專利名稱：制造具有柵極堆疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體而言，涉及一種制 造具有柵極堆疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法。
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體而言，涉及一種 具有柵極堆疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通過(guò)堆疊多晶硅和鵠形成的鎢多晶硅柵電極具有非常低的電阻，該 非常低的電阻為通過(guò)堆疊多晶硅和硅化鎢所形成的多晶硅/硅化鎢 (Poly-Si/WSix)柵電極的電阻的約1/5~1/10。因此，鵠多晶硅柵電極 是制造亞-60nm存儲(chǔ)器件所必需的。
圖1A 1C描述典型鴒多晶硅柵極堆疊結(jié)構(gòu)。如圖1A所示，通過(guò)順 序堆疊多晶硅層ll、氮化鎢(WN)層12和鎢(W)層13以形成鎢多 晶硅柵極堆疊結(jié)構(gòu)。WN層12作為擴(kuò)散阻擋層。
在隨后退火過(guò)程或柵極再氧化過(guò)程期間，使WN層12中的氮在鎢層 13和多晶硅層11之間分解成例如SiNx和SiOxNy的非均勻絕緣層。該 非均勻絕緣層具有約2nm ~ 3nm范圍的厚度。因此，在數(shù)百兆赫(MHz ) 的操作頻率和1.5V或更小的操作電壓下可能導(dǎo)致例如信號(hào)延遲的器件 錯(cuò)誤。最近，已在多晶硅層ll和WN層12間形成作為擴(kuò)散阻擋層的薄 硅化鴒(WSix)或鈦(Ti)層，以防止在鵠層13和多晶硅層11間形成 Si國(guó)N鍵。
如圖IB所示，如果在多晶硅層11和WN層12之間形成硅化鴒 (WSix)層14，則通過(guò)在形成WN層12期間所使用的氮等離子體在 WSL層14上形成W-Si-N鍵。眾所周知W-Si-N是具有金屬特性的良好 擴(kuò)散阻擋層。
如圖1C所示，如果在多晶硅層11和WN層12之間形成鈦(Ti) 層15，則在形成WN層12期間的反應(yīng)性濺射過(guò)程中氮等離子體將鈦層 15的Ti轉(zhuǎn)變成氮化鈦(TiN)。 TiN層作為擴(kuò)散阻擋層。結(jié)果，雖然在 后續(xù)熱過(guò)程期間使WN層12分解，但是TiN防止氮向多晶硅11擴(kuò)散出 來(lái)，因此，可有效地減少Si-N的形成。
然而，如果將鵠多晶硅柵極應(yīng)用到雙多晶硅柵極(也就是，N-型金 屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NMOSFET )的]\+-型多晶硅柵極和P-型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMOSFET )的P、型多晶硅柵極)， 如果在鵠多晶硅柵極中使用WSi/WN擴(kuò)散阻擋結(jié)構(gòu)，則可以大幅增加 鴒層和？+-型多晶硅層之間的接觸電阻。相反，如果在鎢多晶珪柵極中 使用Ti/WN擴(kuò)散阻擋結(jié)構(gòu)，則鵠層和？+-型多晶硅層之間的接觸電阻較 低而與多晶硅摻雜種類無(wú)關(guān)。
在PM0SFET的？+-型多晶硅的情況中，在作為實(shí)際操作模式的反轉(zhuǎn) 態(tài)下可能產(chǎn)生多晶硅耗盡效應(yīng)。多晶硅耗盡效應(yīng)的產(chǎn)生可能取決于保留 在P、型多晶硅內(nèi)的硼的量。
在WSix/WN擴(kuò)散阻擋結(jié)構(gòu)中可能產(chǎn)生比在Ti/WN擴(kuò)散阻擋結(jié)構(gòu)中 更大的多晶硅耗盡效應(yīng)。因此，WSix/WN擴(kuò)散阻擋結(jié)構(gòu)可能降低晶體 管特性。結(jié)果，因?yàn)門i/WN擴(kuò)散阻擋層結(jié)構(gòu)可在鎢層和多晶硅層之間 提供低接觸電阻并防止產(chǎn)生P-型多晶硅耗盡，所以建議使用Ti/WN擴(kuò) 散阻擋結(jié)構(gòu)。
然而，如果使用Ti/WN擴(kuò)散阻擋結(jié)構(gòu)，則可能使在Ti/WN擴(kuò)散阻 擋結(jié)構(gòu)上直接形成的鎢的片電阻(Rs)增加約1.5~2倍。因此，片電 阻(Rs)的增加可能影響鴒多晶硅柵極的未來(lái)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及包括中間結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的柵極堆疊及
其制造方法，其中該中間結(jié)構(gòu)具有低片電阻和接觸電阻并可有效地防止 雜質(zhì)的向外擴(kuò)散。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法
包括在襯底上形成第一導(dǎo)電層；在第一導(dǎo)電層上形成中間結(jié)構(gòu)，該中間 結(jié)構(gòu)形成為包含至少第一金屬層和含氮的金屬硅化物層的堆疊結(jié)構(gòu)；以 及在該中間結(jié)構(gòu)上形成第二導(dǎo)電層。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方 法包括在襯底上形成第一導(dǎo)電層；在第一導(dǎo)電層上形成中間結(jié)構(gòu)，該中 間結(jié)構(gòu)形成為包含第一金屬層、第二金屬層、金屬硅化物層和第三金屬 層的堆疊結(jié)構(gòu)；以及在該中間結(jié)構(gòu)上形成第二導(dǎo)電層。


圖1A 1C描述典型鴒多晶硅柵極的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖2A是說(shuō)明各類型的中間結(jié)構(gòu)在鵠和多晶硅之間的接觸電阻的圖。
圖2B是說(shuō)明各類型的柵極堆疊結(jié)構(gòu)的硼濃度的深度剖面圖。
圖2C是說(shuō)明各類型的中間結(jié)構(gòu)的片電阻的圖。
圖3A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖3B為在通過(guò)物理氣相沉積(PVD)法在氮化鵠層的上部分上形 成氮化鎢硅層后所獲得的影像。
圖3C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖3D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖3E說(shuō)明在退火過(guò)程后的柵極堆疊結(jié)構(gòu)的影像。
圖4A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖4B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖4C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖5A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖5B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖5C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖6A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖6B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖6C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖7A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十三實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖7B "^兌明在通過(guò)實(shí)施相應(yīng)化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積 (PVD )法在含氮的鎢層上形成硅化鎢層后所提供的結(jié)構(gòu)的影像。
圖7C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十四實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖7D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十五實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖8說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十六實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
圖9是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的各類型的中間結(jié)構(gòu)的鎢電極的 片電阻的圖。
圖10A 10C是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的柵極圖案化方法以獲 得圖3A所述的柵極堆疊結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖ll是使用圖3A所示的柵極堆疊結(jié)構(gòu)說(shuō)明柵極圖案化方法的剖橫 截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖2A是說(shuō)明作為擴(kuò)散阻擋層的各類型結(jié)構(gòu)在鎢和多晶硅之間的接 觸電阻的圖?？捎^察到當(dāng)使用硅化鎢(WSix) /氮化鎢(WN )或鈦(Ti) AVN結(jié)構(gòu)取代氮化鎢(WN)結(jié)構(gòu)時(shí)，可大大地改善在摻雜有N-型雜質(zhì) 的多晶硅(N+POLY-Si)和鴒(W)之間的以Rc標(biāo)記的接觸電阻。
然而，如果將鵠多晶硅柵極應(yīng)用于雙多晶硅柵極(也就是，N-型金 屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NMOSFET)的]\+-型多晶硅柵極和P-型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMOSFET )的P、型多晶硅柵極)， 則在鎢多晶硅柵極中使用WSix/WN結(jié)構(gòu)時(shí)大大地增加鎢和P+.型多晶 硅(P十POLY-Si)之間的接觸電阻。相反，如果在鵠多晶硅柵極中使 用Ti/WN結(jié)構(gòu)，則鵠和？+-型多晶硅之間的接觸電阻表現(xiàn)出低的水平而 與多晶硅摻雜種類無(wú)關(guān)。在PMOSFET的？+-型多晶硅的情況中，可在作為實(shí)際操作模式的 反轉(zhuǎn)態(tài)下產(chǎn)生多晶硅耗盡效應(yīng)。該多晶硅耗盡效應(yīng)的產(chǎn)生取決于保留在 P+-型多晶硅內(nèi)的硼的量。圖2B為說(shuō)明各類型柵極堆疊的硼濃度的深度剖面的圖。如在 WSix/WN結(jié)構(gòu)中所示，在柵極絕緣層(例如，氧化物層)和多晶硅之 間的界面表面上的硼濃度低至約5 x 1019原子/cm3。使用Ti/WN結(jié)構(gòu)時(shí)， 在相同位置上所測(cè)量的硼濃度大于約8xi0"原子/cm3。結(jié)果，多晶硅 在WSix/WN結(jié)構(gòu)中的損耗比在Ti/WN結(jié)構(gòu)中更多，因此，WSix/WN 結(jié)構(gòu)降低晶體管特性。因此，使用Ti/WN結(jié)構(gòu)更好，Ti/WN結(jié)構(gòu)在W和多晶硅之間提供 低接觸電阻并防止P-型多晶硅耗盡。然而，Ti/WN結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是有限 制的。在Ti/WN結(jié)構(gòu)上形成的W的片電阻(Rs)增加約1.5至2倍。 將在圖2C中更詳細(xì)描述此限制。圖2C為說(shuō)明用作擴(kuò)散阻擋層的各類型結(jié)構(gòu)的W的片電阻的圖。將 W的片電阻標(biāo)記為Rs。通常，可在多晶硅層、氧化硅(Si02)層、氮 化硅(Si3N4)層和WSix層上形成非晶含氮的鴒(WNX)層，因此，可 在其上形成具有低比電阻(即，在約15pQ-cm~20nQ-cm的范圍中) 的W。然而，在作為多晶純金屬的鈦(Ti)、鵠(W)和鉭(Ta)以及 作為金屬氮化物材料的氮化鈦(TiN)和氮化鉭(TaN)上形成具有相 對(duì)小的晶粒尺寸的W。因此，在其上形成具有約30pO-cm的高比電阻 的W。應(yīng)用Ti/WN結(jié)構(gòu)所造成的片電阻的增加可能對(duì)鵠多晶硅柵極未 來(lái)的發(fā)展產(chǎn)生限制。根據(jù)下面所要描述的本發(fā)明的各種實(shí)施方案，不同類型的柵極堆疊 的中間結(jié)構(gòu)形成有包含Ti、 W、硅(Si)或氮(N)的多個(gè)薄層或每一 層均包含氮的多個(gè)薄層。中間結(jié)構(gòu)作為擴(kuò)散阻擋層，其可減小接觸電阻 和片電阻，以及防止雜質(zhì)的穿透和向外擴(kuò)散。在下面實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)"含氮的層/結(jié)構(gòu)(layer/structure containing nitrogen )或者含有氮的層/結(jié)構(gòu)(nitrogen containing layer/structure )" 表示氮化金屬層/結(jié)構(gòu)和含特定含量/重量比的氮的金屬層/結(jié)構(gòu)。并且， WSixNy中的x表示硅對(duì)鴒的比率，其范圍為約0.5~3.0，以及y表示氮 對(duì)硅化鵠的比率，其范圍為約0.01 ~ 10.00。圖3A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵極堆 疊結(jié)構(gòu)包括順序形成的第一導(dǎo)電層21、中間結(jié)構(gòu)22和第二導(dǎo)電層23。 第一導(dǎo)電層21包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如， 磷)的多晶硅層。第一導(dǎo)電層21也可包括多晶硅鍺層(Si^Gex，其中 x為約0.01~1.0)或硅化物層。例如，硅化物層包括選自由鎳(Ni)、 鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr ) 以及鉑(Pt)中的一種。第二導(dǎo)電層23包括鴒層。鴒層具有約100A 2000A的厚度，且通 過(guò)實(shí)施物理氣相沉積(PVD)法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法或原子層沉 積(ALD)法形成。PVD法包括使用鴒'減射耙的濺射沉積法。中間結(jié)構(gòu)22包括鈦層22A、含氮的鎢(WNX)層22B和含氮的硅 化鴒(WSixNy)層22C。更具體而言，鈦層22A的厚度為約10A 約 80A。鈦層22A優(yōu)選具有約10A~約50A的厚度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后續(xù)WNX 沉積形成含氮的鴒層22B而將鈦層22A的一些上部改變?yōu)門iN含氮的， 并且鈦層22A的一些下部與第一導(dǎo)電層21反應(yīng)，即與多晶硅層反應(yīng)由 此形成TiSix層，因此鈦層22A具有如上述限制的厚度。如果鈦層22A 的厚度大，那么TiSix層的厚度也因?yàn)槠潴w積擴(kuò)大而增加以致發(fā)生隆起。 此外，如果鈦層22A的厚度大，那么鈦層22A可吸收多晶硅層21的摻 雜劑，例如磷或硼，周此在多晶硅層21中發(fā)生多晶硅耗盡，導(dǎo)致器件 性能的劣化。如上所述，在含氮的鵠層22B中的氮對(duì)鴒的比率為約0.3~1.5。含 氮的鎢層是指氮化鴒層或含特定含量/重量比的氮的鵠層。雖然在下面 第三實(shí)施方案中將描述，但是含氮的鎢層22B供應(yīng)氮至含氮的硅化鎢層
