半导体结构及其形成方法

专利名称：半导体结构及其形成方法
技术领域：
本发明总体上涉及半导体器件，具体而言，涉及具有在p型MOSFET 和n型MOSFET之间氧含量存在差异的高k电介质的半导体器件及其制造 方法。
背景技术：
氮化二氧化硅的高栅极泄漏电流和多晶硅栅电极的耗尽效应限制了常 规的以氧化硅为基础的栅电极的性能。对于小于lnm的等效氧化物厚度 (EOT)而言，高性能器件需要高介电常数(高k)栅极电介质和金属栅电 极，以限制栅极泄漏电流，并提供高导通电流。由于高k电介质材料必须在 高到足以激活电掺杂剂的温度下在与硅接触的同时保持稳定，因此，只知道 少数几种材料实际上可用作高k栅极电介质。其包括Zr02、 Hf02、其他电 介质金属氧化物、其合金以及上述材料的硅酸盐合金。高k电介质材料必须提供良好的电稳定性，也就是说，即使在晶体管的 扩展操作(extended operation)之后，在高k电介质材料中俘获的电荷的量也必 须保持低水平。所述高k电介质材料必须是可缩放的(scalable),也就是说， 在降低的厚度下，例如，小于lnm，能够提供可以接受的泄漏水平和可以接 受的电子和空穴迁移率的水平。尽管与薄的高k电介质材料相关的迁移率劣 化机制尚未得到充分的理解，但是一般认为俘获电荷的散射和/或声子散射是 主要原因。一般而言，互补金属氧化物半导体(CMOS)集成需要两种栅极材料， 一种具有接近沟道内的半导体材料的价带边缘的功函数，另一种具有接近同 一半导体材料的导带边缘的功函数。在具有硅沟道的CMOS器件中，具有 大约4.0eV的功函数的导电材料是n型金属氧化物半导体场效应晶体管 (NMOSFET)所必需的，而另一种具有大约5.0eV的功函数的导电材料则 是p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)所必需的。在采用多 晶硅栅极材料的CMOS器件中，采用重p掺杂多晶硅栅极和重n掺杂多晶硅栅极解决所述需求。在采用高k栅极电介质材料的CMOS器件中，需要满足功函数要求的适当材料。迄今为止，用于双功函数金属栅电极系统的材 料的标识已经提出了 一些挑战。一种在CMOS器件中实现高k电介质的方法是在栅极中采用重掺杂多 晶硅材料连同高k栅极电介质材料。但是，在将高k电介质材料与多晶硅栅 电极集成时，观察到了阈值电压(Vt)偏移，对于p型金属氧化物半导体 (PMOS)器件而言，该偏移可高达600mV。 一般认为所述偏移的来源是氧 空位或氧空缺以及由高k栅极电介质中的金属-硅键导致的费米能级钉扎。 尽管金属栅电极倾向于緩解阈值电压偏移效应，但是仍然没有哪种解决方案 从根本上解决具有多晶硅栅极导体的高k电介质栅极中的Vt偏移。鉴于上述内容，需要一种半导体结构及其制造方法，所述半导体结构具 有高k电介质材料，并且为PMOSFET和NMOSFET提供了最佳阈值电压。具体而言，需要一种具有PMOSFET和NMOSFET的半导体结构及其制 造方法，在所述半导体结构中，消除或緩解了 PMOSFET中的阈值电压偏移 效应。发明内容本发明通过提供一种CMOS结构及其制造方法解决了上述需求，在所 述CMOS结构中，PFET和NFET具有氧含量存在差异的高k栅极电介质材 料。具体而言，NFET包括较低程度的化学计量(stoichiometric),或者氧更 为缺乏的高k电介质材料，PFET包括更高程度化学计量，氧缺乏程度较低 的高k电介质材料。在半导体村底上形成含有第一高k电介质部分的n型场效应晶体管 (NFET)和含有第二高k栅极电介质部分的p型场效应晶体管(PFET)。 在NFET的4册极上形成栅极侧壁氮化物，而PFET的侧壁则保持没有栅极侧 壁氮化物。在PFET栅极叠置体的侧壁上，以及NFET上的栅极侧壁氮化物 上直接形成氧化物间隔壁。在包括源极和漏极活化退火的高温处理之后，第 一和第二电介质部分含有非化学计量的缺氧高k电介质材料。在氧气环境下 对所述半导体结构进行退火，在该过程中，氧通过氧化物间隔壁扩散到所述 第二高k电介质部分内。所述第二高k电介质部分变成了更高程度化学计量 的高k电介质材料，而第一高k电介质部分则仍然保持非化学计量，因为栅极侧壁氮化物阻挡了向第 一 高k电介质部分内的氧扩散。本发明提供了具有优化阈值电压的PFET和NFET。根据本发明的一方面，提供了一种半导体结构，其包括a. 第一场效应晶体管，包括i. 与半导体衬底垂直邻接的第一高k电介质部分；ii. 与所述第一高k电介质部分垂直邻接的第一金属栅极；iii. 与所述第一金属栅极垂直邻接的第一含硅栅极导体；以及iv. 与所述第一金属栅极和所述第一含硅栅极导体横向邻接的氧 4匕物间隔壁；以及b. 第二场效应晶体管，包括i. 与所述半导体衬底垂直邻接的第二高k电介质部分；ii. 与所述第二高k电介质部分垂直邻接的第二金属栅极；iii. 与所述第二金属栅极垂直邻接的第二含硅栅极导体；以及iv. 与所述第二金属栅极和所述第二含硅栅极导体横向邻接的栅极侧 壁氮化物，其中，所述第二高k电介质部分比所述第一高k电介质部分 化学计量程度更高。所述第一场效应晶体管可以使n型场效应晶体管，所述第二场效应晶体 管可以是p型晶体管。在一个实施例中，所述第一高k电介质部分包括含有金属的第一电介质 金属氧化物，所述第二高k电介质部分包括含有相同金属的第二电介质金属 氧化物。在另一实施例中，所述第二电介质金属氧化物选自由Hf02a、 Zr02p、 La203Y、 A12035、 Ti02￡、 SrTi03。 LaA103ri、 Y203e及其合金物构成的集合， 其中，a、 p、 y、 S、 s、 ；、 n、 e中的每者为大约0.975到1,其中，所述第 一电介质金属氧化物选自由Hf02l、 Zr02K、 La2Ou、 Al203p、 Ti02v、 SrTiO化、 LaA103。、 丫203兀及其合金物构成的集合，其中，i、 k、 X、 |i、 v、《、o、兀中 的每者为大约0.70到0.975。在又一实施例中，所述第二电介质金属氧化物是Si02和第二金属氧化 物的合金物，其中，所述第二金属氧化物选自由Hf02a、 Zr02(3、 La203r A1203S、 Ti02e、 SrTi03。 LaA103ll、 丫2039及其合金物构成的集合，其中，ou (3、 y、 5、 s、 ；、 ri、 0中的每者为大约0.975到1，其中，所述第一电介质金属氧化物是Si02和第一金属氧化物的合金物，其中，所述第一金属氧化物选自由Hf02l、 Zr02K、 La203p Al203fi、 Ti02v、 SrTiO化、LaA103。