[发明专利]具有晶体结构的N功函金属

说明书

本发明提供了一种方法，该方法包括在半导体衬底上方形成伪栅极堆叠件，其中，该半导体衬底包括在晶圆中。该方法还包括去除伪栅极堆叠件以形成凹槽，在凹槽中形成栅极介电层，且在凹槽中和栅极介电层上方形成金属层。金属层具有n功函。金属层的一部分具有晶体结构。该方法还包括使用金属材料填充凹槽的剩余部分，其中，金属材料覆盖金属层。本发明还涉及具有晶体结构的N功函金属。

技术领域

本发明总体涉及半导体技术领域，更具体地，涉及具有晶体结构的N功函金属。

背景技术

在集成电路中，金属氧化物半导体(MOS)器件是基本的建造元件。现有的MOS器件通常具有包括多晶硅的栅电极，其中多晶硅使用诸如离子注入或热扩散的掺杂操作掺杂有p型或n型杂质。将栅电极的功函调整至硅的能带边沿。对于n型金属氧化物半导体(NMOS)器件，可以将功函调整至接近硅的导带。对于P型金属氧化物半导体(PMOS)器件，可以将功函调整至接近硅的价带。通过选择合适的杂质可以实现调整多晶硅栅电极的功函。

具有多晶硅栅电极的MOS器件显示出载流子耗尽效应，也称为多晶硅耗尽效应。当所施加的电场将载流子从接近栅极电介质的栅极区清除时会发生多晶硅耗尽效应，从而形成耗尽层。在n掺杂的多晶硅层中，耗尽层包括离子化非移动供给位，其中，在p掺杂的多晶硅层中，耗尽层包括离子化非移动接收位。此耗尽效应会造成有效栅极介电层厚度的增加，而使得要在此半导体表面处形成反转层更为困难。

可以通过形成金属栅电极或金属硅化物栅电极解决多晶硅耗尽问题，其中，用于NMOS器件和PMOS器件的金属栅极也可以具有能带边沿功函。由于NMOS器件和PMOS器件对于功函具有不同的要求，所以使用双栅极CMOS器件。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种方法，包括：在半导体衬底上方形成伪栅极堆叠件，其中，所述半导体衬底包括在晶圆中；去除所述伪栅极堆叠件以形成凹槽；在所述凹槽中形成栅极介电层；在所述凹槽中以及所述栅极介电层上方形成金属层，其中，所述金属层具有n功函，所述金属层的一部分具有晶体结构；以及使用金属材料填充所述凹槽的剩余部分，其中，所述金属材料覆盖所述金属层。

在上述方法中，其中，形成所述金属层包括沉积钛铝(TiAl)层。

在上述方法中，其中，形成所述金属层包括在高于约200℃的温度下沉积所述金属层。

在上述方法中，其中，使用物理汽相沉积实施形成所述金属层。

在上述方法中，其中，部分所述金属层中的所述晶体结构包括六方密堆积(HCP)结构。

在上述方法中，其中，使用所述金属材料填充所述凹槽的剩余部分包括：在所述金属层上方沉积氮化钛层；在所述氮化钛层上方沉积钴层；以及在所述钴层上方沉积铝层。

在上述方法中，其中，所述晶体结构具有选自由(200)方向、(111)方向、(201)方向和它们的组合组成的组的晶体方向。

根据本发明的另一个方面，提供了一种方法，包括：在半导体衬底上方形成伪栅极堆叠件，其中，所述半导体衬底包括在晶圆中；去除所述伪栅极堆叠件以在层间介电层中形成凹槽；在所述凹槽中形成栅极介电层；使用物理汽相沉积(PVD)在所述凹槽中形成钛铝层，其中，所述钛铝层位于所述栅极介电层上方，并且在高于约200℃的温度下实施形成所述钛铝层；以及使用金属材料填充所述凹槽的剩余部分，其中，所述金属材料覆盖所述钛铝层。

在上述方法中，其中，形成所述钛铝层包括在约150℃到约450℃范围内的温度下沉积所述钛铝层。

在上述方法中，其中，所述钛铝层包括具有晶体结构的至少一部分。

在上述方法中，其中，所述钛铝层包括具有晶体结构的至少一部分；所述晶体结构具有选自由(200)方向、(111)方向、(201)方向和它们的组合组成的组的晶体方向。