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。电浆处理。电浆处理。
【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
[0001]本揭露是关于半导体装置及其制造方法。
技术介绍
[0002]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。
技术实现思路
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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
[0006]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。
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]图4是根据本揭示的一些实施例的ALD循环的流程图；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]图6B是图6A的一部分的放大视图；
[0014]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；
[0015]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；
[0016]图8图示了根据本揭示的一些实施例的各个沉积的TiN膜的化学计量；
[0017]图9图示了根据本揭示的一些实施例的各个沉积的TiN膜的电阻率；
[0018]图10图示了根据本揭示的一些实施例的具有各个沉积的TiN膜的NMOS装置的电容与电压(C
‑
V)的曲线；
[0019]图11图示了根据本揭示的一些实施例的各个沉积的TiN膜的平带电压与等效氧化物厚度(equivalent oxide thickness；EOT)的关系；
[0020]图12图示了根据本揭示的一些实施例的各个沉积的TiN膜的有效功函数；
[0021]图13至图21B示出了根据本揭示的一些实施例的在形成多栅极装置中的中间阶段的透视图及横截面图；
[0022]图22A至图23B示出了根据本揭示的一些实施例的在形成鳍式场效晶体管(FinFET)装置中的中间阶段的透视图及横截面图；
[0023]图24至图25示出了根据本揭示的一些实施例的在形成平面装置中的中间阶段的透视图及横截面图。
[0024]【符号说明】
[0025]100:互补金属氧化物半导体装置
[0026]110:基板
[0027]120:金属栅极结构
[0028]122:栅极介电层
[0029]124:功函数金属层
[0030]124a:含钛及氮单层
[0031]124a
H
:氢原子
[0032]124a
N
:氮原子
[0033]124b:含钛及氮单层
[0034]124b
M
:Me2N
[0035]124b
N
:氮
[0036]124b
P
:含钛前驱物
[0037]124b
T
:钛原子
[0038]126:导电层
[0039]130:源极/漏极特征
[0040]200:设备
[0041]210:处理腔室
[0042]210I:入口
[0043]210O:排放出口
[0044]212:腔室壁
[0045]214:腔室底板
[0046]216:腔室顶板
[0047]220:基板支撑件
[0048]220V:基板电压源
[0049]230:电浆源
[0050]230C:上部腔室
[0051]230O:入口
[0052]240:电浆气体供应器
[0053]250:递送系统
[0054]260:气体抽空系统
[0055]261:收集器
[0056]262:自动压力控制器
[0057]263:涡轮分子泵
[0058]264:旋转泵
[0059]265:阀
[0060]270:喷淋头
[0061]272:喷淋头孔洞
[0062]400:多栅极装置
[0063]402:沟槽
[0064]410:基板
[0065]412:基板部分
[0066]420:堆叠
[0067]422:磊晶层
[0068]424:磊晶层
[0069]430:鳍
[0070]442:隔离特征
[0071]444:介电鳍结构
[0072]444a:介电层
[0073]444b:填充介电鳍
[0074]446:介电盖
[0075]450:牺牲磊晶结构
[0076]460:本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于制造一半导体装置的方法，其特征在于，包含：在一半导体基板上方，沉积一栅极介电层；以及通过一原子层沉积(ALD)工艺，在该栅极介电层上方沉积一功函数层，其中该功函数层包含一金属元素及一非金属元素，并且该ALD工艺包含多个循环，并且所述多个循环的每一者包含：将包含该金属元素的一前驱物气体引入一腔室，以在该腔室中的该半导体基板上形成一前驱物表面层；从该腔室吹净掉该前驱物气体的一剩余部分；使用包含该非金属元素的一反应性气体电浆，执行一反应性气体电浆处理，以将该前驱物表面层转化为该功函数层的一单层；从该腔室吹净掉该反应性气体电浆的一剩余部分；以及在该腔室中执行一第一惰性气体电浆处理。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在从该腔室吹净掉该反应性气体电浆的该剩余部分之后，执行该第一惰性气体电浆处理。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中该ALD工艺的所述多个循环的每一者包含：在从该腔室吹净掉该前驱物气体的该剩余部分之后并且在执行该反应性气体电浆处理之前，执行一第二惰性气体电浆处理。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：直接在该功函数层上方沉积一栅极金属，其中该功函数层是一无掺杂剂的金属氮化物层，并且该栅极介电层、该功函数层、及该栅极金属形成一栅极结构；以及在该栅极结构的相对侧上，形成n型源极/漏极特征。5.一种用于制造一半导体装...
【专利技术属性】
技术研发人员：王俊元，陈敏璋，
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：
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