專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別涉及一種鰭式場(chǎng)效晶體管和其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工業(yè)演進(jìn)至納米工藝技術(shù)，以得到較高的裝置密度、效能和低成本， 半導(dǎo)體裝置制造和設(shè)計(jì)均進(jìn)步至三維的設(shè)計(jì)，例如鰭式場(chǎng)效晶體管(fin field effect transistor，以下可簡(jiǎn)稱(chēng)FinFET)。傳統(tǒng)的鰭式場(chǎng)效晶體管形成有自基底延伸很薄的鰭，舉例來(lái)說(shuō)，其通過(guò)蝕刻基底的硅層以得到鰭。場(chǎng)效晶體管的通道是形成在上述的鰭中，而鰭被柵極包覆。鰭式場(chǎng)效晶體管于通道的兩側(cè)形成柵極，使柵極從兩側(cè)控制通道是有好處的。鰭式場(chǎng)效晶體管另外的優(yōu)點(diǎn)包括減少短通道效應(yīng)且具有較高的電流。雖然鰭式場(chǎng)效晶體管具有上述優(yōu)點(diǎn)，然而在制作鰭式場(chǎng)效晶體管的過(guò)程中會(huì)遇到一些問(wèn)題。圖1A-1C顯示制作鰭式場(chǎng)效晶體管遇到的問(wèn)題。請(qǐng)參照?qǐng)D1A，提供一例如硅的基底102。在基底102上形成例如多晶硅的鰭104。在鰭104的頂部和側(cè)壁形成柵極介電層106。后續(xù)，在柵極介電層106上形成氮化鈦層108，其中氮化鈦層108用作柵電極。請(qǐng)參照?qǐng)D1B，在氮化鈦層108上依序形成氮化硅層110和四乙基硅氧烷(Tetraethoxysilane， TE0S)層112，以避免后續(xù)工藝造成氮化鈦層108氧化。請(qǐng)參照?qǐng)D1C，在四乙基硅氧烷層112 上坦覆性地沉積旋轉(zhuǎn)涂布介電層114(spin-on dielectric, SOD) 0接著，進(jìn)行約800°C的退火過(guò)程，以使旋轉(zhuǎn)涂布介電層114致密化。在上述制作鰭式場(chǎng)效晶體管的工藝中會(huì)遇到以下問(wèn)題由于鰭與鰭之間的距離縮減，因此，若氮化硅層110和四乙基硅氧烷層112的厚度增加，會(huì)在旋轉(zhuǎn)涂布介電層114中形成孔洞(稱(chēng)為SOD孔洞問(wèn)題)。因此，需要新的鰭式場(chǎng)效晶體管和其制作方法以解決此問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，包括基底；鰭型態(tài)半導(dǎo)體層，設(shè)置在基底上；柵極介電層，設(shè)置在鰭型態(tài)半導(dǎo)體層的頂部和側(cè)壁；金屬氮化層，設(shè)置在柵極介電層上；以及摻雜鋁的金屬氮化層，設(shè)置在金屬氮化層上，以防止金屬氮化層氧化。本發(fā)明提供一種鰭式場(chǎng)效晶體管，包括鰭型態(tài)半導(dǎo)體層；柵極結(jié)構(gòu)，包覆鰭型態(tài)半導(dǎo)體層，其中柵極結(jié)構(gòu)包括柵極介電層和氮化鈦層；以及氧化阻障層，保護(hù)氮化鈦層防止其氧化，其中氧化阻障層包括摻雜鋁的氮化鈦層。本發(fā)明提供一種形成半導(dǎo)體裝置的方法，包括提供基底；在基底上形成鰭型態(tài)半導(dǎo)體層；在鰭型態(tài)半導(dǎo)體層的頂部和側(cè)壁形成柵極介電層；在柵極介電層上形成金屬氮化層；以及在金屬氮化層上形成摻雜鋁的金屬氮化層。為使本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實(shí)施例，并結(jié)合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1A-1C顯示傳統(tǒng)鰭式場(chǎng)效晶體管的制作方法的剖面圖；圖2A顯示本發(fā)明一實(shí)施例鰭式場(chǎng)效晶體管(FinFET)的平面圖；以及圖2B-2D顯示本發(fā)明一實(shí)施例鰭式場(chǎng)效晶體管制造階段的剖面圖。主要部件標(biāo)號(hào)說(shuō)明102 -、基底；104 -、鰭；
106 -H 極介電層；108 -、氮化鈦層；
110 -、氮化硅層；112 -、四乙基硅氧烷層
114 -、介電層；202 -、基底；
204 -、鰭；206 -H 極介電層；
208 -、金屬氮化層；210 -、柵極結(jié)構(gòu)；
