[發(fā)明專利]鰭式場效晶體管裝置與形成鰭式場效晶體管裝置的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610534560.4
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN106653833B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張簡旭珂;洪奇成;曾鴻輝
• 申請（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/423
• 分類號(hào): H01L29/423;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

一種鰭式場效晶體管裝置與形成鰭式場效晶體管裝置的方法。鰭式場效晶體管裝置包含設(shè)置在第一半導(dǎo)體鰭片上的n型柵極結(jié)構(gòu)，其中n型柵極結(jié)構(gòu)包含有設(shè)置在第一高介電常數(shù)介電層上的n型功函數(shù)金屬層。n型功函數(shù)金屬層包含有鈦鋁合金，其中鈦對鋁的原子比實(shí)質(zhì)介于1至3之間。鰭式場效晶體管裝置還包含設(shè)置在第二半導(dǎo)體鰭片上的p型柵極結(jié)構(gòu)，其中p型柵極結(jié)構(gòu)含有設(shè)置在第二高介電常數(shù)介電層上的p型功函數(shù)金屬層。p型功函數(shù)金屬層包含氮化鈦，其中鈦對氮的原子比實(shí)質(zhì)介于1:0.9至1:1.1之間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例是有關(guān)于半導(dǎo)體裝置，特別是有關(guān)于鰭式場效晶體管(Fin-likeField Effect Transistor；FinFET)的柵極結(jié)構(gòu)與其制造方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體集成電路(Integrated Circuit；IC)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)歷快速的成長。在IC進(jìn)化的過程中，功能密度(functional density)(定義為每個(gè)晶片面積上互相連接的元件數(shù)目)普遍隨著幾何尺寸(意即，可以利用制程做出的最小組件或線路)的減小而增加。一個(gè)縮小的制程一般可以提供增加產(chǎn)率和降低相關(guān)成本的優(yōu)勢。然而，這樣的縮小會(huì)增加制程和生產(chǎn)IC的復(fù)雜度。為了達(dá)成這些進(jìn)步，在IC生產(chǎn)中的類似發(fā)展是必要的。

當(dāng)半導(dǎo)體IC產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到納米科技制程世代以追求較高的元件密度，較高效能和較低成本時(shí)，同時(shí)來自制造和設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)導(dǎo)致了如鰭式場效晶體管(FinFET)的3D裝置的發(fā)展。FinFET裝置的優(yōu)點(diǎn)包含減少短通道效應(yīng)及較高電流量。當(dāng)其特征尺寸持續(xù)減小時(shí)，一直有使用具有高介電常數(shù)的柵極介電層和金屬柵極的FinFET裝置來增進(jìn)裝置性能的要求。n型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)裝置和p型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)裝置的柵極結(jié)構(gòu)分別需要不同的功函數(shù)。具有高介電常數(shù)金屬柵極的已知FinFET裝置與其制作方法已無法滿足所有態(tài)樣，特別是將NMOS裝置和PMOS裝置制作在一起。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種鰭式場效晶體管柵極結(jié)構(gòu)與其制造方法，借以提供具有優(yōu)良性質(zhì)的功函數(shù)金屬層。

本發(fā)明的一方面是在提供一種鰭式場效晶體管裝置，其包含有半導(dǎo)體基材、第一半導(dǎo)體鰭片、n型柵極結(jié)構(gòu)、第一阻擋金屬層以及第一金屬填充層，其中第一半導(dǎo)體鰭片在半導(dǎo)體基材上；n型柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一半導(dǎo)體鰭片上；第一阻擋金屬層設(shè)置在n型功函數(shù)金屬層上；第一金屬填充層周邊包圍有第一阻擋金屬層。n型柵極結(jié)構(gòu)包含第一初始層、第一高介電常數(shù)介電層、n型功函數(shù)金屬層，其中第一初始層設(shè)置在第一半導(dǎo)體鰭片上；第一高介電常數(shù)介電層設(shè)置在第一初始層上且周邊包圍有第一柵極間隙壁；n型功函數(shù)金屬層設(shè)置在第一高介電常數(shù)介電層上。n型功函數(shù)金屬層含有鈦鋁(TiAl)合金，其鈦對鋁的原子比實(shí)質(zhì)介于1至3之間。

本發(fā)明的又一方面提供一種鰭式場效晶體管裝置，其包含：半導(dǎo)體基材、第一半導(dǎo)體鰭片、第二半導(dǎo)體鰭片、n型柵極結(jié)構(gòu)和p型柵極結(jié)構(gòu)。第一半導(dǎo)體鰭片和第二半導(dǎo)體鰭片在半導(dǎo)體基材上，且第一半導(dǎo)體鰭片和第二半導(dǎo)體鰭片被隔離結(jié)構(gòu)分開。n型柵極結(jié)構(gòu)包含有第一初始層，第一初始層設(shè)置在第一半導(dǎo)體鰭片上且被第一柵極間隙壁包圍；p型柵極結(jié)構(gòu)包含有第二初始層，第二初始層設(shè)置在第二半導(dǎo)體鰭片上且被第二柵極間隙壁包圍。n型柵極結(jié)構(gòu)和p型柵極結(jié)構(gòu)其中每一者包含高介電常數(shù)介電層、第一氮化鈦層、氮化鉭(TaN)層、第二氮化鈦層、鈦鋁合金層、第三氮化鈦層以及金屬填充層。高介電常數(shù)介電層位于第一初始層及第二初始層上；第一氮化鈦層設(shè)置在高介電常數(shù)介電層上；氮化鉭層設(shè)置在第一氮化鈦層上；第二氮化鈦層設(shè)置在氮化鉭層上；鈦鋁合金層設(shè)置在第二氮化鈦層上；第三氮化鈦層設(shè)置在鈦鋁合金層上；金屬填充層周邊包圍有第三氮化鈦層。被第一柵極間隙壁包圍的鈦鋁合金層是做為n型功函數(shù)金屬層，其鈦對鋁的原子比實(shí)質(zhì)介于1至3之間。被第二柵極間隙壁包圍的第二氮化鈦層是做為p型功函數(shù)金屬層，其鈦對氮的原子比實(shí)質(zhì)介于1:0.9至1:1.1之間。