22C。含氮的鎢層22B具有約20A~200A的厚度。由于對(duì)含氮的硅化 鵠層22C的氮的供應(yīng)，在后續(xù)退火處理后，含氮的鴒層22B變成純鴒 層或含微量氮的鎢層。在含氮的硅化鎢層22C中的硅對(duì)鎢的比率為約0.5~3.0，以及含氮 的硅化鴒層22C的氮含量為約10% ~約60%。在此，以上如上所述適 當(dāng)調(diào)整含氮的硅化鎢層22C的氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因?yàn)楹?的硅化鴒層22C無(wú)法成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另 一方面， 如果氮含量太高，則包含在含氮的硅化鎢層22C中的SiN含量會(huì)是高的， 并因此使接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。含氮的硅化鵠層22C表示 氮化的硅化鎢層(也就是，氮化鴒硅層)或含特定含量/重量比的氮的 硅化鎢層。含氮的硅化鵠層22C所形成的厚度為約20A~約200A。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法形成鈥層22A和含氮的鴒層 22B。通過(guò)實(shí)施PVD法形成含氮的硅化鵠層22C。 PVD法以濺射沉積 法或反應(yīng)性濺射沉積法進(jìn)行。例如，通過(guò)以鈦濺射耙實(shí)施濺射沉積法來(lái) 形成鈦層22A。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鵠濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法來(lái) 形成含氮的鎢層22B。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性賊 射沉積法來(lái)形成含氮的硅化鵠層22C。特別地，因?yàn)樵诤涅]層22B上不易生長(zhǎng)含氮的硅化鵠層22C, 所以使用PVD法(例如，反應(yīng)性濺射沉積法)以形成含氮的硅化鵠層 22C。如果通過(guò)實(shí)施CVD法形成含氮的硅化鴒層22C,則在含氮的鵠 層22B上無(wú)法均勻地生長(zhǎng)含氮的硅化鴒層22C，從而使其結(jié)塊。因?yàn)樵?含氮的鎢層22B上存在有氧化鵠(WOx)層，這減弱了通過(guò)CVD法形 成的含氮的硅化鎢層22C的附著力，因此導(dǎo)致結(jié)塊agglomeration)。然 而，在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鎢濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法允許含氮的硅 化鎢層22C均勻形成而與底層類型無(wú)關(guān)。圖3B說(shuō)明通過(guò)PVD法在含氮的鵠層上形成含氮的硅化鴒層后所獲 得的影像。使用反應(yīng)性濺射沉積法作為PVD方法，以在含氮的鴒層上 均勻地形成含氮的硅化鵠層。附圖標(biāo)記WSiN和WN分別表示含氮的硅 化鎢層和含氮的鎢層。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案，柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層21、Ti/WNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)22和第二導(dǎo)電層23。第一導(dǎo)電層21包括多晶 硅并且第二導(dǎo)電層23包括鎢，從而形成鵠多晶硅柵極堆疊結(jié)構(gòu)。具體地，Ti/WNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)包括第一金屬層、第二金屬層和 含氮的金屬硅化物層的堆疊結(jié)構(gòu)。更具體地，第一金屬層、第二金屬層 和含氮的金屬硅化物層分別包括純金屬層、含氮的金屬層和含氮的金屬 硅化物層。例如，第一金屬層、第二金屬層和含氮的金屬珪化物層分別 為鈦層22A、含氮的鎢(WNx)層22B和含氮的硅化鵠(WSixNy )層 22C。上述包括多層的中間結(jié)構(gòu)也可以形成為其它不同結(jié)構(gòu)。例如，除了 鈦層之外，第一金屬層還包括鉭(Ta)層，除了含氮的鵠層之外，第二 金屬層含氮的還包括含氮的鈦鴒層。除了含氮的硅化鵠層之外，含氮的 金屬硅化物層含氮的硅化鴒還包括含氮的珪化鈦層或含氮的珪化鉭層。 通過(guò)實(shí)施包括濺射的PVD法、CVD法或ALD法形成鉭層。通過(guò)在氮 氣環(huán)境中以鈦鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性賊射沉積法形成含氮的鈦鵠層。通過(guò) 在氮?dú)猸h(huán)境中以相應(yīng)硅化鈦及硅化鉭濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形 成含氮的硅化鈦層和含氮的硅化鉭層。形成的鉭層的厚度為約10^ ~ 80A。 Ta層優(yōu)選具有約10A~約50A的厚度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后續(xù)WNx沉積 形成第二金屬層而將Ta層一些上部改變?yōu)門aN，并且Ta層一些下部與 第一導(dǎo)電層21反應(yīng)，即與多晶硅層反應(yīng)由此形成TaSix層，因此Ta層 具有上述限定的厚度。如果Ta層的厚度大，則TaSix層的厚度也因?yàn)槠?體積擴(kuò)大而增加以致發(fā)生隆起。此外，如果Ta層的厚度大，則Ta層可 吸收多晶硅層21的摻雜劑，例如磷或硼，從而在多晶硅層21中發(fā)生多 晶硅耗盡，導(dǎo)致器件性能的劣化。所形成的含氮的鈦鎢層、含氮的硅化鈦層和含氮的硅化鉭層的每一 層的厚度為約20A ~ 200A并且每一層具有約10% ~ 60%的氮含量。在 此，如上所述適當(dāng)調(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因?yàn)楹拟€或 硅化鉭層無(wú)法成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮 含量太高，則包含在含氮的鈦或硅化鉭層中的SiN含量會(huì)是高的，并因 此使接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。同時(shí)，在含氮的鈦鴒層中，鈦 對(duì)鎢的比率為約0.5~3.0。在含氮的硅化鈦層中，硅對(duì)鈦的比率為約 0.5 ~ 3.0。在含氮的珪化鉭層中，硅對(duì)鉭的比率為約0.5~3.0。
圖3C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。具體地， 該柵極堆疊結(jié)構(gòu)為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)所修改 的示例性柵極堆疊結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，該柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括含氮的鈦層以 取代圖3A所述的鈦層22A,含氮的鈦層被標(biāo)記為TiNx，其中x約小于根據(jù)第二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層201、中間結(jié)構(gòu) 202和第二導(dǎo)電層203。第一導(dǎo)電層201包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如: 硼(B))或N-型雜質(zhì)(例如:磷(P))的多晶硅層。除多晶硅層外，第 一導(dǎo)電層201也可包括多晶硅鍺(SikGex)層，其中x為約0.01 ~ 1.0， 或者包括硅化物層。該硅化物層包括選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷(Co)、 鈦(Ti)、鎢(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)和鉑(Pt)中的一種。第二導(dǎo)電層203包括鴒層。實(shí)施PVD法、CVD法和ALD法之一 以形成約100A 2000A厚的鴒層。PVD法包括使用鵠濺射靶的'減射沉 積法。中間結(jié)構(gòu)202包括含氮的鈦(TiNx)層202A、含氮的鵠(WNX)層 202B和含氮的硅化鴒(WSixNy)層202C。更具體地，含氮的鈦層202A 具有特定的氮對(duì)鈦比率，例如，約0.2~0.8。在此，含氮的金屬層，即 含氮的鈦層202A具有如上所述的氮對(duì)鈦的比率，以防止在TiNx層中產(chǎn) 生SiN。在后續(xù)退火處理期間，由于TiNx層中過(guò)量的Ti破壞多晶硅和 TiNx之間形成的Si-N鍵，從而移除SiN，因此可防止產(chǎn)生SiN。這可能 因?yàn)門iN鍵比SiN鍵更強(qiáng)。和圖3A所述的鈦層22A不同，形成的含氮 的鈦層202A的厚度在約IOA ~ 150A。含氮的鈦層202A表示氮化鈦層 或含特定含量/重量比的氮的鈦層。含氮的鎢層202B的氮對(duì)鵠具有特定比率，例如，約0.3 ~ 1.5。含氮 的鎢層202B表示氮化鴿層或含特定含量/重量比的氮的鴒層。盡管將在 其后說(shuō)明，但是含氮的鎢層202B供應(yīng)氮至含氮的硅化鴒層202C。所形 成的含氮的鎢層202B的厚度為約20A 200A。由于氮的供應(yīng)，在后續(xù) 退火處理后含氮的鎢層202B變成純鵠層或含微量氮的鴒層。在含氮的珪化鎢層202C中的硅對(duì)鴒的比率為約0.5 ~ 3.0，并且含 氮的硅化鵠層202C的氮含量為約10% ~約60%。在此，如上所述適當(dāng) 調(diào)整氮含量。如果氮含量太低，由于含氮的硅化鎢層202C無(wú)法成功作 為擴(kuò)散阻擋層，因此會(huì)發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高，則 包含在含氮的硅化鎢層202C中的SiN含量可以是高的，并因此使接觸 電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。含氮的硅化鎢層202C表示氮化鎢硅層 或含特定含量/重量比的氮的硅化鴒層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的鴒層202B。通過(guò) 實(shí)施PVD法形成含氮的鈥層202A和含氮的硅化鵠層202C。 PVD法以 濺射沉積法或反應(yīng)性濺射沉積法進(jìn)行。例如，通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鈦濺 射靶實(shí)施濺射沉積法形成含氮的鈦層202A。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鵠濺 射靶實(shí)施反應(yīng)性'減射沉積法形成含氮的鴒層202B。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中 以珪化鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成該含氮的硅化鵠層202C。特別地，因?yàn)樵诤涅]層202B上不易生長(zhǎng)含氮的硅化鎢層202C, 所以使用PVD法(例如:反應(yīng)性濺射沉積法)以形成含氮的硅化鎢層 202C。如果通過(guò)實(shí)施CVD法形成含氮的硅化鴒層202C,則在含氮的 鵠層202B上無(wú)法均勻地生長(zhǎng)含氮的硅化鴒層202C，從而使其結(jié)塊。因 為在含氮的鎢層202B上存有氧化鵠(WOx)層，這減弱了通過(guò)CVD 法所形成的含氮的硅化鴒層202C的附著力，所以導(dǎo)致結(jié)塊。然而，在 氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鎢濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法允許均勻形成含氮 的硅化鴒層202C而與底層類型無(wú)關(guān)。當(dāng)使用和第一實(shí)施方案中的鈦層22A相似的第二實(shí)施方案中的含氮 的鈦層202A時(shí)，可獲得低接觸電阻。獲得該低接觸電阻的原因是因?yàn)?所形成的含氮的鵠層202B供應(yīng)氮至含氮的鈦層202A含氮的，由此使 含氮的鈦層202A的上部堅(jiān)固，并同時(shí)防止Ti-Si鍵的聚結(jié)。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層201、 TiNx/WNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)202和第二導(dǎo)電層203。第一導(dǎo)電層201包 括多晶硅以及第二導(dǎo)電層203包括鵠，從而形成鵠多晶珪柵極堆疊結(jié)構(gòu)。具體地，TiN/WN/WSixNy中間結(jié)構(gòu)202形成為包括第一金屬層、 第二金屬層及含氮的金屬硅化物層的堆疊結(jié)構(gòu)。第一和第二金屬層是含 特定含量/重量比的氮的金屬層，并且含氮的金屬硅化物層包含特定含 量/重量比的氮。例如，第一金屬層為含氮的鈦層202A。第二金屬層為
含氮的鎢層202B。金屬硅化物層為含氮的硅化鵠層202C。如上所述的多層中間結(jié)構(gòu)也可以形成為其它不同結(jié)構(gòu)。例如，除了 含氮的鈦層之外，第一含氮的金屬層含氮的還包括含氮的鉭層(TaNx) 層，除了含氮的鎢層之外，第二含氮的金屬層含氮的還包括含氮的鈦鎢 (TiWNx)層。除了含氮的硅化鴒層之外，含氮的金屬硅化物層含氮的 硅化鵠還包括含氮的硅化鈦(TiSixNy)層或含氮的硅化鉭(TaSixNy) 層。通過(guò)實(shí)施包括濺射的PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的鉭層。 通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鈦鎢濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的鈦 鎢層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以相應(yīng)珪化鈦和硅化鉭濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射 沉積法形成含氮的硅化鈦層和含氮的硅化鉭層。形成的含氮的鉭層的厚 度為約10A 80A。形成的含氮的鈦鵠層、含氮的硅化鈦層和含氮的硅 化鉭層的每一層的厚度為約20A~200A以及每一層具有約10%~60% 的氮含量。在此，如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則由 于含氮的鈦或硅化鉭層無(wú)法成功作為擴(kuò)散阻擋層，因此會(huì)發(fā)生界面反 應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高，則包含在含氮的鈦或硅化鉭層中的 SiN含量可以是高的，因此接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。在含氮 的鈦鴒層中，鈦對(duì)鵠的比率為約0.5~3.0。在含氮的硅化鈦層中，硅對(duì) 鈦的比率為約0.5~3.0。在含氮的硅化鉭層中，硅對(duì)鉭的比率為約0.5~ 3.0。和TiNx/WNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)相似，包括含氮的鉭層以替代含氮的 鈦層的中間結(jié)構(gòu)可具有低接觸電阻和片電阻并同時(shí)防止多晶硅耗盡。雖 然根據(jù)第二實(shí)施方案的中間結(jié)構(gòu)形成為三層，但是該中間結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步在含硅化鴒層上包括含氮的鴒(WNX)層。該額外提供的含氮的鵠層 具有和初始提供的含氮的鵠層基本相同的厚度和氮含量。根據(jù)第二實(shí)施 方案的TiNx/WNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)的多層包含氮的。結(jié)果， TiNx/WNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)可具有低片電阻和接觸電阻并減少柵極堆 疊結(jié)構(gòu)的高度。4且，TiNx/WNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)可減少因在第一導(dǎo)電 層201中所摻雜的雜質(zhì)(例如:硼)的向外擴(kuò)散所造成的多晶硅耗盡。圖3D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵極堆 疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層211、中間結(jié)構(gòu)212和第二導(dǎo)電層213。第一導(dǎo) 電層211包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼(B))或N-型雜質(zhì)(例如， 磷(P))的多晶硅層。除了多晶硅之外，第一導(dǎo)電層211也可包括多晶 硅鍺(SLxGex)層，其中x為約0.01 ~ 1.0，或者也可包括珪化物層。 該硅化物層包括選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鵠(W)、 鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及賴(Pt)中的一種。第二導(dǎo)電層213包括鴒層。實(shí)施PVD法、CVD法和ALD法之一 以形成約100A 2000A厚度的鵠層。