、 丫203兀及其合金物 构成的集合，其中，i、 k、 X、卜v、《、o、兀中的每者为大约0.70到0.975。在又一实施例中，所述第二电介质金属氧化物选自由Hf02a、 Zr02p、 La203r A1203S、 Ti02e、 SrTi03;、 LaAlO化、Y203e及其合金物构成的集合， 其中，ot、 |3、 y、 s、 s、 ；、 ti、 0中的每者为大约0.90到1.0,其中，所述第 一电介质金属氧化物选自由Hf02l、 Zr02K、 La203X、 Al203jl、 Ti02v、 SrTiO"、 LaA103。、 丫203兀及其合金物构成的集合，其中，i、 k、 X、 fa、 v、《、o、兀中 的每者为大约0.70到0.90。在又一实施例中，所述第二电介质金属氧化物是Si02和第二金属氧化 物的合金物，其中，所述第二金属氧化物选自由Hf02a、 Zr02p、 La203r A12 035、 Ti02￡、 SrTi03。 LaA103n、 ￥2039及其合金物构成的集合，其中，a、 |3、 y、 S、 s、 ；、 T)、 0中的每者为大约0.90到1.0，其中，所述第一电介质金属氧化物 是Si02和第一金属氧化物的合金物，并且其中，所述第一金属氧化物选自 由Hf02l、 Zr02K、 La203X、 Al203p、 Ti02v、 SrTiO巧、LaA103。、 Y203;[及其合金物构成的集合，其中，l、 K、入、p、 V、《、O、 7t中的每者为大约0.70到0.90。在另 一实施例中，所述半导体结构还包括与所述栅极侧壁氮化物横向邻 接的另一氧化物，其中，所述氧化物间隔壁和所述另一氧化物间隔壁包括相 同的材料。在又一实施例中，所述氧化物间隔壁可以包括氧化硅。 在又一实施例中，所述栅极侧壁氮化物可以包括氮化硅。 在又一实施例中，所述第一金属栅极和第二金属栅极中的每者包括选自由TaN、 TiN、 WN、 TiAlN、 TaCN、其他导电难熔金属氮化物及其合金构成的集合的材料。在又一实施例中，所述第一金属栅极和第二金属栅极可以包括相同的材料。在又一实施例中，所述半导体衬底包括硅，所述第一含硅栅极导体包括 重n掺杂多晶硅，所述第二含硅栅极导体包括重p掺杂多晶硅。根据本发明的另一方面，提供了一种半导体结构的形成方法，其包括 a.在半导体衬底上形成第一栅极叠置体和第二栅极叠置体，其中，所述第一栅极叠置体包括与所述半导体衬底垂直邻接的第一高k电介质部分，所 述第二栅极叠置体包括与所述半导体衬底垂直邻接的第二高k电介质部分；b. 直接在所述第二栅极叠置体的侧壁上形成栅极侧壁氮化物；c. 直接在所述第一栅极叠置体的侧壁上形成氧化物间隔壁；以及d. 使所述第一栅极叠置体和所述第二栅极叠置体在氧气环境下退火，其 中，在所述退火工艺中，所述第二高k电介质部分内的氧含量显著提高，而 所述第一高k电介质部分的氧含量则没有显著提高。在一个实施例中，所述第一高k电介质部分包括含有金属的第一电介质 金属氧化物，所述第二高k电介质部分包括含有相同金属的第二电介质金属 氧化物。在另一实施例中，在所述的所述第一栅极叠置体和所述第二栅极叠置体 的形成过程中，所述第一高k电介质部分和所述第二高k电介质部分包括基 本相同的氧含量。在另 一 实施例中，所述方法还包括对所述第 一栅极叠置体和所述第二栅 极叠置体执行活化退火，其中，在所述活化退火工艺中，所述第一高k电介 质部分和所述第二高k电介质部分内的氧含量降低。在又一实施例中，退火之后的所述第二高k电介质部分包括选自由 Hf02a、 Zr02(3、 La203r A12035、 Ti02￡、 SrTi03;、 LaA103"、 Y203e及其合金 物构成的集合的材料，其中，所述a、 (3、 y、 S、 s、 C、 ri、 e中的每者为大约 0.975到1,其中，退火之后的所述第一高k电介质部分包括选自由Hf02l、 Zr02K、 La203)t、 A120^、 Ti02v、 SrTi03g、 LaA103。、 丫203兀及其合金物构成的 集合的材料，其中，i、 k、 x、 ji、 v、纟、o、兀中的每者为大约0.70到大约 0.975。在又一实施例中，退火之后的所述第二高k电介质部分包括Si02和第 二金属氧化物的合金物，其中，所述第二金属氧化物选自由Hf02a、 Zr02(3、 La203Y、 A12035、 Ti02s、 SrTi03i;、 LaA103l1、 Y203e及其合金物构成的集合， 其中，所述a、卩、y、 5、 s、 ；、 ri、 9中的每者为大约0.975到1，其中，退 火之后的所述第一高k电介质部分包括Si02和第一金属氧化物的合金物， 其中，所述第一金属氧化物选自由Hf02l、 Zr02K、 La203,、 A12C^、 Ti02v、 SrTiO化、LaA103。、 丫203兀及其合金物构成的集合，其中，i、 k、人、p、 v、《、 o、兀中的每者为大约0.70到大约0.975。在又一实施例中，所述第一栅极叠置体还包括a. 直接在所述第一高k电介质部分上形成第一金属栅极；b. 直接在所述第二高k电介质部分上形成第二金属栅极；c. 直接在所述第一金属栅极上形成第一含硅栅极导体；以及d. 直接在所述第二金属栅极上形成第二含硅栅极导体。 在又一实施例中，所述方法还包括还包括形成与所述栅极侧壁氮化物横向邻接的另一氧化物间隔壁，其中，所述氧化物间隔壁和所述另一氧化物 间隔壁包括相同的材料，并且其中，所述第一金属栅极和所述第二金属栅极 中的每者包括选自由TaN、 TiN、 WN、 TiAlN、 TaCN、其他导电难熔金属氮 化物及其合金构成的集合的材料。


图1-11是在制造工艺的各个阶段根据本发明的示范性半导体结构的顺 序垂直截面图。图12是氧环境下的退火工艺中图11的NFET区域内的第一栅极叠置体 的放大图。图13是在氧环境下的退火工艺中图11的PFET区域的第二栅极叠置体 的放大图。
具体实施方式
