[發明專利]具有輪廓化功函金屬柵電極的半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201410734195.2
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN104701310B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 李達元;劉冠廷;鐘鴻欽;李顯銘;張文;章勛明;羅唯仁
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L21/8238
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

本發明提供了具有輪廓化功函金屬柵電極的半導體器件。半導體結構包括在絕緣層的開口中形成的金屬柵極結構。該金屬柵極結構包括柵極介電層、阻擋層、位于柵極介電層和阻擋層之間的功函金屬層、以及位于阻擋層上方的功函調整層，其中，功函金屬具有有序的晶粒取向。本發明還提供了制造具有輪廓化功函金屬柵電極的半導體器件的方法。

技術領域

本發明涉及集成電路器件，更具體地，涉及具有輪廓化功函金屬柵電極的半導體器件及其制造方法。

背景技術

互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術是用于制造集成電路(IC)的半導體技術。CMOS晶體管通常利用多晶硅作為NMOS和PMOS晶體管的柵電極，其中，多晶硅摻雜有N型摻雜劑以形成NMOS晶體管以及摻雜有P型摻雜劑以形成PMOS晶體管。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種半導體器件，包括：金屬柵極結構，形成在絕緣層的開口中，所述金屬柵極結構包括：柵極介電層；阻擋層；功函金屬層，位于所述柵極介電層和所述阻擋層之間，其中，功函金屬具有有序的晶粒取向；以及功函調整層，位于所述阻擋層上方。

在上述半導體器件中，其中，所述半導體器件包括：覆蓋層，位于所述柵極介電層和所述功函金屬層之間。

在上述半導體器件中，其中，所述功函金屬層具有凹形功函輪廓或凸形功函輪廓。

在上述半導體器件中，其中，所述功函金屬包括結晶化金屬。

在上述半導體器件中，其中，所述功函金屬包括TiAl或TiAl₃中的至少一種。

在上述半導體器件中，其中，所述功函金屬層具有約10埃至約100埃的厚度。

在上述半導體器件中，其中，所述功函調整層包括鋁。

在上述半導體器件中，其中，所述柵極介電層包括高k材料。

根據本發明的另一方面，提供了一種半導體器件，包括：金屬柵極結構，形成在絕緣層中的開口中，所述金屬柵極結構包括：高k柵極介電層；阻擋層；功函金屬層，位于所述高k柵極介電層和所述阻擋層之間，其中，功函金屬具有有序的晶粒取向；覆蓋層，位于所述高k柵極介電層和所述功函金屬層之間；以及功函調整層，位于所述阻擋層上方。

在上述半導體器件中，其中，所述功函金屬是結晶化的。

在上述半導體器件中，其中，所述功函金屬是TiAl或TiAl₃。

在上述半導體器件中，其中，所述功函金屬層具有10埃至100埃的厚度。

在上述半導體器件中，其中，所述功函調整層是鋁。

根據本發明的又一方面，提供了一種制造半導體器件的方法，包括：在絕緣層的第一開口中形成高k柵極介電層；在大于約200℃的溫度下在所述高k柵極介電層上方形成中間功函金屬層；在所述中間功函金屬層上方形成阻擋層；在所述阻擋層上方形成功函調整層；以及實施后熱退火以將所述中間功函金屬層轉變成功函金屬層。

在上述方法中，其中，在200℃至500℃之間的溫度下沉積所述中間功函金屬層。

在上述方法中，其中，在300℃至600℃之間的溫度下實施所述后熱退火。

在上述方法中，其中，所述中間功函金屬層是TiAl，所述功函金屬是TiAl₃，并且所述功函調整層是Al。

在上述方法中，其中，通過PVD、CVD或ALD工藝形成所述功函金屬層。

在上述方法中，其中，所述方法包括：在去除第一偽柵極和第一偽電介質之前，形成源極、漏極和ILD層。