212 -、金屬氮化層；214 -、介電層。
具體實(shí)施例方式可理解的是，以下敘述提供許多不同的實(shí)施例或范例，揭示本發(fā)明不同的特征。以下特定的范例僅是用來(lái)簡(jiǎn)要地?cái)⑹霰景l(fā)明，并非用來(lái)限制本發(fā)明。舉例來(lái)說(shuō)，在以下敘述在第二圖樣上方形成第一圖樣的敘述可包括以下實(shí)施例第一圖樣和第二圖樣直接接觸，或可包括在第一圖樣和第二圖樣形成額外圖樣的實(shí)施例，因而使第一圖樣和第二圖樣沒(méi)有直接接觸。此外，本發(fā)明在各范例中可重復(fù)標(biāo)號(hào)和/或文字，而此重復(fù)的標(biāo)號(hào)和/或文字僅是用來(lái)簡(jiǎn)化和清楚的描述本發(fā)明，其本身并不代表各實(shí)施例和結(jié)構(gòu)間的關(guān)系。在以下的描述中，鰭式場(chǎng)效晶體管(FinFET)可以是任何以鰭作為基礎(chǔ)的多柵極晶體管。圖2A顯示本發(fā)明一實(shí)施例鰭式場(chǎng)效晶體管(FinFET)的平面圖。圖2B-2D顯示本發(fā)明一實(shí)施例鰭式場(chǎng)效晶體管制造階段的剖面圖。值得注意的是，圖2B是沿著圖2A的一個(gè)鰭的剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2A和圖2B，半導(dǎo)體裝置包括多個(gè)從基底202延伸的鰭204(亦稱(chēng)為鰭型態(tài)半導(dǎo)體層)。雖然圖式中僅顯示兩個(gè)鰭204，可理解的是鰭的數(shù)目可依照需求和特定的應(yīng)用變化。鰭包括硅鰭或多晶硅鰭。鰭可使用適合的工藝形成，例如微影和蝕刻工藝。 例如，微影工藝可包括在基底上(或硅層、多晶硅層上)形成光阻層，對(duì)光阻層進(jìn)行曝光，進(jìn)行曝光后烘烤工藝，和對(duì)光阻層進(jìn)行顯影工藝以形成掩模單元。掩模單元可用來(lái)在基底蝕刻出鰭。鰭可以使用反應(yīng)離子蝕刻工藝(簡(jiǎn)稱(chēng)RIE)和/或其它適合的工藝形成。在其它的實(shí)施例中，基底202包括絕緣層上覆硅(silicon-on-insulator，SOI) 基底，絕緣層上覆硅基底可使用注氧隔離技術(shù)(Speration-by-oxygen implantation, SIM0X)、晶圓鍵合和/或其它適合的方法形成。硅層可以是SOI基底的硅層(例如位于絕緣層上)。鰭可以例如由蝕刻基底上的硅層或多晶硅層形成。在一實(shí)施例中，鰭結(jié)構(gòu)可使用兩次構(gòu)圖曝光(double-patterninglithography， DPL)工藝形成，兩次構(gòu)圖曝光工藝為一種方法，使用將圖案分成兩個(gè)插入的圖案圖形化基底，兩次構(gòu)圖曝光(DPL)工藝允許增強(qiáng)的圖樣(例如鰭)密度，各種兩次構(gòu)圖曝光方法可包括使用兩次曝光(例如使用兩個(gè)掩模組)、形成相鄰的間隙壁圖樣、移除圖樣以提供間隙壁的圖案、光阻凝固和/或其它適合的工藝。請(qǐng)參照?qǐng)D2C，半導(dǎo)體裝置包括一個(gè)或多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)210，形成于基底202上的鰭204上方。值得注意的是，柵極結(jié)構(gòu)210包覆鰭204，以使柵極結(jié)構(gòu)210控制鰭204兩側(cè)的通道。柵極結(jié)構(gòu)210包括柵極介電層206和沿著鰭頂部和側(cè)壁的金屬氮化層208。柵極介電層206的材料可包括氧化硅、氮化硅、高介電常數(shù)材料或其它適合的材料。高介電材料包括二元或三元的高介電薄膜(例如HfOx)。在另一實(shí)施例中，高介電常數(shù)材料可以為L(zhǎng)aO、 A10、ZrO, TiO、Ta2O5, Y2O3> SrTiO3 (STO)、BaTiO3 (BTO)、BaZrO, HfZrO, HfLaO, HfSiO、LaSiO、 AlSiO、HfTaO、HfTiO、(Ba，Sr) TiO3 (BST)、A1203、Si3N4、氮氧化物或其它適合的材料。柵極介電層206是由適合的工藝形成，例如原子層沉積法(ALD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、熱氧化法或紫外光-臭氧氧化工藝(UV-ozone oxidation)或上述的組合。