半导体装置之制造方法

摘要

在半导体装置制造中，一种闸极堆叠(gate stack)之处理方法，该方法包含下列步骤：设置一含有闸极堆叠之基板，其中该闸极堆叠具有形成于该基板上之一介电层以及形成于高介电常数介电层上的一含金属闸极电极层；由在电浆中之处理气体形成低能量之受激发掺杂物物种；以及将该闸极堆叠暴露于该受激发掺杂物物种，以便将掺杂物植入该闸极堆叠中。可利用该方法调整该闸极堆叠之功函数(workfunction)。

主权项

1.一种半导体装置之闸极堆叠的处理方法,包含以 下步骤: 基板设置步骤,设置包含一闸极堆叠的一基板,该 闸极堆叠具有:一介电层,形成于该基板上;及一含 金属闸极电极层,形成于该介电层上; 受激发掺杂物物种形成步骤,由在电浆中之处理气 体形成低能量之受激发掺杂物物种;及 闸极堆叠暴露步骤,将该闸极堆叠暴露于该受激发 掺杂物物种,以便将掺杂物植入该闸极堆叠中。 2.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该低能量之受激发掺杂物物种包 含自由基、离子、或两者。 3.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该受激发掺杂物物种形成步骤包 含利用下列装置产生该电浆: 一电容耦合电浆源、一电感耦合电浆源、一远端 电浆源、一狭槽平面天线电浆源、一紫外光辐射 电浆源、或一含有磁场系统之电浆源、或其组合 。 4.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该介电层包含SiO2、SiOxNy、或一 高介电常数层、或其两者或更多者之组合。 5.如申请专利范围第4项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该高介电常数介电层包含:Ta2O5、 TiO2、ZrO2、Al2O3、Y2O3、HfSiOX、HfO2、ZrO2、ZrSiOX、 TaSiOX、SrOX、SrSiOX、LaOX、LaSiOX、YOX、或YSiOX、或其 两者或更多者之组合。 6.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该含金属闸极电极层包含:W、WN 、Al、Mo、Ta、TaN、TaSiN、HfN、HfSiN、Ti、TiN、TiSiN 、Mo、MoN、Re、或Ru。 7.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,更包含将该掺杂物植入该闸极电极层 、该介电层、或两者中。 8.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该受激发掺杂物物种形成步骤包 括提供一处理气体,其包含: 一含氮气体、一含磷气体、一含砷气体、一含碳 气体、一含矽气体、一含锗气体、一含硼气体、 一含锑气体、一含钛气体、一含钽气体、或一含 铝气体、或其两者或更多者之组合。 9.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该受激发掺杂物物种形成步骤包 括提供一处理气体,其包含: NH3、N2、PH3、AsH3、SbH3、CH4、SiH4、Si2H6、B2H6、GeH4 、TiCl4、TaCl5、或Al2Cl6、或其两者或更多者之组合 。 10.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该掺杂物包含N、P、As、Sb、C、Si 、B、Ge、Ti、Ta、或Al、或其两者或更多者之组合 。 11.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该掺杂物包含一p型掺杂物或一n 型掺杂物。 12.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该受激发掺杂物物种形成步骤包 括提供一处理气体,该处理气体包含一稀有气体。 13.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该受激发掺杂物物种具有小于约 1000eV之动能。 14.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该受激发掺杂物物种具有小于约 100eV之动能。 15.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该受激发掺杂物物种具有小于约 2eV之动能。 16.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该闸极堆叠暴露步骤系藉由将处 理室压力维持于约1mTorr与约3000 mTorr之间而加以施 行。 17.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该闸极堆叠暴露步骤更包含使该 基板维持在约0℃与约1000℃之间的温度。 18.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,更包含:在该闸极堆叠暴露于该受激 发掺杂物物种后,将该闸极堆叠退火,其中在该退 火期间,该闸极堆叠系维持在约700℃与约1000℃之 间的温度。 19.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该闸极堆叠暴露步骤更包含控制 植入于该闸极堆叠之每一层中的该掺杂物之掺杂 量,藉此控制该闸极堆叠之功函数。 20.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该闸极堆叠更包含一表面界面层 ,其位于该介电层与该基板之间。 21.如申请专利范围第1项之半导体装置之闸极堆叠 的处理方法,其中该闸极堆叠暴露步骤系在一电浆 处理系统中加以实行,该电浆处理系统在操作上系 耦合于一第一处理系统及一第二处理系统,该第一 处理系统系用来沉积该介电层于该基板上,而该第 二处理系统系用来沉积该含金属闸极电极层于该 介电层上。 22.一种半导体装置之闸极堆叠的处理系统,包含: 一电浆处理室; 一基板支座,设置于该电浆处理室中并用以支持一 含有闸极堆叠之基板,该闸极堆叠具有形成于该基 板上之一介电层以及形成于该介电层上之一含金 属闸极电极层; 一气体供应系统,用以提供处理气体至该电浆处理 室中;及 一电浆源,用以由在电浆中之该处理气体形成低能 量之受激发掺杂物物种, 俾将该掺杂物物种植入该闸极堆叠中。 23.如申请专利范围第22项之半导体装置之闸极堆 叠的处理系统,其中该电浆源包含一狭槽平面天线 电浆源。 24.如申请专利范围第23项之半导体装置之闸极堆 叠的处理系统,其中该狭槽平面天线电浆源用以产 生具有小于约1.5eV之电子温度与大于1x1012/cm3之电 浆密度的电浆。 25.如申请专利范围第22项之半导体装置之闸极堆 叠的处理系统,其中该电浆源包含一紫外光辐射电 浆源。 图式简单说明: 图1A,图1B系概略显示根据本发明之一实施例中,含 金属闸极电极层与介电层的闸极堆叠之横剖面图 。 图2A系概略显示根据本发明之一实施例中,闸极堆 叠之处理方法的横剖面图。 图2B至图2D系概略显示根据本发明之实施例所处理 的闸极堆叠之简化横剖面图。 图3系根据本发明之一实施例的闸极堆叠之处理流 程图。 图4至图8系显示根据本发明之实施例中,处理闸极 堆叠用之电浆处理系统。 图9系根据本发明之一实施例中,处理闸极堆叠用 之处理机台的简化方块图。