和鄰接所述清除金屬層(50)的上金屬層(60)，所述清除金屬層(50)從所述Si溝道區(qū)與所述氧化物層(20)之間的界面清除氧；以及 布置在所述襯底(8)上的P型場效應(yīng)晶體管(pFET)，所述pFET包括SiGe溝道區(qū)、柵極電介質(zhì)以及覆蓋在所述柵極電介質(zhì)上的柵極電極，所述柵極電介質(zhì)具有覆蓋在所述溝道區(qū)上的氧化物層(20)、覆蓋在所述氧化物層(20)上的高k電介質(zhì)層(30)，所述柵極電極包括鄰接所述高k層的下金屬層(40)、鄰接所述下金屬層(40)的清除金屬層(50)和鄰接所述清除金屬層(50)的上金屬層(60)，所述清除金屬層(50)從所述SiGe溝道區(qū)與所述氧化物層(20)之間的界面清除氧。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的結(jié)構(gòu)，其中所述nFET和pFET中每一個的所述下金屬層(40)和所述上金屬層(60)由TiN或TiC或其組合構(gòu)成，并且其中所述nFET和pFET中每一個的所述清除金屬層(50)包括元素形式的金屬并且選自Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Dy、Lu、Er、Pr ·和 Ce。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的結(jié)構(gòu)，其中所述nFET和pFET中每一個的所述下金屬層(40)由TiN構(gòu)成并且具有約到約100人的范圍內(nèi)的厚度，所述nFET和pFET中每一個的所述清除金屬層(50)由Al構(gòu)成并且具有約I人到約20人的范圍內(nèi)的厚度，并且所述nFET和pFET中每一個的所述上金屬層(60)由TiN構(gòu)成并且具有約2θΑ到約100A的范圍內(nèi)的厚度。
25.根據(jù)權(quán)利要求22到24中任一項所述的方法，其中所述SiGe溝道區(qū)具有達到約IOOA的厚度并且具有在約略高于零到約40%的范圍內(nèi)的Ge對Si比率。
【文檔編號】H01L29/00GK103718295SQ201280037577
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月1日
【發(fā)明者】安藤崇志, 崔暢桓, M·M·弗蘭克, 權(quán)彥五, V·納拉亞南 申請人:國際商業(yè)機器公司