PVD法包括使用具有鎢濺射靶的 濺射;冗積、法。中間結(jié)構(gòu)212包括珪化鈦(TiSix)層212A、含氮的鈦(TiNx)層 212B、含氮的鴒(WNX)層212C以及含氮的硅化鵠(WSixNy)層212D。 根據(jù)在相應(yīng)第一和第二實(shí)施方案中所述的中間結(jié)構(gòu)22和202，除了硅化 鈦層、含氮的鈦層和含氮的鎢層之外，也可分別形成硅化鉭層、含氮的 鉭層和含氮的鈥鴒層。此外，除了含氮的硅化鎢層之外，也可形成含氮 的硅化鈦層或含氮的硅化鉭層。根據(jù)第三實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)是在對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一和第 二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)實(shí)施退火處理后所形成的結(jié)構(gòu)。退火包括在 形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)后所實(shí)施的各種過(guò)程(例如，隔離物形成及層間絕緣 層形成)期間所伴隨的熱處理。參考圖3A和3D，比較中間結(jié)構(gòu)212和中間結(jié)構(gòu)22。當(dāng)鈦層22A 與來(lái)自第一導(dǎo)電層21的多晶硅反應(yīng)時(shí)，形成具有約lA 30A厚度的硅 化鈦層212A。硅化鈦層212A中的珪對(duì)鈦的比率為約0.5 ~ 3.0。當(dāng)從含氮的鎢層22B供應(yīng)氮至鈦層22A時(shí)，形成含氮的鈦層212B。 含氮的鈦層212B的厚度為約10A ~ 100A，并且氮對(duì)鈦的比率為約0.7 ~ 1.3。與鈦層22A中的氮對(duì)鈦的比率相比較，在含氮的鈦層212B中的氮 對(duì)鈦的比率從約0增加至約0.7 ~ 1.3。在退火后，由于剝蝕作用(denudation)含氮的鴒層212C具有的 氮含量降至約10%或更少。附圖標(biāo)記WNx(D)表示經(jīng)剝蝕的含氮的鎢 層。含氮的鎢層212C的厚度為約20A~200A。在含氮的鎢層212C中 的氮對(duì)鎢的比率為約0.01 ~ 0.15。與在圖3A中所述的含氮的鎢層22C 中的氮對(duì)鎢的比率相比較，在含氮的鎢層212C中的氮對(duì)鎢的比率從約 0.3 ~ 1.5減少至約0.01 ~ 0.15。含氮的硅化鎢層212D具有和含氮的硅化鎢層22C基本相同的厚度 和組成。更具體而言，含氮的珪化鵠層212D具有約0.5~3.0的珪對(duì)鵠 的比率以及約10%~60%的氮含量。含氮的珪化鴒層212D的厚度為約 20A ~ 200A。參考圖3D和3C,比較中間結(jié)構(gòu)212和中間結(jié)構(gòu)202。在退火處理 期間，從含氮的鎢層202B將氮供應(yīng)至含氮的鈦層202A。結(jié)果，使含氮 的鈦層202A轉(zhuǎn)變?yōu)楹凸杌亴?12A具有最小反應(yīng)的含氮的鈦層212B。 硅化鈦層212A的厚度為約lA 30A，并且含氮的鈦層212B的厚度為約ioA ~ iooA。在含氮的鈦層212B中的氮對(duì)鈦的比率為約0.7~1.3。與在含氮的鈦 層202B中的氮對(duì)鈦比率相比較，在含氮的鈦層212B中的氮對(duì)鈦比率 從約0.2 ~ 0.8增加至約0.7 ~ 1.3。在退火后，由于剝蝕作用含氮的鴒層212C具有的氮含量降至約 10%或更少。含氮的鵠層212C的厚度為約20A 200A。在含氮的鎢層 212C中的氮和鵠的比率為約0.01 ~ 0.15。與在第3C圖中所述的含氮的 鎢層202C中的氮和鴒的比率相比較，在含氮的鵠層212C中的氮和鎢 的比率從約0.3~1.5減少至約0.01 ~ 0.15。含氮的硅化鎢層212D和含氮的硅化鎢層202C具有基本相同的厚度 及組成。更具體而言，含氮的硅化鴒層212D具有約0.5~3.0的硅對(duì)鴒 的比率以及約10%~60%的氮含量。含氮的珪化鎢層212D的厚度為約 20A ~ 200A。根據(jù)第三實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一中間結(jié)構(gòu)和第二中間 結(jié)構(gòu)。第一中間結(jié)構(gòu)包括第一金屬硅化物層和第一含氮的金屬層，并且 第二中間結(jié)構(gòu)包括第二含氮的金屬層和第二含氮的金屬硅化物層。例如，通過(guò)堆疊硅化鈦層212A和含氮的鈦層212B形成第一中間結(jié)構(gòu)。 通過(guò)堆疊含氮的鎢層212C和含氮的珪化鎢層212D形成第二中間結(jié)構(gòu)。圖3E說(shuō)明在退火過(guò)程后的柵極堆疊結(jié)構(gòu)的影像。第一至第三實(shí)施 方案中相同的附圖標(biāo)記代表相同元件。因此，省略其詳細(xì)敘述。
圖4A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵極堆 疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層31、中間結(jié)構(gòu)32和第二導(dǎo)電層33。第一導(dǎo)電層 31包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如，磷)的多晶 硅層。第一導(dǎo)電層31也可包括多晶硅鍺層(Si^Gex，其中x為約0.01 ~ 1.0)或硅化物層。例如，該硅化物層包括選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷 (Co)、鈦(Ti)、鵠(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)和鉑(Pt) 中的一種。第二導(dǎo)電層33包括鴒層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法形 成鴒層的厚度為約100A~2000A。 PVD法包括使用鴒濺射靶的濺射沉 積法。中間結(jié)構(gòu)32包括鈦層32A和含氮的硅化鵠(WSixNy)層32B。更 具體而言，鈦層32A的厚度為約10A~約80A。鈦層32A優(yōu)選具有約 10A 約50A的厚度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后續(xù)WSixNy沉積以形成含氮的硅化鎢 層32B而將鈦層32A的一些上部改變?yōu)門iN含氮的硅化鴒，并且鈦層 32A的一些下部和第一導(dǎo)電層31反應(yīng)即多晶硅層反應(yīng)而形成TiSix層， 因此鈦層32A具有如上述限制的厚度。如果鈦層32A的厚度大，則TiSix 層的厚度也因?yàn)槠潴w積擴(kuò)大而增加發(fā)生隆起。此外，如果鈦層32A的厚 度大，則鈦層32A可吸收多晶硅層31的摻雜劑，例如磷或硼并因此在 多晶硅層31中發(fā)生多晶硅耗盡，導(dǎo)致器件性能的劣化。含氮的硅化鎢 層32B具有約0.5 ~ 3.0的硅對(duì)鴒的比率以及具有約10%~60%的氮含 量。在此，如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因?yàn)楹?氮的硅化鵠層32B不能成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方 面，如果氮含量太高，則包含在含氮的硅化鎢層32B中的SiN含量會(huì)是 高的，并因而使接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。含氮的硅化鴒層32B表示氮化鎢硅層或包含特定含量/重量比的氮的硅化鎢層。形成的含氮 的硅化鴒層32B的厚度為約20A ~ 200A。通過(guò)PVD法、CVD法或ALD法形成鈥層32A。通過(guò)PVD法形成 含氮的硅化鎢層32B。 PVD法以濺射沉積法或反應(yīng)性濺射沉積法進(jìn)行。 例如，通過(guò)以鈦賊射靶實(shí)施濺射沉積法來(lái)形成鈦層32A。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán) 境中以硅化鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的珪化鴒層32B。 特別地，因?yàn)榭删鶆虻匦纬珊墓杌o層32B而與底層類型無(wú)關(guān)，因 此使用PVD法(例如，反應(yīng)性'減射沉積法)形成含氮的硅化鵠層32B。根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層31、 Ti/WSixNy中間結(jié)構(gòu)32和第二導(dǎo)電層33。第一導(dǎo)電層31包括多晶珪以 及第二導(dǎo)電層33包括鴒，從而形成鴒多晶硅柵極堆疊結(jié)構(gòu)。具體地，Ti/WSixNy中間結(jié)構(gòu)包括金屬層和含氮的金屬硅化物層。 金屬層包括純金屬層以及金屬珪化物層包括含氮的硅化鵠層。例如，金 屬層為鈦層32A，金屬硅化物層為含氮的珪化鵠層32B。根據(jù)第四實(shí)施方案的多層中間結(jié)構(gòu)也可以形成為其它結(jié)構(gòu)。除了鈦 層之外，該金屬層還包括鉭層，除了含氮的硅化鴒層之外，含氮的硅金 屬珪化物層含氮的珪化鵠還包括含氮的硅化鈦(TiSixNy )層或含氮的硅 化鉭(TaSixNy)層。通過(guò)包括濺射沉積法的PVD法、CVD法或ALD 法形成鉭層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鈦濺射耙實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法 形成含氮的硅化鈦層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鉭濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺 射沉積法形成含氮的硅化鉭層。鉭層的厚度為約10A~80A。鉭層的厚 度優(yōu)選約10A 約50A。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后續(xù)WSixNy沉積形成金屬珪化物層 而將鉭層的一些上部改變?yōu)門aN，并且鉭層的一些下部和第一導(dǎo)電層 31反應(yīng)即與多晶硅層反應(yīng)而形成TaSix層，因此鉭層具有如上述限制的 厚度。如果鉭層的厚度大，則TaSix層的厚度也因?yàn)槠潴w積擴(kuò)大而增加 以致發(fā)生隆起。此外，如果鉭層的厚度大，則鉭層可吸收多晶硅層31 的摻雜物，例如磷或硼，因此在多晶硅層31中發(fā)生多晶硅耗盡，導(dǎo)致 器件性能的劣化。含氮的硅化鈦層和含氮的硅化鉭層的每一層所形成的 厚度為約20A~200A并且每一層具有約10%~60%的氮含量。在此， 如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因含氮的鈦或硅化 鉭層不能成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量 太高，則包含在含氮的鈦或硅化鉭層中的SiN含量會(huì)是高的，并因此使 接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。在含氮的硅化鈦層中的硅對(duì)鈦的比 率為約0.5 ~ 3.0。含氮的硅化鉭層具有的硅對(duì)鉭的比率為約0.5~3.0。圖4B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。所述柵極 堆疊結(jié)構(gòu)為根據(jù)第二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)所修改而成。換句話說(shuō)， 使用含氮的鈦(TiNx)層以替代鈦，其中x約小于l。
該柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層301、中間結(jié)構(gòu)302和第二導(dǎo)電層 303。第一導(dǎo)電層301包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例 如，磷)的多晶硅層。第一導(dǎo)電層301也可包括多晶珪鍺層(Si^Gex, 其中x為約0.01 ~ 1.0)或硅化物層。例如，硅化物層包括選自鎳(Ni)、 鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr ) 及鉑(Pt)中的一種。第二導(dǎo)電層303包括鵠層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法 以形成約100A 2000A厚的鵠層。PVD法包括使用鴒賊射靶的濺射沉 積法。中間結(jié)構(gòu)302包括含氮的鈦(TiNx)層302A和含氮的硅化鴒 (WSixNy)層302B。含氮的鈥層302A具有約0.2 ~ 0.8的氮對(duì)鈥的比 率以及約10A 150A的厚度。在此，含氮的金屬層，即含氮的鈦層302A 具有如上所述的氮對(duì)鈥的比率，以防止在TiNx層302A中產(chǎn)生SiN。在 后續(xù)退火處理期間，由于在TiNx層302A中過(guò)量的Ti破壞在多晶硅與 TiNx之間形成的Si-N鍵并因而移除SiN，因此防止產(chǎn)生SiN。這可能是 因?yàn)門iN鍵比SiN鍵更強(qiáng)許多，因此。含氮的鈦層302A表示氮化鈦層 或含氮的鈦層。在本實(shí)施方案中，含氮的鈦層具有金屬特性。含氮的硅 化鴒層302B具有約0.5 ~ 3.0的珪對(duì)鵠的比率以及約10% ~約60%的氮 含量。在此，如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因?yàn)?含氮的硅化鎢層302B不能成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一 方面，如果氮含量太高，則包含在含氮的硅化鴒層302B中的SiN含量 會(huì)是高的，并因而使接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。含氮的硅化鎢 層302B表示氮化鎢硅層或著含特定含量/重量比的氮的硅化鵠層。通過(guò)PVD法形成含氮的鈦層302A和含氮的珪化鴒層302B。PVD 法以'減射沉積法或反應(yīng)性濺射沉積法進(jìn)行。例如，通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以 鈦濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法來(lái)形成含氮的鈦層302A。通過(guò)在氮?dú)?環(huán)境中以硅化鵠濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成該含氮的硅化鵠層 302B。因?yàn)镻VD法允許均勻形成含氮的硅化鴒層302B而與底層類型無(wú) 關(guān)，所以使用PVD法(例如，上述反應(yīng)性濺射沉積法)以形成含氮的 硅化鴒層302B。
