用于FinFET的N金属制造技术

提供了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。实施例FinFET包括由半导体衬底支撑的鳍，该鳍在源极和漏极之间延伸并且具有沟道区域；以及在鳍的沟道区域上方形成的栅极堆叠件，该栅极堆叠件包括包含位于碳化钽铝(TaAlC)层相对侧上的氧化物层的N功函数金属层。

【技术实现步骤摘要】
用于FinFET的N功函数金属层
本专利技术涉及半导体器件，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。
技术介绍
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(Vt)，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。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一方面，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。根据本专利技术的另一方面，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。所述的方法还包括在所述原子层沉积室中将压力维持在约2托和约5托之间。所述的方法还包括：使用基座支撑具有所述FinFET的晶圆，所述基座具有用于加热所述晶圆的加热器；将所述第一前体和所述第二前体以脉冲方式提供到具有气体分散器的所述原子层沉积室中；以及使所述加热器与所述气体分散器间隔开约50密耳至约150密耳。根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于鳍式场效应晶体管(FinFET)的栅极堆叠件的N金属功函数组成物，包含：介于约16％至约25％范围内的铝；介于约20％至约29％范围内的碳；介于约9％至约16％范围内的钽；和介于约35％至约50％范围内的氧。在所述的N金属功函数组成物中，所述钽、所述铝和所述碳结合形成碳化钽铝(TaAlC)。在一个实施例中，所述氧发生反应从而在所述碳化钽铝(TaAlC)的相对侧上形成氧化物。附图说明为了更全面理解本专利技术及其优点，现在将参考结合附图所进行的以下描述，其中：图1示出具有包含N功函数金属层的栅极堆叠件的实施例FinFET，该N功函数金属层包括位于碳化钽铝(TaAlC)层相对侧上的氧化物层；图2示出对图1的栅极堆叠件的代表性切片的行扫描能量色散X射线谱(EDS)图；图3示出可以用于形成图1的FinFEF的栅极堆叠件中的N功函数金属层的沉积系统；图4示出形成图1的FinFET的栅极堆叠件中的N功函数金属层的实施例方法；图5示出用于形成图1的FinFET的栅极堆叠件中的N功函数金属层中的单层碳化钽铝(TaAlC)层的脉冲和清除重复工艺；图6示出两种反应模型，说明温度对形成图1的FinFET的栅极堆叠件中的N功函数金属层中的碳化钽铝(TaAlC)层的影响；图7是示出温度对具有由十一个单层形成的N功函数金属层的FinFET的平带电压(Vfb)的影响的图表。图8是示出N功函数金属层的厚度的影响的图表；图9是示出前体比率对具有由十一个单层形成的N功函数金属层的FinFET的平带电压(Vfb)的影响的图表；图10是描述用于碳化钽铝(TaAlC)层组成物的各种参数的图表。除非另有说明，不同附图中的相应标号和符号通常是指相应部件。绘制附图用于清楚地示出各实施例的相关方面而不必按比例绘制。具体实施方式在下面详细论述本专利技术优选实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的专利技术构思。所论述的具体实施例仅是说明性的，而不用于限制本专利技术的范围。将参考具体环境中的优选实施例描述本专利技术，即FinFET金属氧化物半导体(MOS)。然而，本专利技术还可以适用于其他集成电路、电子结构等。现参照图1，示出实施例FinFET10。如图所示，实施例FinFET10包括由半导体衬底14或在半导体衬底14上形成的鳍12。在实施例中，可以使半导体衬底14凹陷来形成鳍12。在实施例中，可以在半导体衬底14上外延生长鳍12。在实施例中，鳍12和半导体衬底14由硅、锗、硅锗或另一合适的半导体材料形成。如图1所示，鳍12在源极16和漏极18之间延伸并且限定位于栅极堆叠件22下方的沟道区域20。换句话说，在鳍12本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2012.12.19 US 13/720,7321.一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)层相对侧上的由碳化钽铝(TaAlC)层氧化得到的氧化物层。2.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管，其中，所述N功函数金属层包含16％至25％的铝。3.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管，其中，所述N功函数金属层包含35％至50％的氧。4.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管，其中，所述N功函数金属层包含16％至25％的铝、20％至29％的碳、7％至16％的钽和35％至50％的氧。5.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管，其中，所述N功函数金属层的厚度介于30埃至90埃之间。6.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管，其中，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。7.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管，其中，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。8.一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晶圆；将第一前体以脉冲方式提供到包括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所述第一前体；将第二前体以脉冲方式提供到包括晶圆的原子层沉积室中，所述第二前体为三乙基铝(Al(C2H5)3)；以及从包括晶圆的原子层沉积室中清除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...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭博钦，程仲良，李显铭，张文，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71