[發明專利]構成半導體器件柵極的方法

無效

• 申請號: 95115891.0
• 申請日: 1995-08-18
• 公開（公告）號: CN1123465A
• 公開（公告）日: 1996-05-29
• 發明（設計）人: 白忠烈
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/283
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳大建

本發明涉及一種構成半導體器件柵極的方法，特別是涉及通過形成氮化鈦(TiN)柵極來改善柵極隔離層擊穿特性的半導體器件柵極的構成方法。

金屬-氧化物半導體(MOS)晶體管包括通過注入相反導電性的雜質離子到半導體基片上而形成在半導體基片上的一個源極區和一個漏極區，一個形成在源極區和漏極區之間的溝道槽區，以及一個形成在溝道槽區上的柵極。

一般，MOS晶體管的柵極由摻雜的多晶硅制成。當柵極由摻雜的多晶硅構成時，柵極的形成過程被穩定地完成。然而，由摻雜多晶硅形成的柵極的表面電阻比其他金屬材料構成的柵極相比要高。即構成柵極的多晶硅具有較高的電阻率大約為1mΩcm。因此，對于MOS晶體管電信號傳導被延時并且功耗增加。

此外，由于半導體器件越來越多地被集成，隨后圖模面積的縮小大大的增加了摻雜多晶硅柵極的電阻率，器件的退化作用和可靠性。

同時，當具有低于多晶硅電阻率的金屬材料被用作構成柵極的材料時，柵極金屬材料與柵極隔離層發生反應，或者擴散進入柵極自身，因此降低了柵極隔離層的擊穿電壓。

近來，作為具有低電阻率的金屬材料的例子，氮化鈦(TiN)被大量地用作高集成度半導體器件生產過程中的阻擋金屬層，這是由于其較高的熔點(大約3,000℃)以及優越的擴散阻擋特性。另外，TiN具有4.63-4.75eV范圍的功函數，它大約處在其他材料的功函數的中間。由此，TiN具有這樣的優點它使N-溝道及P-溝道MOS晶體管能夠作為表面溝道型器件使用。一般，盡管TiN被用來構成柵極時它被在室溫由反應濺射方法沉積，并且與具有大約18μΩcm電阻率的常規松散TiN層相比，這樣構成的TiN層具有范圍在0.2-1mΩ?cm的較高電阻率。該電阻率將根據TiN層的組成、表面狀態、微構造和雜質含量而變化。

本發明的目的是提供一種構成半導體器件氮化鈦(TiN)柵極的方法，它可以得到可靠的柵極隔離層擊穿特性以及降低的電阻率。

為了達到上述目的，提供的構成半導體器件氮化鈦柵極的方法包括以下步驟：(a)在半導體基片上形成一個柵極隔離層；(b)在柵極隔離層表面上以濺射方法在不低于200℃不大于800℃，較優選600℃的溫度下形成TiN層。

步驟(b)進一步包括在柵極隔離層上以濺射方法在不低于200℃不大于800℃，較優選600℃的溫度和第一生成率下形成第一TiN層，在第一TiN層上以濺射方法在不低于200℃不大于800℃，較優選600℃的溫度和高于第一生產率的第二生成率下形成第二TiN層。

TiN層可以在氬氣(Ar)和氮氣(N₂)混合氣氛中生成，也可以選擇第一TiN層在氮氣氣氛中生成，第二TiN層在混合氣氛中生成。

沉積第二TiN層之后，具有較低電阻率的金屬材料進一步構成在第二TiN層上，由此形成一個包括第一和第二TiN層及金屬材料的柵極。最好是具有較低電阻率的金屬材料是選自鎢(W)、硅化鎢(WSi_x)、硅化鈦(TiSi_x)和銅(Cu)中的一種。

根據本發明，可以獲得具有低電阻率以及優越的柵極隔離層擊穿特性的柵極。

本發明的上述目的和優點根據附圖通過結合最佳實施例的詳細描述會更加清楚。

圖1是根據本發明實施例的方法構成的TiN柵極的剖視圖。

圖2是TiN柵極相對于沉積溫度的電阻率特性曲線。

圖3是根據常規方法和本發明方法制成的相應TiN柵極的柵極氧化層擊穿電壓特性曲線。

圖4是根據常規方法和本發明方法制成的相應TiN柵極的柵極氧化層恒定電流的TDDB特性曲線。

圖5是相應于沉積溫度的TiN柵級的晶面間隔的變化曲線。

為了更詳細描述本發明，本發明實施例的TiN柵極的特性將與在室溫下由傳統方法構成的TiN柵極進行比較。