具有均匀阈值电压分布的半导体器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及半导体领域，更具体地，涉及一种具有均匀阈值电压分布的半导体器件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着平面型半导体器件的尺寸越来越小，短沟道效应愈加明显。为此，提出了立体型半导体器件如FinFET(鳍式场效应晶体管)。一般而言，FinFET包括在衬底上竖直形成的鳍以及与鳍相交的栅堆叠。栅堆叠可以包括高K/金属栅配置。通过注入，调节金属栅的功函数，可以调整FinFET的阈值电压。但是，利用这种方法，难以使注入的离子在金属栅中均勾分布，从而难以实现阈值电压的均勾分布。
【发明内容】
[0003]本公开的目的至少部分地在于提供一种具有均匀阈值电压分布的半导体器件及其制造方法。
[0004]根据本公开的一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法，包括:在衬底上形成沿第一方向延伸的鳍；在衬底上形成沿与第一方向交叉的第二方向延伸的栅堆叠，其中栅堆叠包括依次堆叠的栅介质层和金属栅层；利用第一类型的掺杂剂进行第一倾斜注入，其中第一倾斜注入的方向朝向金属栅层在鳍的第一侧上的侧壁；利用第一类型的掺杂剂进行第二倾斜注入，其中第二倾斜注入的方向朝向金属栅层在鳍的与第一侧相反的第二侧上的侧壁；利用与第一类型互补的第二类型的掺杂剂进行第三注入，其中第三注入的方向大致垂直于衬底的表面。
[0005]根据本公开的另一方面，提供了一种半导体器件，包括:在衬底上形成的沿第一方向延伸的鳍；在衬底上形成的沿与第一方向交叉的第二方向延伸的栅堆叠，其中栅堆叠包括依次堆叠的栅介质层和金属栅层，其中，相对于金属栅层在鳍的相对两侧上的侧壁，金属栅层在鳍的顶面上的顶壁包含较高的第一类型的掺杂剂以及较高的与第一类型互补的第二类型的掺杂剂，从而金属栅层整体上呈现大致均匀的第一类型掺杂。
[0006]根据本公开的实施例，可以进行两次第一类型的倾斜注入。这样，金属栅层在鳍两侧上的两个侧壁可以接受大致均匀的掺杂。另一方面，金属栅层在鳍的顶面上的顶壁接受了较多的第一类型掺杂。可以进行与第一类型互补的第二类型的竖直注入。于是，金属栅层的顶壁受到了较多的补偿，从而金属栅层可以表现出大致均匀的第一类型掺杂。这样，金属栅层的功函数可以得到大致均匀的调节，因此半导体器件可以表现出大致均匀分布的阈值电压。
【附图说明】
[0007]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0008]图1-图20C是根据本公开实施例的制造半导体器件流程的示意图，其中图9A是沿图9中AA^线的截面图；图1lA是沿图11中AA^线的截面图，图1lB是沿图11中BB^线的截面图，且图1lC是沿图11中CC'线的截面图；图12A是沿图12中AA'线的截面图，图12B是沿图12中BB'线的截面图，且图12C是沿图12中CC'线的截面图；图13A、13B、13C分别是与图12A、12B、12C对应的截面图；图20A是沿图20中kk'线的截面图，图20B是沿图20中BB'线的截面图，且图20C是沿图20中CC'线的截面图；。
【具体实施方式】
[0009]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0010]在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0011]在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
[0012]根据本公开的实施例，在衬底上形成鳍以及与鳍相交的栅堆叠(包括栅介质层和金属栅层)后，可以对金属栅层进行注入，以调节其功函数。为了均匀性，这种注入可以分多次进行。例如，可以利用第一类型的掺杂剂进行第一倾斜注入，其中第一倾斜注入的方向朝向金属栅层在鳍的一侧上的侧壁；可以利用第一类型的掺杂剂进行第二倾斜注入，其中第二倾斜注入的方向朝向金属栅层在鳍的另一侧上的侧壁。第一倾斜注入的方向和第二倾斜注入的方向可以关于垂直于衬底表面的方向大致对称，且两者的注入能量和注入剂量可以大致相同。这样，金属栅层在这两侧的侧壁可以被大致均匀地掺杂。但是，金属栅层在鳍的顶面上的顶壁接受了较多的第一类型掺杂。因此，可以进行与第一类型互补的第二类型的竖直注入，该竖直注入的方向大致垂直于衬底表面。竖直注入的注入能量和注入剂量可以与第一和第二倾斜注入的注入能量和注入剂量大致相同。于是，金属栅层的顶壁受到了较多的补偿，从而可以与金属栅层的侧壁上实现大致均匀的第一类型掺杂。
[0013]第一倾斜注入、第二倾斜注入以及竖直注入的顺序可以改变。此外，各次注入中的注入方向、注入能量和注入剂量也可以改变。
[0014]于是，得到了这样一种半导体器件，该半导体器件包括鳍以及与鳍相交的栅堆叠(包括栅介质层和金属栅层)。相对于金属栅层的侧壁，金属栅层的顶壁可以包含较高的第一类型的掺杂剂以及较高的与第一类型互补的第二类型的掺杂剂，从而金属栅层整体上呈现大致均匀的第一类型掺杂。
[0015]因此，可以对金属栅层实现大致均匀的功函数调节，并因此可以半导体器件具有大致均勾分布的阈值电压。
[0016]本公开可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。在以下的描述中，提供了许多细节，以进行充分的说明。但是应该理解，可以在不具备部分或全部这些细节的情况下实施本公开的技术。
[0017]如图1所示，提供衬底1002。该衬底1002可以是各种形式的衬底，例如但不限于体半导体材料衬底如体Si衬底、绝缘体上半导体(SOI)衬底、SiGe衬底等。在以下的描述中，为方便说明，以体Si衬底为例进行描述。
[0018]在衬底1002中，可以形成η型阱1002-1和ρ型阱1002-2，以供随后在其中分别形成P型器件和η型器件。例如，η型阱1002-1可以通过在衬底1002中注入η型杂质如P或As来形成，ρ型阱1002-2可以通过在衬底1002中注入P型杂质如B来形成。如果需要，在注入之后还可以进行退火。本领域技术人员能够想到多种方式来形成η型阱、ρ型阱，在此不再赘述。
[0019]这里需要指出的是，尽管在以下描述中说明了分别在η型阱和ρ型阱中形成互补器件的工艺，但是本公开不限于此。例如，本公开同样适用于非互补工艺。而且，以下涉及互补器件的一些处理，在某些实现方式中并非是必须的。
[0020]随后，可以对衬底1002进行构图，以形成鳍。例如，这可以如下进行。具体地，在衬底1002上按设计形成构图的光刻胶1004。通常，光刻胶1004被构图为沿第一方向(图中垂直于纸面的方向)延伸的一系列平行的等间距线条。然后，如图3所示，以构图的光刻胶1004为掩模，对衬底1002进行选择性刻蚀例如反应离子刻蚀