半导体器件及其形成方法技术

本公开涉及半导体器件及其形成方法。一种器件包括：半导体鳍；位于半导体鳍的侧壁和顶表面上的栅极堆叠。栅极堆叠包括：高k电介质层；与高k电介质层的底部交叠的功函数层；以及与功函数层的第二底部交叠的阻挡层。低电阻金属层与功函数层和阻挡层交叠并接触。低电阻金属层具有的电阻率值低于功函数层和阻挡层两者的第二电阻率值。栅极间隔件与栅极堆叠的侧壁接触。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其形成方法
本公开一般地涉及半导体器件及其形成方法。
技术介绍
金属氧化物半导体(MOS)器件通常包括金属栅极，其被形成为解决传统多晶硅栅极中的多耗尽效应。当所施加的电场从靠近栅极电介质的栅极区域清除载流子时发生多晶硅耗尽效应，形成耗尽层。在n掺杂多晶硅层中，耗尽层包括电离的非移动供体位点，其中，在p掺杂多晶硅层中，耗尽层包括电离的非移动受体位点。耗尽效应导致有效栅极电介质厚度增加，使得更难在半导体的表面上形成反型层。金属栅极可以包括多个层以满足NMOS器件和PMOS器件的要求。金属栅极的形成通常涉及沉积多个金属层，用钨形成填充金属区域，然后执行化学机械抛光(CMP)工艺以去除金属层的多余部分。金属层的其余部分为金属栅极。
技术实现思路
根据本公开的一个实施例，提供了一种半导体器件，包括：第一半导体鳍；第一栅极堆叠，位于所述第一半导体鳍的侧壁和顶表面上，其中，所述第一栅极堆叠包括：高k电介质层；功函数层，与所述高k电介质层的第一底部交叠；第一阻挡层，与所述功函数层的第二底部交叠；以及第一低电阻金属层，与所述功函数层和所述第一阻挡层交叠并接触，其中，所述第一低电阻金属层具有第一电阻率值，所述第一电阻率值低于所述功函数层和所述第一阻挡层两者的第二电阻率值；以及第一栅极间隔件，与所述第一栅极堆叠的侧壁接触。根据本公开的另一实施例，提供了一种半导体器件，包括：高k电介质层；功函数层，位于所述高k电介质层上方并与所述高k电介质层接触；阻挡区域，位于所述功函数层上方并与所述功函数层接触；金属层，位于所述功函数层和所述阻挡区域上方并与所述功函数层和所述阻挡区域接触，其中，所述金属层是平面的，并且所述金属层不含延伸至所述阻挡区域中的部分；栅极间隔件，位于所述高k电介质层的侧壁上；以及电介质填充区域，与所述栅极间隔件、所述高k电介质层和所述金属层交叠并接触。根据本公开的又一实施例，提供了一种用于形成半导体器件的方法，包括：在半导体区域上方形成虚设栅极堆叠；在所述虚设栅极堆叠的相对侧形成栅极间隔件；用替换栅极堆叠来替换所述虚设栅极堆叠，其中，所述替换栅极堆叠包括：栅极电介质层；功函数层，位于所述栅极电介质层上方；以及高电阻导电层，位于所述功函数层上方；深蚀刻所述替换栅极堆叠和所述栅极间隔件；以及在所述功函数层和所述高电阻导电层上沉积金属层。附图说明在结合附图阅读下面的具体实施方式时，可以从下面的具体实施方式中最佳地理解本公开。应当注意，根据行业的标准做法，各种特征不是按比例绘制的。事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意增大或减小。图1-图6、图7A、图7B、图8A、图8B和图9-图15示出了根据一些实施例的形成鳍式场效应晶体管(FinFET)的中间阶段的截面视图和透视图。图16示出了根据一些实施例的FinFET的平面视图。图17示出了根据一些实施例的用于形成FinFET的工艺的流程图。具体实施方式下面的公开内容提供了用于实现本专利技术的不同特征的许多不同的实施例或示例。下文描述了组件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例而不意图是限制性的。例如，在下面的说明中，在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一特征和第二特征的实施例，并且还可以包括可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。此外，本公开可以在各种示例中重复参考标号和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且本身并不表示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。此外，本文中可能使用了空间相关术语(例如，“下方”、“之下”、“下”、“上层”、“上”等)，以易于描述图中所示的一个要素或特征相对于另外(一个或多个)要素或(一个或多个)特征的关系。这些空间相关术语意在涵盖器件在使用或工作中除了图中所示朝向之外的不同朝向。装置可能以其他方式定向(旋转90度或处于其他朝向)，并且本文中所用的空间相关描述符同样可能被相应地解释。根据一些实施例，提供了晶体管及其形成方法。根据一些实施例，示出了形成晶体管的中间阶段。讨论了一些实施例的一些变型。贯穿各个视图和说明性实施例，相同的参考标号用于指示相同的元件。尽管方法实施例可以被讨论为以特定顺序执行，但是其他方法实施例可以以任何逻辑顺序执行。根据实施例，以形成鳍式场效应晶体管(FinFET)为例来解释本公开的概念。其他类型的晶体管(例如平面晶体管)也可以采用本公开的概念。根据本专利技术的一些实施例，形成用于FinFET的金属(替换)栅极。然后对金属栅极进行蚀刻和凹陷，从而产生凹槽。在凹陷的金属栅极上方并与之接触地形成低电阻率导电层。低电阻率导电层的电阻率低于金属栅极中各层的电阻率，从而降低了金属栅极的整体栅极电阻。图1-图6、图7A、图7B、图8A、图8B和图9-图15示出了根据本公开的一些实施例的形成FinFET的中间阶段的截面视图和透视图。这些图中所示的工艺也示意性地反映在图17中所示的工艺流300中。参考图1，提供衬底20。衬底20可以是半导体衬底，例如体半导体衬底、绝缘体上半导体(SOI)衬底等，其可以被掺杂(例如，用p型或n型掺杂剂)或未掺杂。半导体衬底20可以是晶圆10的一部分，例如硅晶圆。通常，SOI衬底是在绝缘体层上形成的半导体材料层。绝缘体层可以是例如掩埋氧化物(BOX)层、氧化硅层等。绝缘体层设置在衬底上，通常为硅或玻璃衬底。也可以使用其他衬底，例如，多层或梯度衬底。在一些实施例中，半导体衬底20的半导体材料可以包括硅；锗；化合物半导体，包括碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟；合金半导体，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP；或其组合。进一步参考图1，在衬底20中形成阱区域22。相应的工艺在图17所示的工艺流程300中被示为工艺302。根据本公开的一些实施例，阱区域22是通过将p型杂质(可以是硼、铟等)注入到衬底20中而形成的p型阱区域。根据本公开的其他实施例，阱区域22是通过将n型杂质(可以是磷、砷、锑等)注入到衬底20中而形成的n型阱区域。所形成的阱区域22可以延伸到衬底20的顶表面。n型或p型杂质浓度可以等于或小于1018cm-3，例如，在约1017cm-3和约1018cm-3之间的范围内。参考图2，隔离区域24被形成为从衬底20的顶表面延伸到衬底20中。在下文中，隔离区域24可选地称为浅沟槽隔离(STI)区域。相应的工艺在图17中所示的工艺流程300中被示为工艺304。衬底20在相邻的STI区域24之间的部分被称为半导体条带26。为了形成STI区域24，在半导体衬底20上形成衬垫氧化物层28和硬掩模层30，然后对其进行图案化。衬垫氧化物层28可以是由氧化硅形成的薄膜。根据本公开的一些实施例，在热氧化工艺中形成衬垫氧化物层28，其中，半导体衬底20的顶表面层被氧化。衬垫氧化物层28用作半导体衬底20与硬掩模层30之间的粘合层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：/n第一半导体鳍；/n第一栅极堆叠，位于所述第一半导体鳍的侧壁和顶表面上，其中，所述第一栅极堆叠包括：/n高k电介质层；/n功函数层，与所述高k电介质层的第一底部交叠；/n第一阻挡层，与所述功函数层的第二底部交叠；以及/n第一低电阻金属层，与所述功函数层和所述第一阻挡层交叠并接触，其中，所述第一低电阻金属层具有第一电阻率值，所述第一电阻率值低于所述功函数层和所述第一阻挡层两者的第二电阻率值；以及/n第一栅极间隔件，与所述第一栅极堆叠的侧壁接触。/n