如上所述，本发明涉及具有在p型MOSFET和n型MOSFET之间氧含 量存在差异的高k电介质的半导体器件及其制造方法，现在将参考附图详细 说明所述器件和方法。应当注意，采用类似的附图标记表示类似的和对应的 元件。参考图1，其示出了根据本发明的第一示范性半导体结构，其包括含有 支配衬底(handle substrate)10、掩埋电介质层12和顶部半导体层30的半导体 衬底8。顶部半导体层30包括单一晶体半导体材料。所述半导体材料可以选 自但不限于硅、锗、硅锗合金、硅碳合金、硅锗碳合金、砷化镓、砷化铟、 磷化铟、III-V族化合物半导体材料、II-VI族化合物半导体材料、有机半导 体材料以及其他化合物半导体材料。典型地，所述半导体材料包括硅。所述 半导体衬底8可以是体衬底(bulk substrate )、绝缘体上硅(SOI)衬底或混合衬底(hybrid substrate )。所述半导体衬底8可以在顶部半导体层30内具 有内在的应力。尽管将借助SOI衬底描述本发明，但是这里仍然可以明确设 想在体衬底或混合衬底上实现本发明。在顶部半导体层30内形成向下一直抵达掩埋绝缘体层12的顶表面的浅 沟槽隔离20。所述示范性半导体结构包括将要在其内形成n型金属氧化物半 导体场效应晶体管(NMOSFET )的n型场效应晶体管(NFET )区域100、 和将要在其内形成p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的p 型场效应晶体管(PFET )区域200。 NFET区域100和PFET区域200中的 每者包括含有支配衬底10、掩埋绝缘体层12和顶部半导体层30的半导体衬 底8的一部分。通过浅沟槽隔离20 4吏NFET区域100内的顶部半导体层30 的部分与PFET区域200内的顶部半导体层30的部分电隔离。通过本领域的公知方法在半导体衬底8的顶表面上形成高k电介质层 40，例如，所述公知方法包括化学气相淀积(CVD)、原子层淀积(PVD)、 分子束外延(MBE )、脉沖激光淀积(PLD )、液源喷雾化学气相淀积(LSMCD ) 等。高k电介质层40包括介电常数大于氧化硅的介电常数3.9的电介质金属 氧化物。所述电介质金属氧化物是含有金属和氧的高k材料。应当指出，在本发明的说明书中，认为2.5。/。或更低的氧空缺(oxygen deficiency)是基本上化学计量的(stoichiometric)，而超过2.5%的氧空缺则被视 为是非4匕学量的(non-stoichiometric)。在一个实施例中，所述电介质金属氧化物是基本化学计量化合物。所述 电介质金属氧化物可以选自由Hf02a、 ZrO邓、La203r A1203S、 Ti02E、 SrTi03;、 LaAlO"、 丫2030及其合金物构成的集合，其中，(x、卩、y、 5、 s、 ；、 r|、 6中 的每者为大约0.975到1。在这一实施例中，电介质金属氧化物的氧空缺为0 到大约2.5%。在另 一实施例中，所述电介质金属氧化物为Si02和基本化学计量金属氧 化物的合金物(alloy),其中，所述金属氧化物选自由Hf02a、 Zr02p、 La203r A12035、 Ti02e、 SrTi03;、 LaA103t1、 ￥20邓及其合金物构成的集合，其中，a、 P、 y、 5、 s、 ；、 T!、 0中的每者为大约0.975到1。在这一实施例中，所述电 介质金属氧化物的氧空缺为0到大约2.5%。在又一个实施例中，所述电介质金属氧化物是非化学计量化合物。例如， 所述电介质材料可以是Hf02、 Zr02、 La203、 A1203、 Ti02、 SrTi03、 LaA103、丫203及其合金。在一种情况下，所述电介质金属氧化物可以选自由Hf02a、Zr02(3、 La203r A1203S、 Ti02e、 SrTi03;、 LaA103l1、 丫2039及其合金物构成的 集合，其中，a、 p、 y、 S、 e、 ；、 rj、 9中的每者为大约0.70到0.975。在这 一实施例中，非化学计量电介质金属氧化物的氧空缺为大约2.5%到大约 30%。在又一实施例中，所述电介质金属氧化物是Si02和非化学计量金属氧化 物的合金物，其中，所述金属氧化物选自由Hf02a、 Zr02p、 La203y、 A1203S、 Ti02￡、 SrTi03;、 LaA103ll、 ￥2039及其合金物构成的集合，其中，ou (3、 y、 S、 ￡、 ；、 ti、 0中的每者为大约0.70到0.975。在这一实施例中，非化学计量电 介质金属氧化物的氧空缺为大约2.5%到大约30%。所述高k电介质层40的厚度可以从大约2nm到大约6nm，并且其可以 具有大约lnm或者不足lnm的有效氧化物厚度。优选地，仅在半导体衬底8上形成一个高k电介质层40，从而在NFET 区域100和PFET区域200内采用相同的电介质材料。但是，这里可以明确 设想采用多个高k电介质层和/或光刻构图实践本发明，从而在NFET区域 100和PFET区域200形成含有不同金属的不同电介质金属氧化物。例如，通过化学气相淀积(CVD)、物理气相淀积(PVD)、原子层淀积 (ALD )等直接在高k电介质层40上形成金属栅极层42。所述金属栅极层 42包括导电难熔金属氮化物。例如，所述金属栅极层42可以包括诸如TaN、 TiN、 WN、 TiAlN、 TaCN、其他导电难熔金属氮化物或其合金的材料。所述 金属栅极层42的厚度可以为大约5nm到大约40nm,优选为大约7nm到大 约20nm。可以通过选择所述金属栅极层42的成分优化接下来要在所述NFET 区域100和PFET区域200内形成的NFET和PFET的阈值电压。优选只在半导体衬底8上形成一个金属栅极层42,从而在所述NFET 区域IOO和所述PFET区域200内釆用相同的金属栅极材料。但是，这里可 以明确设想采用多个金属栅极层和/或光刻构图实践本发明，从而在NFET 区域100和PFET区域200形成不同金属栅极层。例如，通过低压化学气相淀积(LPCVD )、快速热化学气相淀积(RTCVD ) 等直接在金属栅极层42上形成含硅栅极导体层44。应当理解，此时，作为 替代，可以淀积含有非晶硅的栅极导体层，然后对其进行退火以形成含硅栅 极导体层44。含硅栅极导体层44可以包括诸如非晶硅、含有非晶硅的合金物、多晶 硅和/或含有多晶硅的合金物的含有硅的材料。硅锗合金、硅碳合金以及硅锗碳合金都是示范性的含有硅的合金。可以采用诸如B、 Ga、 In、 P、 As和/ 或Sb的掺杂剂掺杂含有硅的材料，或者所述含有硅的材料可以基本不掺杂。 对于所述NFET区域100和PFET区域200，对所述含有硅的材料的掺杂可 以存在差别。例如，可以釆用n型掺杂剂掺杂NFET区域100内的含硅栅极 导体层44的部分，同时，可以采用p型掺杂剂摻杂PFET区域200内的含 硅栅极导体层44的部分。