專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路元件，且特別涉及在ic元件中形成一柵極結(jié)
構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體關(guān)鍵尺寸的減小，半導(dǎo)體工藝導(dǎo)入了高介電常數(shù)的柵極介電 材料。此高介電常數(shù)介電質(zhì)的介電常數(shù)較傳統(tǒng)使用的二氧化硅高，使介電層
在相似的等效氧化層厚度(equivalent oxide thickness; EOTs)下相對(duì)較厚。此 工藝也利于導(dǎo)入電阻低于傳統(tǒng)多晶硅的金屬柵極結(jié)構(gòu)。因此，含高介電常數(shù) 介電質(zhì)加上金屬柵極堆積的晶體管具有優(yōu)勢(shì)。
然而，制造高介電常數(shù)介電質(zhì)加上金屬柵極結(jié)構(gòu)的工藝面臨了挑戰(zhàn)。例 如，需要在此高介電常數(shù)介電層(例如氧化鉿；Hf02)和基材(例如硅)之間形 成一界面層。此界面層的厚度也會(huì)影響此柵極結(jié)構(gòu)的等效氧化層厚度(EOT)。 因此，當(dāng)柵極長(zhǎng)度減少時(shí)，想要控制此界面層的厚度變得越來(lái)越為嚴(yán)苛。
因此，業(yè)界需要的是一種形成柵極結(jié)構(gòu)的改良方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種半
導(dǎo)體元件的制造方法，包括提供一半導(dǎo)體基材；在該半導(dǎo)體基材上形成一 界面層；在該界面層上形成一柵極介電層；及在該柵極介電層上形成一吸氣 層(gettering layer),其中該吸氣層包含一可吸收氧氣的介電成分。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法，包含提供 一基材；在該基材上形成一界面層，其中該界面層包含一二氧化硅其具有第 一厚度；在該界面層上形成一吸氣層；及從該界面層吸收氧氣至該吸氣層以 減少該界面層的厚度至一第二厚度。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明更提供一種半導(dǎo)體的制造方法，包含提供一半導(dǎo)體基材；在該半導(dǎo)體基材上形成一界面層；在該界面層上形成一柵極介
電層；在該柵極介電層上形成一金屬吸氣層(gettering metal layer);其中該金 屬吸氣層包含一可吸收氧氣的成分；及在該基材上方的該柵極介電層上形成 一金屬柵極電極。
本發(fā)明提供了形成薄的高電常數(shù)介電質(zhì)-金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法。該方法提 供一吸氣層自一界面層移除(吸收)氧氣。進(jìn)行此吸收的動(dòng)作可縮減界面層的 厚度和/或在隨后的工藝中(包含一高溫的工藝)限制此界面層厚度增加。如此 有益于控制此柵極結(jié)構(gòu)的等效氧化層厚度。本方法提供使用一吸氧層形成在 界面層上。此吸氣層可包含一介電和/或一金屬層。此吸氣層可從此柵極堆疊 移除或保留在此結(jié)構(gòu)中。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉 出較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1為一實(shí)施例的流程圖，用以說(shuō)明形成一柵極結(jié)構(gòu)的制造方法。 圖2~圖9為一系列與圖1的流程步驟相對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體元件剖面圖。 圖IO為另一實(shí)施例的流程圖，用以說(shuō)明形成一柵極結(jié)構(gòu)的方法。 圖11-圖14為一系列與圖10的流程步驟相對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體元件剖面圖。 圖15為另一實(shí)施例的半導(dǎo)體元件剖面圖，用以說(shuō)明本發(fā)明在此半導(dǎo)體 元件上的優(yōu)點(diǎn)。
上述附圖中的附圖標(biāo)記說(shuō)明如下
