专利名称：半导体器件及其形成方法
技术领域：
本发明涉及一种形成如下类型的半导体器件的方法，例如，其包括至少位于栅电极的侧壁上的阻挡层，诸如场效应晶体管。本发明还涉及一种形成如下类型的半导体器件的方法，例如，其需要形成阻挡层，诸如场效应晶体管。
背景技术：
在半导体器件的领域中，公知的是，形成具有栅极、源极和漏极的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。典型地，形成栅极的方法是，在硅衬底上淀积二氧化硅(SiO2)层，其构成了栅绝缘体层，然后在栅绝缘体层上淀积多晶硅层，其构成了栅电极层。然后刻蚀栅电极层，以及可选地，刻蚀栅绝缘体层，以形成适当形状的栅极。然而，栅绝缘体层和栅电极层不总是共用相同的图案。
作为MOSFET处理的一部分，在氧气环境中执行热处理或退火步骤，本领域的技术人员常常将其称为(并且在下文中其被称为)再氧化步骤，其典型地在高温下(大于700℃)执行，以便于在栅电极的侧壁和栅绝缘体的顶表面上淀积或生长二氧化硅层，或者如果栅绝缘体层与栅电极层共用相同的图案，则在栅电极层和栅绝缘体层的侧壁以及硅衬底的上表面上淀积或生长二氧化硅层。
再氧化步骤和随后生长的二氧化硅层用于许多目的，包括用作关于氮化硅隔层的刻蚀停止，用作栅电极和隔层淀积之间的缓冲层，并且协助漏极区域和源极区域的注入。高温再氧化步骤还可以用于使栅极、源极和漏极区域退火，由此改善晶体管的性能。
当然，对于集成电路，总是驱使减小集成电路的尺寸，并且这导致了需要减小栅绝缘体层的厚度。然而，将较薄的二氧化硅层形成为栅绝缘体层导致了漏电，即，电流流过栅介质，导致了低效率的器件功耗。
因此，使用基于双金属氧化物和硅化物的高介电常数材料，其被称为高K电介质，形成部分栅绝缘体层，该栅绝缘体典型地由两个子层形成高K介电层和较薄的二氧化硅层。该二氧化硅层位于高K介电层和硅衬底之间。
然而，当使用高K介电层时，由于高K膜不是良好的氧阻挡物，导致二氧化硅子层，其被称为界面层，宽度增加，由此使所谓的等效氧化物厚度(EOT)劣化，并且因此减少了跨越绝缘层的电容，因此难于执行再氧化步骤。显而易见，这降低了包括该结构的任何MOSFET器件的性能。
此外，在不久的将来，多晶硅栅电极可能由金属或类似金属的栅电极替换，诸如由金属合金或金属硅化物形成的栅电极。针对金属栅电极执行传统的再氧化步骤可能导致金属的氧化，由此危及栅电极的完整性。因此，不能针对金属栅电极执行再氧化步骤。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种如权利要求中所述的半导体器件。
根据本发明的第二方面，提供了一种如权利要求中所述的场效应晶体管。
根据本发明的第三方面，提供了一种如权利要求中所述的形成半导体器件的方法。
本发明的另外的方面如从属权利要求中所要求的。
因此，可以提供一种半导体器件和形成半导体器件的方法，其提供了由再氧化步骤形成的二氧化硅层的有利优点，同时避免了由再氧化步骤引起的界面层的不利增加。此外，可以以相对低的温度，250～400℃，安置或淀积氧化铝(或者其他的相关的含铝材料，诸如氮化铝、氧氮化铝、氮化铝硅化物或铝硅化物、或者含有铝以及氧、氮和/或硅中的至少一个的任何其它的适当的化合物)层，由此避免了EOT的进一步的增加。在低温下以可控的厚度相对简单地淀积阻挡层，并且其是良好的氧阻挡物。阻挡层还抵御在阻挡层淀积之后的工艺步骤中出现的环境，并且在需要时易于刻蚀。因此，如果认为再氧化步骤的优点对于器件性能是关键的，则阻挡层允许在不危及电介质EOT或金属栅电极的前提下，保持高温氧环境退火的延续性能。提供阻挡层未妨碍源极和漏极区域的注入，阻挡层的干法或湿法刻蚀是可行的。而且，阻挡层的淀积与现有的处理技术兼容。
现将通过参考附图，描述仅作为的示例的本发明的至少一个实施例，在附图中图1和2是作为构成本发明的实施例的半导体器件的一部分而生长的初始公共层的示意图；图3A是第一公共器件结构的栅电极的处理的示意图；图3B是第二公共器件结构的栅电极层和绝缘体层的处理的示意图；图4A和4C是基于图3A的第一公共器件结构，分别形成关于第一和第二器件结构的阻挡层的示意图；图4B和4D是基于图3B的第二公共器件结构，分别形成关于第三和第四器件结构的阻挡层的示意图；图5A和5C分别是生长关于图4A和4C的第一和第二器件结构的隔层的示意图；图5B和5D分别是生长关于图4B和4D的第三和第四器件结构的隔层的示意图；图5E和5F是图5C和5D的结构的可替换的结构的示意图；并且图6是示出了漏极和源极注入的第三器件结构的示意图。
