[发明专利]具有轮廓化功函金属栅电极的半导体器件及其制造方法有效

专利信息
申请号: 201410734195.2 申请日: 2014-12-04
公开(公告)号: CN104701310B 公开(公告)日: 2019-10-25
发明(设计)人: 李达元;刘冠廷;钟鸿钦;李显铭;张文;章勋明;罗唯仁 申请(专利权)人: 台湾积体电路制造股份有限公司
主分类号: H01L27/02 分类号: H01L27/02;H01L21/8238
代理公司: 北京德恒律治知识产权代理有限公司 11409 代理人: 章社杲;李伟
地址: 中国台*** 国省代码: 中国台湾;71
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摘要:
搜索关键词: 功函 半导体器件 金属栅电极 轮廓化 阻挡层 金属栅极结构 栅极介电层 绝缘层 半导体结构 晶粒取向 调整层 金属层 制造 开口 金属
【说明书】:

发明提供了具有轮廓化功函金属栅电极的半导体器件。半导体结构包括在绝缘层的开口中形成的金属栅极结构。该金属栅极结构包括栅极介电层、阻挡层、位于栅极介电层和阻挡层之间的功函金属层、以及位于阻挡层上方的功函调整层,其中,功函金属具有有序的晶粒取向。本发明还提供了制造具有轮廓化功函金属栅电极的半导体器件的方法。

技术领域

本发明涉及集成电路器件,更具体地,涉及具有轮廓化功函金属栅电极的半导体器件及其制造方法。

背景技术

互补金属氧化物半导体(CMOS)技术是用于制造集成电路(IC)的半导体技术。CMOS晶体管通常利用多晶硅作为NMOS和PMOS晶体管的栅电极,其中,多晶硅掺杂有N型掺杂剂以形成NMOS晶体管以及掺杂有P型掺杂剂以形成PMOS晶体管。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供了一种半导体器件,包括:金属栅极结构,形成在绝缘层的开口中,所述金属栅极结构包括:栅极介电层;阻挡层;功函金属层,位于所述栅极介电层和所述阻挡层之间,其中,功函金属具有有序的晶粒取向;以及功函调整层,位于所述阻挡层上方。

在上述半导体器件中,其中,所述半导体器件包括:覆盖层,位于所述栅极介电层和所述功函金属层之间。

在上述半导体器件中,其中,所述功函金属层具有凹形功函轮廓或凸形功函轮廓。

在上述半导体器件中,其中,所述功函金属包括结晶化金属。

在上述半导体器件中,其中,所述功函金属包括TiAl或TiAl3中的至少一种。

在上述半导体器件中,其中,所述功函金属层具有约10埃至约100埃的厚度。

在上述半导体器件中,其中,所述功函调整层包括铝。

在上述半导体器件中,其中,所述栅极介电层包括高k材料。

根据本发明的另一方面,提供了一种半导体器件,包括:金属栅极结构,形成在绝缘层中的开口中,所述金属栅极结构包括:高k栅极介电层;阻挡层;功函金属层,位于所述高k栅极介电层和所述阻挡层之间,其中,功函金属具有有序的晶粒取向;覆盖层,位于所述高k栅极介电层和所述功函金属层之间;以及功函调整层,位于所述阻挡层上方。

在上述半导体器件中,其中,所述功函金属是结晶化的。

在上述半导体器件中,其中,所述功函金属是TiAl或TiAl3

在上述半导体器件中,其中,所述功函金属层具有10埃至100埃的厚度。

在上述半导体器件中,其中,所述功函调整层是铝。

根据本发明的又一方面,提供了一种制造半导体器件的方法,包括:在绝缘层的第一开口中形成高k栅极介电层;在大于约200℃的温度下在所述高k栅极介电层上方形成中间功函金属层;在所述中间功函金属层上方形成阻挡层;在所述阻挡层上方形成功函调整层;以及实施后热退火以将所述中间功函金属层转变成功函金属层。

在上述方法中,其中,在200℃至500℃之间的温度下沉积所述中间功函金属层。

在上述方法中,其中,在300℃至600℃之间的温度下实施所述后热退火。

在上述方法中,其中,所述中间功函金属层是TiAl,所述功函金属是TiAl3,并且所述功函调整层是Al。

在上述方法中,其中,通过PVD、CVD或ALD工艺形成所述功函金属层。

在上述方法中,其中,所述方法包括:在去除第一伪栅极和第一伪电介质之前,形成源极、漏极和ILD层。

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