202~基材；302a 最初的界面層；302b 經(jīng)再成長(zhǎng)的界面層；302c 移 除氧氣的界面層；402 柵極介電層；502~吸氣層；902 金屬柵極；1202~ 吸氣層；1502 柵極結(jié)構(gòu)；1504~基材；1506 淺溝槽隔離；1508~源/漏 極區(qū)；1510 接觸點(diǎn)；1512 接觸蝕刻終止層、1514 間隔物、1516 介電層； 1518 界面層；1520 柵極介電層；1522~蓋層；1524-金屬柵極層。
具體實(shí)施例方式
以下將先說(shuō)明在一基材上形成半導(dǎo)體元件的工藝，且特別是有關(guān)于形成 柵極結(jié)構(gòu)的說(shuō)明。在本說(shuō)明書(shū)的各種例子中可能會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的元件符號(hào)以便簡(jiǎn)化描述，但這不代表在各個(gè)實(shí)施例和/或附圖之間有何特定的關(guān)連。再者， 當(dāng)提到某一層在另一層"之上"或"上方"，可代表兩層之間直接接觸或中 間更插有其他元件或膜層。
圖1顯示本發(fā)明一實(shí)施例形成柵極電極的方法100。圖2至圖9為依照 圖1的制造步驟相對(duì)應(yīng)的工藝剖面示意圖。方法ioo可包含部分或完整的集 成電路的工藝，包含靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Static Random Access Memory; SRAM)和/或其他邏輯電路、有源元件例如P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(P-channel field effect transistor; PFET)、 N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channel field effect transistor; NFET)，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)型金 屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)(CMOS)晶體管、雙極晶體管(bipolartransistors)、高功 率晶體管(high voltage transistor)、高頻晶體管(high frequency transistors)、 存儲(chǔ)單元(memory cells)或前述的組合。
本方法100的起始步驟102為提供一基材例如晶片。在圖2的例子中為 提供一基材202。在一實(shí)施例中，此基材202為包含一晶體結(jié)構(gòu)的硅基材例 如晶片。此基材202可包含各種已公知且依照需求設(shè)計(jì)配置的摻質(zhì)(dopant)， 例如p型基材或n型基材。其他例子中的基材202也包含其他元素半導(dǎo)體例 如鍺及鉆石?；蛘?，此基材202可包含一化合物半導(dǎo)體例如碳化硅(SiC)、砷 化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)或磷化銦(InP)。更進(jìn)一步的，此基材202可選擇 性的包含一外延層(epitaxial layer; epi layer)可扭曲以增進(jìn)效能，和/或包含 一絕緣層上覆硅(Silicon on Insulator; SOI)結(jié)構(gòu)。更佳的實(shí)施例中，此基材 202可包含形成上述的多種元件，包含有源區(qū)、隔離區(qū)例如淺溝槽隔離 (Shallow Trench Isolation; STI)，和/或其他已公知的元件。
步驟104(方法100)為在此基材上形成一界面層。在圖3的例子中， 一界 面層302a形成于此基材202上。此界面層可包含硅、氧和/或氮。在一實(shí)施 例中，此界面層302a包含二氧化硅。在一實(shí)施例中，此界面層302a的厚度 tl約為6到8埃(A)。在另一實(shí)施例中，可用原子層沉積(ALD)或其他合 適的工藝形成此界面層302a(此柵極結(jié)構(gòu)的界面層在圖3至圖9的實(shí)施例中 注解為302x， x可為"a" 、 "b"或"c"用以代表此界面層的厚度)。.
