[发明专利]一种半导体器件及其制造方法和电子装置

说明书

本发明提供一种半导体器件及其制造方法和电子装置，所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有预定形成栅极结构的区域；在所述预定形成栅极结构的区域依次形成功函数层和阻挡层，其中，所述阻挡层包括富氧阻挡层、富氮阻挡层和富氢阻挡层中的至少一种；在所述阻挡层上形成栅极电极层。本发明的方法，可以有效防止栅极电极层中的杂质向下扩散到阻挡层下方的其他膜层中。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法和电子装置。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，集成电路性能的提高主要是通过不断缩小集成电路器件的尺寸以提高它的速度来实现的。目前，由于在追求高器件密度、高性能和低成本中半导体工业已经进步到纳米技术工艺节点，半导体器件的制备受到各种物理极限的限制。

随着CMOS器件尺寸的不断缩小，来自制造和设计方面的挑战促使了三维设计如鳍片场效应晶体管(FinFET)的发展。相对于现有的平面晶体管，FinFET是用于20nm及以下工艺节点的先进半导体器件，其可以有效控制器件按比例缩小所导致的难以克服的短沟道效应，还可以有效提高在衬底上形成的晶体管阵列的密度，同时，FinFET中的栅极环绕鳍片(鳍形沟道)设置，因此能从三个面来控制静电，在静电控制方面的性能也更突出。

对于FinFET器件，其通常使用W电极作为金属栅极结构的电极，因此，不会存在Al扩散的现象，器件的功函数(尤其是NMOS器件的功函数)主要取决于N型功函数金属而不是Al电极。在常规的金属栅极结构制备工艺中，往往在功函数层上形成阻挡层(例如TiN阻挡层)，再在扩散阻挡层上形成电极层，而TiN阻挡层是P型功函数金属，它对NMOS器件的阈值电压(VT)尤其短沟道(Short Channel，简称SC)器件的阈值电压有很大的影响。另一个问题是电极层沉积时通常使用例如WF₄的含F气体作为源气体，导致沉积后的W电极层中会包括F，W电极层中的F也会扩散穿过TiN阻挡层并影响N型功函数层的功函数值。需要适当的调整TiN阻挡层的厚度来平衡上述问题，而目前没有很好的方式来平衡短沟道器件和长沟道器件对于TiN阻挡层厚度的需求，通常，长沟道(Long channel)器件需要较厚的TiN阻挡层，而短沟道器件需要较薄的TiN阻挡层，对于短沟道器件，W电极层中的F向N型功函数层(例如TiAlC)中的扩散不是很严重，因为短沟道器件的沟槽中仅有少量的W电极层，但是如果TiN阻挡层太厚，则NMOS器件的有效功函数会显著增加，将会引发NMOS阈值电压的上翘(roll-up)现象，即NMOS的阈值电压Vt随沟道宽度的减小而快速升高；而对于长沟道器件，W电极中的F严重扩散进入N型功函数金属(例如TiAlC)中，由于长沟道器件的沟槽中有大量的W电极层，因此，如果TiN阻挡层太薄，F扩散将会主导长沟道的阈值电压，因此需要增加阻挡层的厚度。

因此，有必要提出一种新的半导体器件的制造方法，以解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明一方面提供一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有预定形成栅极结构的区域；

在所述预定形成栅极结构的区域依次形成功函数层和阻挡层，其中，所述阻挡层包括富氧阻挡层、富氮阻挡层和富氢阻挡层中的至少一种；

在所述阻挡层上形成栅极电极层。

进一步，所述富氢阻挡层位于所述阻挡层的顶层；所述富氧阻挡层位于所述阻挡层的底层；所述富氮阻挡层位于所述阻挡层的中间层，所述中间层位于所述底层和所述顶层之间。

进一步，形成所述富氧阻挡层的方法包括以下步骤：