专利名称：制造具有栅极堆叠结构的半导体器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造半导体器件的方法，更具体而言，涉及一种制 造具有栅极堆叠结构的半导体器件的方法。
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，更具体而言，涉及一种 具有栅极堆叠结构的半导体器件及其制造方法。
背景技术：
通过堆叠多晶硅和鵠形成的钨多晶硅栅电极具有非常低的电阻，该 非常低的电阻为通过堆叠多晶硅和硅化钨所形成的多晶硅/硅化钨 (Poly-Si/WSix)栅电极的电阻的约1/5~1/10。因此，鵠多晶硅栅电极 是制造亚-60nm存储器件所必需的。
图1A 1C描述典型鴒多晶硅栅极堆叠结构。如图1A所示，通过顺 序堆叠多晶硅层ll、氮化钨(WN)层12和钨(W)层13以形成钨多 晶硅栅极堆叠结构。WN层12作为扩散阻挡层。
在随后退火过程或栅极再氧化过程期间，使WN层12中的氮在钨层 13和多晶硅层11之间分解成例如SiNx和SiOxNy的非均匀绝缘层。该 非均匀绝缘层具有约2nm ~ 3nm范围的厚度。因此，在数百兆赫(MHz ) 的操作频率和1.5V或更小的操作电压下可能导致例如信号延迟的器件 错误。最近，已在多晶硅层ll和WN层12间形成作为扩散阻挡层的薄 硅化鴒(WSix)或钛(Ti)层，以防止在鵠层13和多晶硅层11间形成 Si國N键。
如图IB所示，如果在多晶硅层11和WN层12之间形成硅化鴒 (WSix)层14，则通过在形成WN层12期间所使用的氮等离子体在 WSL层14上形成W-Si-N键。众所周知W-Si-N是具有金属特性的良好 扩散阻挡层。
如图1C所示，如果在多晶硅层11和WN层12之间形成钛(Ti) 层15，则在形成WN层12期间的反应性溅射过程中氮等离子体将钛层 15的Ti转变成氮化钛(TiN)。 TiN层作为扩散阻挡层。结果，虽然在 后续热过程期间使WN层12分解，但是TiN防止氮向多晶硅11扩散出 来，因此，可有效地减少Si-N的形成。
然而，如果将鵠多晶硅栅极应用到双多晶硅栅极(也就是，N-型金 属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET )的]\+-型多晶硅栅极和P-型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET )的P、型多晶硅栅极)， 如果在鵠多晶硅栅极中使用WSi/WN扩散阻挡结构，则可以大幅增加 鴒层和？+-型多晶硅层之间的接触电阻。相反，如果在钨多晶珪栅极中 使用Ti/WN扩散阻挡结构，则鵠层和？+-型多晶硅层之间的接触电阻较 低而与多晶硅掺杂种类无关。
在PM0SFET的？+-型多晶硅的情况中，在作为实际操作模式的反转 态下可能产生多晶硅耗尽效应。多晶硅耗尽效应的产生可能取决于保留 在P、型多晶硅内的硼的量。
在WSix/WN扩散阻挡结构中可能产生比在Ti/WN扩散阻挡结构中 更大的多晶硅耗尽效应。因此，WSix/WN扩散阻挡结构可能降低晶体 管特性。结果，因为Ti/WN扩散阻挡层结构可在钨层和多晶硅层之间 提供低接触电阻并防止产生P-型多晶硅耗尽，所以建议使用Ti/WN扩 散阻挡结构。
然而，如果使用Ti/WN扩散阻挡结构，则可能使在Ti/WN扩散阻 挡结构上直接形成的钨的片电阻(Rs)增加约1.5~2倍。因此，片电 阻(Rs)的增加可能影响鴒多晶硅栅极的未来发展。
发明内容
本发明的实施方案涉及包括中间结构的半导体器件的栅极堆叠及
其制造方法，其中该中间结构具有低片电阻和接触电阻并可有效地防止 杂质的向外扩散。
根据本发明的一个方面，提供一种制造半导体器件的方法。该方法
