[发明专利]构成半导体器件栅极的方法

说明书

本发明涉及一种构成半导体器件栅极的方法，特别是涉及通过形成氮化钛(TiN)栅极来改善栅极隔离层击穿特性的半导体器件栅极的构成方法。

金属-氧化物半导体(MOS)晶体管包括通过注入相反导电性的杂质离子到半导体基片上而形成在半导体基片上的一个源极区和一个漏极区，一个形成在源极区和漏极区之间的沟道槽区，以及一个形成在沟道槽区上的栅极。

一般，MOS晶体管的栅极由掺杂的多晶硅制成。当栅极由掺杂的多晶硅构成时，栅极的形成过程被稳定地完成。然而，由掺杂多晶硅形成的栅极的表面电阻比其他金属材料构成的栅极相比要高。即构成栅极的多晶硅具有较高的电阻率大约为1mΩcm。因此，对于MOS晶体管电信号传导被延时并且功耗增加。

此外，由于半导体器件越来越多地被集成，随后图模面积的缩小大大的增加了掺杂多晶硅栅极的电阻率，器件的退化作用和可靠性。

同时，当具有低于多晶硅电阻率的金属材料被用作构成栅极的材料时，栅极金属材料与栅极隔离层发生反应，或者扩散进入栅极自身，因此降低了栅极隔离层的击穿电压。

近来，作为具有低电阻率的金属材料的例子，氮化钛(TiN)被大量地用作高集成度半导体器件生产过程中的阻挡金属层，这是由于其较高的熔点(大约3,000℃)以及优越的扩散阻挡特性。另外，TiN具有4.63-4.75eV范围的功函数，它大约处在其他材料的功函数的中间。由此，TiN具有这样的优点它使N-沟道及P-沟道MOS晶体管能够作为表面沟道型器件使用。一般，尽管TiN被用来构成栅极时它被在室温由反应溅射方法沉积，并且与具有大约18μΩcm电阻率的常规松散TiN层相比，这样构成的TiN层具有范围在0.2-1mΩ cm的较高电阻率。该电阻率将根据TiN层的组成、表面状态、微构造和杂质含量而变化。

本发明的目的是提供一种构成半导体器件氮化钛(TiN)栅极的方法，它可以得到可靠的栅极隔离层击穿特性以及降低的电阻率。

为了达到上述目的，提供的构成半导体器件氮化钛栅极的方法包括以下步骤：(a)在半导体基片上形成一个栅极隔离层；(b)在栅极隔离层表面上以溅射方法在不低于200℃不大于800℃，较优选600℃的温度下形成TiN层。

步骤(b)进一步包括在栅极隔离层上以溅射方法在不低于200℃不大于800℃，较优选600℃的温度和第一生成率下形成第一TiN层，在第一TiN层上以溅射方法在不低于200℃不大于800℃，较优选600℃的温度和高于第一生产率的第二生成率下形成第二TiN层。

TiN层可以在氩气(Ar)和氮气(N₂)混合气氛中生成，也可以选择第一TiN层在氮气气氛中生成，第二TiN层在混合气氛中生成。

沉积第二TiN层之后，具有较低电阻率的金属材料进一步构成在第二TiN层上，由此形成一个包括第一和第二TiN层及金属材料的栅极。最好是具有较低电阻率的金属材料是选自钨(W)、硅化钨(WSi_x)、硅化钛(TiSi_x)和铜(Cu)中的一种。

根据本发明，可以获得具有低电阻率以及优越的栅极隔离层击穿特性的栅极。

本发明的上述目的和优点根据附图通过结合最佳实施例的详细描述会更加清楚。

图1是根据本发明实施例的方法构成的TiN栅极的剖视图。

图2是TiN栅极相对于沉积温度的电阻率特性曲线。

图3是根据常规方法和本发明方法制成的相应TiN栅极的栅极氧化层击穿电压特性曲线。

图4是根据常规方法和本发明方法制成的相应TiN栅极的栅极氧化层恒定电流的TDDB特性曲线。

图5是相应于沉积温度的TiN栅级的晶面间隔的变化曲线。

为了更详细描述本发明，本发明实施例的TiN栅极的特性将与在室温下由传统方法构成的TiN栅极进行比较。