[发明专利]栅极堆迭结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明关于一种栅极堆迭结构，特别是关于一种具有由氧化铪及氧化镧所组成的介电层的栅极堆迭结构。

背景技术

栅极介电层的效能和稳定度一直都是互补式金属氧化物半导体的工艺中需要考量的重要因素，尤其是利用所谓的高介电常数介电材料(介电常数大于3.9，例如氧化硅)，以得到比传统氧化硅层更薄的等效氧化物厚度(equivalent oxide thickness，EOT)。随着集成电路对于单位电容量的需求提升，具有更高介电系数的介电材料的研发未曾间断。然而，在高介电常数介电材料与下层半导体材料之间会出现不乐见的扩散作用而影响载子的漂移率，因此在已知制作栅极介电层的技术中，除了利用一高介电常数介电材料之外，仍会再形成一硅氧化物层于高介电常数介电材料与下层半导体材料之间，以避免扩散作用的产生。

一方面，为保持较高的介电常数，上述已知的制作方法无法同时降低栅极介电层的等效氧化层厚度(EOT)。另一方面，若上述硅氧化物层的厚度不足，则仍会产生高介电常数介电材料与下层半导体材料之间的扩散作用，而造成半导体元件的电性失效。因此，亟需一种改良的栅极结构及其制造方法，以解决上述已知技术所造成的缺失。

发明内容

本发明提供一种使用高介电常数介电材料做为栅极介电层的栅极堆迭结构及其制造方法，用以解决已知技术的缺失以及达到较佳的效能。

本发明的一目的在于提供一种栅极堆迭结构。上述栅极堆迭结构包含一基板；一半导体层，设置于基板上；一栅极介电层，设置于半导体层上，其中栅极介电层 包含由氧化镧(La₂O₃)及氧化铪(HfO₂)所组成的复合氧化物层；以及一栅极电极层，设置于栅极介电层上。

本发明的另一目的在于提供一种栅极堆迭结构的制造方法。上述栅极堆迭结构的制造方法，包含提供一半导体层，其具有一第一表面及一第二表面；形成数个氧化铪层及数个氧化镧层于半导体层的第一表面上；快速退火法诸氧化铪层及诸氧化镧层，以形成一复合氧化物层的栅极介电层；形成一栅极电极层于栅极介电层上；形成一欧姆接触层，其与半导体层的第二表面接触；以及形成一背金属层，其与欧姆接触层接触，但不与半导体层接触。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的详细说明如下：

图1根据本发明的一实施例所绘示的栅极堆迭结构100剖面图；

图2A至图2G根据本发明的一实施例所绘示的制作栅极堆迭结构的剖面图；

图3A根据本发明的一实施例的栅极介电层的栅极电压对电容值的折线图，其中横轴为栅极电压(V)，纵轴为电容值(mF/cm²)；

图3B根据本发明的一实施例的栅极介电层的栅极电压对电容值的折线图，其中横轴为栅极电压(V)，纵轴为电容值(mF/cm²)；

图4A根据本发明的一实施例的栅极堆迭结构的SEM影像(左图)及元素分布图(右图)，其中比例尺为2nm；以及

图4B根据本发明的一实施例的栅极堆迭结构的SEM影像(左图)及元素分布图(右图)，其中比例尺为5nm。

主要元件符号说明：

100、200：栅极堆迭结构140、230：栅极电极层

110：基板211：第一表面

112、250：背金属层212：第二表面

114、240：欧姆接触层220a、220b：氧化物层

120、210：半导体层222a、224b：氧化铪层

130、220：栅极介电层224a、222b：氧化镧层

具体实施方式

在下文中会列举本发明的较佳实施例以说明本发明的栅极堆迭结构及其制造方法，但非用以限制本发明。在图式或描述中，相似或相同的部分使用相同的符号或编号。并且本发明的应用非局限于下文中的实施例，已知技艺者当可据以应用于相关领域。

本发明提供一种使用高介电常数介电材料做为栅极介电层的栅极堆迭结构及其制造方法，其中栅极介电层包含氧化镧(La₂O₃)及氧化铪(HfO₂)所组成的复合氧化物层。