包括在衬底上形成第一导电层；在第一导电层上形成中间结构，该中间 结构形成为包含至少第一金属层和含氮的金属硅化物层的堆叠结构；以 及在该中间结构上形成第二导电层。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造半导体器件的方法。该方 法包括在衬底上形成第一导电层；在第一导电层上形成中间结构，该中 间结构形成为包含第一金属层、第二金属层、金属硅化物层和第三金属 层的堆叠结构；以及在该中间结构上形成第二导电层。
图1A 1C描述典型鴒多晶硅栅极的栅极堆叠结构。
图2A是说明各类型的中间结构在鵠和多晶硅之间的接触电阻的图。
图2B是说明各类型的栅极堆叠结构的硼浓度的深度剖面图。
图2C是说明各类型的中间结构的片电阻的图。
图3A说明根据本发明的第一实施方案的栅极堆叠结构。
图3B为在通过物理气相沉积(PVD)法在氮化鵠层的上部分上形 成氮化钨硅层后所获得的影像。
图3C说明根据本发明的第二实施方案的栅极堆叠结构。
图3D说明根据本发明的第三实施方案的栅极堆叠结构。
图3E说明在退火过程后的栅极堆叠结构的影像。
图4A说明根据本发明的第四实施方案的栅极堆叠结构。
图4B说明根据本发明的第五实施方案的栅极堆叠结构。
图4C说明根据本发明的第六实施方案的栅极堆叠结构。
图5A说明根据本发明的第七实施方案的栅极堆叠结构。
图5B说明根据本发明的第八实施方案的栅极堆叠结构。
图5C说明根据本发明的第九实施方案的栅极堆叠结构。
图6A说明根据本发明的第十实施方案的栅极堆叠结构。
图6B说明根据本发明的第十一实施方案的栅极堆叠结构。
图6C说明根据本发明的第十二实施方案的栅极堆叠结构。
图7A说明根据本发明的第十三实施方案的栅极堆叠结构。
图7B "^兌明在通过实施相应化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积 (PVD )法在含氮的钨层上形成硅化钨层后所提供的结构的影像。
图7C说明根据本发明的第十四实施方案的栅极堆叠结构。
图7D说明根据本发明的第十五实施方案的栅极堆叠结构。
图8说明根据本发明的第十六实施方案的栅极堆叠结构。
图9是说明根据本发明的实施方案的各类型的中间结构的钨电极的 片电阻的图。
图10A 10C是说明根据本发明的实施方案的栅极图案化方法以获 得图3A所述的栅极堆叠结构的横截面图。
图ll是使用图3A所示的栅极堆叠结构说明栅极图案化方法的剖横 截面图。
具体实施例方式
图2A是说明作为扩散阻挡层的各类型结构在钨和多晶硅之间的接 触电阻的图。可观察到当使用硅化钨(WSix) /氮化钨(WN )或钛(Ti) AVN结构取代氮化钨(WN)结构时，可大大地改善在掺杂有N-型杂质 的多晶硅(N+POLY-Si)和鴒(W)之间的以Rc标记的接触电阻。
然而，如果将鵠多晶硅栅极应用于双多晶硅栅极(也就是，N-型金 属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的]\+-型多晶硅栅极和P-型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET )的P、型多晶硅栅极)， 则在钨多晶硅栅极中使用WSix/WN结构时大大地增加钨和P+.型多晶 硅(P十POLY-Si)之间的接触电阻。相反，如果在鵠多晶硅栅极中使 用Ti/WN结构，则鵠和？+-型多晶硅之间的接触电阻表现出低的水平而 与多晶硅掺杂种类无关。在PMOSFET的？+-型多晶硅的情况中，可在作为实际操作模式的 反转态下产生多晶硅耗尽效应。该多晶硅耗尽效应的产生取决于保留在 P+-型多晶硅内的硼的量。图2B为说明各类型栅极堆叠的硼浓度的深度剖面的图。如在 WSix/WN结构中所示，在栅极绝缘层(例如，氧化物层)和多晶硅之 间的界面表面上的硼浓度低至约5 x 1019原子/cm3。