具体实施例方式
在下面的描述中，通篇相同的参考数字将用于标识相似的部件。
参考图1，根据已知的互补金属氧化物半导体(CMOS)处理技术，生长硅衬底10。可替换地，该衬底可以是绝缘体上硅(SOI)衬底。
然后，使用已知的适当的淀积技术，在衬底10上淀积介电材料，例如二氧化硅(SiO2)，或者典型地具有大于硅的介电常数的材料，其被称为高K材料。使栅绝缘体层20生长到足够构成高质量的介电层的厚度。典型地，依赖于材料的介电常数和技术应用，使栅绝缘体层20生长到15～30埃的厚度。
然而，应当认识到，栅绝缘体层20的初始厚度以及所需的刻蚀量可能不同。可以在一个或多个步骤中淀积用于形成栅绝缘体层20的介电材料，以最终获得单一的介电层或多个层。
因此，栅绝缘体层20可被视为包括子层。典型地，介电层20由含有硅和氧的界面层以及典型地含有铪(Hf)的高K材料层组成。在该示例中，高K材料是氧化铪，但是也可以使用任何其他的适当的高K材料，例如氧化锆或氧化铝，或者氧化铪、氧化锆和氧化铝的任何组合。在该示例中，使用原子层淀积(ALD)技术淀积高K材料，尽管也可以使用其它的技术，例如物理气相淀积(PVD)、化学气相淀积(CVD)或其组合。
随后(图2)，在栅绝缘体20上淀积多晶硅(PolySi)或金属栅电极，以形成栅电极层30，然后通过使用已知的CMOS处理技术中使用的适当的刻蚀技术，可以形成两个可行的公共结构中的一个。
对于用于第一器件结构和第二器件结构中的第一公共结构(图3A)，仅在最初时刻蚀栅电极层30，以形成具有暴露侧壁34的栅电极32，栅绝缘体层20具有暴露的上表面36。
参考图4A，使用ALD形成第一器件结构，在栅电极32的上表面38、栅电极20的侧壁34和栅绝缘体层20的上表面36上形成氧化铝(Al2O3)阻挡层40(图4A)。
转到图5A，然后使用已知的CMOS处理技术，刻蚀掉与栅电极32的上表面38相邻的阻挡层40的最上面的部分，并且还刻蚀掉栅绝缘体层20的侧面部分以及置于其上面的阻挡层部分，以在栅绝缘体层20和阻挡层40下面暴露和形成同衬底10的台阶42。然后在阻挡层40的剩余部分上淀积隔层材料，以形成侧壁隔层50。
对于第二器件结构(图4C)，并且作为第一器件结构的替换方案，在淀积阻挡层40之后，从栅电极32的上表面38和栅绝缘体层20的上表面36刻蚀掉阻挡层40。
与第一器件结构相同，并且参考图5C，刻蚀栅绝缘体层20的侧面部分，以在栅绝缘体层20下面暴露和形成同衬底10的台阶44。然后在与覆盖栅电极32的侧壁34的阻挡层40相邻的栅绝缘体层20的剩余部分上，淀积隔层材料，以便于形成侧壁隔层50。
转到图3B，针对第三器件结构和第四器件结构使用的第二公共结构与第一公共结构的不同之处在于，除了栅电极层30以外，还刻蚀栅绝缘体层20，由此产生了共用栅电极32的图案的栅绝缘体22。因此，衬底10的上表面12暴露。
对于第三器件结构(图4B)，使用ALD步骤，在栅电极32的上表面38、栅电极40的侧壁34、栅绝缘体22的侧壁24和衬底10的上表面12上形成了氧化铝阻挡层40。
然后，使用传统的CMOS处理技术(图5B)，刻蚀掉与栅电极32的上表面38相邻的阻挡层40的最上面的部分，并且还刻蚀掉置于衬底10上的阻挡层40的侧面部分，以暴露和形成同衬底10的台阶46。然后在阻挡层40的剩余部分上淀积隔层材料，以形成侧壁隔层50。
对于第四器件结构(图4D)，并且作为第三器件结构的替换方案，在淀积阻挡层40之后，从栅电极32的上表面38和衬底10的上表面12刻蚀掉阻挡层40。
对于上文的示例，将氧化铝(Al2O3)阻挡衬层(liner)或层(layer)淀积到5～10nm的厚度。在约300℃下利用ALD执行淀积。阻挡层40用作对氧的良好的阻挡物，由此保持栅绝缘体层20/栅绝缘体22的有效氧化物厚度。阻挡层40还保护金属栅电极32，防止暴露于氧，这是因为氧退火可能不利地影响栅电极32的金属完整性。在适当的情况下，阻挡层40可以用作用于源极和漏极区域注入的丝网，由此消除了二氧化硅淀积步骤。