根據(jù)第五實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層301、 TiNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)302和第二導(dǎo)電層303。第一導(dǎo)電層301和第二 導(dǎo)電層303分別包括多晶硅層和鴒層。因此，提供鵠多晶硅柵極堆疊結(jié) 構(gòu)。具體地，TiNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)包括金屬層和含氮的金屬硅化物 層。金屬層包括含特定含量/重量比的氮的金屬層，金屬硅化物層包括 含特定含量/重量比的氮的金屬硅化物層。例如，金屬層包括含氮的鈦 層302A,以及金屬硅化物層包括含氮的硅化鴒層302B。根據(jù)第五實(shí)施方案的多層中間結(jié)構(gòu)可以形成為其它不同結(jié)構(gòu)。除 了含氮的鈦層之外，含氮的金屬層含氮的還包括含氮的鉭(TaNx)層。 除了含氮的硅化鎢(WSixNy)層之外，含氮的金屬硅化物層含氮的珪化 鵠還包括含氮的硅化鈦(TiSixNy)層或含氮的硅化鉭(TaSixNy)層。 通過(guò)包括賊射沉積法的PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的鉭層。 通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鈦濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成該含氮 的硅化鈦層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鉭'濺射耙實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法 形成該含氮的硅化鉭層。含氮的鉭層具有約10A 80A的厚度。含氮的 硅化鈦層和含氮的硅化鉭層的每一層所形成的厚度為約20A~200A，并 且每一層具有約10%~60%的氮含量。在此，如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含 量。如果氮含量太低，則會(huì)由于含氮的鈦或硅化鉭層不能成功作為擴(kuò)散 阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高，則包含在含氮的 鈦或硅化鉭層中的SiN含量會(huì)是高的，并因而使接觸電阻變高，導(dǎo)致器 件性能劣化。在含氮的硅化鈦層中的硅對(duì)鈦的比率為約0.5~3.0。含氮 的硅化鉭層具有的硅對(duì)鉭的比率為約0.5~3.0。圖4C描述根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵極 堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層311、中間結(jié)構(gòu)312和第二導(dǎo)電層313。第一 導(dǎo)電層311包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼(B))或N-型雜質(zhì)(例如， 磷(P))的多晶硅層。除多晶硅層之外，第一導(dǎo)電層311也可包括多晶 硅鍺層(Si^Gex)，其中x為約0.01 ~ 1.0，或者也可包括硅化物層。該 硅化物層包括選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、 鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及柏(Pt)中的一種。第二導(dǎo)電層313包括鴒層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法以及ALD 法之一以形成厚度為約100A~2000A的鴒層。PVD法包括使用鎢濺射 粑的賊射沉積法。中間結(jié)構(gòu)312包括硅化鈦(TiSix)層312A、含氮的鈦(TiNx)層 312B和含氮的硅化鴒(WSixNy)層312C?？筛鶕?jù)選自第四和第五實(shí)施 方案所述的材料以其它不同結(jié)構(gòu)形成中間結(jié)構(gòu)。根據(jù)第六實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)為在對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第四和第 五實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)實(shí)施退火處理后所提供的結(jié)構(gòu)。退火包括在 形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)后所實(shí)施的各種過(guò)程(例如，隔離物形成及層間絕緣 層形成)期間所伴隨的熱處理。在鈦層32A上形成含氮的珪化鎢層32B的情況中(如圖4A所示)， 在退火后，在鈦層32A和含氮的硅化鎢層32B之間的邊界區(qū)域中使含 氮的硅化鴒層32B中的微量氮分解。結(jié)果，如圖4C所述，使鈦層32A 的上部分轉(zhuǎn)變成為含氮的鈦層312B，并且鈦層32A的下部分與來(lái)自第 一導(dǎo)電層31的多晶硅反應(yīng)以形成硅化鈦層312A。硅化鈦層312A的厚度為約lA 30A,并且其中硅對(duì)鈦的比率為 約0.5~3.0。含氮的鈥層312B的厚度為約10A 100A并且具有的氮對(duì) 鈦的比率為約0.7 ~ 1.3。含氮的硅化鴿層312C具有和含氮的硅化鎢層32B基本相同的厚 度和組成。更具體而言，含氮的硅化鎢層312C具有約0.5~3.0的硅對(duì) 鴒的比率及約10%~60%的氮含量。含氮的硅化鵠層312C的厚度為約 20A ~ 200A。參照?qǐng)D4C和4B，比較中間結(jié)構(gòu)312和中間結(jié)構(gòu)302。在退火處 理期間，從含氮的硅化鎢層302B供應(yīng)氮至含氮的鈦層302A,從而使含 氮的鈦層302A轉(zhuǎn)變成為與硅化鈦層312A有最小反應(yīng)的含氮的鈦層 312B。硅化鈦層312A的厚度為約lA 30A，并且含氮的鈦層312B的 厚度為約10A 100A。含氮的鈦層312B中的氮對(duì)鈦的比率為約0.7 ~ 1.3。與含氮的鈦層302B中的氮對(duì)鈦比率相比較(見(jiàn)圖4C)，在含氮的 鈦層312B中的氮對(duì)鈥比率從約0.2 ~ 0.8增加至約0.7 ~ 1.3。含氮的硅化鎢層312C具有和含氮的硅化鎢層302C基本相同的厚
度及組成。更具體而言，含氮的硅化鴒層312C具有約0.5~3.0的硅對(duì) 鎢的比率及約10%~60%的氮含量。含氮的硅化鵠層312C的厚度為約 20A 200A^。根據(jù)第六實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一中間結(jié)構(gòu)和第二中間 結(jié)構(gòu)。第一中間結(jié)構(gòu)包括金屬硅化物層和含氮的金屬層，并且第二中間 結(jié)構(gòu)包括含氮的金屬硅化物層。例如，通過(guò)堆疊硅化鈦層312A和含氮 的鈦層312B形成第一中間結(jié)構(gòu)。第二中間結(jié)構(gòu)包括含氮的硅化鵠層 312C。圖5A描述根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵極 堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層41、中間結(jié)構(gòu)42和第二導(dǎo)電層43。第一導(dǎo)電 層41包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如，磷)的多 晶硅層。第一導(dǎo)電層41也可包括多晶硅鍺層(Si^Gex，其中x為約0.01 1.0)或硅化物層。例如，該硅化物層包括選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷 (Co)、鈦(Ti)、鵠(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及鉑(Pt) 中的一種。第二導(dǎo)電層43包括鴒層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法 形成具有約100A 2000A的厚度的鎢層。PVD法包括使用鎢濺射靶的 濺射沉積法。中間結(jié)構(gòu)42包括鈦層42A、含氮的珪化鴒(WSixNy)層42B和 含氮的鎢(WNX)層42C。更具體而言，鈦層42A的厚度為約10A 約 80A。鈦層42A優(yōu)選具有約10A~約50A的厚度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后續(xù)WNX 沉積形成含氮的鵠層42C將鈦層42A的一些上部改變?yōu)門iN，含氮的 并且鈦層42A的一些下部和第一導(dǎo)電層41反應(yīng)，即與多晶硅層反應(yīng)而 形成TiSix層，因此鈦層42A具有如上述限制的厚度。如果鈦層42A的 厚度大，則TiSix層的厚度也因?yàn)槠潴w積擴(kuò)大而增加發(fā)生隆起。此外， 如果鈦層42A的厚度大，則鈦層42A可吸收多晶硅層41的摻雜劑，例 如磷或硼，因此在多晶硅層41中發(fā)生多晶硅耗盡，導(dǎo)致器件性能的劣 化。含氮的硅化鎢層42B具有約0.5 ~ 3.0的硅對(duì)鎢的比率并具有約 10%~60%的氮含量。在此，如上所述適當(dāng)調(diào)整氮含量。如果氮含量太 低，則會(huì)由于含氮的硅化鎢層42B不能成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面 反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高，則含氮的硅化鎢層42B中包含的 SiN含量會(huì)是高的，并因而使接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。含氮 的硅化鴒層42B表示氮化鴒硅層或包含特定含量/重量比的氮的硅化鴒 層。含氮的硅化鎢層42B所形成的厚度為約20A 200A。在含氮的鎢層42C中的氮對(duì)鎢的比率為約0.3~1.5。含氮的鎢層 42C表示氮化鎢層或包含特定含量/重量比的氮的鎢層。含氮的鎢層42C 的厚度為約20A 200A。雖然將在之后說(shuō)明，但是含氮的鎢層42C供 應(yīng)氮至含氮的硅化鎢層42B。因此，在退火后，含氮的鎢層42C變成不 含有氮的純鎢層或含微量氮的鎢層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法形成鈥層42A和含氮的鴒 層42C。通過(guò)實(shí)施PVD法形成含氮的硅化鵠層42B。PVD法以濺射沉積法或反應(yīng)性濺射沉積法進(jìn)行。例如，通過(guò)以鈥 濺射靶實(shí)施濺射沉積法形成鈦層42A。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鵠濺射靶實(shí) 施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的鵠層42C。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鎢 濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的硅化鴒層42B。特別地，因?yàn)?在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鎢濺射靶實(shí)施上述反應(yīng)性濺射沉積法允許均勻形 成含氮的硅化鎢層42B而與底層類型無(wú)關(guān)，所以使用PVD法(例如， 反應(yīng)性濺射沉積法)形成含氮的硅化鴒層42B。根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層41、 Ti/WSixNy/WNx中間結(jié)構(gòu)42和第二導(dǎo)電層43。第一導(dǎo)電層41包括多晶 硅以及第二導(dǎo)電層43包括鵠，從而形成鴒多晶硅柵極堆疊結(jié)構(gòu)。具體地，Ti/WSixNy/WNx中間結(jié)構(gòu)包括第一金屬層、含氮的金屬 硅化物層和第二金屬層。第一金屬層包括純金屬層。第二金屬層包括含 氮的金屬層。金屬珪化物層包括含氮的金屬珪化物層。例如，第一金屬 層為鈦層42A。第二金屬層為含氮的鴒層42C。金屬硅化物層為含氮的 珪化鴒層42B。根據(jù)第七實(shí)施方案的多層疊的中間結(jié)構(gòu)也可以形成為其它結(jié)構(gòu)。 除了鈦層之外，第一金屬層還包括鉭層。除了含氮的鴒層之外，第二金 屬層含氮的還包括含氮的鈦鎢(TiWNx)層。除了含氮的硅化鎢層之外， 金屬硅化物層含氮的硅化鎢還包括含氮的硅化鈦(TiSixNy)層或含氮的
硅化鉭(TaSixNy)層。通過(guò)包括濺射沉積法的PVD法、CVD法或ALD 法形成鉭層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鈦鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射形成含氮 的鈥鵠層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鈦濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形 成含氮的硅化鈦層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鉭濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射 沉積法形成含氮的珪化鉭層。鉭層的厚度為約10A 80A。鉭層優(yōu)選具 有約10A~約50A的厚度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后續(xù)WSiJVy沉積形成金屬硅化物 層而將鉭層的一些上部改變?yōu)門aN,并且鉭層的一些下部和第一導(dǎo)電層 41反應(yīng)，即和多晶硅層反應(yīng)因而形成TaSix層，因此鉭層具有如上述限 制的厚度。如果鉭層的厚度大，則TaSix層的厚度也因?yàn)槠潴w積擴(kuò)大而 增加以致發(fā)生隆起。此外，如果鉭層的厚度大，則鉭層可吸收多晶硅層 41的摻雜劑，例如磷或硼，并因此在多晶硅層41中發(fā)生多晶硅耗盡， 導(dǎo)致器件性能的劣化。含氮的鈦鴒層和含氮的硅化鉭層的每一層所形成 的厚度為約20A 200人并且每一層具有約10%~60%的氮含量。在此， 如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因含氮的硅化鉭層 不能成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高， 則包含在含氮的硅化鉭層中的SiN含量會(huì)是高的，并因而使接觸電阻變 高，導(dǎo)致器件性能劣化。含氮的鈦鎢層具有約0.5 ~ 3.0的鈦對(duì)鎢的比率。 含氮的珪化鈦層中的硅對(duì)鈦的比率為約0.5~3.0。含氮的珪化鉭層具有 約0.5~3.0的硅對(duì)鉭的比率。圖5B描述根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵極 堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層401、中間結(jié)構(gòu)402和第二導(dǎo)電層403。第一 導(dǎo)電層401包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如，磷) 的多晶硅層。第一導(dǎo)電層401也可包括多晶珪鍺層(Si^Gex，其中x 為約0.01 ~ 1.0 )或硅化物層。例如，珪化物層包括選自鎳(Ni )、鉻(Cr )、 鈷(Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及鉑(Pt) 中的一種。第二導(dǎo)電層403包括鴒層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法 形成鎢層的厚度為約100A 2000A。 PVD法包括使用鴒濺射靶的濺射 沉積法。中間結(jié)構(gòu)402包括含氮的鈦(TiNx)層402A、含氮的硅化鴒 (WSixNy)層402B和含氮的鴒(WNX)層402C。更具體而言，含氮
的鈦層402A的氮對(duì)鈦具有特定比率(例如，在約0.2~0.8)。在此，含 氮的金屬層，即含氮的鈦層402A具有如上述的氮對(duì)鈦的比率，以防止 在含氮的鈦層402A中產(chǎn)生SiN。由于在后續(xù)退火處理期間含氮的鈦層 402A中過(guò)量的Ti破壞在多晶珪和TiNx之間形成的Si-N鍵并因而移除 SiN，因此可防止產(chǎn)生SiN。這可能是因?yàn)門iN鍵比SiN鍵更強(qiáng)。含氮 的形成厚度為約10A~ 150A的含氮的鈥層402A。含氮的鈥層402A也 包括氮化鈦層。含氮的硅化鎢層402B中的珪對(duì)鎢的比率為約0.5 ~ 3.0，并且含氮 的珪化鵠層402B的氮含量為約10%~60%。在此，如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào) 整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因含氮的硅化鎢層402B不能成功作 為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高，則包含在 含氮的硅化鎢層402B中的SiN含量會(huì)是高的，并因而使接觸電阻變高， 導(dǎo)致器件性能劣化。含氮的珪化鵠層402B也包括氮化鎢硅層或含特定 含量/重量比的氮的珪化鎢層。含氮的鎢層402C具有特定比率的氮對(duì)鎢(例如，約0.3 ~ 1.5 )。 含氮的鎢層402C表示氮化鎢層或含特定含量/重量比的氮的鎢層。雖然 在后面描述，但是含氮的鴒層402C供應(yīng)氮至含氮的硅化鴒層402B。形 成的含氮的鎢層402C的厚度為約20A 200A。由于氮的供應(yīng)，在退火 后含氮的鎢層402C變成純鎢層或含微量氮的鎢層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的鵠層402C。通 過(guò)實(shí)施PVD法形成含氮的鈦層402A和含氮的硅化鵠層402B。PVD法以賊射沉積法或反應(yīng)性'濺射沉積法進(jìn)行。例如，通過(guò)在氮 氣環(huán)境中以鈦濺射靶實(shí)施濺射沉積法形成含氮的鈦層402A。通過(guò)在氮 氣環(huán)境中以鎢濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的鎢層402C。通 過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鎢濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的硅 化鴒層402B。特別地，因?yàn)榭删鶆虻匦纬珊墓杌o層402B而與底 層類型無(wú)關(guān)，所以使用PVD法(例如，反應(yīng)性濺射沉積法)形成含氮 的硅化鵠層402B。根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層 401、 TiNx/WSixNy/WNx中間結(jié)構(gòu)402和第二導(dǎo)電層403。第一導(dǎo)電層