步驟106(方法100)為在此基材上形成一柵極介電層。此柵極介電層可形 成在此界面層上。在一實(shí)施例中，柵極介電層包含一高介電常數(shù)材料。在圖4的例子中，柵極介電層402包含一高介電常數(shù)材料。在一實(shí)施例中，此高 介電常數(shù)包含氧化鉿(Hf02)。在其他例子中，此高介電常數(shù)包含HfSiO、 HfSiON、 HfTaO、 HfTiO、 HfZrO或前述的組合和/或其他合適的材料。在一 實(shí)施例中，額外的膜層例如蓋層(capping layers)和/或緩沖層，可形成在此界 面層上方，在柵極介電層之上及/或之下。例如'， 一蓋層可形成在此柵極介電 層與一隨后沉積的金屬柵極電極之間。此蓋層可包含一介電質(zhì)或可為包含金 屬氧化物成分(例如鈦及二氧化鈦)的金屬。可用原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相 沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、氧化或其他合適的工藝形成此柵極介電層。
如圖4所示，此界面層可增加厚度成為界面層302b。厚度增加是由于制 造此柵極介電層的工藝(例如高溫工藝)造成的影響，例如制造柵極介電層402 和/或其他像是蓋層或緩沖層的夾層。在一實(shí)施例中，原子層沉積(ALD)工藝 (例如形成一柵極介電層)可增加此界面層的厚度。在一實(shí)施例中，此界面層 302b的厚度t2約為10到12埃(A)。
此界面層厚度的增加可能會(huì)造成柵極介電質(zhì)的厚度增加，對(duì)等效氧化層 厚度(EOT)帶來(lái)負(fù)面效果，特別會(huì)使柵極長(zhǎng)度的減小受限。因此，最好能減 少或防止界面層的厚度有所增長(zhǎng)。
步驟108(方法100)為形成一吸氣層(gettering layer)。此吸氣層提供氧氣 由界面層被吸收(或遷移)至吸氣層?？捎迷訉映练e(ALD)、化學(xué)氣相沉積 (CVD)、物理氣相沉積(PVD)、氧化或其他合適的工藝形成此吸氣層。圖5 顯示為此吸氣層502的形成。
在一實(shí)施例中，此吸氣層502為一可吸收氧氣的介電層。此介電層可包 含一富含硅的介電材料。在一實(shí)施例中，此介電層包含含氮的介電質(zhì)用以吸 收氧氣。在一些實(shí)施例中，可吸收氧氣的介電層材料包含氮化硅(SiN)、氮氧 化硅(SiON)、碳化硅(SiC)、鍺化硅(SiGe)和/或其他合適的成分。在一實(shí)施例 中，此吸氣層502為一可吸收氧氣的金屬層。此可吸收氧氣的金屬層包含金 屬化合物和/或金屬合金，包含鈦、鉭、鋯、鉿、鎢、鉬或前述的組合。
此吸氣層502可包含多個(gè)吸氣層。在一實(shí)施例中，此吸氣層502包含一 介電層及一金屬層。例如，包含一可收集氧氣的金屬層及一富含硅的介電層 和/或含氮的介電質(zhì)。
步驟IIO(方法100)為進(jìn)行氧氣吸收。由吸氣層向界面層吸收(或遷移)氧氣。步驟110于在沉積吸氣層時(shí)同時(shí)和/或隨后進(jìn)行，可參考步驟108。如圖 6所示，氧氣由界面層302b被吸收至吸氣層502。此吸氣作用包含從界面層 302b釋放氧氣、擴(kuò)散(或遷移)氧氣、在吸氣位置(吸氣層502)抓住氧氣。進(jìn)行 氧氣的吸收，特別是從界面層302b釋放氧氣，包含一熱工藝(例如暴露在一 高溫下)。吸收氧氣可使界面層厚度減小，也會(huì)使吸氣層的厚度增加。如圖7 所示， 一界面層302c為由一界面層302b的氧氣被吸收所形成。在一實(shí)施例 中，此界面層302c的厚度t3約為0-5埃(A)。
在一實(shí)施例中，方法100接著進(jìn)行額外的高溫工藝。例如，進(jìn)行一退火 工藝可穩(wěn)定此高介電常數(shù)介電質(zhì)和/或其他包含在柵極結(jié)構(gòu)中的夾層。因?yàn)槲?氣層的存在，此工藝可在完成時(shí)使界面層僅有極小的或沒(méi)有再成長(zhǎng)產(chǎn)生。此 高溫工藝可包含一高溫爐(furnace)、快速熱退火(rapid thermal anneal)、激光 尖峰退火(laser spike anneal)、閃光退火(flash anneal)和/或其他合適工藝。
步驟112(方法100)為進(jìn)行吸氣層的移除?？捎酶晌g刻、等離子體、濕蝕 亥lJ、剝離(stripping)、化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)和/或其他合適工藝來(lái)移除此吸氣層。 以圖8所示為例， 一柵極堆疊包含基材202、界面層302c及柵極介電質(zhì)402。 在一實(shí)施例中，可省略步驟112使一個(gè)或多個(gè)吸氣層仍保留在基材上。在另 一實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)吸氣層仍保留在基材上并影響一金屬柵極結(jié)構(gòu)的功 函數(shù)。
