[发明专利]一种闸极结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种闸极结构及其制备方法，该闸极结构的制备方法包括以下步骤：提供一包括衬底、栅极沟槽、界面层、层间介质层及介电层的半导体结构；依次形成位于栅极沟槽内壁及介电层上表面的底部阻挡层及覆盖底部阻挡层显露表面的功函数调整层；形成覆盖功函数调整层显露表面且包括层叠的第一阻挡层及第二阻挡层的顶部阻挡层，且形成第一阻挡层后，向工艺腔中通入含氧气体以形成第二阻挡层；形成覆盖顶部阻挡层显露表面的粘附层；形成填充栅极沟槽的栅极金属层。本发明通过于第一阻挡层之后，向形成第一阻挡层的工艺腔中通入含氧气体以形成第二阻挡层，提升了顶部阻挡层阻挡栅极金属层扩散的能力，提升了器件的良率，且方法简单，成本低。

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，涉及一种闸极结构及其制备方法。

背景技术

随着半导体器件特征尺寸减小，为了减小栅隧穿电流，降低器件的功耗，并彻底消除多晶硅耗尽效应，缓解费米能级钉扎效应，28nm技术节点后常采用高介电常数(K)/金属栅材料代替传统的SiO₂/多晶硅(poly)结构。如图1所示，为金属闸极结构的剖面结构示意图，包括半导体结构01、衬底011、隔离结构0111、阱区0112、栅极沟槽012、界面处013、层间介质层014、介电层015、底部阻挡层02、第一导电层021、第二导电层022、第三导电层023、功函数调整层03、顶部阻挡层04、粘附层05及栅极金属层06，氮化钛(TiN)材料由于具有好的热稳定性、合适的功函数(4.63-4.75eV)常被用作金属栅极用来储存电荷和传导电子，同时作为顶部阻挡层以阻挡导电金属扩散。但是因为氮化钛(TIN)材料高温下晶格结构容易传导金属，造成铝(Al)扩散，低温下又容易电阻偏高影响导电，导致器件的良率及电性能受到影响。

因此，急需寻找一种能够阻挡栅极金属层扩散及提升器件良率的闸极结构的制备方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种闸极结构及其制备方法，用于解决现有技术中栅极金属层的金属易通过阻挡层影响器件的良率及电性能的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种闸极结构的制备方法，包括以下步骤：

提供一半导体结构，所述半导体结构包括衬底、栅极沟槽、界面层、层间介质层及介电层，所述层间介质层位于所述衬底的上表面，所述栅极沟槽贯穿所述层间介质层且底面显露出所述衬底，所述界面层及所述介电层依次堆叠于所述栅极沟槽的底部的所述衬底上表面；

依次形成位于所述栅极沟槽内壁与所述介电层上表面的底部阻挡层及覆盖所述底部阻挡层显露表面的功函数调整层；

形成覆盖所述功函数调整层显露表面的顶部阻挡层，所述顶部阻挡层包括层叠的第一阻挡层及第二阻挡层，且于形成预设厚度的所述第一阻挡层后，向形成所述第一阻挡层的工艺腔中通入含氧气体以形成所述第二阻挡层，所述栅极沟槽中垂直于X方向的所述顶部阻挡层之间间隔第一预设距离；

形成覆盖所述顶部阻挡层的显露表面的粘附层，所述栅极沟槽中垂直于X方向的所述粘附层之间间隔第二预设距离；

于所述粘附层的表面形成填充所述栅极沟槽的栅极金属层。

可选地，所述衬底包括隔离结构及位于隔离结构之间的阱区，所述界面层位于阱区的上表面。

可选地，所述底部阻挡层包括依次堆叠的第一导电层、第二导电层及第三导电层。

可选地，所述第一导电层的材质包括TiN、AlN；所述第二导电层的材质包括TaN、TaO、TaC、TaCN；所述第三导电层的材质包括TiN；所述功函数调整层的材质包括TiAl、TiAlC。

可选地，所述第一阻挡层的材质包括TiN；所述第二阻挡层的材质包括TiON。

可选地，所述第二阻挡层的厚度小于所述第一阻挡层的厚度。