401包括多晶硅，第二導(dǎo)電層403包括鴒，從而形成鵠多晶硅柵極堆疊 結(jié)構(gòu)。具體地，TiNx/WSixNy/WNx中間結(jié)構(gòu)402形成包括第 一金屬層、 含氮的金屬硅化物層和第二金屬層的堆疊結(jié)構(gòu)。第一和第二金屬層為含 氮的金屬層，并且金屬硅化物層為含氮的金屬硅化物層。例如，第一金 屬層為含氮的鈦層402A。第二金屬層為含氮的鴒層402C。金屬硅化物 層為含氮的硅化鎢層402B。上述多層疊的中間結(jié)構(gòu)也可以形成為其它不同結(jié)構(gòu)。例如，除了 含氮的鈦層之外，第一含氮的金屬層含氮的還包括含氮的鉭層。除了含 氮的鎢層之外，第二含氮的金屬層含氮的還包括含氮的鈦鵠層。除了含 氮的硅化鎢層之外，含氮的金屬硅化物層含氮的硅化鵠還包括含氮的硅 化鈦層或含氮的珪化鉭層。通過(guò)實(shí)施包括濺射的PVD法、CVD法或 ALD法形成含氮的鉭層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鈦鴒濺射耙實(shí)施反應(yīng)性 濺射沉積法形成含氮的鈦鴒層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以相應(yīng)硅化鈦及硅化 鉭濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的硅化鈦層和含氮的硅化鉭 層。形成含氮的鉭層的厚度為約10A 80A。所形成的含氮的鈦鎢層、 含氮的硅化鈦層和含氮的硅化鉭層的每一層的厚度為20A 200A，以及 每一層具有約10%~60%的氮含量。在此，如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含量。 如果氮含量太低，則會(huì)因?yàn)楹拟伝蚬杌g層不能成功作為擴(kuò)散阻擋 層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高，則包含在含氮的鈦或 硅化鉭層中的SiN含量會(huì)是高的，并因而使接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性 能劣化。在含氮的鈦鵠層中，鈦對(duì)鵠的比率為約0.5~3.0。在含氮的硅 化鈦層中，硅對(duì)鈦的比率為約0.5~3.0。在含氮的硅化鉭層中，硅對(duì)鉭 的比率為約0.5 ~ 3.0。圖5C描述根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵極 堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層411、中間結(jié)構(gòu)412和第二導(dǎo)電層413。第一 導(dǎo)電層411包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼(B))或N-型雜質(zhì)(例如， 磷(P))的多晶硅層。除了多晶硅層之外，第一導(dǎo)電層411也可包括多 晶硅鍺(SLxGex)層，其中x為約0.01~1.0，或者包括硅化物層。硅 化物層包括選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、鉭 (Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及鉑(Pt)中的一種。
第二導(dǎo)電層413包括鴒層。實(shí)施PVD法、CVD法及ALD法中之 一以形成約100A 2000A厚的鴒層。PVD法包括使用鴒'濺射靶的濺射 沉積法。中間結(jié)構(gòu)412包括硅化鈦(TiSix)層412A、含氮的鈦(TiNx)層 412B、含氮的珪化鵠(WSixNy)層412C和含氮的鵠(WNX)層412D。 可根據(jù)本發(fā)明第七及第八實(shí)施方案的所述的選擇材料以不同結(jié)構(gòu)形成 中間結(jié)構(gòu)412。根據(jù)第九實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)是對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第七及第八 實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)實(shí)施退火處理后所形成的結(jié)構(gòu)。退火包括在形 成這些柵極堆疊結(jié)構(gòu)后所實(shí)施的各種過(guò)程(例如，形成隔離物和形成層 間絕緣層)期間所伴隨的熱處理。參照?qǐng)D5C和5A，比較中間結(jié)構(gòu)412和中間結(jié)構(gòu)42。當(dāng)鈦層42A 和來(lái)自第一導(dǎo)電層41的多晶硅反應(yīng)時(shí)，形成具有約lA 30A厚度的硅 化鈦層412A。硅化鈦層212A中的硅對(duì)鈦的比率為約0.5~3.0。當(dāng)從含氮的鎢層42B供應(yīng)氮至鈦層42A時(shí)，形成含氮的鈦層 412B。含氮的鈦層412B具有約10A ~ 100A的厚度并且具有約0.7 ~ 1.3 的氮對(duì)鈦的比率。與在鈦層42A中的氮對(duì)鈦的比率相比較，在含氮的鈦 層412B中的氮對(duì)鈥的比率從約0增加至約0.7 ~ 1.3。含氮的硅化鎢層412C具有和含氮的珪化鎢層42C基本相同的厚 度及組成。更具體而言，含氮的硅化鴒層412C具有約0.5 3.0的硅對(duì) 鎢的比率以及約10%和60%的氮含量。含氮的珪化鎢層412C的厚度為 約20人~ 200A。在退火后，由于該剝蝕作用，含氮的鴒層412D的氮含量降至約 10%或更少。附圖標(biāo)記WNx (D)表示被剝蝕的含氮的鎢層。含氮的鎢 層412D的厚度為約20A 200A。在含氮的鵠層412D中的氮對(duì)鴒的比 率為約0.01 ~ 0.15。與在圖5A所述的含氮的鵠層42C中的氮對(duì)鎢的比 率相比較，在含氮的鵠層412D中的氮對(duì)鵠的比率從約0.3與1.5減少至 約0.01 ~ 0.15。在鈦層42A上形成含氮的硅化鴒層42B的情況中(見(jiàn)圖5A)，在
退火后，在鈦層42A和含氮的珪化鴒42B之間的邊界區(qū)域中使含氮的 硅化鴒層42B中的微量氮分解。結(jié)果，如圖5C所述，鈦層42A的上部 轉(zhuǎn)變成為含氮的鈦層412B，并且鈦層42A的下部與來(lái)自第一導(dǎo)電層41 的多晶硅反應(yīng)，形成硅化鈦層412A。參考圖5C和5B，比較中間結(jié)構(gòu)412和中間結(jié)構(gòu)402。含氮的鈥 層402A轉(zhuǎn)變成為與硅化鈦層412A有最小反應(yīng)的含氮的鈦層412B。硅 化鈦層412A的厚度為約lA~30A，并且含氮的鈦層412B的厚度為約 10A~100A。在含氮的鈥層412B中的氮對(duì)鈥的比率為約0.7 ~ 1.3。含 氮的硅化鴒層412C具有和含氮的硅化鴒層42B基本相同的厚度及組 成。更具體地，含氮的硅化鵠層412C中的硅對(duì)鵠的比率為約0.5~3.0。 含氮的珪化鎢層412C具有約10% ~ 60%的氮含量并形成約20A ~ 200A 的厚度。在退火后，由于剝蝕作用含氮的鵠層412D的氮含量降至約10% 或更少。含氮的鵠層412D的厚度為約20A~200A。含氮的鴒層412D 中的氮對(duì)鵠的比率為約0.01 ~ 0.15。根據(jù)第九實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一中間結(jié)構(gòu)和第二中間結(jié)構(gòu)。第一中間結(jié)構(gòu)包括第一金屬硅化物層和第一含氮的金屬層，以及 第二中間結(jié)構(gòu)包括第二含氮的金屬層和含氮的金屬硅化物層。例如，通過(guò)堆疊硅化鈦層412A和含氮的鈦層412B形成第一中間結(jié)構(gòu)。通過(guò)堆 疊含氮的硅化鎢層412C和含氮的鎢層412D形成第二中間結(jié)構(gòu)。圖6A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵極 堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層51、中間結(jié)構(gòu)52和第二導(dǎo)電層53。第一導(dǎo)電 層51包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如，磷)的多 晶硅層。第一導(dǎo)電層51也可包括多晶硅鍺層(Si^Gex，其中x為約0.01 1.0)或硅化物層。例如，該硅化物層包括選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷 (Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及鉑(Pt) 中的一種。第二導(dǎo)電層53包括鴒層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法 形成鴒層的厚度為約100A 2000A。 PVD法包括使用鴒濺射靶的濺射 沉積法。中間結(jié)構(gòu)52包括鈦(Ti)層52A、第一含氮的鵠(WNJ層52B、含氮的硅化鴒(WSixNy)層52C以及第二含氮的鴒(WNX)層52D。更具體而言，鈦層52A的厚度為約10A~約80A。鈦層52A優(yōu)選具有約10A 約50A的厚度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后續(xù)WNx沉積形成第一含氮的鎢層52B而將鈦層52A的一些上部改變?yōu)門iN，含氮的并且鈦層52A的一些下部和第一導(dǎo)電層51反應(yīng)，即和多晶硅層反應(yīng)因而形成TiSix層，因此鈦層52A具有如上述限制的厚度。如果鈦層52A的厚度大，則TiSix層的厚度也因?yàn)槠潴w積擴(kuò)大而增加以致發(fā)生隆起。此外，如果鈦層52A的厚度大，則鈦層52A可吸收多晶硅層51的摻雜劑，例如磷或硼，因此在多晶硅層51中發(fā)生多晶硅耗盡，導(dǎo)致器件性能的劣化。在第一和第二含氮的鎢層52B和52D中的每一層的氮對(duì)鎢的比率為約0.3 ~ 1.5。第 一和第二含氮的鵠層的每一層表示氮化鵠層或含特定含量/重量比的氮的鴒層。雖然將在之后說(shuō)明，但是第一和第二含氮的鵠層52B和52D 供應(yīng)氮至含氮的硅化鎢層52C。第一和第二含氮的鎢層52B和52D的 每一層具有約20A~200A的厚度。由于供應(yīng)氮至含氮的硅化鎢層52C， 在后續(xù)退火處理后，第一和第二含氮的鵠層52B和52D的每一層變成 純鵠層或含微量氮的鵠層。在含氮的硅化鎢層52C中的硅對(duì)鎢的比率為約0.5 ~ 3.0，以及含 氮的硅化鵠層52C的氮含量為約10% ~約60%。在此，如上所述適當(dāng) 地調(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因含氮的硅化鎢層52C不能成功 作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高，則包含 在含氮的硅化鴒層52C中的SiN含量會(huì)是高的，并因而使接觸電阻變高， 導(dǎo)致器件性能劣化。含氮的硅化鎢層52C表示氮化鴒硅層或含特定含量 /重量比的氮的硅化鴒層。所形成的含氮的硅化鵠層52C的厚度為約 20A ~約200A。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD或ALD法形成鈥層52A以及第一和第 二含氮的鎢層52B和52D。通過(guò)PVD法形成含氮的硅化鎢層52C。 PVD 法以濺射沉積法或反應(yīng)性濺射沉積法進(jìn)行。例如，通過(guò)以鈦'減射靶實(shí)施 濺射沉積法形成鈦層52A。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鵠濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺 射沉積法形成第一和第二含氮的鴒層52B和52D。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以 硅化鵠濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的硅化鴒層52C。特別 地，因?yàn)榭删鶆虻匦纬珊墓杌u層502C而與底層類型無(wú)關(guān)，所以
可使用PVD法(例如，反應(yīng)性濺射沉積法)形成含氮的硅化鵠層502C。根據(jù)第十實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層51、 Ti/WN/WSixNy/WNx中間結(jié)構(gòu)52和第二導(dǎo)電層53。第一導(dǎo)電層51和 第二導(dǎo)電層53分別包括多晶硅層和鴒層，從而形成鴒多晶硅柵極堆疊 結(jié)構(gòu)。特別地，Ti/WNx/WSixNy/WNx中間結(jié)構(gòu)52包括第一金屬層、第 二金屬層、含氮的金屬硅化物層和第三金屬層。第一金屬層包括純金屬 層，而第二和第三金屬層包括含氮的金屬層。含氮的金屬硅化物層包括 含特定含量/重量比的氮的金屬硅化物層。例如，第一金屬層為鈦層52A， 以及第二和第三金屬層分別為第一和第二含氮的鎢層52B和52D。金屬 硅化物層為含氮的硅化鵠層52C。上述多層疊的中間結(jié)構(gòu)也可以形成為其它不同結(jié)構(gòu)。例如，除了 鈦層之外，第一金屬層還包括鉭層。除了含氮的鎢層之外，第二和第三 金屬層含氮的還包括諸如含氮的鈦鵠層的基本類似材料。除了含氮的硅 化鴒層之外，含氮的金屬硅化物層含氮的硅化鵠還包括含氮鈦硅化層或 含氮的珪化鉭層。通過(guò)實(shí)施包括濺射的PVD法、CVD法或ALD法形 成鉭層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鈦鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含 氮的鈦鵠層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以相應(yīng)硅化鈦和硅化鉭濺射靶實(shí)施反應(yīng) 性濺射沉積法形成含氮的硅化鈦層和含氮的硅化鉭層。形成的鉭層的厚 度為約10A 80A。鉭層優(yōu)選具有約10A 約50A的厚度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后 續(xù)WNx沉積形成第二金屬層而將鉭層的一些上部改變?yōu)門aN并且鉭層 的一些下部和第一導(dǎo)電層51反應(yīng)，即與多晶硅層反應(yīng)因而形成TaSix 層，因此鉭層具有如上述限制的厚度。如果鉭層的厚度大，則TaSix層 的厚度也因?yàn)槠潴w積擴(kuò)大而增加發(fā)生隆起。此外，如果鉭層的厚度大， 則鉭層可吸收多晶硅層51的摻雜劑，例如磷或硼，因此在多晶硅層51 中發(fā)生多晶硅耗盡，導(dǎo)致器件性能的劣化。形成的含氮的鈦鎢層、含氮 的硅化鈦層和含氮的硅化鉭層的每一層的厚度為約20A~200A，并且每 一層具有約10%~60%的氮含量。在此，如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含量。 如果氮含量太低，則會(huì)因含氮的鈦或硅化鉭層不能成功作為擴(kuò)散阻擋層 而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高，則包含在含氮的鈦或硅 化鉭層中的SiN含量會(huì)是高的，并因而使接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性能