含硅栅极导体层44的厚度，即高度可以根据其形 成时釆用的技术而变化。所述含硅栅极导体层44可以具有大约20nm到大约 200nm的厚度，其中，大约40nm到大约150nm的厚度更为典型。直接在含硅栅极导体层44上形成电介质栅极帽盖层46。所述电介质栅 极帽盖层46包括电介质材料，例如，所述电介质材料可以是诸如氧化硅的 氧化物、或诸如氮化硅的氮化物。所述电介质栅极帽盖层46优选包括氮化 硅。所述电介质栅极帽盖层46的厚度可以处于大约20nm到大约200nm的 范围内，其中，大约40nm到大约100nm的厚度更为典型。可以通过等离子 体增强化学气相淀积(PECVD )、高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD )、 低压化学气相淀积(LPCVD)或快速热化学气相淀积(RTCVD)形成电介 质栅极帽盖层46。参考图2,通过光刻构图和反应离子蚀刻分别在NFET区域100和PFET 区域200内形成第一栅极叠置体和第二栅极叠置体。第一栅极叠置体包括第 一高k电介质部分40A、第一金属栅极42A、第 一含珪栅极导体44A和第一 栅极帽46A。第二栅极叠置体包括第二高k电介质部分40B、第二金属栅极 42B、第二含硅栅极导体44B和第二栅极帽46B。第一高k电介质部分40A 和第二高k电介质部分40B分别是反应离子蚀刻之后NFET区域100和PFET 区域200内的高k电介质层40的剩余部分。第一金属栅极42A和第二金属 栅极42B分别是反应离子蚀刻之后NFET区域100和PFET区域200内的金 属栅极层42的剩余部分。所述第一含硅栅极导体44A和所述第二含硅栅极 导体44B分别是反应离子蚀刻之后NFET区域100和PFET区域200内的含 硅栅极导体层44的剩余部分。第一栅极帽46A和第二栅极帽46B分别是反 应离子蚀刻之后NFET区域100和PFET区域200内的电介质栅极帽盖层46 的剩余部分。例如，通过低压化学气相淀积(CVD)或者通过快速热化学气相淀积(RTCVD)在半导体衬底8、第一栅极叠置体和第二栅极叠置体的侧壁、以 及第一栅极帽46A和第二栅极帽46B的顶表面上形成栅极侧壁氮化物层50。 所述栅极侧壁氮化物层50包括电介质氮化物。例如，所述栅极侧壁氮化物 层50可以包括氮化硅。所述栅极侧壁氮化物层50可以是，也可以不是共形 的(conformal)。在第 一栅极叠置体和第二栅极叠置体的侧壁上测量的栅极侧 壁氮化物层50的厚度可以为大约1.5nm到大约10nm,优选为大约2nm到 大约5nm。例如，通过低压化学气相淀积(CVD)或者通过快速热化学气相淀积 (RTCVD)在栅极侧壁氮化物层50上形成可抛弃型氧化物层(disposable oxide)52。可抛弃型氧化物层52包括电介质氧化物。例如，所述可抛弃型氧 化物层52可以包括氧化硅。所述可抛弃型氧化物层52可以是，也可以不是 共形的。在所述第一或第二栅极叠置体上的栅极侧壁氮化物层50的垂直侧 壁上测得的可抛弃型氧化物层52的厚度可以为大约3nm到大约50nm,优 选为大约10nm到大约25nm。可选地，可在这一步骤中执行源极和漏极扩 展注入(extension implantation)以及晕环注入(halo implantation)。例如，通过化学气相淀积(CVD)在可抛弃型氧化物层52上形成可抛 弃型氮化物层55。可抛弃型氮化物层55包括电介质氮化物。例如，所述可 抛弃型氮化物层55可以包括氮化硅。所述可抛弃型氮化物层55可以是，也 可以不是共形的。在所述第一或第二栅极叠置体上的可抛弃型氧化物层52 的垂直侧壁上测得的可抛弃型氮化物层55的厚度可以为大约10nm到大约 100nm,优选为大约25nm到大约50nm。可选地，在这一步骤中执行源极和 漏极注入。参考图3，在NFET区域100和PFET区域200上涂覆光致抗蚀剂57， 并对其进行光刻构图，使之覆盖NFET区域100,同时暴露PFET区域200。 通过反应离子蚀刻去除PFET区域200上的可抛弃型氮化物层55、可抛弃型 氧化物层52和^t极侧壁氮化物层50的部分。反应离子蚀刻去除可抛弃型氮化物层55、可抛弃型氧化物层52和栅极 侧壁氮化物层50的水平部分。在PFET区域200内第二栅极帽46B露出。 由所述可抛弃型氮化物层55、可抛弃型氧化物层52和栅极侧壁氮化物层50 的剩余部分在第二栅极叠置体的侧壁上形成可选的可抛弃型氮化物间隔壁(spacer)55'、可抛弃型氧化物间隔壁52'和L形氮化物间隔壁50'。所述可选 的可抛弃型氮化物间隔壁55'的最大横向厚度通常大约是淀积之后立即测量 的可抛弃型氮化物层55的原始厚度的1/2。在本发明的一变型中，通过采用针对可抛弃型氧化物层52的选择性蚀 刻，可以使可抛弃型氮化物层55从PFET区域200完全去除。在这种情况 下，在所述示范性半导体结构上不存在所述可选的可抛弃型氮化物间隔壁 55'，但存在可抛弃型氧化物间隔壁52'和L形氮化物间隔壁50'。可选地，顶部半导体层30在PFET区域200内的暴露部分可以是凹入 的。具体而言，在PFET区域200的源极和漏极区域内，半导体材料可以是 凹入的。所述凹入深度优选小于顶部半导体层30的厚度，从而为接下来所 要执行的选择性外延工艺提供含有大的单晶半导体表面的生长模板。参考图4，例如，通过灰化(ashing)去除光致抗蚀剂57。在此，可以通过 湿法清洁清理所述示范性半导体结构。采用选择外延工艺或等效方法，可以 在PFET区域200的源极和漏极区域内形成包括应力生成半导体材料的嵌入 源极和漏极区域32。例如，所述顶部半导体层30可以是硅，所述嵌入源极 和漏极区域32可以包括硅锗合金。在这种情况下，所述嵌入源极和漏极区 域32将向接下来要在PFET区域200内形成的PFET的沟道施加单轴压应力。在PFET区域200内的顶部半导体层30不凹入的实施例中，可以采用 选择外延工艺形成升高的源极和漏极区域(未示出)，或者可以省略选择外 延工艺，从而跨NFET区域100和PFET区域200提供平的半导体衬底8的 顶表面。应当注意，所述选择外延工艺可以在所述嵌入源极和漏极区域32 或者升高的源极和漏极区域内形成结晶小平面(crystallographic facet),也可以 不形成所述结晶小平面。参考图5，如果存在可选的可抛弃型氮化物间隔壁55',那么通过蚀刻从 可抛弃型氧化物间隔壁52'之上将其去除。