金屬氮化層208優(yōu)選是氮化鈦層，其可以適合的工藝形成，例如原子層沉積法(ALD)或化學(xué)氣相沉積法(CVD)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，金屬氮化層208的厚度約為5埃 10埃。請(qǐng)參照?qǐng)D2C，在金屬氮化層208上形成摻雜鋁的金屬氮化層212。摻雜鋁的金屬氮化層212可以是摻雜鋁的氮化鈦層。摻雜鋁的金屬氮化層212可以適合的工藝形成，例如原子層沉積法(ALD)或化學(xué)氣相沉積法(CVD)。在本發(fā)明之一實(shí)施例中，摻雜鋁的金屬氮化層212是在形成金屬氮化層后原位(in-situ)形成的。也就是說(shuō)，在腔室中形成金屬氮化層208后，在腔室注入含鋁的氣體，與形成金屬氮化層的氣體一起形成摻雜鋁的金屬氮化層212。由于XRD分析顯示當(dāng)?shù)佒袖X摻雜大于5%時(shí)可提供較好的氧化阻障效果，摻雜鋁的金屬氮化層中的鋁濃度優(yōu)選大于5%，以避免氮化鈦層208在后續(xù)工藝步驟中氧化。 在本發(fā)明一實(shí)施例中，摻雜鋁的金屬氮化層212厚度約為40埃 60埃。之后，請(qǐng)參照?qǐng)D2D，在摻雜鋁的金屬氮化層212上坦覆性地形成介電層214，且填入鰭204間的空隙。在本發(fā)明一實(shí)施例中，介電層214可以是含氧層，且可以使用旋轉(zhuǎn)涂布介電層(SOD)的方法形成，接著，進(jìn)行約800°C的退火工藝，以使旋轉(zhuǎn)涂布介電層214致密化。本發(fā)明以摻雜鋁的金屬氮化層取代氮化硅和四乙基硅氧烷(TEOS)層具有以下優(yōu)點(diǎn)第一點(diǎn)，摻雜鋁的金屬氮化層具有良好的阻障效果，且厚度較氮化硅和四乙基硅氧烷 (TEOS)層薄，因此鰭式場(chǎng)效晶體管裝置的鰭間的間隙可增加，使旋轉(zhuǎn)涂布介電(SOD)填入工藝時(shí)減少SOD孔洞問(wèn)題。第二點(diǎn)，摻雜鋁的金屬氮化層和在同一腔室中形成金屬氮化層原位(in-situ)形成。因此，本發(fā)明可節(jié)省工藝時(shí)間和/或成本。第三點(diǎn)，本發(fā)明可調(diào)整摻雜鋁的金屬氮化層的鋁濃度，因此可提供良好的工藝彈性。雖然本發(fā)明已揭露優(yōu)選實(shí)施例如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)可做些許更動(dòng)與潤(rùn)飾。另外，本發(fā)明不特別限定于特定說(shuō)明書(shū)中描述的實(shí)施例的工藝、裝置、制造方法、組成和步驟。熟悉本領(lǐng)域的人士可根據(jù)本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的揭示，進(jìn)一步發(fā)展出與本發(fā)明大體上具有相同功能或大體上可達(dá)到相同結(jié)果的工藝、裝置、制造方法、組成和步驟。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附之權(quán)利要求書(shū)所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括 基底；鰭型態(tài)半導(dǎo)體層，設(shè)置于該基底上；柵極介電層，設(shè)置于該鰭型態(tài)半導(dǎo)體層的頂部和側(cè)壁；金屬氮化層，設(shè)置于該柵極介電層上；以及摻雜鋁的金屬氮化層，設(shè)置于該金屬氮化層上，以防止所述金屬氮化層氧化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該金屬氮化層為氮化鈦層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該摻雜鋁的金屬氮化層為摻雜鋁的氮化鈦層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該摻雜鋁的氮化鈦層的鋁摻雜濃度大于5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還包括介電層，其中該介電層設(shè)置于該摻雜鋁的金屬氮化層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該介電層為氧化層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該鰭型態(tài)半導(dǎo)體層包括硅或多晶硅材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該金屬氮化層的厚度大體上為5埃 10埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該摻雜鋁的金屬氮化層的厚度大體上為40埃 60埃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該摻雜鋁的金屬氮化層用作該金屬氮化層的氧化阻障層。