步驟U4(方法IOO)為在此柵極介電質(zhì)上方形成一金屬柵極。以圖9所示 為例，此金屬柵極902形成在柵極介電層402上。此金屬柵極902可包含一 層或多層，包含鈦、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、鉭、碳化鉭(TaC)、氮化鉭 硅化物(TaSiN)、鎢、氮化鎢(WN)、氮化鉬(MoN)、氮氧化鉬(MoON)、氧化 釕(Ru02)和/或其他合適材料。此柵極可包含一層或多層并由物理氣相沉積 (PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、電鍍(plating)和/或 其他合適工藝形成。在一些實(shí)施例中，金屬可沉積包含P型金屬材料及N型 金屬材料。P型金屬材料包含的成分為例如釕、鈀、鉑、鈷、鎳及導(dǎo)電金屬 氧化物，和/或其他合適材料。N型金屬材料包含的成分為例如鉿、鋯、鈦、 鉭、鋁、金屬碳化物(例如碳化鉿、碳化鋯、碳化鉿、碳化鈦、碳化鋁)、 鋁化物(aluminides)和/或其他合適材料。除了功函數(shù)金屬(例如填充金屬)之 外，也可沉積其他材料，包含氮化鈦(titaniumnitride)、鎢、鈦、鋁、鉭、
8氮化鉭、鈷、銅、鎳和/或其他合適材料。此金屬柵極可包含蓋層。
在一些實(shí)施例中，方法100可進(jìn)行包括更進(jìn)一步的步驟，例如形成內(nèi)連
線、接觸點(diǎn)(contacts)、蓋層和/或其他合適的元件。方法100可包含一"后柵 極"(gatelast)工藝，其中金屬柵極為形成在一溝槽中。此溝槽是由移除一虛 置柵極結(jié)構(gòu)(例如犧牲多晶硅柵極)形成?；蛘?，方法100可包含一 "前柵 極"(gatefirst)工藝。
本發(fā)明提供一種形成一柵極結(jié)構(gòu)的方法1000，其流程圖如圖IO所示。 本方法1000可用于形成一使界面層厚度減少和/或會(huì)在隨后限制界面層厚度 增加的金屬柵極。步驟1002 (方法1000)為提供一基材。此基材可與圖2 中的基材202相類(lèi)似。
步驟1004 (方法1000)為在此基材上形成一界面層。此界面層可與圖3 中的界面層302相類(lèi)似。例如在一實(shí)施例中，此界面層包含二氧化硅。
步驟1006 (方法1000)為在此基材上形成一柵極介電層。此柵極介電 層可與圖4中的柵極介電層402相類(lèi)似。例如在一實(shí)施例中，此柵極介電層 包含一高介電常數(shù)介電質(zhì)。在一些實(shí)施例中，除了此柵極介電層，還可形成 一個(gè)或多個(gè)額外的膜層，包含蓋層、緩沖層及類(lèi)似物形成在此柵極介電層之 上或是之下。
步驟1008 (方法1000)為在此基材上方的柵極介電層上形成一柵極電 極。在一實(shí)施例中，形成一金屬層。此柵極可與圖9中的柵極電極902相類(lèi) 似。此柵極可直接形成在高介電常數(shù)介電層上方或在蓋層或緩沖層上，并可 包含多個(gè)層。此柵極至少包含一個(gè)功函數(shù)金屬層。以圖11所示為例，此金 屬柵極902形成在基材202上方，且特別是在此金屬柵極402(和/或包含其他 蓋層、緩沖層)上。
步驟IOIO(方法1000)為在此金屬柵極上形成一吸氣層。此吸氣層包含一 可吸收氧氣的材料。在一實(shí)施例中，此吸氣層包含一可吸收氧氣的金屬成分。 在一些實(shí)施例中，此金屬成分包含元素金屬、化合物或合金，包含鈦、鉭、 鋯、鉿、鎢、鉬其中的組合和/或其他合適材料。以圖12所示為例，此吸氣 層1202形成在金屬柵極902上。此吸氣層1202可包含多個(gè)層。此吸氣層1202 可與圖5中的吸氣層502相類(lèi)似。
步驟1012(方法1000)為自界面層吸收氧氣，使用吸氣層向界面層作吸收。以圖13所示為例，氧氣是由界面層302b被吸收至吸氣層1202。此吸收 動(dòng)作包含從界面層302b釋放氧氣、擴(kuò)散(或遷移)氧氣、在吸氣位置(吸氣層 1202)抓住氧氣。進(jìn)行氧氣的吸收，特別是從界面層302b釋放氧氣包含一熱 工藝(例如暴露在高溫下來(lái)開(kāi)始釋放)。吸收氧氣可使界面層厚度減小。如圖 14所示， 一界面層302c為由縮減圖13的界面層302b所形成。在一實(shí)施例 中，此界面層302c的厚度t4約為0-5埃(A)。如此，此柵極結(jié)構(gòu)1300的形 成包含此厚度縮小的界面層302c。