使用Ti/WN结构时， 在相同位置上所测量的硼浓度大于约8xi0"原子/cm3。结果，多晶硅 在WSix/WN结构中的损耗比在Ti/WN结构中更多，因此，WSix/WN 结构降低晶体管特性。因此，使用Ti/WN结构更好，Ti/WN结构在W和多晶硅之间提供 低接触电阻并防止P-型多晶硅耗尽。然而，Ti/WN结构的应用是有限 制的。在Ti/WN结构上形成的W的片电阻(Rs)增加约1.5至2倍。 将在图2C中更详细描述此限制。图2C为说明用作扩散阻挡层的各类型结构的W的片电阻的图。将 W的片电阻标记为Rs。通常，可在多晶硅层、氧化硅(Si02)层、氮 化硅(Si3N4)层和WSix层上形成非晶含氮的鴒(WNX)层，因此，可 在其上形成具有低比电阻(即，在约15pQ-cm~20nQ-cm的范围中) 的W。然而，在作为多晶纯金属的钛(Ti)、鵠(W)和钽(Ta)以及 作为金属氮化物材料的氮化钛(TiN)和氮化钽(TaN)上形成具有相 对小的晶粒尺寸的W。因此，在其上形成具有约30pO-cm的高比电阻 的W。应用Ti/WN结构所造成的片电阻的增加可能对鵠多晶硅栅极未 来的发展产生限制。根据下面所要描述的本发明的各种实施方案，不同类型的栅极堆叠 的中间结构形成有包含Ti、 W、硅(Si)或氮(N)的多个薄层或每一 层均包含氮的多个薄层。中间结构作为扩散阻挡层，其可减小接触电阻 和片电阻，以及防止杂质的穿透和向外扩散。在下面实施方案中，术语"含氮的层/结构(layer/structure containing nitrogen )或者含有氮的层/结构(nitrogen containing layer/structure )" 表示氮化金属层/结构和含特定含量/重量比的氮的金属层/结构。并且， WSixNy中的x表示硅对鴒的比率，其范围为约0.5~3.0，以及y表示氮 对硅化鵠的比率，其范围为约0.01 ~ 10.00。图3A说明根据本发明的第一实施方案的栅极堆叠结构。该栅极堆 叠结构包括顺序形成的第一导电层21、中间结构22和第二导电层23。 第一导电层21包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如， 磷)的多晶硅层。第一导电层21也可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中 x为约0.01~1.0)或硅化物层。例如，硅化物层包括选自由镍(Ni)、 铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr ) 以及铂(Pt)中的一种。第二导电层23包括鴒层。鴒层具有约100A 2000A的厚度，且通 过实施物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法或原子层沉 积(ALD)法形成。PVD法包括使用鴒'减射耙的濺射沉积法。中间结构22包括钛层22A、含氮的钨(WNX)层22B和含氮的硅 化鴒(WSixNy)层22C。更具体而言，钛层22A的厚度为约10A 约 80A。钛层22A优选具有约10A~约50A的厚度。因为通过后续WNX 沉积形成含氮的鴒层22B而将钛层22A的一些上部改变为TiN含氮的， 并且钛层22A的一些下部与第一导电层21反应，即与多晶硅层反应由 此形成TiSix层，因此钛层22A具有如上述限制的厚度。如果钛层22A 的厚度大，那么TiSix层的厚度也因为其体积扩大而增加以致发生隆起。 此外，如果钛层22A的厚度大，那么钛层22A可吸收多晶硅层21的掺 杂剂，例如磷或硼，周此在多晶硅层21中发生多晶硅耗尽，导致器件 性能的劣化。如上所述，在含氮的鵠层22B中的氮对鴒的比率为约0.3~1.5。含 氮的钨层是指氮化鴒层或含特定含量/重量比的氮的鵠层。虽然在下面 第三实施方案中将描述，但是含氮的钨层22B供应氮至含氮的硅化钨层