11.一種鰭式場(chǎng)效晶體管，其特征在于，包括 鰭型態(tài)半導(dǎo)體層；柵極結(jié)構(gòu)，包覆所述鰭型態(tài)半導(dǎo)體層，該柵極結(jié)構(gòu)包括柵極介電層和氮化鈦層；以及氧化阻障層，保護(hù)所述氮化鈦層防止所述氮化鈦層氧化，特征在于，該氧化阻障層包括摻雜鋁的氮化鈦層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鰭式場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該摻雜鋁的氮化鈦層的鋁摻雜濃度大于5%。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鰭式場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該氮化鈦層的厚度大體上為5埃 10埃。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鰭式場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該氧化阻障層的厚度大體上為40埃 60埃。
15.一種形成半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于，包括 提供基底；在所述基底上形成鰭型態(tài)半導(dǎo)體層； 在所述鰭型態(tài)半導(dǎo)體層的頂部和側(cè)壁形成柵極介電層； 在所述柵極介電層上形成金屬氮化層；以及在所述金屬氮化層上形成摻雜鋁的金屬氮化層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的形成半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于，該金屬氮化層為氮化鈦層。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的形成半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于，該摻雜鋁的金屬氮化層為摻雜鋁的氮化鈦層。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的形成半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于，該摻雜鋁的金屬氮化層在形成所述金屬氮化層后原位形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的形成半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于，該金屬氮化層和所述摻雜鋁的金屬氮化層由原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的形成半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于，該摻雜鋁的氮化鈦層的鋁摻雜濃度大于5%。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置，包括基底；鰭型態(tài)半導(dǎo)體層，設(shè)置在基底上；柵極介電層，設(shè)置在鰭型態(tài)半導(dǎo)體層的頂部和側(cè)壁；金屬氮化層，設(shè)置在柵極介電層上；以及摻雜鋁的金屬氮化層，設(shè)置在金屬氮化層上，以防止金屬氮化層氧化。在本發(fā)明一實(shí)施例中，金屬氮化層是氮化鈦層，且摻雜鋁的金屬氮化層是摻雜鋁的氮化鈦層。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102403355SQ20101055907
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者梁雯萍, 蘇國(guó)輝 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司