半导体结构及其制作工艺的制作方法

文档序号:9827199阅读:805来源:国知局
半导体结构及其制作工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体结构及其制作工艺,且特别是涉及一种形成具有小于500Mpa的压缩应力的钛层的半导体结构及其制作工艺。
【背景技术】
[0002]在集成电路的制造过程中,场效晶体管(field effect transistor)是一种极重要的电子元件,而随着半导体元件的尺寸越来越小,晶体管的制作工艺步骤也有许多的改进,以制造出体积小而高品质的晶体管。现有的晶体管制作工艺是在基底上形成栅极结构之后,再于栅极结构相对两侧的基底中形成轻掺杂漏极结构(lightly doped drain, LDD)。接着于栅极结构侧边形成间隙壁(spacer),并以此栅极结构及间隙壁做为掩模,进行离子注入步骤,以于基底中形成源极/漏极区。而为了要将晶体管的栅极、源极、与漏极适当电连接于电路中,因此需要形成接触插塞(contact plug)来进行导通。接触插塞中还形成有阻障层围绕其中的低电阻率材料以防止低电阻率材料向外扩散至其他区域。随着半导体元件尺寸的缩小,在接触洞(contact hole)中填入阻障层以及低电阻率材料以形成接触插塞,并维持甚至提升半导体元件的效能,即为目前业界发展的目标之一。