在一實(shí)施例中，本方法1000接著進(jìn)行一額外的高溫工藝。例如，進(jìn)行 一退火工藝可穩(wěn)定此高介電常數(shù)介電質(zhì)和/或其他包含在柵極結(jié)構(gòu)中的夾層。 因?yàn)槭諝鈱拥拇嬖?，此工藝可在完成時(shí)使界面層僅有極小的或沒(méi)有再成長(zhǎng)產(chǎn) 生。此高溫工藝可包含一高溫爐(fiirnace)、快速熱退火(rapid thermal anneal)、 激光尖峰退火(laser spike anneal)、閃光退火(flash anneal)和/或其他合適工藝。
在一實(shí)施例中，方法1000為進(jìn)行吸氣層的移除。可用干蝕刻、等離子 體、濕蝕刻、剝離(stripping)、化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)和/或其他合適工藝來(lái)移除 此吸氣層。在一其他的實(shí)施例中，此吸氣層仍保留在此柵極結(jié)構(gòu)上。在一實(shí) 施例中，此吸氣層可用以調(diào)整或提供此金屬柵極的功函數(shù)。
在一些實(shí)施例中，方法1000可進(jìn)行包括更進(jìn)一步的步驟，例如形成內(nèi) 連線、接觸點(diǎn)(contacts);蓋層和/或其他合適的元件。方法1000可包含"后 柵極"工藝，其中金屬柵極是形成在一溝槽中。此溝槽是由移除一虛置柵極 結(jié)構(gòu)(例如犧牲多晶硅柵極)形成?；蛘?，方法1000可包含一 "前柵極" 工藝。
圖15顯示本發(fā)明一裝置1500，其包含柵極結(jié)構(gòu)1502。此裝置1500包 含基材1504、淺溝槽隔離1506、源/漏極區(qū)1508、接觸點(diǎn)(contacts)1510、接 觸蝕刻終止層(contact etch stop layer; CESL)1512、間隔物1514、介電層(例 如層間介電層；ILD)1516。此柵極結(jié)構(gòu)1502包含界面層1518、柵極介電層 1520、蓋層1522及金屬柵極層1524。此裝置1500可使用方法100、方法1000 和/或僅用它們的部分步驟來(lái)完成。此裝置1500可用一后柵極或前柵極的工 藝來(lái)制造。
基材1504可與圖2中的基材202相類(lèi)似。此淺溝槽隔離1506形成在基 材1504上并可用于隔離一個(gè)或多個(gè)元件(例如晶體管)。此淺溝槽隔離1506可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氟摻雜硅玻璃(FSG)和/或一低介電常數(shù) 材料。其他的隔離方法和/或元件也可適用。此淺溝槽隔離1506可使用像是 反應(yīng)式離子蝕刻(reactive ion etch; RIE)的工藝形成溝槽，接著將此溝槽填滿 介電材料然后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝。
間隔物1514可在柵極結(jié)構(gòu)1502的兩側(cè)形成。此間隔物1514的形成可 擇自氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、硅化碳、氟摻雜硅玻璃、 一低介電常數(shù)介 電材料及前述的組合，和/或其他合適材料。此間隔物1514可擁有一層多層 結(jié)構(gòu)，例如包含一個(gè)或多個(gè)襯層(linerlayers)。此襯層可包含一介電材料例如 氧化硅、氮化硅和/或其他合適材料。此間隔物1514的形成方法包含沉積適 當(dāng)?shù)慕殡姴牧霞案飨虍愋缘奈g刻此材料以形成間隔物1514的輪廓。
源/漏極區(qū)1508包含輕摻雜源/漏極區(qū)及重?fù)诫s源/漏極區(qū)，配置在鄰近于 此柵極結(jié)構(gòu)1502的基材1504上。此源/漏極區(qū)1508可依據(jù)所想要的晶體管 結(jié)構(gòu)注入p型或n型摻質(zhì)或雜質(zhì)進(jìn)入此基材1504。此源/漏極區(qū)1508的形成 方法可包含光刻技術(shù)(photolithography)、離子注入、擴(kuò)散和/或其他合適工藝。 此接觸點(diǎn)1510與源/漏極區(qū)1508相連接，可包含硅化物(silicide)。