22C。含氮的钨层22B具有约20A~200A的厚度。由于对含氮的硅化 鵠层22C的氮的供应，在后续退火处理后，含氮的鴒层22B变成纯鴒 层或含微量氮的钨层。在含氮的硅化钨层22C中的硅对钨的比率为约0.5~3.0，以及含氮 的硅化鴒层22C的氮含量为约10% ~约60%。在此，以上如上所述适 当调整含氮的硅化钨层22C的氮含量。如果氮含量太低，则会因为含氮 的硅化鴒层22C无法成功作为扩散阻挡层而发生界面反应。另 一方面， 如果氮含量太高，则包含在含氮的硅化钨层22C中的SiN含量会是高的， 并因此使接触电阻变高，导致器件性能劣化。含氮的硅化鵠层22C表示 氮化的硅化钨层(也就是，氮化鴒硅层)或含特定含量/重量比的氮的 硅化钨层。含氮的硅化鵠层22C所形成的厚度为约20A~约200A。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成钬层22A和含氮的鴒层 22B。通过实施PVD法形成含氮的硅化鵠层22C。 PVD法以溅射沉积 法或反应性溅射沉积法进行。例如，通过以钛溅射耙实施溅射沉积法来 形成钛层22A。通过在氮气环境中以鵠溅射靶实施反应性溅射沉积法来 形成含氮的钨层22B。通过在氮气环境中以硅化鴒溅射靶实施反应性賊 射沉积法来形成含氮的硅化鵠层22C。特别地，因为在含氮的鵠层22B上不易生长含氮的硅化鵠层22C, 所以使用PVD法(例如，反应性溅射沉积法)以形成含氮的硅化鵠层 22C。如果通过实施CVD法形成含氮的硅化鴒层22C,则在含氮的鵠 层22B上无法均匀地生长含氮的硅化鴒层22C，从而使其结块。因为在 含氮的钨层22B上存在有氧化鵠(WOx)层，这减弱了通过CVD法形 成的含氮的硅化钨层22C的附着力，因此导致结块agglomeration)。然 而，在氮气环境中以硅化钨溅射靶实施反应性溅射沉积法允许含氮的硅 化钨层22C均匀形成而与底层类型无关。图3B说明通过PVD法在含氮的鵠层上形成含氮的硅化鴒层后所获 得的影像。使用反应性溅射沉积法作为PVD方法，以在含氮的鴒层上 均匀地形成含氮的硅化鵠层。附图标记WSiN和WN分别表示含氮的硅 化钨层和含氮的钨层。根据本发明的第一实施方案，栅极堆叠结构包括第一导电层21、Ti/WNx/WSixNy中间结构22和第二导电层23。第一导电层21包括多晶 硅并且第二导电层23包括钨，从而形成鵠多晶硅栅极堆叠结构。具体地，Ti/WNx/WSixNy中间结构包括第一金属层、第二金属层和 含氮的金属硅化物层的堆叠结构。更具体地，第一金属层、第二金属层 和含氮的金属硅化物层分别包括纯金属层、含氮的金属层和含氮的金属 硅化物层。例如，第一金属层、第二金属层和含氮的金属珪化物层分别 为钛层22A、含氮的钨(WNx)层22B和含氮的硅化鵠(WSixNy )层 22C。上述包括多层的中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除了 钛层之外，第一金属层还包括钽(Ta)层，除了含氮的鵠层之外，第二 金属层含氮的还包括含氮的钛鴒层。除了含氮的硅化鵠层之外，含氮的 金属硅化物层含氮的硅化鴒还包括含氮的珪化钛层或含氮的珪化钽层。 通过实施包括溅射的PVD法、CVD法或ALD法形成钽层。通过在氮 气环境中以钛鴒溅射靶实施反应性賊射沉积法形成含氮的钛鵠层。通过 在氮气环境中以相应硅化钛及硅化钽溅射靶实施反应性溅射沉积法形 成含氮的硅化钛层和含氮的硅化钽层。形成的钽层的厚度为约10^ ~ 80A。 Ta层优选具有约10A~约50A的厚度。因为通过后续WNx沉积 形成第二金属层而将Ta层一些上部改变为TaN，并且Ta层一些下部与 第一导电层21反应，即与多晶硅层反应由此形成TaSix层，因此Ta层 具有上述限定的厚度。