[发明专利]用于FinFET的N金属

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，具体而言，涉及用于鳍式场效应晶体管(FinFET)的栅极堆叠件的N功函数金属及其形成方法。

背景技术

半导体器件用于大量的电子器件中，诸如计算机、移动电话和其他电子器件。半导体器件包括集成电路，在半导体晶圆上通过在半导体晶圆上方沉积许多类型的材料薄膜，然后图案化材料薄膜以形成集成电路来形成该集成电路。集成电路包括场效应晶体管(FET)，诸如金属氧化物半导体(MOS)晶体管。

半导体产业的目标之一是继续收缩尺寸和加快个体FET的速度。为了实现这些目标，在低于32nm的晶体管节点下使用鳍式FET(FinFET)或多栅极晶体管。FinFET不仅提高面密度，还改善沟道的栅极控制。

为了设置FinFET的阈值电压(V_t)，在栅极堆叠件中包含功函数(WF)金属。因为在沟道的顶部和侧壁上方都形成FinFET的栅极堆叠件，需要共形工艺来形成栅极堆叠件。可惜，通常用于形成平面型器件的N功函数金属(例如，铝化钛(TiAl))的物理汽相沉积(PVD)工艺并不适合于形成FinFET中的栅极堆叠件。确实，物理汽相沉积不是共形的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一方面，提供了一种鳍式场效应晶体管(FinFET)，包括：鳍，由半导体衬底支撑，所述鳍在源极和漏极之间延伸并且具有沟道区域；以及栅极堆叠件，形成在所述鳍的沟道区域上方，所述栅极堆叠件包括N功函数金属层，所述N功函数金属层包含位于碳化钽铝(TaAlC)层相对侧上的氧化物层。

在所述的FinFET中，所述N功函数金属层包含约16％至约25％的铝。

在所述的FinFET中，所述N功函数金属层包含约35％至约50％的氧。

在所述的FinFET中，所述N功函数金属层包含约16％至约25％的铝、约20％至约29％的碳、约7％至约16％的钽和约35％至约50％的氧。

在所述的FinFET中，所述N功函数金属层的厚度介于约30埃至约90埃之间。

在所述的FinFET中，所述栅极堆叠件包括位于一层所述氧化物层上方的氮化钛层和位于所述氮化钛层上方的钨金属填充层。

在所述的FinFET中，所述栅极堆叠件包括位于一层所述氧化物层上方的氮化钽层、位于所述氮化钽层上方的氮化钛层、在所述氮化钛层上方设置的高k电介质保护层和位于所述高k电介质保护层上方的栅极介电层。

根据本发明的另一方面，提供了一种形成鳍式场效应晶体管(FinFET)的栅极堆叠件的方法，包括：在原子层沉积室中加热具有所述FinFET的晶圆；将第一前体以脉冲方式提供到包括具有所述FinFET的晶圆的原子层沉积室中，所述第一前体为五氯化钽(TaCl₅)；从所述原子层沉积室中清除五氯化钽(TaCl₅)的所述第一前体；将第二前体以脉冲方式提供到包括具有所述FinFET的晶圆的原子层沉积室中，所述第二前体为三乙基铝(Al(C₂H₅)₃)；以及从包括具有所述FinFET的晶圆的原子层沉积室中清除三乙基铝(Al(C₂H₅)₃)的所述第二前体以形成用于所述栅极堆叠件的N功函数金属层，所述N功函数金属层包括碳化钽铝(TaAlC)层，其中在所述碳化钽铝(TaAlC)层的相对侧上具有氧化物层。

所述的方法还包括将所述晶圆加热至约350摄氏度至约450摄氏度之间的温度。

所述的方法还包括以脉冲方式提供所述第一前体和所述第二前体中的至少一种约5秒至约20秒。

所述的方法还包括清除所述第一前体和所述第二前体中的至少一种约2秒至约10秒。

所述的方法还包括使用氩气载气以介于约500标准立方厘米/分钟(sccm)和约1500sccm之间的流速将所述第一前体和所述第二前体中的至少一种输送至所述原子层沉积室。

所述的方法还包括使用氩气净化气体以介于约2500标准立方厘米/分钟(sccm)和约3500sccm之间的流速从所述原子层沉积室中清除所述第一前体和所述第二前体中的至少一种。

所述的方法还包括在约70摄氏度至约100摄氏度的温度下将所述第一前体以脉冲方式提供到所述原子层沉积室中。

所述的方法还包括在约25摄氏度至约45摄氏度的温度下将所述第二前体以脉冲方式提供到所述原子层沉积室中。