[发明专利]半导体器件的栅极结构及其形成方法

说明书

本申请涉及半导体器件的栅极结构及其形成方法。提供了半导体器件及其形成方法。半导体器件包括在衬底的有源区域之上的栅极堆叠。栅极堆叠包括栅极电介质层和在栅极电介质层之上的第一功函数层。第一功函数层包括以交替方式布置在栅极电介质层之上的多个第一层和多个第二层。多个第一层包括第一材料。多个第二层包括与第一材料不同的第二材料。

技术领域

本公开涉及半导体领域，具体而言涉及半导体器件的栅极结构及其形成方法。

背景技术

半导体器件被用于各种电子应用，例如，个人计算机、蜂窝电话、数码相机和其他电子设备。半导体器件通常通过以下方式来制造：在半导体衬底之上顺序沉积绝缘或电介质材料层、导电材料层和半导体材料层，并使用光刻对各种材料层进行图案化以在其上形成电路组件和元件。

半导体工业通过不断减小最小特征尺寸来持续改进各种电子组件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成密度，这允许更多组件集成到给定区域中。然而，随着最小特征尺寸的减小，出现了应该解决的其他问题。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种半导体器件，包括：栅极堆叠，在衬底的有源区域之上，其中，所述栅极堆叠包括：栅极电介质层；以及第一功函数层，在所述栅极电介质层之上，所述第一功函数层包括以交替方式布置在所述栅极电介质层之上的多个第一层和多个第二层，所述多个第一层包括第一材料，所述多个第二层包括与所述第一材料不同的第二材料。

根据本公开的第二方面，提供了一种半导体器件，包括：栅极堆叠，在衬底的有源区域之上，其中，所述栅极堆叠包括：栅极电介质层；p型功函数层，在所述栅极电介质层之上，所述p型功函数层包括重复两次或更多次的成对层，所述成对层包括第一层和第二层，所述第一层包括第一金属氮化物材料，并且所述第二层包括与所述第一金属氮化物材料不同的第二金属氮化物材料；以及n型功函数层，在所述p型功函数层之上。

根据本公开的第三方面，提供了一种用于形成半导体器件的方法，包括：在衬底的有源区域之上形成牺牲栅极；去除所述牺牲栅极以形成凹部；以及在所述凹部中形成替换栅极，其中，形成所述替换栅极包括：在所述凹部中形成栅极电介质层；以及在所述栅极电介质层之上形成第一功函数层，其中，形成所述第一功函数层包括两次或更多次形成成对层，所述成对层包括第一层和第二层，所述第一层包括第一金属氮化物材料，并且所述第二层包括与所述第一金属氮化物材料不同的第二金属氮化物材料。

附图说明

在结合附图阅读时，可以从下面的具体实施方式中最佳地理解本公开的各方面。应当注意，根据行业的标准做法，各种特征不是按比例绘制的。事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意增大或减小。

图1-图11和图15-图18是根据一些实施例的制造半导体器件的中间阶段的截面图。

图12是示出根据一些实施例的形成功函数层的方法的流程图。

图13是示出根据一些实施例的原子层沉积工艺的流程图。

图14是示出根据一些实施例的原子层沉积工艺的流程图。

具体实施方式

下面的公开内容提供了用于实现本发明的不同特征的许多不同的实施例或示例。下文描述了组件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅是示例而不意图是限制性的。例如，在下面的说明中，在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一特征和第二特征的实施例，并且还可以包括可在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。此外，本公开在各个示例中可重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简单性和清楚性的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。