在可抛弃型氮化物间隔壁55'包括 氮化硅的情况下，可以采用热含磷湿法蚀刻(hot phosphoric wet etch)去除所述 可抛弃型氮化物间隔壁55'。在这一步骤去除所述可选的可抛弃型氮化物间 隔壁55'的情况下，由于可抛弃型氮化物层55的剩余部分包括与所述可选的 可抛弃型氮化物间隔壁55'相同的材料，因而NFET区域100内的可抛弃型 氮化物层55的剩余部分将变薄。这一步骤中可抛弃型氮化物层55的去除部 分的厚度，即，通过有效蚀刻厚度测量的去除量，超过了所述可选可抛弃型氮化物间隔壁55'的最大横向厚度，且小于可抛弃型氮化物层55的厚度。因 此，在示范性半导体结构的NFET区域100内保留了减薄的可抛弃型氮化物 层55"。在第二栅极帽46B包括氮化硅的情况下，第二栅极帽46B可被部分 蚀刻从而形成减薄的第二栅极帽46B'，或者可以通过蚀刻去除所述第二栅极 帽46B。当在对应于图3的步骤中没有形成可抛弃型氮化物间隔壁55'时，那么 省略所述蚀刻步骤，在这种情况下，基本与原始淀积时具有相同厚度的可抛 弃型氮化物层55保留在NFET区域100中。在这种情况下，第二栅极帽46B 未变薄，而是保持原始厚度。针对可抛弃型氮化物层55或变薄的可抛弃型氮化物间隔壁55"选择性地 去除可抛弃型氧化物间隔壁52'。在可抛弃型氧化物间隔壁52'包括氧化硅的 情况下，可以采用氢氟酸湿法蚀刻去除可抛弃型氧化物间隔壁52'。参考图6,通过各向同性蚀刻去除变薄的第二栅极帽46B'或栅极帽46B， 所述各向同性蚀刻可以是湿法蚀刻或反应离子蚀刻。还通过相同的各向同性 蚀刻或通过另一蚀刻去除所述L形氮化物间隔壁50'。此外，还通过相同的 各向同性蚀刻、通过相同的另一蚀刻、或者通过又一种蚀刻去除减薄的可抛 弃型氮化物层55"或可抛弃型氮化物层55。在减薄的第二栅极帽46B'或栅极 帽46B、 L形氮化物间隔壁50'、以及减薄的可抛弃型氮化物层55"或可抛弃 型氮化物层55中的每者包括诸如氮化硅的相同的氮化物材料的情况下，可 采用相同的蚀刻去除所有的这些结构(46B'或46B、 50'、 55"或55 )。用于去 除减薄的可抛弃型氮化物层55"或可抛弃型氮化物层55的蚀刻优选针对下层 可抛弃型氧化物层52是选择性的。此后，通过各向同性蚀刻去除可抛弃型氧化物层52。还可以对、浅沟槽隔 离20的部分进行蚀刻，以形成凹入表面，所述浅沟槽隔离20可以包括诸如 氧化硅的氧化物。在NFET区域100内露出栅极侧壁氮化物层50。在此，栅 极侧壁氮化物层50包封第一栅极叠置体，所述第一栅极叠置体包括第一高k 电介质部分40A、第 一金属栅极42A、第 一含硅栅极导体44A和第 一栅极帽 46A。第二栅极叠置体包括第二高k电介质部分40B、第二金属栅极42B和 第二含硅栅极导体44B。所述第二栅极叠置体的侧壁和顶表面暴露。参考图7,通过执行反应离子蚀刻去除栅极侧壁氮化物层50的水平部 分。所述反应离子蚀刻优选针对所述顶部半导体层30是选择性的。第一栅极叠置体的侧壁上的栅极侧壁氮化物层50的剩余部分构成栅极侧壁氮化物50'。所述栅极侧壁氮化物50'的厚度可以为大约1.5nm到大约10nm，优选为 大约2nm到大约5nm。在这一步骤中可以执行掩模源极和漏极扩展注入和/或晕环注入，以形成 源极和漏极扩展区域(未示出)，如果尚未在前面的步骤之一中执行所述操 作的话。 一般而言，将n型掺杂剂注入到NFET区域100内的源极和漏极扩 展区域内，将p型掺杂剂注入到PFET区域200内的源极和漏极扩展区域内。参考图8，例如，通过湿法蚀刻或反应离子蚀刻去除第一栅极帽46A。 在第一栅极帽46A包括氮化硅的情况下，可以采用利用热磷酸的湿法蚀刻。 在基本垂直的表面上，即，在栅极侧壁氮化物50'上和第二栅极叠置体的侧 壁上，形成第一氧化物间隔壁60。所述第一氧化物间隔壁60包括电介质氧 化物。所述第一氧化物间隔壁60可以包括诸如低温氧化物(LTO)或原硅 酸四乙酯(TEOS)氧化物的氧化硅。例如，可以通过等离子体增强化学气 相淀积(PECVD)、快速热化学气相淀积(RTCVD)或低压化学气相淀积 (LPCVD)，并继之以反应离子蚀刻形成第一氧化物间隔壁60。在底部，即 靠近顶部半导体层30处测得的第一氧化物间隔壁60的厚度可以为大约5nm 到大约30nm,优选为大约10nm到大约15nm。在此，可以根据需要在顶部 半导体层30内执行额外的掺杂。参考图9，可选地，在第一氧化物间隔壁60、第一含硅栅极导体"A的 顶表面、第二含硅栅极导体44B的顶表面以及半导体衬底8的暴露表面上形 成氧化物层61。所述氧化物层61可以包括诸如低温氧化物(LTO)或原硅 酸四乙酯(TEOS)氧化物的氧化硅。例如，可以通过等离子体增强化学气 相淀积(PECVD)、快速热化学气相淀积(RTCVD)或低压化学气相淀积 (LPCVD)形成氧化物层61。所述氧化物层61可以包括，也可以不包括与 第一氧化物间隔壁相同的氧化物。所述氧化物层61可以是，也可以不是共 形的。在第一氧化物间隔壁60的底部测量的氧化物层61的厚度可以为大约 3nm到大约20nm,优选为大约3nm到大约10nm。参考图IO，通过淀积电介质层并继之以反应离子蚀刻在第一栅极叠置体 和第二栅极叠置体上形成外部电介质间隔壁70。所述外部电介质间隔壁70 包括电介质材料，并且可以包括诸如氮化硅的电介质氮化物。在形成外部栅 极间隔壁70之后，继续反应离子蚀刻，以蚀刻氧化物层61的暴露部分，例如，直接位于顶部半导体层30和第一含硅4册极导体44A上的氧化物层61 的部分。位于外部电介质间隔壁70之一和第一氧化物间隔壁60之一二者之 间的氧化物层61的剩余部分构成第二氧化物间隔壁62。所述第二氧化物间 隔壁62的横截面为L形。位于所述NFET区域100内的第一氧化物间隔壁 60和第二氧化物间隔壁62构成NFET氧化物间隔壁64。位于所述PFET区 域200内的第一氧化物间隔壁60和第二氧化物间隔壁62构成PFET氧化物 间隔壁64'。 NFET氧化物间隔壁64与栅极侧壁氮化物50'、 NFET区域100 内的顶部半导体层30的部分和外部电介质间隔壁70邻接。PFET氧化物间 隔壁64'与第二栅极叠置体的侧壁、PFET区域200内的顶部半导体层30的 另 一部分和另 一外部电介质间隔壁70'邻接。此后，对所述示范性半导体结构实施包括活化退火的常规处理步骤。