如果Ta层的厚度大，则TaSix层的厚度也因为其 体积扩大而增加以致发生隆起。此外，如果Ta层的厚度大，则Ta层可 吸收多晶硅层21的掺杂剂，例如磷或硼，从而在多晶硅层21中发生多 晶硅耗尽，导致器件性能的劣化。所形成的含氮的钛钨层、含氮的硅化钛层和含氮的硅化钽层的每一 层的厚度为约20A ~ 200A并且每一层具有约10% ~ 60%的氮含量。在 此，如上所述适当调整氮含量。如果氮含量太低，则会因为含氮的钬或 硅化钽层无法成功作为扩散阻挡层而发生界面反应。另一方面，如果氮 含量太高，则包含在含氮的钛或硅化钽层中的SiN含量会是高的，并因 此使接触电阻变高，导致器件性能劣化。同时，在含氮的钛鴒层中，钛 对钨的比率为约0.5~3.0。在含氮的硅化钛层中，硅对钛的比率为约 0.5 ~ 3.0。在含氮的珪化钽层中，硅对钽的比率为约0.5~3.0。
图3C说明根据本发明的第二实施方案的栅极堆叠结构。具体地， 该栅极堆叠结构为根据本发明的第一实施方案的栅极堆叠结构所修改 的示例性栅极堆叠结构。换句话说，该栅极堆叠结构包括含氮的钛层以 取代图3A所述的钛层22A,含氮的钛层被标记为TiNx，其中x约小于根据第二实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层201、中间结构 202和第二导电层203。第一导电层201包括高掺杂P-型杂质(例如: 硼(B))或N-型杂质(例如:磷(P))的多晶硅层。除多晶硅层外，第 一导电层201也可包括多晶硅锗(SikGex)层，其中x为约0.01 ~ 1.0， 或者包括硅化物层。该硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、 钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)和铂(Pt)中的一种。第二导电层203包括鴒层。实施PVD法、CVD法和ALD法之一 以形成约100A 2000A厚的鴒层。PVD法包括使用鵠溅射靶的'减射沉 积法。中间结构202包括含氮的钛(TiNx)层202A、含氮的鵠(WNX)层 202B和含氮的硅化鴒(WSixNy)层202C。更具体地，含氮的钛层202A 具有特定的氮对钛比率，例如，约0.2~0.8。在此，含氮的金属层，即 含氮的钛层202A具有如上所述的氮对钛的比率，以防止在TiNx层中产 生SiN。在后续退火处理期间，由于TiNx层中过量的Ti破坏多晶硅和 TiNx之间形成的Si-N键，从而移除SiN，因此可防止产生SiN。这可能 因为TiN键比SiN键更强。和图3A所述的钛层22A不同，形成的含氮 的钛层202A的厚度在约IOA ~ 150A。含氮的钛层202A表示氮化钛层 或含特定含量/重量比的氮的钛层。含氮的钨层202B的氮对鵠具有特定比率，例如，约0.3 ~ 1.5。含氮 的钨层202B表示氮化鸽层或含特定含量/重量比的氮的鴒层。尽管将在 其后说明，但是含氮的钨层202B供应氮至含氮的硅化鴒层202C。所形 成的含氮的钨层202B的厚度为约20A 200A。由于氮的供应，在后续 退火处理后含氮的钨层202B变成纯鵠层或含微量氮的鴒层。在含氮的珪化钨层202C中的硅对鴒的比率为约0.5 ~ 3.0，并且含 氮的硅化鵠层202C的氮含量为约10% ~约60%。在此，如上所述适当 调整氮含量。如果氮含量太低，由于含氮的硅化钨层202C无法成功作 为扩散阻挡层，因此会发生界面反应。另一方面，如果氮含量太高，则 包含在含氮的硅化钨层202C中的SiN含量可以是高的，并因此使接触 电阻变高，导致器件性能劣化。