半导体装置以及其制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种半导体装置以及其制作方法，其中该半导体装置包括基底与栅极结构。栅极结构设置在基底上，且栅极结构包括氮化钛阻障层与钛铝层。钛铝层设置在氮化钛阻障层上，且钛铝层的厚度介于氮化钛阻障层的厚度的两倍至氮化钛阻障层的厚度的三倍之间。倍至氮化钛阻障层的厚度的三倍之间。倍至氮化钛阻障层的厚度的三倍之间。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置以及其制作方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体装置以及其制作方法，尤其是涉及一种具有栅极结构的半导体装置以及其制作方法。

技术介绍

[0002]半导体集成电路技术的发展不断进步，新一代产品中的电路设计比上一代产品更小，更复杂。根据创新产品的需求，每个芯片区域中功能装置的数量和密度不断增加，并且每个装置的尺寸必须相应地变小。一般来说，多晶硅常用作金属氧化物半导体(MOS)之类的半导体装置中的栅极电极。然而，随着缩小半导体装置尺寸的趋势，一般的多晶硅栅极面临例如由于硼渗透和不可避免的耗尽效应而导致的性能低下的问题。上述状况导致栅极介电层的等效厚度增加、栅极电容减小且恶化了装置的驱动力。因此，使用适合搭配高介电常数栅极介电层的功函数金属来代替传统的多晶硅栅极作为控制电极。通常，具有功函数金属和高介电常数栅极介电层的金属栅极堆叠结构是通过取代金属栅极(replacement metal gate，RMG)制作工艺形成的。RMG制作工艺的状况会直接影响金属栅极的品质以及对应半导体装置的操作表现，故如何通过改变栅极结构的设计或/及与RMG制作工艺相关的制作工艺设计来提升半导体装置的制作工艺良率一直都是相关领域人士的研究方向。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种半导体装置以及其制作方法，通过控制栅极结构中的钛铝层与氮化钛阻障层的厚度比例状况来达到改善相关制作工艺问题以及提升生产良率的效果。
[0004]本专利技术的一实施例提供一种半导体装置，包括一基底以及一栅极结构。栅极结构设置在基底上，且栅极结构包括一氮化钛阻障层以及一钛铝(titanium aluminide)层。钛铝层设置在氮化钛阻障层上，且钛铝层的厚度介于氮化钛阻障层的厚度的两倍至氮化钛阻障层的厚度的三倍之间。
[0005]本专利技术的一实施例提供一种半导体装置的制作方法，包括下列步骤。在一基底上形成一栅极结构，且栅极结构包括一氮化钛阻障层以及一钛铝层。钛铝层设置在氮化钛阻障层上，且钛铝层的厚度介于氮化钛阻障层的厚度的两倍至氮化钛阻障层的厚度的三倍之间。
附图说明
[0006]图1为本专利技术一实施例的半导体装置的示意图；
[0007]图2为本专利技术一实施例的半导体装置的制作方法流程示意图；
[0008]图3至图6为本专利技术一实施例的半导体装置的制作方法示意图，其中
[0009]图4为图3之后的状况示意图；
[0010]图5为图4之后的状况示意图；
[0011]图6为图5之后的状况示意图。
[0012]图7为本专利技术另一实施例的半导体装置的制作方法示意图。
[0013]主要元件符号说明
[0014]10
ꢀꢀꢀ
基底
[0015]22
ꢀꢀꢀ
栅极介电层
[0016]24
ꢀꢀꢀ
底部阻障层
[0017]32
ꢀꢀꢀ
间隙壁结构
[0018]34
ꢀꢀꢀ
介电层
[0019]42
ꢀꢀꢀ
功函数层
[0020]44
ꢀꢀꢀ
氮化钛层
[0021]44
’ꢀ
氮化钛阻障层
[0022]45
ꢀꢀꢀ
中间层
[0023]46
ꢀꢀꢀ
钛层
[0024]47
ꢀꢀꢀ
钛铝层
[0025]48
ꢀꢀꢀ
铝层
[0026]100
ꢀꢀ
半导体装置
[0027]GS
ꢀꢀꢀ
栅极结构
[0028]S11
ꢀꢀ
步骤
[0029]S12
ꢀꢀ
步骤
[0030]S13
ꢀꢀ
步骤
[0031]S14
ꢀꢀ
步骤
[0032]TK1
ꢀꢀ
厚度
[0033]TK2
ꢀꢀ
厚度
[0034]TK3
ꢀꢀ
厚度
[0035]TK4
ꢀꢀ
厚度
[0036]TK5
ꢀꢀ
厚度
[0037]TK6
