[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及半导体器件及其制造方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET）尺寸不断减小，载流子迁移率降低的问题引起了业界极大的关注，已经提出一些增强载流子迁移率的方案。

其中一些方案通过在MOSFET的沟道区中施加应力来实现增强载流子迁移率的目的。例如，已提出向p型金属氧化物半导体场效应晶体管（pMOSFET）的硅（Si）衬底的源漏区注入锗（Ge）离子，形成SiGe沟道区，从而增强pMOSFET的载流子迁移率。但是，对于SiC沟道区能否增强n型金属氧化物半导体场效应晶体管（nMOSFET）的载流子迁移率，目前尚未证实。

相关技术公开了可以在沟道中形成金属薄膜，并进行离子注入，以便使金属薄膜对沟道形成压缩应力；或者，在沟道中填充金属填充物，例如在P型沟道中填充P型金属填充物，在n型沟道中填充n型金属填充物，以便提供压缩应力或拉伸应力。相关技术还提出了一种在栅极中填充金属以施加应力的构思，以便增强载流子迁移率。然而，具体如何在栅极填充材料以增强载流子迁移率，现有技术还没有相关的实现方案。

发明内容

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了新的技术方案。

本发明的一个目的是，提供一种使栅极中的材料向沟道施加应力以增强载流子迁移率的实现方案。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种半导体器件，包括：栅极绝缘层，所述栅极绝缘层被形成在衬底凹槽的内壁上；功函数材料层，能够向沟道施加拉伸应力或压缩应力；以及栅极金属，其中，所述栅极绝缘层、所述功函数材料层和所述栅极金属被依次形成。

根据一些示例性实施例，所述半导体器件可以包含nMOS场效应晶体管的栅极结构体，所述功函数材料层能够向所述nMOS场效应晶体管的沟道施加拉伸应力。

根据一些示例性实施例，所述半导体器件可以包含pMOS场效应晶体管的栅极结构体，所述功函数材料层能够向所述pMOS场效应晶体管的沟道施加压缩应力。

根据一些示例性实施例，所述半导体器件还可以包括：在所述功函数材料层与所述栅极金属之间的阻挡层，以及所述功函数材料层、所述阻挡层、所述栅极金属共同形成的表面上的第二金属层。

根据一些示例性实施例，所述栅极金属能够向沟道施加拉伸应力。

根据一些示例性实施例，所述功函数材料层可以是用于nMOS场效应晶体管的功函数材料层，包含TiAlN、金属碳化物和金属碳氧化物中的至少一种。

根据一些示例性实施例，所述功函数材料层可以是用于pMOS场效应晶体管的功函数材料层，包含TiN和Ta化合物中的至少一种。

根据一些示例性实施例，所述第二金属层可以包含TiAlN、TiAl、Al、Ti和TiW中的至少一种，所述栅极金属可以包含W和TiW中的至少一种。

根据一些示例性实施例，该半导体器件还可以包括：在所述栅极绝缘层和所述功函数材料层之间用来保护所述栅极绝缘层的保护层。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种制造半导体器件的方法，包括：在栅极绝缘层上形成功函数材料层，以使所述功函数材料层能够向沟道施加拉伸应力或压缩应力，其中所述栅极绝缘层形成在衬底凹槽的内壁上；以及在所述功函数材料层上沉积栅极金属。

根据一些示例性实施例，所述半导体器件可以包含nMOS场效应晶体管的栅极结构体，所述功函数材料层可以被形成为能够向所述nMOS场效应晶体管的沟道施加拉伸应力。

根据一些示例性实施例，所述半导体器件可以包含pMOS场效应晶体管的栅极结构体，所述功函数材料层可以被形成为能够向所述pMOS场效应晶体管的沟道施加压缩应力。

根据一些示例性实施例，所述半导体器件可以包含CMOS场效应晶体管的栅极结构体，所述衬底凹槽可以包含用于pMOS场效应晶体管的第一凹槽和用于nMOS场效应晶体管的第二凹槽，以及，在所述栅极绝缘层上形成功函数材料层的步骤可以包括：在所述第一凹槽和所述第二凹槽的栅极绝缘层上形成能够向沟道施加压缩应力的用于pMOS场效应晶体管的第一功函数材料层；蚀刻掉第一凹槽中的第一功函数材料层的上部以及第二凹槽中的第一功函数材料层的全部；以及在所述第一凹槽和所述第二凹槽中形成能够向沟道施加拉伸应力的用于nMOS场效应晶体管的第二功函数材料层。