在 所述活化退火工艺中，所述示范性半导体结构经受80(TC以上的高温，典型 地，经受950。C以上的高温。暴露于这样的高温下将影响高k电介质材料， 即，第一高k电介质部分40A和第二高k电介质部分40B的成分。 一般而 言，高温处理将使电介质金属氧化物内的氧因分解而损失。在一个实施例中，活化退火之前的第一高k电介质部分40A和第二高k 电介质部分40B包括选自由附0201、 Zr02p、 La203r A1203S、 Ti02e、 SrTi03;、 LaA103ll 、 Y203e及其合金物构成的集合的基本化学计量的电介质金属氧化物 或非化学计量的电介质金属氧化物。a、卩、y、 S、 s、 ；、 r(、 e中的每者为大 约0.70到1.0。在这种情况下，活化退火之后的第一高k电介质部分40A和 第二高k电介质部分40B包括选自由HfOh、 Zr02K、 La203i A120"、 Ti02v、 SrTi03。 LaA103。、 ￥203 1及其合金物构成的集合的非化学计量的电介质金属 氧化物。所述i、 k、 X、 p、 v、《、o、兀中的每者为大约0.70到0.975，典型 地，为大约0.70到大约0.90。 一般而言，与活化退火之前的第一高k电介质 部分40A和第二高k电介质部分40B相比，活化退火之后的第一高k电介 质部分40A和第二高k电介质部分40B是较低程度化学计量的(less stoichiometric),即，化合物中含有的氧较少。a、卩、y、 S、 s、 ；、 r)、 6、 i、K、 X、 p、 V、《、O、兀的值越高，电介质金属氧化物的化学计量程度越高且 氧空缺越少。在另一实施例中，活化退火之前的第一高k电介质部分40A和第二高k 电介质部分40B包括Si02和基本化学计量的或非化学计量的电介质金属氧化物的第一合金物，其中，所述电介质金属氧化物选自由Hf02a、 Zr02(3、 La203r A12035、 Ti02￡、 SrTi03i;、 LaA103ri、 丫2039及其合金物构成的集合。a、 卩、y、 5、 e、 ；、 T(、 0中的每者为大约0.70到1.0。在这种情况下，活化退火 之后第一高k电介质部分40A和第二高k电介质部分40B包括Si02和非化 学计量电介质金属氧化物的第二合金物，其中，所述非化学计量电介质金属 氧化物选自由Hf02l、 Zr02K、 La203X、 A1203^、 Ti02v、 SrTiO化、LaA103。、 Y2037I 及其合金物构成的集合。所述i、 k、 x、 p、 v、《、o、兀中的每者为大约0.70 到大约0.975,典型地，为大约0.70到大约0.90。所述第二合金物与第一合 金物相比是较低程度化学计量的，即，含有的氧更少。参考图11，其示出了活化退火之后的示范性半导体结构，其中，PFET 氧化物间隔壁64和NFET氧化物间隔壁64'的各自成分没有区别。由于第一 氧化物间隔壁60和第二氧化物间隔壁62包括诸如氧化硅的氧化物材料，因 而PFET氧化物间隔壁64'和NFET氧化物间隔壁64均可渗透氧，即，原子 态氧和/或氧气分子可以通过PFET氧化物间隔壁64'和NFET氧化物间隔壁 64自由扩散。在氧气环境下对示范性半导体结构进行退火。退火温度可为大约3O0°C 到大约600°C,优选从大约400。C到大约500°C。氧分压可以从大约lOOmTorr 到大约20atm，典型地，大约为latm。退火的持续时间可以从大约10分钟 到大约6小时。 一般而言，退火持续时间随着退火温度和/或氧分压的增大而 缩短。在暴露的半导体表面上可能产生微不足道的氧化，或者可能在暴露的 半导体表面上热生长厚度小于15nm的半导体氧化物。在氧气环境下的退火工艺中，原子氧和/或氧气分子通过可渗透氧的 NFET氧化物间隔壁64和PFET氧化物间隔壁64'扩散。在图12和13中的 第一和第二栅极叠置体的放大图中分别示出了原子氧和/或氧气分子在第一 栅极叠置体和第二栅极叠置体上的扩散效果。在图12所示的第一栅极叠置 体上，直接位于第一栅极叠置体的侧壁上的栅极侧壁氮化物50'防止了原子 氧和/或氧气分子扩散到第一栅极电介质部分40A内。尽管原子氧和/或氧气 分子能够通过NFET氧化物间隔壁64扩散，但是栅极侧壁氮化物50'和顶部 半导体层30有效地阻挡了原子氧和/或氧气分子。因而，第一高k电介质部 分40A内的氧含量的增加是微不足道的。在图13所示的第二栅极叠置体中，PFET氧化物间隔壁64'与包括第二高k电介质部分40B的侧壁的第二栅极叠置体的侧壁邻接。因而，原子氧和 /或氧气分子通过PFET氧化物间隔壁64自由扩散，并且被结合到第二高k 电介质部分40B内。第二高k电介质部分40B的氧含量相对于第一高k电 介质部分40A的氧含量增大。通过选择退火的工艺条件使第二高k电介质部 分40A中的氧含量显著提高。在一个实施例中，活化退火之后的第一高k电介质部分40A和第二高k 电介质部分40B包括选自由HfC^、 Zr02K、 La203)l、 A120^、 Ti02v、 SrTi03。 LaA103。、 丫20371及其合金物构成的集合的非化学计量电介质金属氧化物。所 述i、 k、人、|i、 v、《、o、兀中的每者为大约0.70到大约0.975,典型地，为 大约0.70到大约0.90。氧气环境下的退火之后的第一高k电介质部分40A 包括与退火之前基本相同的材料，即，选自由Hf02l、 Zr02K、 La203,、 A120*、 Ti02v、 SrTi03《、LaA103。、 丫203 1及其合金物构成的集合的非化学计量电介质 金属氧化物，其中，所述i、 k、 x、 p、 v、《、o、兀中的每者为大约0.70到 大约0.975,典型地，为大约0.70到大约0.90。但是，氧气环境下的退火之 后的第二高k电介质部分40B包括具有较高氧浓度的电介质金属氧化物。例 如，退火之后的第二高k电介质部分40B可以是选自由Hf02a、Zr02p、La203r A1203S、 Ti02E、 SrTi03i;、 LaA103T]、 丫2036及其合金物构成的集合的电介质金 属氧化物。所述a、卩、y、 S、 s、 ；、 r|、 0中的每者为大约0.90到1.0。进一 步地，退火之后的第二高k电介质部分40B可以是选自由Hf02a、 ZrO邓、 La203r A12035、 Ti02￡、 SrTi03。 LaA103n、 Y203e及其合金物构成的集合的 基本化学计量的电介质金属氧化物，其中，所述a、卩、y、 S、 s、 ；、 ri、 0 中的每者为大约0.975到1.0。