[发明专利]一种半导体器件及其制造方法

说明书

本发明提供一种半导体器件及其制造方法，所述半导体器件包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的金属栅极；以及位于所述金属栅极与所述半导体衬底之间的覆盖层，所述覆盖层包括Ge掺杂离子。与现有工艺相比，本发明提出的半导体器件，其中的覆盖层具有较高的扩散阻挡能力和较低的电阻；此外，与Si元素相比，Ge元素不易发生扩散，对器件性能的影响较小。

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

在CMOS集成电路工艺中，随着器件尺寸的不断缩小，要求栅介质厚度不断减薄，而栅极漏电流则随着栅介质厚度的减薄呈指数增大，这就使得高K介质材料的使用成为必然。而传统的多晶硅栅电极由于多晶硅耗尽效应、硼穿通、与高K介质存在不兼容性(如费米能级钉扎)等问题而会被金属性栅电极材料来替代。

在高K介质/金属栅结构中，在电场的作用下会发生元素的扩散，例如，金属栅极中的金属及栅介质层中的氧等会扩散到功函数层中，引起功函数的漂移，使器件性能降低甚至失效。因此需要在高K介质层与功函数层之间以及金属金属栅极与功函数层之间加入扩散阻挡层。目前常用的扩散阻挡层为TiN层。然而，TiN层为多晶和柱状晶微结构，具有较多的晶界，在电场的作用下，栅电极中的金属及栅介质层中的氧等很容易经由其晶界扩散进功函数层。研究发现，加入Si元素可阻止TiN柱状晶生长，形成无定形结构，因而Si掺杂TiN层(TiSiN)可提高TiN层的扩散阻挡能力。然而，TiSiN的电阻较高，采用TiSiN扩散阻挡层将提高栅极电阻，从而降低器件性能。此外，Si元素易于发生扩散，从而影响金属栅极结构的性能。

因此，为解决现有技术中的上述技术问题，有必要提出一种新的半导体器件的制造方法

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种新型的半导体器件，包括：

半导体衬底；位于所述半导体衬底上的金属栅极；以及位于所述金属栅极与所述半导体衬底之间的覆盖层，所述覆盖层包括Ge掺杂离子。

示例性地，所述覆盖层包括位于栅介质层与功函数层之间的第一扩散阻挡层，所述第一扩散阻挡层包括Ge掺杂离子。

示例性地，还包括位于所述第一扩散阻挡层与所述功函数层之间的第二扩散阻挡层。

示例性地，所述覆盖层包括位于功函数层与金属栅极之间的第三扩散阻挡层，所述第三扩散阻挡层包括Ge掺杂离子。

示例性地，还包括位于所述第三扩散阻挡层与所述功函数层之间的第四扩散阻挡层。

示例性地，所述第一扩散阻挡层包括TiGeN层。

示例性地，所述第三扩散阻挡层包括TiGeN层。

示例性地，所述第二扩散阻挡层包括TiN层。

示例性地，所述第四扩散阻挡层包括TiN层。

示例性地，所述第一扩散阻挡层与所述第二扩散阻挡层的厚度比为2-3。

示例性地，所述第三扩散阻挡层与所述第四扩散阻挡层的厚度比为2-3。

本发明还提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成覆盖层，所述覆盖层包括Ge掺杂离子；在所述覆盖层上形成金属栅极。

示例性地，所述覆盖层包括位于栅介质层与功函数层之间的第一扩散阻挡层，所述第一扩散阻挡层包括Ge掺杂离子。

示例性地，还包括位于所述第一扩散阻挡层与所述功函数层之间的第二扩散阻挡层。

示例性地，所述覆盖层包括位于功函数层与金属栅极之间的第三扩散阻挡层，所述第三扩散阻挡层包括Ge掺杂离子。