含氮的硅化钨层202C表示氮化钨硅层 或含特定含量/重量比的氮的硅化鴒层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的鴒层202B。通过 实施PVD法形成含氮的钬层202A和含氮的硅化鵠层202C。 PVD法以 溅射沉积法或反应性溅射沉积法进行。例如，通过在氮气环境中以钛溅 射靶实施溅射沉积法形成含氮的钛层202A。通过在氮气环境中以鵠溅 射靶实施反应性'减射沉积法形成含氮的鴒层202B。通过在氮气环境中 以珪化鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法形成该含氮的硅化鵠层202C。特别地，因为在含氮的鵠层202B上不易生长含氮的硅化钨层202C, 所以使用PVD法(例如:反应性溅射沉积法)以形成含氮的硅化钨层 202C。如果通过实施CVD法形成含氮的硅化鴒层202C,则在含氮的 鵠层202B上无法均匀地生长含氮的硅化鴒层202C，从而使其结块。因 为在含氮的钨层202B上存有氧化鵠(WOx)层，这减弱了通过CVD 法所形成的含氮的硅化鴒层202C的附着力，所以导致结块。然而，在 氮气环境中以硅化钨溅射靶实施反应性溅射沉积法允许均匀形成含氮 的硅化鴒层202C而与底层类型无关。当使用和第一实施方案中的钛层22A相似的第二实施方案中的含氮 的钛层202A时，可获得低接触电阻。获得该低接触电阻的原因是因为 所形成的含氮的鵠层202B供应氮至含氮的钛层202A含氮的，由此使 含氮的钛层202A的上部坚固，并同时防止Ti-Si键的聚结。根据本发明的第二实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层201、 TiNx/WNx/WSixNy中间结构202和第二导电层203。第一导电层201包 括多晶硅以及第二导电层203包括鵠，从而形成鵠多晶珪栅极堆叠结构。具体地，TiN/WN/WSixNy中间结构202形成为包括第一金属层、 第二金属层及含氮的金属硅化物层的堆叠结构。第一和第二金属层是含 特定含量/重量比的氮的金属层，并且含氮的金属硅化物层包含特定含 量/重量比的氮。例如，第一金属层为含氮的钛层202A。第二金属层为
含氮的钨层202B。金属硅化物层为含氮的硅化鵠层202C。如上所述的多层中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除了 含氮的钛层之外，第一含氮的金属层含氮的还包括含氮的钽层(TaNx) 层，除了含氮的钨层之外，第二含氮的金属层含氮的还包括含氮的钛钨 (TiWNx)层。除了含氮的硅化鴒层之外，含氮的金属硅化物层含氮的 硅化鵠还包括含氮的硅化钛(TiSixNy)层或含氮的硅化钽(TaSixNy) 层。通过实施包括濺射的PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的钽层。 通过在氮气环境中以钛钨溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮的钛 钨层。通过在氮气环境中以相应珪化钛和硅化钽溅射靶实施反应性溅射 沉积法形成含氮的硅化钛层和含氮的硅化钽层。形成的含氮的钽层的厚 度为约10A 80A。形成的含氮的钛鵠层、含氮的硅化钛层和含氮的硅 化钽层的每一层的厚度为约20A~200A以及每一层具有约10%~60% 的氮含量。在此，如上所述适当地调整氮含量。如果氮含量太低，则由 于含氮的钛或硅化钽层无法成功作为扩散阻挡层，因此会发生界面反 应。另一方面，如果氮含量太高，则包含在含氮的钛或硅化钽层中的 SiN含量可以是高的，因此接触电阻变高，导致器件性能劣化。在含氮 的钛鴒层中，钛对鵠的比率为约0.5~3.0。在含氮的硅化钛层中，硅对 钛的比率为约0.5~3.0。在含氮的硅化钽层中，硅对钽的比率为约0.5~ 3.0。