【发明内容】

[0003]本发明的目的在于提供一种半导体结构及其制作工艺,其先形成具有小于500Mpa的压缩应力的钛层,然后再形成氮化钛层,以避免形成氮化钛层的制作工艺高温使所形成的半导体结构产生气泡而引发碎屑,污染其他区域的结构。
[0004]为达上述目的,本发明提出一种半导体结构,包含有一介电层、一钛层、一氮化钛层以及一金属。介电层设置于一基底上,其中介电层具有一通孔。钛层覆盖通孔,其中钛层具有小于1500Mpa(兆帕)的拉伸应力。氮化钛层顺应地覆盖钛层。金属填满通孔。
[0005]本发明提出一种半导体制作工艺,包含有下述步骤。首先,形成一介电层于一基底上,其中介电层具有一通孔。接着,形成一钛层,顺应地覆盖通孔,其中钛层具有小于500Mpa的压缩应力。接续,形成一氮化钛层,顺应地覆盖钛层。而后,填入一金属于通孔中。
[0006]基于上述,本发明提出一种半导体结构及其制作工艺,其形成具有小于500Mpa的压缩应力的钛层,因而即便经过后续的制作工艺高温,例如形成氮化钛层于钛层上的制作工艺高温,或者形成金属硅化物于源/漏极中的制作工艺高温,仍可使钛层维持为具有小于1500Mpa(兆帕)的拉伸应力。如此,本发明可避免因制作工艺的高温,促使所形成的半导体结构产生气泡而引发碎屑,因而污染其他区域的结构,降低良率。
【附图说明】
[0007]图1-图8为本发明一第一实施例的半导体制作工艺的剖面示意图;
[0008]图9-图10为本发明一第二实施例的半导体制作工艺的剖面示意图。
[0009]符号说明
[0010]10:绝缘结构
[0011]20、20a:盖层
[0012]110:基底
[0013]122:介电层
[0014]124:功函数层
[0015]126:低电阻率材料
[0016]132:轻掺杂源/漏极
[0017]134:源 / 漏极
[0018]136:外延结构
[0019]140:接触洞蚀刻停止层
[0020]150、150a、180、280:介电层
[0021]162、162a、292a、292b:钛层
[0022]164、164a、294a、294b:氮化钛层
[0023]166、166a、296a、296b:金属
[0024]170,270:金属硅化物
[0025]C:栅极通道
[0026]Cl、C2、C3、C4:接触插塞
[0027]G:栅极
[0028]M:M0S 晶体管
[0029]Pl:清洗制作工艺
[0030]P2:退火制作工艺
[0031]S1、S2:顶面
[0032]T1、T2、T3:顶部
[0033]V、V1、V2:通孔
【具体实施方式】
[0034]图1-图8绘示本发明一第一实施例的半导体制作工艺的剖面示意图。如图1所示,提供一基底110。基底110例如是一硅基底、一含硅基底、一三五族覆硅基底(例如GaN-on-silicon)、一石墨烯覆娃基底(graphene-on-silicon)或一娃覆绝缘(silicon-on-1nsulator, SOI)基底等半导体基底。形成绝缘结构10于基底110中,以电性绝缘各MOS晶体管。绝缘结构10可例如为一浅沟槽绝缘结构。
[0035]形成一 MOS晶体管M于基底110上/中。MOS晶体管M可包含一栅极G位于基底上。在本实施例中,栅极G为一金属栅极,其由一牺牲栅极,例如一多晶娃栅极,经由一金属栅极置换(metal gate replacement)制作工艺所形成,但本发明不以此为限。在其他实施例中,栅极G也可为一多晶硅栅极,视实际需要而定。栅极G又可包含一堆叠结构,其由下而上包含一介电层122,一功函数层124以及一低电阻率材料126。介电层122可包含一选择性阻障层(未绘示)以及一高介电常数介电层,其中选择性阻障层可例如为一氧化层,其例如以一热氧化制作工艺或一化学氧化制作工艺形成,而高介电常数介电层例如为一含金属介电层,其可包含有铪(Hafnium)氧化物、错(Zirconium)氧化物,但本发明不以此为限。更进一步而言,高介电常数栅极介电层可选自氧化铪(hafnium oxide,HfO2)、娃酸給氧化合物(hafnium silicon oxide, HfS14)、娃酸給氮氧化合物(hafniumsilicon oxynitride, HfS1N)、氧化招(aluminum oxide, Al2O3)、氧化镧(lanthanumoxide, La2O3)、氧化组(tantalum oxide, Ta2O5)、氧化宇乙(yttrium oxide, Y2O3)、氧化错(zirconium oxide, ZrO2)、钦酸银(strontium titanate oxide, SrT13)、娃酸错氧化合物(zirconium silicon oxide, ZrSi04)、错酸給(hafnium zirconium oxide, HfZrO4)、银秘组氧化物(strotium bismuth tantalate, SrBi2Ta2O9, SBT)、错钦酸铅(lead zirconatetitanate, PbZrxTi1 x03, PZT)与钦酸钡银(barium strontium Titanate, BaxSr1 xTi03, BST)所组成的群组。功函数层124可为单层结构或复合层结构,例如由氮化钛(titaniumnitride, TiN)、碳化钦(titanium carbide, TiC)、氮化组(tantalum nitride, TaN)、碳化组(tantalum carbide, TaC)、碳化鹤(tungsten carbide, WC)、招化钦(钦 taniumaluminide, TiAl)或氮化招钦(aluminum titanium nitride, TiAlN)等所组成。低电阻率材料126可由招、鹤、钛招合金(钛Al)或钴鹤磷化物(cobalt tungsten phosphide,CoffP)等低电阻材料所构成。阻障层可选择性形成于介电层122、功函数层124或低电阻率材料126之间,其中阻障层例如为氮化钽(tantalum nitride, TaN)、氮化钛(titaniumnitride, TiN)等的单层结构或复合层结构。
[0036]MOS晶体管M可还包含一间隙壁(未绘示)位于金属栅极G侧边的基底110上,以及一轻掺杂源/漏极132、一源/漏极134以及一外延结构136于金属栅极G(或者间隙壁)侧边的基底110中。轻掺杂源/漏极132以及源/漏极134的掺杂杂质可为例如硼等三价离子,或者例如磷等五价离子;外延结构136则可例如为一硅锗外延结构或一硅碳外延结构等,视实际所欲形成的MOS晶体管M的电性而定。
[0037]再者,一接触洞蚀刻停止层140以及一介电层150可依设置于基底110上但暴
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