一種半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]在下一代集成電路的制造工藝中，對(duì)于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的柵極的制作，通常采用高k_金屬柵工藝。對(duì)于具有較高工藝節(jié)點(diǎn)的晶體管結(jié)構(gòu)而言，所述高k_金屬柵工藝通常為后柵極工藝，其典型的實(shí)施過(guò)程包括:首先，在半導(dǎo)體襯底上形成偽柵極結(jié)構(gòu)，所述偽柵極結(jié)構(gòu)由自下而上層疊的界面層、高k介電層、覆蓋層(capping layer)和犧牲柵電極層構(gòu)成；然后，在所述偽柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成柵極間隙壁結(jié)構(gòu)，之后去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)中的犧牲柵電極層，在所述柵極間隙壁結(jié)構(gòu)之間留下一溝槽；接著，在所述溝槽內(nèi)依次沉積功函數(shù)金屬層(workfunct1n metal layer)、阻擋層(barrier layer)和浸潤(rùn)層(wetting layer);最后進(jìn)行金屬柵極材料(通常為招)的填充。
[0003]在上述工藝過(guò)程中，由于高k介電層的引入，使得CMOS的柵極的制作可以達(dá)到特征尺寸不斷減小的要求，以迎合摩爾定律。然而，仍然存在制作工藝上的挑戰(zhàn)，即柵極的等效柵極介電層厚度(EOT)的按比例減小，其決定了高k-金屬柵的有效功函數(shù)、柵漏電、柵長(zhǎng)、柵寬等的大小，進(jìn)而決定了 CMOS的可靠性程度。
[0004]因此，需要提出一種方法，以解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成高k介電層；實(shí)施退火使所述高k介電層晶態(tài)化，以增大所述高k介電層的介電常數(shù)；回蝕刻所述高k介電層，以使所述高k介電層的厚度滿足預(yù)設(shè)的目標(biāo)特征尺寸；在經(jīng)過(guò)所述回蝕刻的高k介電層上形成犧牲柵電極層，以在所述半導(dǎo)體襯底上形成偽柵極結(jié)構(gòu)；去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)中的犧牲柵電極層，并在留下的柵溝槽內(nèi)形成金屬柵極結(jié)構(gòu)。
[0006]在一個(gè)示例中，在去除所述犧牲柵電極層之前，還包括在所述偽柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)以及在所述半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣層的步驟。
[0007]在一個(gè)示例中，在所述高k介電層和所述半導(dǎo)體襯底之間還形成有界面層，在所述高k介電層和所述犧牲柵電極層之間還形成有覆蓋層。
[0008]在一個(gè)示例中，所述高k介電層的厚度為10-200埃，經(jīng)過(guò)所述回蝕刻的高k介電層的厚度為10-50埃。
[0009]在一個(gè)示例中，所述高k介電層的材料包括氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鑭、氧化錯(cuò)、氧化錯(cuò)娃或者氧化招。
[0010]在一個(gè)示例中，所述退火包括均溫退火、尖峰退火、毫秒退火或者高壓退火。
[0011 ] 在一個(gè)示例中，所述回蝕刻的腐蝕液包括氨水、雙氧水和水的混合物、稀釋的氫氟酸或者鹽酸和雙氧水的混合物。
[0012]在一個(gè)示例中，所述金屬柵極結(jié)構(gòu)包括自下而上層疊的功函數(shù)設(shè)定金屬層和金屬柵極材料層。
[0013]在一個(gè)示例中，所述功函數(shù)設(shè)定金屬層和所述金屬柵極材料層之間還包括自下而上層疊的阻擋層和浸潤(rùn)層。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種采用上述方法制造的半導(dǎo)體器件。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種電子裝置，所述電子裝置包括所述半導(dǎo)體器件。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，可以增大所述高k介電層的介電常數(shù)，以使所述高k介電層滿足等效柵極介電層厚度按比例減小的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0017]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
[0018]附圖中:
[0019]圖1A-圖1H為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖；
[0020]圖2為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0022]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子裝置。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0023]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0024]對(duì)于現(xiàn)有的高k_金屬柵工藝而言,形成的高k介電層為無(wú)定型態(tài),其介電常數(shù)的大小通常在17-20之間。隨著作為柵極介電層的高k介電層的物理厚度的減小，高k-金屬柵的漏電現(xiàn)象加劇，可靠性變差。有研究表明，采用具有更高數(shù)值的介電常數(shù)的材料作為高k介電層的材料可以解決上述問(wèn)題，例如采用具有立方晶態(tài)或正方晶態(tài)的氧化鉿(HfO2)作為高k介電層的材料，其具有30以上的介電常數(shù)數(shù)值。然而，對(duì)于現(xiàn)有的高k-金屬柵工藝而言，形成具有純晶態(tài)的具有更高數(shù)值的介電常數(shù)的材料作為高k介電層的材料還面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
[0025][示例性實(shí)施例一]
[0026]參照?qǐng)D1A-圖1H，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖。
[0027]首先，如圖1A所示，提供半導(dǎo)體襯底100，半導(dǎo)體襯底100的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底100中形成有隔離槽、埋層等，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略。
[0028]接下來(lái)，作為一個(gè)示例，在半導(dǎo)體襯底100上依次形成界面層101和具有大厚度值的高k介電層102。界面層101可以改善高k介電層102與半導(dǎo)體襯底100之間的界面特性。在一個(gè)實(shí)施例中，高k介電層102的厚度為10-200埃。界面層101的材料包括氧化物，例如硅氧化物(S1x)。高k介電層102的材料包括氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鋁等。形成以上各層可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝技術(shù)，例如采用熱氧化工藝形成界面層101，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成高k介電層 102。
[0029]接下來(lái)，實(shí)施退火使高k介電層102晶態(tài)化，增大高k介電層102的介電常數(shù)(其數(shù)值達(dá)到30以上)，以使高k介電層102滿足等效柵極介電層厚度按比例減小的要求。所述退火包括均溫退火、尖峰退火、毫秒退火、高壓退火等。作為示例，均溫退火的工藝參數(shù)包括:溫度500°C?800°C，時(shí)間5秒?300秒，壓力0.5torr?760torr ;尖峰退火的工藝參數(shù)包括:溫度700°C?1000°C，壓力0.5torr?760torr ;毫秒退火的工藝參數(shù)包括:溫度1000°C?1350°C，時(shí)間200微秒?30毫秒，壓力0.5torr?760torr ;高壓退火的工藝參數(shù)包括:溫度400°C?800°C，時(shí)間5秒?300秒，壓力5atm?40atm，其中，torr代表毫米汞柱，atm代表標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0030]接著，如圖1B所示，回蝕刻高k介電層102，使高k介電層102的厚度滿足預(yù)設(shè)的目標(biāo)特征尺寸。實(shí)施所述回蝕刻之后，高k介電層102的厚度為10-50埃。所述回蝕刻的腐蝕液包括氨水、雙氧水和水的混合物(SCl溶液)、稀釋的氫氟酸(DHF)、鹽酸和雙氧水的混合物(HPM)等。
[0031]接著,如圖1C所示,作為一個(gè)示例,在經(jīng)過(guò)所述回蝕刻的高k介電層102上依次形成覆蓋層103和犧牲柵電極層104。覆蓋層103的材料包括氮化鈦或氮化鉭。犧牲柵電極層104的材料包括多晶硅。形成以上各層可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝技術(shù)，例如采用