[发明专利]金属栅极结构及其制作方法

权利要求书

1.一种金属栅极结构，包括：

栅极介电层，设置于一半导体基底上；

多层结构的P型功函数层，设置于该栅极介电层上，其中该多层结构的P型功函数层包括至少一结晶状(crystalline)P型功函数层以及至少一非结晶状(amorphous)P型功函数层；以及

导电金属层，设置于该多层结构的P型功函数层上。

2.如权利要求1所述的金属栅极结构，另包括一N型功函数层，设置于该多层结构的P型功函数层与该导电金属层之间，且该N型功函数层的材料包括铝(aluminum，Al)。

3.如权利要求1所述的金属栅极结构，其中该结晶状P型功函数层包括一未含硅的P型功函数层，且该非结晶状P型功函数层包括一含硅的P型功函数层。

4.如权利要求3所述的金属栅极结构，其中该含硅的P型功函数层的一密度大于该未含硅的P型功函数层的一密度。

5.如权利要求3所述的金属栅极结构，其中该含硅的P型功函数层的一原子组成比中硅原子的百分比介于6％至20％。

6.如权利要求3所述的金属栅极结构，其中该含硅的P型功函数层的一厚度与该多层结构的P型功函数层的一厚度的比例实质上大于1/10。

7.如权利要求3所述的金属栅极结构，其中该含硅的P型功函数层的一厚度介于10至70埃(Angstroms，)，且该多层结构的P型功函数层的一厚度介于30至100埃。

8.如权利要求1所述的金属栅极结构，其中该非结晶状P型功函数层的一厚度与该多层结构的P型功函数层的一厚度的比例实质上大于1/10。

9.如权利要求1所述的金属栅极结构，其中该结晶状P型功函数层的材料包括氮化钛(titanium nitride，TiN)，该非结晶状P型功函数层的材料包括硅掺杂的氮化钛(titanium silicon nitride，TiSiN)。

10.如权利要求1所述的金属栅极结构，另包括一底阻障层，设置于该栅极介电层与该多层结构的P型功函数层之间。

11.一种金属栅极结构的制作方法，包括：

形成一层间介电层于一半导体基底上；

形成一栅极沟槽于该层间介电层中；

形成一栅极介电层于该栅极沟槽中；

形成一多层结构的P型功函数层于该栅极介电层上，其中形成该多层结构的P型功函数层的方法至少包括在形成一结晶状P型功函数层后，形成一非结晶状P型功函数层；以及

形成一导电金属层填满该栅极沟槽。

12.如权利要求11所述的金属栅极结构的制作方法，其中形成该非结晶状P型功函数层的方法包括进行一原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)制作工艺。

13.如权利要求12所述的金属栅极结构的制作方法，其中该原子层沉积制作工艺包括先提供钛前驱物(precursor)以及氮前驱物后，再提供硅前驱物。

14.如权利要求12所述的金属栅极结构的制作方法，其中该原子层沉积制作工艺包括先提供钛前驱物(precursor)后，再提供氮前驱物以及硅前驱物。

15.如权利要求11所述的金属栅极结构的制作方法，其中形成该非结晶状P型功函数层的方法包括：

形成一氮化钛层；

形成一硅层覆盖该氮化钛层；以及

进行一热处理制作工艺。

16.如权利要求11所述的金属栅极结构的制作方法，另包括：

在形成该多层结构的P型功函数层之前，形成一底阻障层于该栅极介电层上。

17.如权利要求11所述的金属栅极结构的制作方法，另包括：

在形成该结晶状的P型功函数层之前，形成一非结晶状的第一P型功函数层。

18.如权利要求11所述的金属栅极结构的制作方法，另包括：

形成一N型功函数层于该多层结构的P型功函数层上。

19.如权利要求11所述的金属栅极结构的制作方法，其中形成该结晶状P型功函数层包括形成一未含硅的P型功函数层，且形成该非结晶状P型功函数层包括形成一含硅的P型功函数层。

20.如权利要求11所述的金属栅极结构的制作方法，其中该非结晶状P型功函数层包括一含硅的P型功函数层，且该含硅的P型功函数层的原子组成比中硅原子的百分比介于6％至20％。