在另一实施例中，活化退火之后的第一高k电介质部分40A和第二高k 电介质部分40B包括Si02和非化学计量电介质金属氧化物的合金物，其中， 所述非化学计量电介质金属氧化物选自由Hf02l、 Zr02K、 La2Ou、 Al203r Ti02v、 SrTiO化、LaA103。、 丫20371及其合金物构成的集合，其中，所述i、 k、 入、p、 v、《、o、兀中的每者为大约0.70到大约0.975，典型地，为大约0.70 到大约0.90。氧气环境下的退火之后第一高k电介质部分40A包括与退火之前基本相同的材料，即，Si02和非化学计量电介质金属氧化物的合金，其中，所述非化学计量电介质金属氧化物选自由Hf02l、 Zr02K、 La2Ou、 A12CV、 Ti02v、 SrTiO化、LaA103。、 丫203;1及其合金构成的集合，其中，所述i、 k、入、(i、 v、《、o、兀中的每者为大约0.70到大约0.975,典型地，为大约0.70到 大约0.90。但是，氧气环境下的退火之后的第二高k电介质部分40B包括 Si02和另一具有更高的氧浓度的电介质金属氧化物的另一合金物。例如，退 火之后的所述第二高k电介质部分40B可以是Si02和电介质金属氧化物的 合金物，所述电介质金属氧化物选自由Hf02a、 ZrO邓、La203Y、 A1203S、 Ti02s、 SrTi03t;、 LaA103n、 丫2039及其合金物构成的集合，其中，所述a、 (3、 y、 5、 s、 ；、 r|、 e中的每者为大约0.90到1.0。进一步地，所述第二高k电介质部 分40B的合金物中的电介质金属氧化物可以是选自由Hf02a、 Zr02(3、 La203r A1203S、 Ti02i:、 SrTi03;、 LaA103ll、 丫2036及其合金物构成的集合的基本化学 计量的电介质金属氧化物，其中，所述a、卩、y、 5、 s、 ；、 T(、 e中的每者为 大约0.975到1.0。执行常规半导体处理步骤，例如，形成硅化物，可选形成应力生成村层， 形成诸如氮化硅层的移动离子阻挡电介质层，形成中段(middle-of-line)栅极 电介质，以及形成与示范性半导体结构的各个部件的接触。本发明的半导体结构提供了两种类型的高k栅极电介质部分。第二高k 电介质部分40B含有更多的氧，并且比第一高k电介质部分40A具有更高 程度化学计量。因而，可以有利地采用第一高k电介质部分40A形成诸如 NFET的第一种类型的晶体管，可以有利地采用第二高k电介质部分"B形 成诸如PFET的第二种类型的晶体管。是本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做 出上述和其他形式和细节上的变化。因此，旨在^f吏本发明不限于图示和文字 描述的确切形式和细节，而是使其落在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种半导体结构，包括第一场效应晶体管，包括与半导体衬底垂直邻接的第一高k电介质部分；与所述第一高k电介质部分垂直邻接的第一金属栅极；与所述第一金属栅极垂直邻接的第一含硅栅极导体；以及与所述第一金属栅极和所述第一含硅栅极导体横向邻接的氧化物间隔壁；以及第二场效应晶体管，包括与所述半导体衬底垂直邻接的第二高k电介质部分；与所述第二高k电介质部分垂直邻接的第二金属栅极；与所述第二金属栅极垂直邻接的第二含硅栅极导体；以及与所述第二金属栅极和所述第二含硅栅极导体横向邻接的栅极侧壁氮化物，其中，所述第二高k电介质部分比所述第一高k电介质部分是更高程度化学计量的。
2. 根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述第一高k电介质部 分包括含有金属的第一电介质金属氧化物，所述第二高k电介质部分包括含 有相同金属的第二电介质金属氧化物。
3. 根据权利要求2所述的半导体结构，其中，所述第二电介质金属氧 4匕4勿选自由Hf02a、 Zr02p、 La203r A1203S、 Ti02E、 SrTi03。 LaA103n、 Y203e 及其合金物构成的集合，其中，所述a、卩、y、 5、 s、 C、 rj、 e中的每者为大 约0.975到1，其中，所述第一电介质金属氧化物选自由Hf02l、Zr02K、La20n、 A1203h、 Ti02v、 SrTiOg、 LaA103。、 丫203 1及其合金物构成的集合，其中，所 述i、 k、 x、 p、 v、《、o、兀中的每者为大约0.70到大约0.975。
4. 根据权利要求2所述的半导体结构，其中，所述第二电介质金属氧 化物是Si02和第二金属氧化物的合金物，其中，所述第二金属氧化物选自由 Hf02a、 ZrO邓、La203Y、 A12035、 Ti02e、 SrTi03C、 LaA103t1、 Y203e及其合金 物构成的集合，其中，所述cu卩、y、 S、 s、 C、 ri、 9中的每者为大约0.975到1,其中，所述第一电介质金属氧化物是Si02和第一金属氧化物的合金，其中，所述第一金属氧化物选自由Hf02l、 ZrQ2K、 La203X、 A120^、 Ti02v、SrTi03《、LaA103。、 丫20371及其合金物构成的集合，其中，i、 k、 X、 p、 v、《、 o、兀中的每者为大约0.70到大约0.975。
5. 根据权利要求2所述的半导体结构，其中，所述第二电介质金属氧 化物选自由Hf。2a、 ZrO邓、La203r A12035、 Ti02￡、 SrTi03i;、 LaAlO化、Y203e 及其合金物构成的集合，其中，a、 (3、 y、 S、 s、 ；、 ti、 e中的每者为大约0.90 到l.O，其中，所述第一电介质金属氧化物选自由Hf02l、Zr02K、La2Ou、Al20^、 Ti02v、 SrTiO化、LaA103。、 丫203兀及其合金物构成的集合，其中，i、 k、人、p、 v、《、o、兀中的每者为大约0.70到大约0.90。
