[發明專利]半導體器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201110415789.3
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102903741A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 曹學文
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L21/28
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;房嶺梅

技術領域

本發明涉及半導體器件及其制造方法。

背景技術

在諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的半導體器件中，為了避免在摻雜的多晶硅柵電極中出現多晶硅耗盡效應，已將金屬引入作為柵電極材料。已引入替換柵極(RPG)工藝用于制造金屬柵電極。隨著器件尺寸的縮小，以及柵極長度按比例縮小，在RPG工藝中難以形成無空隙的金屬柵極結構。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種半導體器件，包括：襯底；柵極介電層，位于所述襯底上；以及柵電極堆疊件，位于所述柵極介電層上。

其中所述柵電極堆疊件包括：金屬填充線；潤濕層，與所述金屬填充線的側壁和底面相接觸；金屬擴散阻擋層，與所述潤濕層相接觸，并利用所述金屬擴散阻擋層和所述金屬填充線之間的所述潤濕層覆蓋所述金屬填充線的所述側壁和所述底面；以及功函數層，利用所述功函數層和所述金屬填充線之間的所述潤濕層和所述金屬擴散阻擋層覆蓋所述金屬填充線的所述側壁和所述底面。

在上述半導體器件中，其中，所述潤濕層包含Co、Ti、或者Ta中的至少一種。

在上述半導體器件中，其中，所述金屬擴散阻擋層具有至少一層金屬氮化物層，所述金屬氮化物層包含富Ti的TiN、TaN、或者TiN中的至少一種。

在上述半導體器件中，其中，所述金屬擴散阻擋層具有第一金屬氮化物層和第二金屬氮化物層的堆疊結構，所述第一金屬氧化物層包含TiN，所述第二金屬氮化物層包含富Ti的TiN或者TaN中的至少一種。

在上述半導體器件中，其中，所述金屬填充線包含Al、Cu、AlCu、或者W中的至少一種。

在上述半導體器件中，其中，所述功函數層包含Ti、Al、TiAl、TiN、Co、WN、或者TaC中的至少一種。

上述半導體器件，進一步包括：位于所述柵極介電層和所述功函數層之間的保護層，所述保護層形成在所述柵極介電層上，并與所述柵極介電層相接觸。

上述半導體器件，進一步包括：位于所述柵極介電層和所述功函數層之間的保護層，所述保護層形成在所述柵極介電層上，并與所述柵極介電層相接觸，并且其中所述保護層包含TiN、TaN、或者TaC中的至少一種。

上述半導體器件，進一步包括：阻擋層，介入所述柵極介電層和所述功函數層之間。

上述半導體器件，進一步包括：阻擋層，介入所述柵極介電層和所述功函數層之間，并且其中所述阻擋層包含TiN、TaN、TaC、或者WN中的至少一種。

根據本發明的另一方面，還提供了一種半導體器件，包括：襯底，具有第一有源區和第二有源區；層間介電圖案，在所述第一有源區上限定第一柵極溝槽以及在所述第二有源區上限定第二柵極溝槽；以及第一金屬氧化物半導體(MOS)晶體管，包括位于所述第一柵極溝槽內的第一柵電極堆疊件。

其中所述第一柵電極堆疊件包括：第一金屬填充線；第一潤濕層，與所述第一金屬填充線的側壁和底面相接觸；第一金屬擴散阻擋層，與所述第一潤濕層相接觸，并利用所述第一金屬擴散阻擋層和所述第一金屬填充線之間的所述第一潤濕層覆蓋所述第一金屬填充線的所述側壁和所述底面；以及第一功函數層，利用所述第一功函數層和所述第一金屬填充線之間的所述第一潤濕層和所述第一金屬擴散阻擋層覆蓋所述第一金屬填充線的所述側壁和所述底面。

在上述半導體器件中，其中所述第一潤濕層包含Co、Ti、或者Ta中的至少一種，以及所述第一金屬擴散阻擋層具有至少一層金屬氮化物層，所述金屬氮化物層包含富Ti的TiN、TaN、或者TiN中的至少一種。

在上述半導體器件中，其中，所述第一功函數層包含Ti、Al、TiAl、TiN、Co、WN、或者TaC中的至少一種。

在上述半導體器件中，其中，所述第一金屬填充線包含Al、Cu、AlCu、或者W中的至少一種。

上述半導體器件中進一步包括：第二MOS晶體管，包括位于所述第二柵極溝槽內的第二柵電極堆疊件。

其中所述第二柵電極堆疊件包括：第二金屬填充線；第二潤濕層，與所述第二金屬填充線的側壁和底面相接觸；第二金屬擴散阻擋層，與所述第二潤濕層相接觸，并利用所述第二金屬擴散阻擋層與所述第二填充金屬填充線之間的所述第二潤濕層覆蓋所述第二金屬填充線的所述側壁和所述底面；以及第二功函數層，利用所述第二功函數層與所述金屬填充線之間的所述第二潤濕層和所述第二金屬擴散阻擋層覆蓋所述第二金屬填充線的所述側壁和所述底面。