劣化。在含氮的鈦鵠層中，鈥對(duì)鎢的比率為約0.5~3.0。在含氮的硅化 鈦層中，硅對(duì)鈦的比率為約0.5~3.0。在含氮的珪化鉭層中，硅對(duì)鉭的 比率為約0.5 ~ 3.0。圖6B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵 極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層501、中間結(jié)構(gòu)502和第二導(dǎo)電層503。第 一導(dǎo)電層501包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如， 磷)的多晶硅層。第一導(dǎo)電層501也可包括多晶硅鍺層(Sh-xGex，其中 x為約0.01~1.0)或硅化物層。例如，硅化物層包括選自鎳(Ni)、鉻 (Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr) 及鉑(Pt)中的一種。第二導(dǎo)電層503包括鎢層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法 形成鎢層的厚度為約100A~2000A。 PVD法包括使用鎢濺射靶的濺射 沉積法。中間結(jié)構(gòu)502包括含氮的鈦(TiNx )層502A、第一含氮的鎢(WNX) 層502B、含氮的珪化鴒(WSixNy)層502C和第二含氮的鎢(WNX) 層502D。更具體而言，含氮的鈦層502A具有特定的氮和鈦比率(例如， 約0.2~0.8)并形成約10A 150A的厚度。在此，含氮的金屬層，即含 氮的鈦層502A具有如上述的氮對(duì)鈦的比率，以防止在含氮的鈦層502A 中產(chǎn)生SiN。由于在后續(xù)退火處理期間含氮的鈦層502A中過(guò)量的Ti破 壞多晶硅與TiNx之間所形成的Si-N鍵并因而移除SiN,因此可防止產(chǎn) 生SiN。這可能是因?yàn)門iN鍵比SiN鍵更強(qiáng)。含氮的鈦層502A表示氮 化鈦層或含特定含量/重量比的氮的鈦層。第一和第二含氮的鎢層502B和502D的每一層具有特定的氮對(duì)鎢 比率(例如，約0.3~1.5)。第一和第二含氮的鎢層502B和502D的每 一層也包括氮化鵠層。雖然在之后描述，但是第一和第二含氮的鎢層 502B和502D供應(yīng)氮至含氮的鈦層502A和含氮的硅化鎢層502C。第一 和第二含氮的鴒層502B和502D的每一層形成約20A ~ 200A的厚度。 由于氮的供應(yīng)，在退火后第一和第二含氮的鎢層502B和502D變成純 鴒層或含微量氮的鵠層。在含氮的硅化鎢層502C中的硅對(duì)鎢的比率為約0.5 ~ 3.0，以及含
氮的硅化鴒層502C的氮含量為約10% ~約60%。在此，如上所述適當(dāng) 地調(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因該含氮的硅化鎢層502C無(wú)法 成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高，則 包含在含氮的珪化鴒層502C中的SiN含量會(huì)是高的，并因此使接觸電 阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。含氮的硅化鵠層502C也包括氮化鎢硅層。 含氮的硅化鴒層502C具有約20A ~ 200A的厚度。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法形成第一和第二含氮的鵠層 502B和502D。通過(guò)實(shí)施PVD法形成含氮的鈥層502A和含氮的硅化鵠 層502C。PVD法以濺射沉積法或反應(yīng)性濺射沉積法進(jìn)行。例如，通過(guò)在氮 氣環(huán)境中以鈦濺射靶實(shí)施濺射沉積法形成含氮的鈦層502A。通過(guò)在氮 氣環(huán)境中以鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法分別形成第一和第二含氮 的鵠層502B和502D的每一層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鵠濺射靶實(shí) 施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的硅化鴒層502C。特別地，因?yàn)榭删鶆?地形成含氮的珪化鎢層502C而與底層類型無(wú)關(guān)，所以使用PVD法(例 如，反應(yīng)性'減射沉積法)形成含氮的珪化鵠層502C。根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層 501、 TiN/VVN/WSixNy/WNx中間結(jié)構(gòu)502和第二導(dǎo)電層503。第一導(dǎo) 電層501包括多晶硅并且第二導(dǎo)電層503包括鴒，從而形成鴒多晶硅柵 極堆疊結(jié)構(gòu)。具體地，TiNx/WNx/WSixNy/WNx中間結(jié)構(gòu)502形成為包括第 一金 屬層、第二金屬層、含氮的金屬硅化物層和第三金屬層的堆疊結(jié)構(gòu)。第 一、第二和第三金屬層是含氮的金屬層，以及含氮的金屬硅化物層包含 特定含量/重量比的氮。例如，第一金屬層為含氮的鈦層502A，以及第 二和第三金屬層分別為第一和第二含氮的鴒層502B和502D。金屬硅化 物層為含氮的珪化鎢層502C。上述多層疊的中間結(jié)構(gòu)也可以形成為其它不同結(jié)構(gòu)。例如，除含 氮的鈦層之外，第一金屬層還包括含氮的鉭(TaNx)層。除含氮的鴒層 之外，第二和第三金屬層還包括諸如含氮的鈦鵠(TiWNx)層的基本相 同的材料。除含氮的硅化鎢層之外，含氮的金屬硅化物層還包括含氮的
硅化鈦(TiSixNy)層或含氮的硅化鉭(TaSixNy)層。通過(guò)實(shí)施包括濺 射的PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的鉭層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中 以鈦鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性賊射沉積法形成該含氮的鈦鎢層。通過(guò)在氮?dú)?環(huán)境中以相應(yīng)硅化鈦及硅化鉭濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮 的硅化鈦層和含氮的硅化鉭層。形成的含氮的鉭層的厚度為約10A~ 80A。形成的含氮的鈦鵠層、含氮的硅化鈦層和含氮的硅化鉭層的每一 層的厚度約20A 200A，并且每一層具有約10%~60%的氮含量。在 此，如上所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因?yàn)楹拟?或珪化鉭層無(wú)法成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果 氮含量太高，則包含在含氮的鈦或硅化鉭層中的SiN含量會(huì)是高的，并 因此使接觸電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。在含氮的鈦鴒層中，鈦對(duì)鎢 的比率為約0.5 ~ 3.0。在含氮的硅化鈦層中，硅對(duì)鈦的比率為約0.5 ~ 3.0。 在含氮的珪化鉭層中，硅對(duì)鉭的比率為約0.5~3.0。圖6C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。柵極 堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層511、中間結(jié)構(gòu)512和第二導(dǎo)電層513。第一 導(dǎo)電層511包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼(B))或N-型雜質(zhì)(例如， 磷(P))的多晶硅層。除了多晶硅層之外，第一導(dǎo)電層511也可包括多 晶硅鍺(SihxGex)層，其中x為約0.01 ~ 1.0，或者包括硅化物層。該 硅化物層包括選自由鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鈥(Ti)、鎢(W)、 鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及賴(Pt)中的一種。第二導(dǎo)電層513包括鵠層。實(shí)施PVD法、CVD法及ALD法中之 一以形成約100A 2000A厚的鴒層。PVD法包括使用鴒濺射靶的'踐射 沉積法。中間結(jié)構(gòu)512包括硅化鈦(TiSix)層512A、含氮的鈦(TiNx)層 512B、第一含氮的鵠(WNx )層512C、含氮的硅化鵠(WSixNy )層512D 和第二含氮的鎢層512E。可根據(jù)本發(fā)明的第十和第十一實(shí)施方案所述 的選擇材料以不同結(jié)構(gòu)形成中間結(jié)構(gòu)512。根據(jù)第十二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)為對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第十和第 十一實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)實(shí)施退火處理后所形成的結(jié)構(gòu)。該退火包 括在形成這些柵極堆疊結(jié)構(gòu)后所實(shí)施的各種過(guò)程(例如，隔離物形成及 層間絕緣層形成)期間所伴隨的熱處理，
參考圖6C和6A，比較中間結(jié)構(gòu)512和中間結(jié)構(gòu)52。當(dāng)鈦層52A 和來(lái)自第一導(dǎo)電層51的多晶珪反應(yīng)時(shí)，形成具有約lA 30A厚度的硅 化鈦層512A。硅化鈥層512A中的珪對(duì)鈥的比率為約0.5 ~ 3.0。當(dāng)從第一含氮的鵠層52B供應(yīng)氮至鈦層52A時(shí)，提供含氮的鈦層 512B。含氮的鈦層512B具有約IOA ~ IOOA的厚度并且具有約0.7 ~ 1.3 的氮對(duì)鈦的比率。在退火后，由于剝蝕作用，第一和第二含氮的鎢層512C和512E 的每一層具有的氮含量降至約10%或更少。附圖標(biāo)記WNx(D)表示剝 蝕的含氮的鎢層。第一和第二含氮的鎢層512C和512E的每一層的厚 度為約20A 200人。在第一和第二含氮的鵠層512C和512E的每一層 中的氮對(duì)鴒的比率為約0.01~0.15。含氮的硅化鎢層512D具有和含氮的硅化鵠層52C基本相同的厚 度及組成。更具體而言，含氮的硅化鵠層512D具有約0.5 3.0的硅對(duì) 鎢的比率以及約10%~60%的氮含量。含氮的硅化鵠層512D的厚度為 約20A ~ 200A。參考圖6C和6B，比較中間結(jié)構(gòu)512和中間結(jié)構(gòu)502。在退火處 理期間，從含氮的鴒層502B供應(yīng)氮至含氮的鈦層502A。結(jié)果，含氮的 鈦層502A變成與硅化鈦層512A有最小反應(yīng)的含氮的鈦層512B。硅化 鈦層512A的厚度為約lA 30A，并且含氮的鈦層512B的厚度為約 10A 100A。在含氮的鈥層512B中的氮對(duì)鈥的比率為約0.7 ~ 1.3。在退火后，由于剝蝕第一和第二含氮的鎢層502B和502D，使得 第一和第二含氮的鎢層512C和512E的每一層具有的氮含量降至約 10%或更少。第一和第二含氮的鴒層512C和512E的每一層的厚度為 約20A 200A。在第一和第二含氮的鎢層512C和512E的每一層中的 氮對(duì)鴒的比率為約0.01 ~ 0.15。含氮的珪化鎢層512D具有和含氮的珪化鎢層502C基本相同的厚 度及組成。更具體而言，含氮的硅化鵠層512D具有約0.5 3.0的硅對(duì) 鎢的比率以及約10%~60%的氮含量。含氮的硅化鴒層512D的厚度為 約20A ~ 200A。
根據(jù)第十二實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一中間結(jié)構(gòu)和第二中 間結(jié)構(gòu)。第一中間結(jié)構(gòu)包括金屬硅化物層和第一含氮的金屬層，第二中 間結(jié)構(gòu)包括第二含氮的金屬層、含氮的金屬硅化物層和第三含氮的金屬層。例如，通過(guò)堆疊硅化鈦層512A和含氮的鈦層512B形成該第一中 間結(jié)構(gòu)。通過(guò)堆疊含氮的鎢層512C、含氮的硅化鎢層512D和含氮的鎢 層512E形成第二中間結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第一至第十二實(shí)施方案的每個(gè)中間結(jié)構(gòu)包括含氮的 金屬硅化物層(例如，含氮的硅化鵠層)以及包括鈦、硅、鎢以及氮的 多個(gè)薄層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以硅化鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形 成含氮的硅化鎢層。當(dāng)沉積含氮的硅化鎢層時(shí)，實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法 使鈦層轉(zhuǎn)變成為氮化鈦層。在鈦層上形成含氮的鵠層的情況中，鈦層轉(zhuǎn) 變成為氮化鈦層。因?yàn)楹墓杌u層用作非晶擴(kuò)散阻擋層，所以當(dāng)形成鎢層時(shí)， 該鎢層具有約15pO-cm的小的比電阻和大晶粒尺寸。因此，由于可形 成具有低比電阻的鎢層，所以該鵠層降低片電阻。因?yàn)楫?dāng)形成含氮的鵠層或含氮的硅化鎢層時(shí)，使鈥層或含氮的鈦 層轉(zhuǎn)變成為氮化鈦層，所以根據(jù)本發(fā)明的第一至第十二實(shí)施方案的柵極 堆疊結(jié)構(gòu)具有低接觸電阻和可減少多晶硅耗盡。此外，因?yàn)樵诿總€(gè)中間 結(jié)構(gòu)中包括含氮的硅化鴒層，所以柵極堆疊結(jié)構(gòu)具有低片電阻。由于上述鈦層或含氮的鈦層轉(zhuǎn)變?yōu)榈亴?，因此在這些中間結(jié) 構(gòu)中所包括的多個(gè)層的每一層均包含氮的。結(jié)果，接觸電阻和片電阻低， 并且可減少每個(gè)柵極堆疊結(jié)構(gòu)的高度。此外，可允許減少因在第一導(dǎo)電 層中所摻雜的雜質(zhì)(例如，硼)向外擴(kuò)散所造成的多晶硅耗盡效應(yīng)。圖7A描述根據(jù)本發(fā)明的第十三實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵 極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層61、中間結(jié)構(gòu)62和第二導(dǎo)電層63。第一導(dǎo) 電層61包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如，磷)的 多晶硅層。第一導(dǎo)電層61也可包括多晶硅鍺層(Si^Gex，其中x為約 0.01 ~ 1.0)或硅化物層。例如，珪化物層包括選自鎳(M)、鉻(Cr)、 鈷(Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr )及鉑(Pt) 中的一種。
第二導(dǎo)電層63包括鵠層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法 形成的鴒層的厚度為約100A~2000A。 PVD法包括使用鴒濺射靶的濺 射沉積法。中間結(jié)構(gòu)62包括鈦(Ti)層62A、第一含氮的鴒(WNX)層62B、 硅化鎢(WSix)層62C(其中x為約1.5 10)以及第二含氮的鎢(WNx) 層62D。更具體地，形成的鈦層62A的厚度為約10A~ 80A。鈦層62A 優(yōu)選具有約10A 約50A的厚度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后續(xù)WNx沉積形成含氮的 鴒層62B而將鈦層62A的一些上部改變?yōu)門iN含氮的并且鈦層62A的 一些下部和第一導(dǎo)電層61反應(yīng)，即與多晶硅層反應(yīng)因而形成TiSix層， 因此具有鈦層62A如上述限制的厚度。如果鈦層62A的厚度大的，則 TiSix層的厚度也因?yàn)槠潴w積擴(kuò)大而增加以致發(fā)生隆起。此外，如果鈦層 62A的厚度大，則鈦層62A可吸收多晶硅層61的摻雜劑，例如磷或硼， 并因此在多晶硅層61中發(fā)生多晶硅耗盡，導(dǎo)致器件性能的劣化。第一和第二含氮的鴒層62B和62D的每一層具有特定的氮對(duì)鎢比 率(例如，約0.3 ~ 1.5)。第一和第二含氮的鵠層62B和62D的每一層 也包括氮化鎢層。雖然在之后描述，但是第一和第二含氮的鎢層62B和 62D具有金屬特性。第一和第二含氮的鎢層62B和62D供應(yīng)氮至硅化 鎢層62C。形成的第一和第二含氮的鎢層62B和62D的每一層的厚度 為約20A 200A。由于氮的供應(yīng)，在退火后第一和第二含氮的鎢層62B 和62D變成純鴒層或含微量氮的鴒層。在含氮的硅化鎢層62C中的硅對(duì)鎢的比率為約0.5 ~ 3.0。形成的 含氮的硅化鴒層62C的厚度為約20A~ 100A。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法形成鈥層62A、第一和第二 含氮的鎢層62B和62D以及鴒層63。通過(guò)實(shí)施PVD法形成含氮的珪化 鴒層62C。PVD法以'踐射沉積法或反應(yīng)性濺射沉積法進(jìn)行。例如，通過(guò)以鈥 濺射靶實(shí)施濺射沉積法形成鈦層62A。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鴒濺射靶實(shí) 施反應(yīng)性濺射沉積法形成第一和第二含氮的鴒層62B和62D的每一層。 通過(guò)以硅化鵠濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮的硅化鴒層62C。 通過(guò)以鴒濺射靶實(shí)施濺射沉積法形成鴒層63。