【技术特征摘要】
20190916 US 16/571,8791.一种半导体器件，包括：
第一半导体鳍；
第一栅极堆叠，位于所述第一半导体鳍的侧壁和顶表面上，其中，所述第一栅极堆叠包括：
高k电介质层；
功函数层，与所述高k电介质层的第一底部交叠；
第一阻挡层，与所述功函数层的第二底部交叠；以及
第一低电阻金属层，与所述功函数层和所述第一阻挡层交叠并接触，其中，所述第一低电阻金属层具有第一电阻率值，所述第一电阻率值低于所述功函数层和所述第一阻挡层两者的第二电阻率值；以及
第一栅极间隔件，与所述第一栅极堆叠的侧壁接触。


2.根据权利要求1所述的器件，还包括：接触蚀刻停止层，所述接触蚀刻停止层包括与所述第一栅极间隔件的侧壁接触的垂直部分，其中，所述垂直部分延伸高于所述第一栅极间隔件。


3.根据权利要求2所述的器件，还包括：电介质填充区域，所述电介质填充区域位于所述第一栅极间隔件和所述高k电介质层上方并与所述第一栅极间隔件和所述高k电介质层接触，其中，所述电介质填充区域还与所述接触蚀刻停止层的垂直部分接触。


4.根据权利要求3所述的器件，其中，所述电介质填充区域包括低k电介质材料。


5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述高k电介质层具有第一顶部边缘，并且所述第一栅极间隔件具有第二顶部边缘，并且其中，所述第一顶部边缘高于所述第二顶部边缘。


6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述高k电介质层具有第一顶部边缘，并且所述第一栅极间隔件具有第二顶部边缘，并且其中，所述第一顶部边缘低于所述第二顶部边...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴仲强，陈柏成，黄国展，钟鸿钦，李显铭，陈建豪，
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