6. 根据权利要求2所述的半导体结构，其中，所述第二电介质金属氧 化物是Si02和第二金属氧化物的合金物，其中，所述第二金属氧化物选自由 Hf02a、 Zr02(3、 La203r A1203S、 Ti02￡、 SrTi03;、 LaA103n、 Y203e及其合金 物构成的集合，其中，a、 (3、 y、 S、 s、 ；、 rj、 6中的每者为大约0.90到1.0，其中，所述第一电介质金属氧化物是Si02和第一金属氧化物的合金物，并且其中，所述第一金属氧化物选自由Hf02l、 Zr02K、 La203,、 Al203p、 Ti02v、 SrTiO化、LaA103。、 丫203;1及其合金物构成的集合，其中，i、 k、入、pi、 v、《、 o、兀中的每者为大约0.70到大约0.90。
7. 根据权利要求1所述的半导体结构，还包括与所述栅极侧壁氮化物 横向邻接的另一氧化物间隔壁，其中，所述氧化物间隔壁和所述另一氧化物 间隔壁包括相同的材料。
8. 根据权利要求7所述的半导体结构，其中，所述氧化物间隔壁包括 氧化硅。
9. 根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述栅极侧壁氮化物包 括氮化硅。
10. 根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述第一金属栅极和所 述第二金属栅极中的每者包括选自由TaN、 TiN、 WN、 TiAlN、 TaCN、其他 导电难熔金属氮化物及其合金构成的集合的材料。
11. 根据权利要求10所述的半导体结构，其中，所述第一金属栅极和 所述第二金属栅极包括相同的材料。
12. 根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述半导体衬底包括硅, 所述第一含硅栅极导体包括重n掺杂多晶硅，所述第二含硅栅极导体包括重 p掺杂多晶硅。
13. —种形成半导体结构的方法，包括在半导体衬底上形成第一栅极叠置体和第二栅极叠置体，其中，所述第 一栅极叠置体包括与所述半导体衬底垂直邻接的第一高k电介质部分，所述 第二栅极叠置体包括与所述半导体衬底垂直邻接的第二高k电介质部分； 直接在所述第二栅极叠置体的侧壁上形成栅极侧壁氮化物； 直接在所述第一栅极叠置体的侧壁上形成氧化物间隔壁；以及 使所述第一栅极叠置体和所述第二栅极叠置体在氧气环境下退火，其 中，在所述退火工艺中，所述第二高k电介质部分内的氧含量显著提高，而 所述第一高k电介质部分的氧含量则没有显著提高。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一高k电介质部分包 括含有金属的第一电介质金属氧化物，所述第二高k电介质部分包括含有相 同金属的第二电介质金属氧化物。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，在所述的所述第一栅极叠置 体和所述第二栅极叠置体的形成过程中，所述第一高k电介质部分和所述第 二高k电介质部分包括基本相同的氧含量。
16. 根据权利要求15所述的方法，还包括对所述第一栅极叠置体和所 述第二栅极叠置体执行活化退火，其中，在所述活化退火工艺中，所述第一 高k电介质部分和所述第二高k电介质部分内的氧含量降低。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中，退火之后的所述第二高k电 介质部分包括选自由Hf02a、 ZrO邓、La203r A1203S、 Ti02￡、 SrTi03。 LaA103n、 Y203e及其合金物构成的集合的材料，其中，所述cu p、 y、 5、 s、 ；、 ri、 e 中的每者为大约0.975到1,其中，退火之后的所述第一高k电介质部分包 括选自由Hf02l、 Zr02K、 La203X、 A120^、 Ti02v、 SrTiO化、LaA103o、 Y203jc及其合金物构成的集合的材料，其中，l、 K、 x、 ！1、 V、《、o、兀中的每者为大约0.70到大约0.975。
18. 根据权利要求13所述的方法，其中，退火之后的所述第二高k电介质部分包括Si02和第二金属氧化物的合金物，其中，所述第二金属氧化物选自由Hf02a、 Zr02(3、 La203r A1203S、 Ti02s、 SrTi03。 LaA103ll、 Y203e及其合金物构成的集合，其中，所述a、卩、y、 s、 s、 ；、 n、 e中的每者为大约0.975到l，其中，退火之后的所述第一高k电介质部分包括Si02和第一金 属氧化物的合金，其中，所述第一金属氧化物选自由Hf02l、 Zr02K、 La2Ou、A120*、 Ti02v、 SrTi03。 LaA103。、 丫203兀及其合金物构成的集合，其中，i、 k、 X、 p、 v、《、o、兀中的每者为大约0.70到大约0.975。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一栅极叠置体还包括: 直接在所述第一高k电介质部分上形成第一金属栅极； 直接在所述第二高k电介质部分上形成第二金属栅极； 直接在所述第一金属栅极上形成第一含硅栅极导体；以及 直接在所述第二金属栅极上形成第二含硅栅极导体。
20. 根据权利要求19所述的方法，还包括形成与所述栅极侧壁氮化物 横向邻接的另一氧化物间隔壁，其中，所述氧化物间隔壁和所述另一氧化物 间隔壁包括相同的材料，并且其中，所述第一金属栅极和所述第二金属栅极 中的每者包括选自由TaN、 TiN、 WN、 TiAlN、 TaCN、其他导电难熔金属氮 化物及其合金构成的集合的材料。
全文摘要
本发明涉及半导体结构及其形成方法。在半导体衬底上形成含有第一高k电介质部分的NFET和含有第二高k栅极电介质部分的PFET。在NFET的栅极上形成栅极侧壁氮化物，而PFET的侧壁则保持没有栅极侧壁氮化物。在PFET栅极叠置体的侧壁上，以及NFET上的栅极侧壁氮化物上直接形成氧化物间隔壁。高温处理之后，第一和第二电介质部分含有非化学计量的缺氧高k电介质材料。在氧气环境下对所述半导体结构进行退火，在该过程中，氧通过氧化物间隔壁扩散到所述第二高k电介质部分内。PFET包括具有更高程度化学计量的高k电介质材料，NFET包括较低程度化学计量的高k电介质材料。本发明优化了PFET和NFET的阈值电压。
文档编号H01L21/8238GK101325203SQ20081012597
公开日2008年12月17日 申请日期2008年6月16日 优先权日2007年6月14日
发明者卜惠明, 埃杜阿德·A·卡蒂尔, 巴里·林德, 布鲁斯·B·多丽丝, 瓦姆西·K·帕鲁查里, 米歇尔·L·斯蒂恩, 维杰伊·纳拉亚南, 金容熙 申请人:国际商业机器公司