根據(jù)本發(fā)明的第十三實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層61、 Ti/WNx/WSix/WNx中間結(jié)構(gòu)62和第二導(dǎo)電層63。第一導(dǎo)電層61 包括多晶硅以及第二導(dǎo)電層63包括鴒，從而形成鎢多晶硅柵極堆疊結(jié) 構(gòu)。具體地，Ti/WNx/WSix/WNx中間結(jié)構(gòu)62形成為包括第 一金屬層、 第二金屬層、含氮的金屬硅化物層和第三金屬層的堆疊結(jié)構(gòu)。第一金屬 層包括純金屬層。第二和第三金屬層包括含氮的金屬層，以及含氮的金 屬硅化物層包括純硅化鎢層。例如，第一金屬層為鈦層62A,以及第二 和第三金屬層分別為第一和第二含氮的鎢層62B和62D。金屬硅化物層 為含氮的硅化鎢層62C。上述多層疊的中間結(jié)構(gòu)也可以形成為其它不同結(jié)構(gòu)。例如，除鈦 層之外，第一金屬層還包括鉭層。除硅化鎢層之外，金屬硅化物層還包 括硅化鈦(TiSix )層，其中x為1.5 10，或硅化鉭(TaSix)層，其中 x為1.5 ~ 10。除含氮的鎢層之外，第二和第三金屬層還包括含氮的鈥鵠 (TiWNx)層。通過(guò)實(shí)施包括賊射的PVD法、CVD法或ALD法形成 鉭層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鈦鎢濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成含氮 的鈥鴒層。通過(guò)以相應(yīng)硅化鈦及硅化鉭濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形 成硅化鈦層和硅化鉭層。形成的鉭層的厚度為約10A 80A。鉭層優(yōu)選 具有約10人~約50A的厚度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)后續(xù)WNx沉積形成第二金屬層 而將鉭層的一些上部改變?yōu)門aN并且鉭層的一些下部和第一導(dǎo)電層61 反應(yīng)，即與多晶硅層反應(yīng)因而形成TaSix層，因此鉭層具有如上述限制 的厚度。如果鉭層的厚度大，則TaSix層的厚度也因?yàn)槠潴w積擴(kuò)大而增 加以致發(fā)生隆起。此外，如果鉭層的厚度大，則鉭層可吸收多晶硅層61 的摻雜劑，例如磷或硼，并因此在多晶硅層61中發(fā)生多晶硅耗盡，導(dǎo) 致器件性能的劣化。含氮的鈦鎢層的厚度為約20A 200A。形成的硅化 鈦層和硅化鉭層的每一層的厚度為約20A 200A。含氮的鈥鵠層具有約 10%~60%的氮含量。在含氮的鈦鎢層中，鈦對(duì)鴿的比率為約0.5~3.0。 在硅化鈦層中，硅對(duì)鈦的比率為約0.5~3.0。在硅化鉭層中，硅對(duì)鉭的 比率為約0.5 ~ 3.0。通過(guò)實(shí)施PVD法(例如，濺射沉積法)在第一含氮的鎢層62B 上形成珪化鵠層62C。利用硅化鵠濺射靶實(shí)施濺射沉積法允許均勻形成
硅化鵠層62C而與底層類型無(wú)關(guān)。圖7B說(shuō)明在通過(guò)實(shí)施相應(yīng)化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉 積(PVD)法在含氮的鵠層上形成硅化鵠層后所提供的結(jié)構(gòu)的影^^。雖 然通過(guò)CVD法沒(méi)有在氮化鴒層WN上良好地形成硅化鵠層CVD-WSix， 但是通過(guò)PVD法可在氮化鴒層WN上均勻地形成硅化鎢層PVD-WSix。 因此，由于可在硅化鴒層上形成具有低比電阻的鴒層，所以可減少鎢層 的片電阻。根據(jù)本發(fā)明的第十三實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)，當(dāng)在鈦層上形成 含氮的鎢層62B時(shí)，使鈦層轉(zhuǎn)變成為氮化鈦層。根據(jù)本發(fā)明的第十三實(shí)施方案，因?yàn)樵诤膶拥男纬善陂g使中 間結(jié)構(gòu)的鈦層轉(zhuǎn)變成為氮化鈦層，所以柵極堆疊結(jié)構(gòu)可獲得低接觸電阻 并減少多晶硅耗盡效應(yīng)。此外，因?yàn)橹虚g結(jié)構(gòu)包括珪化鎢層，所以柵極 堆疊結(jié)構(gòu)也可獲得低片電阻。圖7C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十四實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵 極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層601、中間結(jié)構(gòu)602和第二導(dǎo)電層603。第 一導(dǎo)電層601包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如， 磷)的多晶硅層。第一導(dǎo)電層601也可包括多晶珪鍺層(Si^Gex，其中 x為約0.01 ~ 1.0)或硅化物層。例如，該硅化物層包括選自鎳(Ni)、 鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr) 及鉑(Pt)中的一種。第二導(dǎo)電層603包括鵠層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法 形成鎢層，厚度為約100A 2000A。 PVD法包括使用鎢濺射靶的濺射 沉積法。中間結(jié)構(gòu)602包括含氮的鈦(TiNx )層602A、第一含氮的鵠(WNX) 層602B、硅化鴒(WSix)層602C和第二含氮的鴒(WNX)層602D。 更具體而言，含氮的鈦層602A具有特定的氮對(duì)鈦比率(例如，在約0.2 ~ 0.8)并形成有約10A 150A的厚度。在此，含氮的金屬層，即含氮的 鈦層602A具有如上述的氮對(duì)鈦的比率，以防止在含氮的鈦層602A中 產(chǎn)生SiN。由于在后續(xù)退火處理期間，含氮的鈦層602A中過(guò)量的Ti破
壞多晶硅和TiNx之間所形成的Si-N鍵從而移除SiN，因此可防止產(chǎn)生 SiN。這可能是由于TiN鍵比SiN鍵更強(qiáng)。含氮的鈥層602A也包括氮 化鈦層。第一和第二含氮的鎢層602B和602D的每一層具有特定的氮對(duì)鎢 比率(例如，約0.3 ~ 1.5)。第一和第二含氮的鎢層602B和602D的每 一層也包括氮化鎢層。第一和第二含氮的鎢層602B和602D供應(yīng)氮至 硅化鴒層602C。形成的第一和第二含氮的鎢層602B和602D的每一層 的厚度為約20A 200A。由于氮的供應(yīng)，在退火后第一和第二含氮的鎢 層602B和602D變成純鵠層或含微量氮的鵠層。在硅化鴒層602C中的硅對(duì)鵠的比率為約0.5 ~ 3.0。硅化鴒層602C 具有的厚度為約20A ~ 200A。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或ALD法形成第一和第二含氮的鵠層 602B和602D。通過(guò)實(shí)施PVD法形成含氮的鈦層602A和硅化鵠層602C。PVD法以'濺射沉積法或反應(yīng)性賊射沉積法進(jìn)行。例如，通過(guò)在氮 氣環(huán)境中以鈦'減射靶實(shí)施濺射沉積法形成含氮的鈦層602A。通過(guò)在氮 氣環(huán)境中以鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成第一和第二含氮的鎢 層602B和602D。通過(guò)以珪化鴒濺射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成珪化 鴒層602C。通過(guò)以鴒濺射靼實(shí)施濺射沉積法形成鵠層603。根據(jù)本發(fā)明 的第十四實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層601、TiNx/WNx/WSix/WNx中間結(jié)構(gòu)602和第二導(dǎo)電層603。第一導(dǎo)電層601 包括多晶硅以及第二導(dǎo)電層603包括鵠，從而形成鴒多晶硅柵極堆疊結(jié) 構(gòu)。具體地，TiNx/WNx/WSix/WNx中間結(jié)構(gòu)602形成為包括第 一金屬 層、第二金屬層、金屬硅化物層和第三金屬層的堆疊結(jié)構(gòu)。第一、第二 和第三金屬層是含氮的金屬層，以及金屬硅化物層為純金屬珪化物層。 例如，第一金屬層為含氮的鈥層602A,第二和第三金屬層分別為第一 和第二含氮的鵠層602B和602D。金屬珪化物層為硅化鵠層602C。上述多層疊的中間結(jié)構(gòu)也可以形成為其它不同結(jié)構(gòu)。例如，除含 氮的鈦層之外，第一金屬層還包括含氮的鉭(TaNx)層。除硅化鎢層之
外，金屬硅化物層還包括硅化鈦(TiSix)，其中x為約1.5 10，或硅化 鉭(TaSix)，其中x為約1.5~10。除含氮的鴒層之外，第二和第三金屬 層還包括含氮的鈦鎢(TiWNx)層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鉭濺射靶實(shí)施 反應(yīng)性'減射法形成含氮的鉭層。通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以鈥鴒濺射靶實(shí)施反 應(yīng)性'減射沉積法形成含氮的鈥鴒層。通過(guò)以相應(yīng)砝化鈦及硅化鉭濺射靶 實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成硅化鈦層和硅化鉭層。形成的含氮的鉭層的 厚度為約10A~150A。形成的含氮的鈦鎢層、硅化鈦層和硅化鉭層的每 一層的厚度為約20A~ 200A。含氮的鈦鎢層中的氮含量為約10%和 60%。在含氮的鈦鎢層中，鈦對(duì)鎢的比率為約0.5~3.0。在硅化鈦層中， 硅對(duì)鈦的比率為約0.5 ~ 3.0。在硅化鉭層中，硅對(duì)鉭的比率為約0.5 ~ 3.0。在上述中間結(jié)構(gòu)602中，通過(guò)PVD法(例如，濺射沉積法)在第 一含氮的鎢層602B上形成珪化鎢層602C。利用硅化鎢濺射靶實(shí)施濺射 沉積法允許均勻形成硅化鵠層602C而與底層類型無(wú)關(guān)。圖7D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十五實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。該柵 極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層611、中間結(jié)構(gòu)612及第二導(dǎo)電層613。該 第一導(dǎo)電層611包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼(B))或N-型雜質(zhì)(例 如，磷(P))的多晶硅層。除多晶硅層之外，第一導(dǎo)電層611也可包括 多晶硅鍺(SikGex)層，其中x為約0.01 ~ 1.0,或者包括硅化物層。 該硅化物層包括選自鎳(M)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鴒(W)、 鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及鉑(Pt)中的一種。第二導(dǎo)電層613包括鴒層。實(shí)施PVD法、CVD法及ALD法中之 一以形成約100A 2000A厚的鴒層。PVD法包括使用鎢濺射靶的濺射 沉積法。中間結(jié)構(gòu)612包括硅化鈦(TiSix)層612A、含氮的鈦(TiNx)層 612B、第一含氮的鵠(WNx)層612C、含氮的硅化鎢(WSixNy)層612D 和第二含氮的鵠層612E?？筛鶕?jù)本發(fā)明的第十三和第十四實(shí)施方案所 述的選擇材料以不同結(jié)構(gòu)形成中間結(jié)構(gòu)612。根據(jù)本發(fā)明的第十五實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)為對(duì)根據(jù)本發(fā)明的 第十三和第十四實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)實(shí)施退火處理后所產(chǎn)生的結(jié) 構(gòu)。該退火包括在形成這些柵極堆疊結(jié)構(gòu)后所實(shí)施的各種過(guò)程(例如，
隔離物形成及層間絕緣層形成)期間所伴隨的熱處理。參考圖7D和7A,比較中間結(jié)構(gòu)612和中間結(jié)構(gòu)62。當(dāng)鈦層62A 與來(lái)自第一導(dǎo)電層61的多晶硅反應(yīng)時(shí)，形成具有約lA 30A厚度的硅 化鈦層612A。硅化鈦層612A中的硅對(duì)鈦的比率為約0.5 ~ 3.0。當(dāng)從含氮的鎢層62B供應(yīng)氮至鈦層62A時(shí)，提供含氮的鈦層 612B。含氮的鈦層612B具有約10A~100A的厚度且具有約0.6 ~ 1.2 的氮對(duì)鈦的比率。在退火后，由于剝蝕作用第一和第二含氮的鎢層612C和612E的 每一層具有的氮含量降至約10%或更少。附圖標(biāo)記WNx(D)表示剝蝕 的含氮的鎢層。第一和第二含氮的鎢層612C和612E的每一層的厚度 為約20A 200人。在第一和第二含氮的鎢層612C和612E的每一層中 的氮對(duì)鴒的比率為約0.01 ~ 0.15。由于分解來(lái)自第一和第二含氮的鎢層602B和602D的氮，硅化鎢 層602C轉(zhuǎn)變成為含氮的硅化鴒層612D。在含氮的硅化鎢層612D中的 珪對(duì)鵠的比率為約0.5 ~ 3.0。含氮的珪化鎢層612D具有約10%~60% 的氮含量以及約20A~200A的厚度。參考圖7D和7C,比較中間結(jié)構(gòu)612和中間結(jié)構(gòu)602。在退火處 理期間，從含氮的鎢層602B供應(yīng)氮至含氮的鈦層602A。結(jié)果，使含氮 的鈦層602A轉(zhuǎn)變成為和硅化鈦層612A有最小反應(yīng)的含氮的鈦層612B。 硅化鈦層612A的厚度為約lA 30A，并且含氮的鈦層612B的厚度為 約IOA ~ IOOA。在含氮的鈦層612B中的氮對(duì)鈦的比率為約0.7 ~ 1.3。在退火后，由于剝蝕第一和第二含氮的鎢層602B和602D，使得 第一和第二含氮的鎢層612C和612E的每一層具有的氮含量降至約 10°/?；蚋?。第一和第二含氮的鎢層612C和612E的每一層的厚度為 約20A~200A。在第一和第二含氮的鎢層612C和612E的每一層中的 氮對(duì)鴒的比率為約0.01 ~ 0.15。由于剝蝕來(lái)自第一和第二含氮的鎢層602B和602D的氮，硅化鎢 層602C轉(zhuǎn)變成為含氮的硅化鴒層612D。含氮的硅化鎢層612D具有約 0.5~3.0的硅對(duì)鵠的比率以及約10%~60%的氮含量。在此，如上所述