和TiNx/WNx/WSixNy中间结构相似，包括含氮的钽层以替代含氮的 钛层的中间结构可具有低接触电阻和片电阻并同时防止多晶硅耗尽。虽 然根据第二实施方案的中间结构形成为三层，但是该中间结构可以进一步在含硅化鴒层上包括含氮的鴒(WNX)层。该额外提供的含氮的鵠层 具有和初始提供的含氮的鵠层基本相同的厚度和氮含量。根据第二实施 方案的TiNx/WNx/WSixNy中间结构的多层包含氮的。结果， TiNx/WNx/WSixNy中间结构可具有低片电阻和接触电阻并减少栅极堆 叠结构的高度。4且，TiNx/WNx/WSixNy中间结构可减少因在第一导电 层201中所摻杂的杂质(例如:硼)的向外扩散所造成的多晶硅耗尽。图3D说明根据本发明的第三实施方案的栅极堆叠结构。该栅极堆 叠结构包括第一导电层211、中间结构212和第二导电层213。第一导 电层211包括高掺杂P-型杂质(例如，硼(B))或N-型杂质(例如， 磷(P))的多晶硅层。除了多晶硅之外，第一导电层211也可包括多晶 硅锗(SLxGex)层，其中x为约0.01 ~ 1.0，或者也可包括珪化物层。 该硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鵠(W)、 钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及賴(Pt)中的一种。第二导电层213包括鴒层。实施PVD法、CVD法和ALD法之一 以形成约100A 2000A厚度的鵠层。PVD法包括使用具有钨溅射靶的 溅射;冗积、法。中间结构212包括珪化钛(TiSix)层212A、含氮的钛(TiNx)层 212B、含氮的鴒(WNX)层212C以及含氮的硅化鵠(WSixNy)层212D。 根据在相应第一和第二实施方案中所述的中间结构22和202，除了硅化 钛层、含氮的钛层和含氮的钨层之外，也可分别形成硅化钽层、含氮的 钽层和含氮的钬鴒层。此外，除了含氮的硅化钨层之外，也可形成含氮 的硅化钛层或含氮的硅化钽层。根据第三实施方案的栅极堆叠结构是在对根据本发明的第一和第 二实施方案的栅极堆叠结构实施退火处理后所形成的结构。退火包括在 形成栅极堆叠结构后所实施的各种过程(例如，隔离物形成及层间绝缘 层形成)期间所伴随的热处理。参考图3A和3D，比较中间结构212和中间结构22。当钛层22A 与来自第一导电层21的多晶硅反应时，形成具有约lA 30A厚度的硅 化钛层212A。硅化钛层212A中的珪对钛的比率为约0.5 ~ 3.0。当从含氮的钨层22B供应氮至钛层22A时，形成含氮的钛层212B。 含氮的钛层212B的厚度为约10A ~ 100A，并且氮对钛的比率为约0.7 ~ 1.3。与钛层22A中的氮对钛的比率相比较，在含氮的钛层212B中的氮 对钛的比率从约0增加至约0.7 ~ 1.3。在退火后，由于剥蚀作用(denudation)含氮的鴒层212C具有的 氮含量降至约10%或更少。附图标记WNx(D)表示经剥蚀的含氮的钨 层。含氮的钨层212C的厚度为约20A~200A。在含氮的钨层212C中 的氮对钨的比率为约0.01 ~ 0.15。与在图3A中所述的含氮的钨层22C 中的氮对钨的比率相比较，在含氮的钨层212C中的氮对钨的比率从约 0.3 ~ 1.5减少至约0.01 ~ 0.15。含氮的硅化钨层212D具有和含氮的硅化钨层22C基本相同的厚度 和组成。更具体而言，含氮的珪化鵠层212D具有约0.5~3.0的珪对鵠 的比率以及约10%~60%的氮含量。含氮的珪化鴒层212D的厚度为约 20A ~ 200A。参考图3D和3C,比较中间结构212和中间结构202。在退火处理 期间，从含氮的钨层202B将氮供应至含氮的钛层202A。结果，使含氮 的钛层202A转变为和硅化钛层212A具有最小反应的含氮的钛层212B。 