[发明专利]半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

[0001]本发明一般涉及可包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的半导体结构。更具体地，本发明涉及具有增强性能的半导体结构。

技术背景

[0002]随着MOSFET器件尺寸的减少，尤其随着MOSFET栅电极尺寸的减少，某些新效应在MOSFET器件中更为突出。特别有害的新效应是短沟道效应。短沟道效应源于MOSFET中沟道区上的栅电极的不充分电控电平。不期望的短沟道效应的结果包括在MOSFET中大的MOSFET关态电流、高的备用功耗和有害的电参数变化。

[0003]在最小化短沟道效应和减少阈值电压变化的尝试中，近来已将MOSFET器件制成具有不掺杂且极薄的体区域，其包括不掺杂且极薄的沟道区域。然而，尽管这些不掺杂的体区域提供了具有增强的短沟道效应控制的MOSFET器件，但是事实上不掺杂的体区域可能损害MOSFET器件的其它电参数。

[0004]在半导体制造技术中，已知具有增强性能的各种半导体结构及其制造方法。

[0005]这种半导体结构的具体示例由以下参考文献公开：(1)2002年的IEDM Technical Digest的247-250页，Kedzierski等人的“Metal-gate FinFET and Fully-depleted SOI devices using totalgate silicidation”(具有增强电性能的金属栅极FinFET和全耗尽的SOI器件)；(2)2003年的IEDM Technical Digest，Krivokapic等人的“Locally Strained Ultra-Thin Channel 25nm Narrow FDSOIDevices with Metal Gate and Mesa Isolation”(增强性能的、在绝缘体上半导体(SOI)衬底中制造的NMOS&PMOS器件)；(3)2004年的IEEE Transactions on Electron Devices的vol.51，no.12的2115-2120页，Kedzierski等人的“Fabrication of Metal Gated FinFETs ThroughComplete Gate Silicidation With Ni”(利用增强的功函数控制制造的金属栅极FinFET)；以及(4)2005年的2005 Symposium on VLSITechnology Digest of Technical Papers的214-215页，Doris等人的“High Performance FDSOI CMOS Technology with Metal Gate andHigh-K”(增强性能的、具有功函数调节的CMOS器件)。

[0006]随着半导体结构和器件尺寸的减少，半导体结构性能要求必然增加。因此，期望在减少尺寸时提供增强性能的半导体结构及其制造方法。

发明内容

[0007]本发明包括半导体结构和制造该半导体结构的相关方法。该半导体结构包括被设计成包括横向可变的功函数(workfunction)的栅电极。可将栅电极用于MOSFET、CMOS和finFET器件中。这些方法旨在制造包括横向可变的功函数的栅电极。在如所公开和所要求保护的本发明的上下文中，“横向可变的功函数”意指作为栅电极的线宽(即，也称作“栅长”)的函数的栅电极的功函数变化。这种包括横向可变的功函数的栅电极也可具有纵向可变的功函数。

[0008]尽管不希望被限制于根据本发明的半导体结构的特定工作原理，但是在增加或减少n-FET或p-FET的栅电极功函数时，n-FET或p-FET的阈值电压可增加。如果与中心相比n-FET或p-FET在边缘具有更高或更低的功函数栅电极，那么在栅电极的较短的栅长有效的功函数将增加或减少。所以，在短沟道效应淹没(overwhelm)上述与功函数相关的效应之前，n-FET或p-FET阈值电压在较短的栅长将增加，因此，导致阈值电压相对于栅长的特性中的峰值，其类似于通过使用晕环掺杂在传统的FET中实现的情况。

[0009]根据本发明的半导体结构包括位于半导体衬底上的栅电极。在该半导体结构中，栅电极具有横向可变的功函数。

[0010]根据本发明的特定方法包括提供半导体衬底，该半导体衬底包括在该半导体衬底上形成的栅电极。该特定方法还包括处理该栅电极以提供具有横向可变的功函数的经处理的栅电极。