与第三器件结构相同，并且参考图5D，在与覆盖栅电极40和栅绝缘体22的侧壁24、34的剩余的阻挡层40相邻的衬底10的区域上，淀积隔层材料，以便于形成侧壁隔层50。
在针对第一器件结构的可替换的实施例中(图5E)，不同于生长氧化铝阻挡层40和侧壁隔层50，淀积和构图氧化铝，以便于将其用作氧阻挡物和侧壁隔层50。
相似地，在针对第三器件结构的可替换的实施例中(图5F)，不同于生长氧化铝阻挡层40和侧壁隔层50，同样淀积和构图氧化铝，以便于将其用作氧阻挡物和侧壁隔层50。
转到图6，对于第三器件结构，根据已知的CMOS处理技术，在栅绝缘体22和栅电极32两侧，将源极区域60和漏极区域62分别注入到衬底。实际上，根据传统的CMOS处理技术完成了该器件。
当然，应当认识到，源极和漏极区域的注入以及完成第一、第二和第四器件结构所采用的方式与上文针对第三器件结构描述的方式相似。
同时，尽管在上文的示例中，参考了栅电极32和栅绝缘体22，但是，应该认识到，其不应被视为层。
权利要求
1.一种半导体器件，包括衬底(10)；栅绝缘体层(20、22)，其包括被安置为与二氧化硅层相邻的高介电常数材料的子层，所述二氧化硅层与衬底(10)相邻；栅电极层(30、32)，其置于栅绝缘体层(20、22)上面，其特征在于氧阻挡层(40)至少安置在栅电极的侧壁(34)上。
2.权利要求1的器件，其中所述氧阻挡层(40)置于栅绝缘体层的侧壁(24)上。
3.权利要求1的器件，其中所述栅电极层(30、32)具有置于其之间的氧阻挡层(40)。
4.前面任何一个权利要求的器件，其中所述高介电常数材料是氧化铪、氧化锆或铝中的一个或其组合。
5.前面任何一个权利要求的器件，其中，隔层材料(50)被安置为与所述氧阻挡层(40)相邻。
6.前面任何一个权利要求的器件，其中所述氧阻挡层(40)是含有铝以及含有氧、氮和/或硅中至少一个的化合物。
7.权利要求5的器件，其中所述氧阻挡层(40)被安置为足够厚，并且被适当整形以用作隔层(50)。
8.一种场效应晶体管，其包括前面任何一个权利要求的半导体器件。
9.权利要求8的晶体管，其中所述场效应晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管。
10.一种形成半导体器件的方法，该方法包括步骤形成衬底(10)；在衬底(10)上安置栅绝缘体层(20、22)，所述栅绝缘体层(20、22)包括被安置为与二氧化硅层相邻的高介电常数材料的子层，所述二氧化硅层与衬底(10)相邻；将栅电极层(30、32)置于栅绝缘体层(20、22)上面；并且其特征在于下述步骤将氧阻挡层(40)至少安置在栅电极层(30、32)的侧壁(34)上。
11.权利要求10的方法，其中将氧阻挡层(40)至少淀积在栅电极层的侧壁上的步骤进一步包括下述步骤在栅绝缘体层(20、22)的侧壁上淀积氧阻挡层(40)。
12.权利要求10的方法，其中将氧阻挡层(40)至少淀积在栅电极层(30、32)的侧壁(24)上的步骤进一步包括下述步骤在栅电极层(30、32)上淀积氧阻挡层(40)。
13.权利要求10～12中任何一个的方法，进一步包括下述步骤在与氧阻挡层相邻处淀积隔层材料(50)。
14.权利要求13的方法，进一步包括下述步骤将氧阻挡层(40)淀积为足够厚，并且对所述氧阻挡层进行适当整形以用作隔层(50)。
15.权利要求10～14中任何一个的方法，其中所述氧阻挡层(40)是含有铝以及含有氧、氮和/或硅中至少一个的化合物。
全文摘要
已知在MOSFET的制造中提供再氧化步骤，其服务于关于MOSFET的许多结构目的。然而，向MOSFET的栅绝缘体层提供高介电常数材料以适于获得较小的集成电路的需要，导致了栅绝缘体层和衬底之间的SiO
文档编号H01L21/336GK101027758SQ200480044041
公开日2007年8月29日 申请日期2004年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者维德亚·考什克 申请人:飞思卡尔半导体公司