ꢀꢀ
厚度
[0038]TK7
ꢀꢀ
厚度
[0039]TR
ꢀꢀꢀ
沟槽
[0040]Z
ꢀꢀꢀꢀ
方向
具体实施方式
[0041]以下本专利技术的详细描述已披露足够的细节以使本领域的技术人员能够实践本专利技术。以下阐述的实施例应被认为是说明性的而非限制性的。对于本领域的一般技术人员而言显而易见的是，在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，可以进行形式及细节上的各种改变与修改。
[0042]在进一步的描述各实施例之前，以下先针对全文中使用的特定用语进行说明。
[0043]用语“在
…
上”、“在
…
上方”和“在
…
之上”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在
…
上”不仅表示“直接在”某物上而且还包括在某物上且其间有其他居间特征或层的含义，并且“在
…
上方”或“在
…
之上”不仅表示在某物“上方”或“之上”的含义，而且还可以包
括其在某物“上方”或“之上”且其间没有其他居间特征或层(即，直接在某物上)的含义。
[0044]在下文中使用术语“形成”或“设置”来描述将材料层施加到基底的行为。这些术语旨在描述任何可行的层形成技术，包括但不限于热生长、溅射、蒸发、化学气相沉积、外延生长、电镀等。
[0045]请参阅图1。图1所绘示为本专利技术一实施例的半导体装置100的示意图。如图1所示，半导体装置100包括一基底10以及一栅极结构GS。栅极结构GS设置在基底10上，且栅极结构GS包括一氮化钛(titanium nitride，TiN
x
)阻障层44
’
以及一钛铝(titanium aluminide，TiAl
x
)层47。钛铝层47设置在氮化钛阻障层44
’
上，且钛铝层47的厚度(例如图1中所示的厚度TK3)介于氮化钛阻障层44
’
的厚度(例如图1中所示的厚度TK1)的两倍至氮化钛阻障层44
’
的厚度(例如厚度TK1)的三倍之间。换句话说，钛铝层47比氮化钛阻障层44
’
厚，且控制钛铝层47的厚度TK3与氮化钛阻障层44
’
的厚度TK1之间的比例状况，例如钛铝层47的厚度TK3可大于或等于氮化钛阻障层44
’
的厚度TK1的两倍且小于或等于氮化钛阻障层44
’
的厚度TK1的三倍(也就是说，厚度TK3与厚度TK1的比值可介于2到3之间)，可改善形成栅极结构GS的相关制作工艺问题并进而可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，包括：基底；以及栅极结构，设置在该基底上，其中该栅极结构包括：氮化钛阻障层；以及钛铝(titanium aluminide)层，设置在该氮化钛阻障层上，其中该钛铝层的厚度介于该氮化钛阻障层的厚度的两倍至该氮化钛阻障层的该厚度的三倍之间。2.如权利要求1所述的半导体装置，其中该钛铝层为该栅极结构中的最上层。3.如权利要求1所述的半导体装置，其中该栅极结构还包括：中间层，设置在该钛铝层与该氮化钛阻障层之间，其中该中间层直接连接该钛铝层与该氮化钛阻障层，且该中间层包括钛与氮。4.如权利要求3所述的半导体装置，其中该中间层的氮浓度在朝向该中间层与该钛铝层之间的交界面延伸的垂直方向上逐渐降低。5.如权利要求1所述的半导体装置，其中该氮化钛阻障层直接接触该钛铝层，且该氮化钛阻障层的上部的氮浓度在朝向该氮化钛阻障层与该钛铝层之间的交界面延伸的垂直方向上逐渐降低。6.如权利要求1所述的半导体装置，其中该栅极结构还包括：功函数层，设置在该氮化钛阻障层之下；底部阻障层，设置在该功函数层之下；以及栅极介电层，设置在该底部阻障层之下。7.一种半导体装置的制作方法，包括：在基底上形成栅极结构，其中该栅极结构包括：氮化钛阻障层；以及钛铝(titanium aluminide)层，设置在该氮化钛阻障层上，其中该钛铝层的厚度介于该氮化钛阻障层的厚度的两倍至该氮化钛阻障层的该厚度的三倍之间。8.如权利要求7所述的半导体装置的制作方法，其中形成该栅极结构的方法包括：在该基底上形成氮化...

【专利技术属性】
技术研发人员：许惠欣，马焕淇，游建文，周仕旻，何念葶，陈俤彬，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：