金属层299。在一些实施例 中，功函调整层296是A1，并且中间功函金属层291是TiAl。在一些实施例中，A1从功函 调整层296扩散穿过阻挡层293并且与中间功函金属层291相互作用，从而形成TiAls功 函金属层299。
[0化0] 在一些实施例中，功函金属层299包含晶体金属。在一些实施例中，功函金属层 299是晶体TiAls。在一些实施例中，功函金属层299包括晶体TiAl或晶体TiAls中的至少 一种。在一些实施例中，功函金属层299具有晶体XRD轮廓。在一些实施例中，功函金属层 299包含晶体功函金属，晶体功函金属具有如图11所示的D022晶体结构610。
[0化1] 在一些实施例中，结晶化TiAl和TiAls的特征是具有比非结晶的TiAl和TiAl3更 低的相互扩散能量势垒。图12是曲线图1200,其示出，与为118ev的晶体TiAl的相互扩散 能量势垒相比，非结晶的TiAl的Ti-Al相互扩散能量势垒为267ev。
[0化2] 在一些实施例中，功函金属层299的厚度大于10埃。在一些实施例中，功函金属 层299的厚度介于约20埃至约100埃之间。在一些实施例中，开口的底部处的功函金属层 299比开口的侧部处的功函金属层299更厚。在一些实施例中，开口的底部处的功函金属层 299比开口的侧部处的功函金属层299厚至少1. 5倍。
[0化3]在一些实施例中，功函金属层299具有有序的晶粒取向。在一些实施例中，功函金 属层299具有提供均匀的阔值电压和漏电流的有序的金属晶粒取向。如图13的曲线图1300 所示，在一些实施例中，功函金属层299具有凹形的或凸形的轮廓1302。如曲线图1300所 示，在一些实施例中，由于A1从功函调整层296扩散穿过阻挡层293的底部和侧壁，因此功 函金属层299在中屯、1301W及边缘1303a和1303b处具有增大的A1浓度。在一些实施例 中，增大的A1浓度部分是由于TiAls的形成。在一些实施例中，凹形或凸形轮廓降低了半 导体器件200的源极和漏极延伸件之间的电阻。
[0054] 根据本发明的各方面，提供了一种半导体结构。该半导体结构包括在绝缘层的开 口中形成的金属栅极结构。该金属栅极结构包括栅极介电层、阻挡层、位于栅极介电层和阻 挡层之间的功函金属层、W及位于阻挡层上方的功函调整层。功函金属具有有序的晶粒取 向。
[0055] 根据本发明的各方面，提供了一种半导体结构。该半导体结构包括在绝缘层中的 开口中形成的金属栅极结构。该金属栅极结构包括高k栅极介电层、阻挡层、位于高k栅极 介电层和阻挡层之间的功函金属层、位于高k栅极介电层和功函金属层之间的覆盖层、W 及位于阻挡层上方的功函调整层。功函金属具有有序的晶粒取向。
[0056] 根据本发明的各方面，提供了一种制造半导体器件的方法。该方法包括在绝缘层 的第一开口中形成高k栅极介电层。在大于约200°C的温度下在高k栅极介电层上方形成 中间功函金属层。在中间功函金属层上方形成阻挡层。在阻挡层上方形成功函调整层，W 及实施后热退火W将中间功函金属层转变成功函金属层。
[0化7]尽管已经W针对结构特征或方法步骤的语言描述了主题，但是应该理解，所附权 利要求的主题不必限于W上描述的特定特征或步骤。相反，W上描述的特定特征或步骤公 开为实现至少一些权利要求的示例形式。
[0化引本文中提供了实施例的各个操作。描述的一些或所有操作的顺序不应解释为暗示 着该些操作必须是顺序依赖的。将理解，可选顺序具有该描述的有益效果。而且，将理解， 不是所有操作都必须存在于本文中提供的每个实施例中。同样，将理解，在一些实施例中， 不是所有操作都是必需的。
[0化9]而且，除非另有说明，"第一"、"第二"等不旨在暗示着时间方面、空间方面、顺序 等。相反，该些术语仅用作用于部件、元件、物品等的标识符、名称等。例如，第一沟道和第 二沟道通常对应于沟道A和沟道B或者两个不同的沟道或者两个相同的沟道或者同一个沟 道。
[0060] 将理解，本文中示出的层、部件、元件等示出为具有相对于彼此的特定尺寸，诸如 结构尺寸和/或方位，在一些实施例中，为了简单和易于理解的目的，物质的实际尺寸与本 文中示出的显著不同。此外，存在用于形成本文中提到的层、区域、部件、元件等的多种技 术，例如，诸如注入技术、渗杂技术、旋涂技术、瓣射技术、生长技术（诸如热生长）或沉积技 术（诸如化学汽相沉积（CVD))。