接觸點(diǎn)1510可通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)硅化(salicide)工藝形成在源/漏極區(qū)1508上。 此接觸點(diǎn)可包含硅化鎳(nickel silicide)、硅化鈷(cobalt silicide)、硅化鎢 (tungsten silicide)、硅化鉭(tantalum silicide)、硅化鈦(titanium silicide)、硅化 銷(xiāo)(platinum silicide)、硅4七鉺(erbium silicide)、硅化鈀(palladium silicide)或前 述的組合。此接觸蝕刻終止層(CESL)1512可由氮化硅、氮氧化硅和/或其他 合適材料形成。此接觸蝕刻終止層(CESL)1512可選擇使用基本上能對(duì)此半導(dǎo) 體基材1500的一個(gè)或多個(gè)元件有蝕刻選擇性的成分。
介電層1516(例如一層間介電層)可配置在此基材上方的接觸蝕刻終止層 (CESL)1512上，并可由化學(xué)氣相沉積(CVD)、高密度等離子體CVD、旋涂 (spin-on)、濺鍍(sputtering)或其他合適方法形成。此介電層1516可包含氮化 硅、氮氧化硅或一低介電常數(shù)材料。在一實(shí)施例中，此介電層1516為一高 密度等離子體(high density plasma; HDP)介電質(zhì)。
界面層1518可包含硅、氧和/或氮。在一實(shí)施例中，此界面層1518包含 二氧化硅。此界面層1518的厚度約小于5埃(A)。此界面層1518可用原子層 沉積(ALD)或其他合適的方法形成。此柵極介電層1520可與圖4中的柵極介電層402相類(lèi)似。在一實(shí)施例中，此柵極介電層1520包含一高介電常數(shù)介 電質(zhì)。此蓋層1522可包含金屬氧化物、金屬合金氧化物、介電質(zhì)和/或其他 合適材料。在一實(shí)施例中，可省略此蓋層1522。此金屬柵極1524形成此柵 極結(jié)構(gòu)1502的柵極電極。此金屬柵極可包含多層，例如多個(gè)金屬層。此金 屬柵極1524可包含功函數(shù)層、填充層(filllayer)、蓋層和/或其他可在一金屬 電極結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的合適的膜層。此金屬柵極1524可包含一層或多層，包含鈦、 氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、鉭、碳化鉭(TaC)、氮化鉅硅化物(TaSiN)、鎢、 氮化鉤(WN)、氮化鉬(MoN)、氮氧化鉬(MoON)、氧化釕(Ru02)或前述的組 合。此金屬柵極1524可包含一或多層，可由物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相 沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、電鍍(plating)和/或其他合適工藝形成。在一 些實(shí)施例中，此金屬材料可包含P型金屬材料及N型金屬材料。P型金屬材 料包含的成分為例如釕、鈀、鉑、鈷、鎳及導(dǎo)電金屬氧化物，和/或其他合適 材料。N型金屬材料包含的成分為例如鉿、鋯、鈦、鉭、鋁、金屬碳化物(例 如碳化鉿、碳化鋯、碳化鉿、碳化鈦、碳化鋁)、鋁化物(aluminides)和/或其 他合適材料。除了 P型和/或N型金屬之外， 一填充金屬可部分沉積或完全 填充剩余的溝槽。此填充金屬可包含氮化鈦(TiN)、鎢、鈦、鋁、鉭、氮化鉭 (TaN)、鈷、銅、鎳和/或其他合適材料。此填充金屬可用物理氣相沉積(PVD)、 化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、電鍍(plating)禾l]/或其他合適工藝沉 積。其他層可存在于此裝置1500上，包含吸氣層、蓋層、緩沖層、金屬層、 內(nèi)連線和/或其他己公知的元件。
綜上所述，本發(fā)明提供了形成薄的高電常數(shù)介電質(zhì)-金屬柵極結(jié)構(gòu)的方 法。該方法提供一吸氣層自一界面層移除(吸收)氧氣。進(jìn)行此吸收的動(dòng)作可 縮減界面層的厚度和/或在隨后的工藝中(包含一高溫的工藝)限制此界面層 厚度增加。如此有益于控制此柵極結(jié)構(gòu)的等效氧化層厚度。本方法提供使用 一吸氧層形成在界面層上。此吸氣層可包含一介電和/或一金屬層。如上述所 說(shuō)，此吸氣層可從此柵極堆疊移除或保留在此結(jié)構(gòu)中。
