[发明专利]使用相同功函数材料的复合功函数层的形成

说明书

本公开涉及使用相同功函数材料的复合功函数层的形成。方法包括在半导体区上形成栅极电介质层，和使用第一含铝前驱物沉积第一含铝功函数层。所述第一含铝功函数层在所述栅极电介质层上方。使用第二含铝前驱物沉积第二含铝功函数层，所述第二含铝前驱物不同于所述第一含铝前驱物。所述第二含铝功函数层沉积在所述第一含铝功函数层上方。在所述第二含铝功函数层上方形成传导区。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年7月16日提交的并且名称为“n-WFM TiAlC的新颖共前驱物方法(A Novel Co-Precursor method of n-WFM TiAlC)”的美国临时申请号63/052,612的权益，所述申请据此以引用的方式并入本文。

背景技术

金属氧化物半导体(MOS)器件通常包括金属栅极，其形成是为了解决常规多晶硅栅极中的多晶耗尽效应。当施加的电场自靠近栅极电介质的栅极区扫除载流子时发生多晶耗尽效应，从而形成耗尽层。在n掺杂多晶硅层中，耗尽层包括离子化非移动性供体位(donor site)；其中在P掺杂多晶硅层中，耗尽层包括离子化非移动性受体位(acceptorsite)。耗尽效应导致有效栅极电介质厚度的增加，使得在半导体表面上产生反型层更难。

金属栅极可包括多个层，使得可满足NMOS器件和PMOS器件的不同要求。金属栅极的形成通常涉及去除伪栅极堆叠件以形成沟槽、沉积延伸到沟槽中的多个金属层、形成金属区以填充沟槽的剩余部分，并且然后进行化学机械抛光(CMP)工艺以去除金属层的多余部分。金属层和金属区的剩余部分形成金属栅极。

金属栅极包括功函数层。常规地，n型MOS器件的功函数层由TiAlC形成，TiAlC可使用TiCl₄和三乙基铝(TEA)形成。由于沉积速率限制，难以产生具有受控厚度(例如，厚度为10埃或更小)的超薄功函数层。

发明内容

本公开的一些实施方式提供了一种方法，所述方法包括：在半导体区上形成栅极电介质层；使用第一含铝前驱物沉积第一含铝功函数层，其中所述第一含铝功函数层在所述栅极电介质层上方；使用不同于所述第一含铝前驱物的第二含铝前驱物沉积第二含铝功函数层，其中所述第二含铝功函数层沉积在所述第一含铝功函数层上方；以及在所述第二含铝功函数层上方形成传导区。

本公开的另一些实施方式提供了一种器件，其包括：半导体区；在所述半导体区上方的栅极电介质；在所述栅极电介质上方的功函数层，其中所述功函数层包含TiAlC，并且其中所述功函数层包括：顶部部分，其中所述顶部部分具有第一铝原子百分比；和底部部分，其中所述底部部分具有第二铝原子百分比，并且其中所述第一铝原子百分比小于所述第二铝原子百分比；以及在所述功函数层上方的胶层。

本公开的还要另一些实施方式提供了一种器件，其包括：半导体鳍；在所述半导体鳍上的高k栅极电介质；以及栅电极，所述栅电极包括：在所述高k栅极电介质上方的包含铝的功函数层，所述功函数层包括：下半部，其中所述功函数层的峰值铝原子百分比在所述功函数层的所述下半部中；和在所述下半部上方的上半部，其中所述上半部中的原子百分比低于所述下半部中的铝原子百分比；以及在所述功函数层上方并接触所述功函数层的胶层。

附图说明

当结合附图来阅读以下详细说明时可最好地理解本公开的各方面。应注意的是，根据行业中的标准惯例，各种特征并不一定按比例绘制。事实上，为了论述清楚起见，各种特征的尺寸可任意放大或缩小。

图1-6、图7A、图7B、图8-16、图17A和图17B展示了根据一些实施方式的形成鳍式场效应晶体管(FinFET)的中间阶段的透视图和截面图。

图18展示了根据一些实施方式的具有使用不同方法形成的TiAlC层的样品。

图19展示了根据一些实施方式的TiAlC样品中的铝的信号强度。