[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

提供了一种半导体装置及其制造方法。用于制造半导体装置的方法包括：在半导体基板上方沉积栅极介电层；通过原子层沉积(ALD)工艺在栅极介电层上方沉积功函数层，其中功函数层包含金属元素及非金属元素，并且ALD工艺包含多个循环。循环的每一者包含：将包含金属元素的前驱物气体引入腔室以在腔室中的半导体基板上形成前驱物表面层；从腔室吹净掉前驱物气体的剩余部分；使用包含非金属元素的反应性气体电浆执行反应性气体电浆处理以将前驱物表面层转化为功函数层的单层；从腔室吹净掉反应性气体电浆的剩余部分，及在腔室中执行惰性气体电浆处理。

技术领域

本揭露是关于半导体装置及其制造方法。

背景技术

在IC发展过程中，功能密度(亦即，单位晶片面积互连装置的数量)已增加而几何大小(亦即，可使用制造工艺产生的最小部件(或接线))已减小。此缩小工艺通过增加生产效率并降低相关联成本来提供益处。此种缩小亦产生相对高的功率耗散值，此可通过使用低功率耗散装置(诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)装置)来解决。CMOS装置已经形成为具有栅极氧化物及多晶硅栅电极。随着特征大小持续减小，已经期望用高介电常数栅极介电质及金属栅电极替代栅极氧化物及多晶硅栅电极以改进装置效能。

发明内容

根据本揭示的一些实施例，提供了一种用于制造半导体装置的方法。方法包括：在半导体基板上方沉积栅极介电层；通过原子层沉积(ALD)工艺在栅极介电层上方沉积功函数层，其中功函数层包含金属元素及非金属元素，并且ALD工艺包含多个循环。循环的每一者包含：将包含金属元素的前驱物气体引入腔室以在腔室中的半导体基板上形成前驱物表面层；从腔室吹净掉前驱物气体的剩余部分；使用包含非金属元素的反应性气体电浆执行反应性气体电浆处理以将前驱物表面层转化为功函数层的单层；从腔室吹净掉反应性气体电浆的剩余部分；以及在腔室中执行惰性气体电浆处理。

根据本揭示的一些实施例，提供了一种用于制造半导体装置的方法。方法包括：在半导体基板上方沉积栅极介电层；通过原子层沉积(ALD)工艺在栅极介电层上方沉积氮化钛层。ALD工艺包含至少第一循环，包含：将半导体基板暴露于含金属前驱物；在将半导体基板暴露于含金属前驱物之后将半导体基板暴露于含氮电浆；以及将半导体基板暴露于惰性气体电浆。

根据本揭示的一些实施例，一种半导体装置包括半导体基板、栅极结构、及源极/漏极特征。栅极结构是在半导体基板的通道区域上方，其中栅极结构包含栅极介电层、栅极金属、及在栅极介电层与栅极金属之间的金属氮化物层，并且金属氮化物层是无掺杂剂的并且具有小于4.5eV的功函数。n型掺杂的源极/漏极特征是在通道区域的相对侧上。

附图说明

当结合附图阅读时，自以下详细描述将很好地理解本揭示的态样。注意到，根据工业中的标准实务，各个特征并非按比例绘制。事实上，出于论述清晰的目的，可任意增加或减小各个特征的尺寸。

图1是根据本揭示的一些实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)装置的示意图；

图2是根据本揭示的一些实施例的用于原子层沉积(ALD)的设备；

图3图示了根据本揭示的一些实施例的在ALD循环中的脉冲与时间的关系；

图4是根据本揭示的一些实施例的ALD循环的流程图；

图5A至图5F示出了根据本揭示的一些实施例的在ALD循环中的各个阶段；

图6A图示了根据本揭示的一些实施例的在x射线反射(XRR)下的各个沉积的TiN膜的结果；

图6B是图6A的一部分的放大视图；

图6C图示了根据本揭示的一些实施例的通过拟合图6A的结果的各个沉积的TiN膜的厚度及密度；

图7图示了根据本揭示的一些实施例的在掠入射X射线绕射(GIXRD)下的各个沉积的TiN膜的结果；