雖然本發(fā)明已以數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明， 任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可 作任意的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的 范圍為準(zhǔn)。
1權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，包括提供一半導(dǎo)體基材；在該半導(dǎo)體基材上形成一界面層；在該界面層上形成一柵極介電層；及在該柵極介電層上形成一吸氣層，其中該吸氣層包含一可吸收氧氣的介電成分。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該界面層包含二氧 化硅。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該吸氣層擇自下列組成的族群氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、鍺化硅及前述的組合。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，還包含 使氧氣自該界面層遷移至該吸氣層以減少該界面層的厚度。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，還包含 移除該吸氣層，及在該高介電常數(shù)介電層上形成一柵極電極，其中該柵極電極包含金屬。
6. —種半導(dǎo)體元件的制造方法，包含 提供一基材；在該基材上形成一界面層，其中該界面層包含一二氧化硅其具有第一厚度；在該界面層上形成一吸氣層；及從該界面層吸收氧氣至該吸氣層以減少該界面層的厚度至一第二厚度。
7. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中使該厚度減少的步 驟包含一高溫工藝。
8. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，還包含 移除該吸氣層；及沉積一金屬層以形成一柵極結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該第二厚度約小于 5埃(A)。
10. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，還包含在該吸氣層之下形成一金屬電極。
11. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該吸氣層包含一可 吸收氧氣的介電質(zhì)或金屬。
12. —種半導(dǎo)體元件的制造方法，包含提供一半導(dǎo)體基材； 在該半導(dǎo)體基材上形成一界面層； 在該界面層上形成一柵極介電層；在該柵極介電層上形成一金屬吸氣層；其中該金屬吸氣層包含一可吸收 氧氣的成分；及在該基材上方的該柵極介電層上形成一金屬柵極電極。
13. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該金屬吸氣層包 含一金屬擇自下列組成的族群鈦、鉭、鋯、鉿、鎢、鉬及前述的組合。
14. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該金屬柵極電極 的形成包含移除該金屬吸氣層。
15. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該金屬柵極電極 的形成包含在該金屬吸氣層之下形成該金屬柵極電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過(guò)減少柵極結(jié)構(gòu)中界面層厚度來(lái)維持等效氧化層厚度的半導(dǎo)體元件的制造方法。該方法包括一界面層形成在一基材上；一柵極介電層例如高介電常數(shù)介電質(zhì)形成此界面層上；一吸氣層形成在此基材上方的界面層上，此吸氣層有自界面層吸收氧氣的功能，可使界面層的厚度減小和/或限制此界面層成長(zhǎng)。本發(fā)明有益于控制柵極結(jié)構(gòu)的等效氧化層厚度。其中吸氣層可包含一介電和/或一金屬層，此吸氣層可從此柵極堆疊移除或保留在此結(jié)構(gòu)中。
文檔編號(hào)H01L21/283GK101661883SQ20091014183
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者侯永田, 徐鵬富, 洪正隆, 趙元舜, 陳建豪, 黃國(guó)泰 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司