適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氮含量。如果氮含量太低，則會(huì)因含氮的硅化鎢層612D無(wú) 法成功作為擴(kuò)散阻擋層而發(fā)生界面反應(yīng)。另一方面，如果氮含量太高， 則包含在含氮的硅化鎢層612D中的SiN含量會(huì)是高的，并因此使接觸 電阻變高，導(dǎo)致器件性能劣化。含氮的硅化鎢層612D的厚度為約20A ~ 200A。根據(jù)第十五實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括第一中間結(jié)構(gòu)和第二中 間結(jié)構(gòu)。第一中間結(jié)構(gòu)包括金屬硅化物層和第一含氮的金屬層，第二中 間結(jié)構(gòu)包括第二含氮的金屬層、含氮的金屬硅化物層和第三含氮的金屬層。例如，通過(guò)堆疊硅化鈥層612A和含氮的鈥層612B形成第一中間 結(jié)構(gòu)。通過(guò)堆疊含氮的鎢層612C、含氮的硅化鎢層612D和含氮的鎢層 612E形成第二中間結(jié)構(gòu)。可實(shí)施根據(jù)本發(fā)明第 一至第十五實(shí)施方案的中間結(jié)構(gòu)以控制快閃 存儲(chǔ)器件的柵電極和許多邏輯器件的柵電極以及動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ) (DRAM)器件的柵電極。圖8描述根據(jù)本發(fā)明的第十六實(shí)施方案的快閃存儲(chǔ)器件的柵極堆 疊結(jié)構(gòu)。在襯底701上形成對(duì)應(yīng)于柵極絕緣層的隧道氧化物層702。在 隧道氧化物層702上形成用于浮置柵極FG的第一多晶硅電極703。在第一多晶硅電極703上形成介電層704，以及在介電層704上 形成用于控制柵極CG的第二多晶硅電極705。在第二多晶硅電極705上形成選自本發(fā)明的第一至第十五實(shí)施方 案所述的各種類型的中間結(jié)構(gòu)的中間結(jié)構(gòu)706。中間結(jié)構(gòu)706包括根據(jù) 本發(fā)明的第一實(shí)施方案的Ti/WN/VVSixNy中間結(jié)構(gòu)。因此，通過(guò)順序堆 疊鈦層706A、含氮的鎢層706B及含氮的硅化鎢層706C以形成中間結(jié) 構(gòu)706。在中間結(jié)構(gòu)706上形成鴒電極707和硬掩模708。附圖標(biāo)記W和 H/M分別表示鴒電極707和硬掩模708。具有如圖8所示的中間結(jié)構(gòu)706的快閃存儲(chǔ)器件的柵極堆疊結(jié)構(gòu) 具有低片電阻和接觸電阻。本發(fā)明的實(shí)施方案除了柵電極之外還可應(yīng)用 于各種金屬互連例如位線、金屬線以及包括中間結(jié)構(gòu)的電容器電極。此 外，本發(fā)明的實(shí)施方案可應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的構(gòu)成雙多晶硅柵極的柵極 堆疊結(jié)構(gòu)，其中雙多晶硅柵極包括第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)(包括在中間結(jié)構(gòu)下面所形成的摻雜有N-型雜質(zhì)的多晶硅電極和在中間結(jié)構(gòu)上所形成的 鎢電極)和第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)(包括摻雜有P-型雜質(zhì)的多晶硅電極和在 中間結(jié)構(gòu)上所形成的鴒電極)。圖9是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一至第十五實(shí)施方案所形成的各類型 的中間結(jié)構(gòu)的鵠層的片電阻(Rs)的圖。該鎢層具有約40nm的厚度?？捎^察到在Ti/WNx中間結(jié)構(gòu)上通過(guò)CVD法和PVD法額外地施 加WSix/WNx中間結(jié)構(gòu)(即，Ti/WNx/CVD-WSix/WNx結(jié)構(gòu)和 Ti/WNx/PVD-WSi/WNx結(jié)構(gòu))以及施加WSixNy層(即，Ti/WNx/WSixNy 結(jié)構(gòu))的情況中，鎢電極的片電阻減少。然而，因?yàn)橥ㄟ^(guò)CVD法無(wú)法 在WNx層上良好地生長(zhǎng)WSix層，所以需要通過(guò)PVD法(例如，濺射 沉積法)在WNx層上形成WSL層。通過(guò)使用硅化鎢濺射靶和氮?dú)獾姆?應(yīng)性濺射;冗積法實(shí)施WSiJVy層的形成。將比較 Ti/WNx/CVD-WSix/WNx 中 間 結(jié)構(gòu) 、 Ti/WNx/PVD-WSix/WNx中間結(jié)構(gòu)和Ti/WNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)的鎢電極 的片電阻。鎢電極的片電阻只在應(yīng)用Ti/WNx/PVD-WSix/WNx中間結(jié)構(gòu) 的情況中是較低的，并且Ti/WNx/WSixNy中間結(jié)構(gòu)與應(yīng)用WSix/WNx中 間結(jié)構(gòu)情況相同。在通過(guò)CVD法施加WSL層的情況中，無(wú)法在WNx 層上均勻地形成WSix層。結(jié)果，在WNx層上產(chǎn)生結(jié)塊，從而增加片電 阻。相反地，如果使用利用WSij濺射靶的濺射沉積法或反應(yīng)性濺射沉 積法，則可均勻地形成WSL擴(kuò)散層，從而減少鴒電極的片電阻。圖10A 10C說(shuō)明使用圖3A所示的柵極堆疊結(jié)構(gòu)的柵極圖案化 過(guò)程。圖3A中的相同附圖標(biāo)記在此表示相同元件。參考圖10A,在襯底800上形成柵極絕緣層801，其中在襯底801 中實(shí)施離子注入過(guò)程以形成隔離層、阱以及溝道。在柵極絕緣層801上形成圖案化的第一導(dǎo)電層21。在圖案化的笫 一導(dǎo)電層21上形成中間結(jié)構(gòu)22。在中間結(jié)構(gòu)22上形成圖案化的第二導(dǎo) 電層23。
圖案化的第一導(dǎo)電層21包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如，磷)的多晶硅層。圖案化的第一導(dǎo)電層21也可包括多 晶硅鍺層(Si^Gex，其中x為約0.01 ~ 1.0)或硅化物層。例如，該硅 化物層包括選自鎳(M)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鵠(W)、鉭 (Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及鉑(Pt)中的一種。中間結(jié)構(gòu)22包括圖案化的鈦層(Ti) 22A、圖案化的含氮的鎢 (WNx)層22B和圖案化的含氮的硅化鴒(WSixNy)層22C。圖案化的第二導(dǎo)電層23包括鴒層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或 ALD法形成鴒層。PVD法包括使用鵠'減射耙的濺射沉積法。在圖案化的第二導(dǎo)電層23上形成硬掩模802?？墒÷杂惭谀?02 的形成。硬掩模802包括氮化硅(Si3N4)。實(shí)施柵極圖案化過(guò)程，以形成所示的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。具體地，雖 然未顯示，但是使用由光刻膠層所形成的蝕刻阻擋柵極掩模(未顯示) 來(lái)實(shí)施第一圖案化過(guò)程，以蝕刻硬掩模層、第二導(dǎo)電層、用于中間結(jié)構(gòu) 22的鈦層、含氮的鵠層和含氮的硅化鴒層的多個(gè)層以及第一導(dǎo)電層的一 部分。結(jié)果，在柵極絕緣層801和襯底800上形成包括硬掩模802、圖 案化的第二導(dǎo)電層23、中間結(jié)構(gòu)22和圖案化的第一導(dǎo)電層21的結(jié)構(gòu)。參考圖IOB，移除柵極掩模，然后，實(shí)施預(yù)隔離(pre-spacer)過(guò) 程，以防止圖案化的第二導(dǎo)電層23 (也就是，鵠層)和中間結(jié)構(gòu)22的 非均勻蝕刻和氧化。例如，形成Si3N4層803作為預(yù)隔離層。參考圖10C,實(shí)施第二柵極圖案化過(guò)程，以蝕刻Si3N4層803和圖 案化的第一導(dǎo)電層21的一部分。在第二柵極圖案化過(guò)程期間，使用干 式蝕刻法蝕刻Si3lNU層803的一部分，以在柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成 隔離物803A。使用這些隔離物803A作為蝕刻阻擋層以蝕刻圖案化的第 一導(dǎo)電層21。附圖標(biāo)記21A表示電極(例如，多晶硅電極)?？蓪⑹褂萌缟鲜鲱A(yù)隔離層的第 一和第二柵極圖案化過(guò)程應(yīng)用于根 據(jù)本發(fā)明的第二至第十五實(shí)施方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。圖11說(shuō)明使用圖3A所示的柵極堆疊結(jié)構(gòu)的另一柵極圖案化過(guò) 程。圖10A~10C的相同附圖標(biāo)記在此表示相同元件。在襯底800上形成柵極絕緣層801，其中在襯底800中實(shí)施離子 注入過(guò)程以形成隔離層、阱以及溝道。在柵極絕緣層801上形成圖案化 的第一導(dǎo)電層21B。在圖案化的第一導(dǎo)電層21B上形成中間結(jié)構(gòu)22。 在中間結(jié)構(gòu)22上形成圖案化的第二導(dǎo)電層23。圖案化第一導(dǎo)電層21B包括高摻雜P-型雜質(zhì)(例如，硼)或N-型雜質(zhì)(例如，磷)的多晶硅層。圖案化的第一導(dǎo)電層21B也可包括多 晶硅鍺層(SihxGex，其中x為約0.01 ~ 1.0)或硅化物層。例如，該硅 化物層包括選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鵠(W)、鉭 (Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)及粕(Pt)中的一種。中間結(jié)構(gòu)22包括圖案化的鈦層(Ti) 22A、圖案化的含氮的鴒 (WNx)層22B和圖案化的含氮的硅化鴒(WSixNy)層22C。圖案化的第二導(dǎo)電層23包括鴒層。通過(guò)實(shí)施PVD法、CVD法或 ALD法形成鵠層。PVD法包括使用鵠濺射耙的賊射沉積法。在圖案化的第二導(dǎo)電層23上形成硬掩模802?？墒÷杂惭谀?02 的形成。硬掩模802包括氮化硅(Si3N4 )。實(shí)施柵極圖案化過(guò)程，以形 成所述的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。具體地，雖然未顯示，但是使用由光刻膠層所 形成的蝕刻阻擋柵極掩模(未顯示)來(lái)同時(shí)蝕刻硬掩模層、第二導(dǎo)電層、 用于中間結(jié)構(gòu)22的鈦層、含氮的鎢層和含氮的硅化鴒層的多個(gè)層以及 第一導(dǎo)電層的一部分。結(jié)果，在柵極絕緣層801和襯底800上形成包括 硬掩模802、圖案化的第二導(dǎo)電層23、中間結(jié)構(gòu)22和圖案化的第一導(dǎo) 電層21B的結(jié)構(gòu)。選擇立即實(shí)施蝕刻而不使用預(yù)隔離層的柵極圖案化過(guò) 程，以替代使用預(yù)隔離層的包括兩個(gè)步驟的柵極圖案化過(guò)程?？蓪⒉皇?用預(yù)隔離層的柵極圖案化過(guò)程應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的第二至第十五實(shí)施 方案的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，由在鵠電極與多晶硅電極之間所布置的 多個(gè)薄層(包含鈥、鎢、硅和氮或每一層包含氮的)所構(gòu)成的中間結(jié)構(gòu) 可允許獲得與poly-Si/WNx/W和poly-Si/WNx/WSix/W中間結(jié)構(gòu)一樣低 的片電阻。因此，可減少柵極堆疊結(jié)構(gòu)的高度，因此可容易實(shí)現(xiàn)工藝集 成。由于硼穿透或硼向外擴(kuò)散的減少，可減少多晶硅耗盡效應(yīng)，并且因此可增加PMOSFET的操作電流。此外，在鴒電極和多晶硅電極之間 可獲得非常低接觸電阻，因而有利于高速器件的制造。至于形成用以制造高速、高密度、低功率存儲(chǔ)器件的鎢多晶硅柵 極的方法，可通過(guò)實(shí)施由多個(gè)薄膜(包含鈦、鎢、硅和氮，或每各薄膜 包含氮的)所構(gòu)成的中間結(jié)構(gòu)以獲得低接觸電阻和低多晶硅耗盡效應(yīng)。雖然已參考特定實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以在不背離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實(shí)施各種變更 和修改。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括在襯底上形成第一導(dǎo)電層；在所述第一導(dǎo)電層上形成中間結(jié)構(gòu)，其中所述中間結(jié)構(gòu)形成為包括至少第一金屬層和含氮的金屬硅化物層的堆疊結(jié)構(gòu)；和在所述中間結(jié)構(gòu)上形成第二導(dǎo)電層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述中間結(jié)構(gòu)包括在所述第一 導(dǎo)電層上順序堆疊所述第 一金屬層、第二金屬層和所述含氮的金屬硅化物 層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述中間結(jié)構(gòu)包括在所述第一 導(dǎo)電層上順序堆疊所述第一金屬層、所述含氮的金屬>^化物層和第二金屬 層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述中間結(jié)構(gòu)包括順序堆疊所 述第一金屬層、第二金屬層、所述含氮的金屬硅化物層和第三金屬層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一金屬層包括純金屬層和含 氮的金屬層中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述純金屬層包括鈥層和鉭層中的 一種，所述含氮的金屬層包括含氮的鈦層和含氮的鉭層中的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述純金屬層形成約10A 約50A 的厚度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述含氮的金屬層中的氮對(duì)金屬的 原子比范圍為約0. 2~約0. 8。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第二金屬層包括含氮的鎢層和 含氮的鈥鴒層中的一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二金屬層包括含氮的鎢層和 含氮的鈥鵠層中的一種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第二金屬層和所述第三金屬層 的每一層包括含氮的鎢層和含氮的鈥鵠層中的一種。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)在氮?dú)猸h(huán)境中以金屬硅化物濺 射靶實(shí)施反應(yīng)性濺射沉積法形成所述含氮的金屬硅化物層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含氮的金屬硅化物層包括含氮 的珪化鴒層、含氮的硅化鈥層和含氮的硅化鉭層中的一種。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述含氮的金屬硅化物層具有約 10% ~約60%的氮含量并且^金屬的原子比為約0. 5 ~約3. 0。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第一導(dǎo)電層包括選自多晶硅層、 多晶硅鍺層和硅化物層中的一種，并且所述第二導(dǎo)電層包括鵠層。
16. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 在襯底上形成第一導(dǎo)電層；在所述第一導(dǎo)電層上形成中間結(jié)構(gòu)，所述中間結(jié)構(gòu)形成為包含第一金 屬層、第二金屬層、金屬硅化物層、和第三金屬層的堆疊結(jié)構(gòu)；和 在所述中間結(jié)構(gòu)上形成第二導(dǎo)電層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過(guò)實(shí)施反應(yīng)性賊射沉積法形成 所述金屬硅化物層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述金屬硅化物層包括選自珪化鴒層、硅化鈥層和硅化鉭層中的一種。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一、第二和第三金屬層的 每一層包括含氮的金屬層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二金屬層和所述第三金屬 層的每一層包括含氮的鎢層和含氮的鈥鵠層中的一種。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述含氮的鎢層具有約10%~約 60%的氮含量并且氮對(duì)鎢的原子比為約0. 3 ~約1. 5。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一金屬層具有的氮對(duì)金屬 的原子比為約0. 2~約0. 8。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一金屬層包括含氮的鈦層 和含氮的鉭層中的一種。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一金屬層包括鈥層和鉭層 中的一種。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電層包括選自多晶硅 層、多晶硅鍺層和硅化物層中的一種，并且所述第二導(dǎo)電層包括鴒層。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成第一導(dǎo)電層；在第一導(dǎo)電層上形成中間結(jié)構(gòu)，該中間結(jié)構(gòu)形成為包含至少第一金屬層和含氮的金屬硅化物層的堆疊結(jié)構(gòu)；以及在該中間結(jié)構(gòu)上形成第二導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101211771SQ20071016109
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者成敏圭, 林寬容, 梁洪善, 趙興在, 金兌京, 金龍水 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司