[发明专利]鳍式场效晶体管装置与形成鳍式场效晶体管装置的方法

说明书

一种鳍式场效晶体管装置与形成鳍式场效晶体管装置的方法。鳍式场效晶体管装置包含设置在第一半导体鳍片上的n型栅极结构，其中n型栅极结构包含有设置在第一高介电常数介电层上的n型功函数金属层。n型功函数金属层包含有钛铝合金，其中钛对铝的原子比实质介于1至3之间。鳍式场效晶体管装置还包含设置在第二半导体鳍片上的p型栅极结构，其中p型栅极结构含有设置在第二高介电常数介电层上的p型功函数金属层。p型功函数金属层包含氮化钛，其中钛对氮的原子比实质介于1:0.9至1:1.1之间。

技术领域

本发明实施例是有关于半导体装置，特别是有关于鳍式场效晶体管(Fin-likeField Effect Transistor；FinFET)的栅极结构与其制造方法。

背景技术

半导体集成电路(Integrated Circuit；IC)产业已经历快速的成长。在IC进化的过程中，功能密度(functional density)(定义为每个晶片面积上互相连接的元件数目)普遍随着几何尺寸(意即，可以利用制程做出的最小组件或线路)的减小而增加。一个缩小的制程一般可以提供增加产率和降低相关成本的优势。然而，这样的缩小会增加制程和生产IC的复杂度。为了达成这些进步，在IC生产中的类似发展是必要的。

当半导体IC产业进入到纳米科技制程世代以追求较高的元件密度，较高效能和较低成本时，同时来自制造和设计的挑战导致了如鳍式场效晶体管(FinFET)的3D装置的发展。FinFET装置的优点包含减少短通道效应及较高电流量。当其特征尺寸持续减小时，一直有使用具有高介电常数的栅极介电层和金属栅极的FinFET装置来增进装置性能的要求。n型金属氧化物半导体(NMOS)装置和p型金属氧化物半导体(PMOS)装置的栅极结构分别需要不同的功函数。具有高介电常数金属栅极的已知FinFET装置与其制作方法已无法满足所有态样，特别是将NMOS装置和PMOS装置制作在一起。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种鳍式场效晶体管栅极结构与其制造方法，借以提供具有优良性质的功函数金属层。

本发明的一方面是在提供一种鳍式场效晶体管装置，其包含有半导体基材、第一半导体鳍片、n型栅极结构、第一阻挡金属层以及第一金属填充层，其中第一半导体鳍片在半导体基材上；n型栅极结构设置在第一半导体鳍片上；第一阻挡金属层设置在n型功函数金属层上；第一金属填充层周边包围有第一阻挡金属层。n型栅极结构包含第一初始层、第一高介电常数介电层、n型功函数金属层，其中第一初始层设置在第一半导体鳍片上；第一高介电常数介电层设置在第一初始层上且周边包围有第一栅极间隙壁；n型功函数金属层设置在第一高介电常数介电层上。n型功函数金属层含有钛铝(TiAl)合金，其钛对铝的原子比实质介于1至3之间。

本发明的又一方面提供一种鳍式场效晶体管装置，其包含：半导体基材、第一半导体鳍片、第二半导体鳍片、n型栅极结构和p型栅极结构。第一半导体鳍片和第二半导体鳍片在半导体基材上，且第一半导体鳍片和第二半导体鳍片被隔离结构分开。n型栅极结构包含有第一初始层，第一初始层设置在第一半导体鳍片上且被第一栅极间隙壁包围；p型栅极结构包含有第二初始层，第二初始层设置在第二半导体鳍片上且被第二栅极间隙壁包围。n型栅极结构和p型栅极结构其中每一者包含高介电常数介电层、第一氮化钛层、氮化钽(TaN)层、第二氮化钛层、钛铝合金层、第三氮化钛层以及金属填充层。高介电常数介电层位于第一初始层及第二初始层上；第一氮化钛层设置在高介电常数介电层上；氮化钽层设置在第一氮化钛层上；第二氮化钛层设置在氮化钽层上；钛铝合金层设置在第二氮化钛层上；第三氮化钛层设置在钛铝合金层上；金属填充层周边包围有第三氮化钛层。被第一栅极间隙壁包围的钛铝合金层是做为n型功函数金属层，其钛对铝的原子比实质介于1至3之间。被第二栅极间隙壁包围的第二氮化钛层是做为p型功函数金属层，其钛对氮的原子比实质介于1:0.9至1:1.1之间。