[0061] 此外，本文中使用的"示例性"意思是用作实例、例子、例证等，并且不必是有利的。 如在该申请中使用的，"或"旨在意指包含性的"或"，而不是排他的"或"。此外，除非另有说 明或从上下文中清楚地得出单数形式，否则在该申请中使用的"一"和"一个"通常解释为 意指"一个或多个"。而且，A和B等的至少一个通常意指A或者B或者A和B。此外，在某 种程度上，在具体描述或权利要求中使用了术语"包括"、"具有"、"有"、"带有"或其变体，该 些术语类似于术语"包括"，意义是包括的。
[0062] 而且，尽管已经关于一种或多种实施方式示出和描述了本发明，但是基于阅读和 理解该说明书和附图，本领域技术人员将想到等同改变和更改。本发明包括所有该些更改 和改变，并且仅由W下权利要求的范围限制。特别地，关于由W上描述的部件（例如，元件、 资源等）实施的各种功能，除非另有说明，用于描述该些部件的术语旨在对应于实施所述 部件的特定功能的任何部件（例如，功能等同），即使与公开的结构不是结构等同。此外，虽 然可能仅关于若干实施方式的一个公开了本发明的特定特征，但是该些特征可W根据需要 和用于任何给定或特定应用的优势而与其他实施方式的一个或多个其他特征结合。
【主权项】
1. 一种半导体器件，包括： 金属栅极结构，形成在绝缘层的开口中，所述金属栅极结构包括： 栅极介电层； 阻挡层； 功函金属层，位于所述栅极介电层和所述阻挡层之间，其中，功函金属具有有序的晶粒 取向；以及 功函调整层，位于所述阻挡层上方。
2. 根据权利要求1所述的半导体器件，包括： 覆盖层，位于所述栅极介电层和所述功函金属层之间。
3. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述功函金属层具有凹形功函轮廓或凸 形功函轮廓。
4. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述功函金属包括结晶化金属。
5. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述功函金属包括TiAl或TiAl3中的至 少一种。
6. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述功函金属层具有约10埃至约100埃 的厚度。
7. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述功函调整层包括铝。
8. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述栅极介电层包括高k材料。
9. 一种半导体器件，包括： 金属栅极结构，形成在绝缘层中的开口中，所述金属栅极结构包括： 高k栅极介电层； 阻挡层； 功函金属层，位于所述高k栅极介电层和所述阻挡层之间，其中，功函金属具有有序的 晶粒取向； 覆盖层，位于所述高k栅极介电层和所述功函金属层之间；以及 功函调整层，位于所述阻挡层上方。
10. -种制造半导体器件的方法，包括： 在绝缘层的第一开口中形成高k栅极介电层； 在大于约200°C的温度下在所述高k栅极介电层上方形成中间功函金属层； 在所述中间功函金属层上方形成阻挡层； 在所述阻挡层上方形成功函调整层；以及 实施后热退火以将所述中间功函金属层转变成功函金属层。
【专利摘要】本发明提供了具有轮廓化功函金属栅电极的半导体器件。半导体结构包括在绝缘层的开口中形成的金属栅极结构。该金属栅极结构包括栅极介电层、阻挡层、位于栅极介电层和阻挡层之间的功函金属层、以及位于阻挡层上方的功函调整层，其中，功函金属具有有序的晶粒取向。本发明还提供了制造具有轮廓化功函金属栅电极的半导体器件的方法。
【IPC分类】H01L21-8238, H01L27-02
【公开号】CN104701310
【申请号】CN201410734195
【发明人】李达元, 刘冠廷, 钟鸿钦, 李显铭, 张文, 章勋明, 罗唯仁
【申请人】台湾积体电路制造股份有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月4日
【公告号】US20150155365