硅化钛层212A的厚度为约lA 30A，并且含氮的钛层212B的厚度为约ioA ~ iooA。在含氮的钛层212B中的氮对钛的比率为约0.7~1.3。与在含氮的钛 层202B中的氮对钛比率相比较，在含氮的钛层212B中的氮对钛比率 从约0.2 ~ 0.8增加至约0.7 ~ 1.3。在退火后，由于剥蚀作用含氮的鴒层212C具有的氮含量降至约 10%或更少。含氮的鵠层212C的厚度为约20A 200A。在含氮的钨层 212C中的氮和鵠的比率为约0.01 ~ 0.15。与在第3C图中所述的含氮的 钨层202C中的氮和鴒的比率相比较，在含氮的鵠层212C中的氮和钨 的比率从约0.3~1.5减少至约0.01 ~ 0.15。含氮的硅化钨层212D和含氮的硅化钨层202C具有基本相同的厚度 及组成。更具体而言，含氮的硅化鴒层212D具有约0.5~3.0的硅对鴒 的比率以及约10%~60%的氮含量。含氮的珪化钨层212D的厚度为约 20A ~ 200A。根据第三实施方案的栅极堆叠结构包括第一中间结构和第二中间 结构。第一中间结构包括第一金属硅化物层和第一含氮的金属层，并且 第二中间结构包括第二含氮的金属层和第二含氮的金属硅化物层。例如，通过堆叠硅化钛层212A和含氮的钛层212B形成第一中间结构。 通过堆叠含氮的钨层212C和含氮的珪化钨层212D形成第二中间结构。图3E说明在退火过程后的栅极堆叠结构的影像。第一至第三实施 方案中相同的附图标记代表相同元件。因此，省略其详细叙述。
图4A说明根据本发明的第四实施方案的栅极堆叠结构。该栅极堆 叠结构包括第一导电层31、中间结构32和第二导电层33。第一导电层 31包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如，磷)的多晶 硅层。第一导电层31也可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中x为约0.01 ~ 1.0)或硅化物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴 (Co)、钛(Ti)、鵠(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)和铂(Pt) 中的一种。第二导电层33包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形 成鴒层的厚度为约100A~2000A。 PVD法包括使用鴒溅射靶的溅射沉 积法。中间结构32包括钛层32A和含氮的硅化鵠(WSixNy)层32B。更 具体而言，钛层32A的厚度为约10A~约80A。钛层32A优选具有约 10A 约50A的厚度。因为通过后续WSixNy沉积以形成含氮的硅化钨 层32B而将钛层32A的一些上部改变为TiN含氮的硅化鴒，并且钛层 32A的一些下部和第一导电层31反应即多晶硅层反应而形成TiSix层， 因此钛层32A具有如上述限制的厚度。如果钛层32A的厚度大，则TiSix 层的厚度也因为其体积扩大而增加发生隆起。此外，如果钛层32A的厚 度大，则钛层32A可吸收多晶硅层31的掺杂剂，例如磷或硼并因此在 多晶硅层31中发生多晶硅耗尽，导致器件性能的劣化。含氮的硅化钨 层32B具有约0.5 ~ 3.0的硅对鴒的比率以及具有约10%~60%的氮含 量。在此，如上所述适当地调整氮含量。如果氮含量太低，则会因为含 氮的硅化鵠层32B不能成功作为扩散阻挡层而发生界面反应。另一方 面，如果氮含量太高，则包含在含氮的硅化钨层32B中的SiN含量会是 高的，并因而使接触电阻变高，导致器件性能劣化。含氮的硅化鴒层32B表示氮化钨硅层或包含特定含量/重量比的氮的硅化钨层。形成的含氮 的硅化鴒层32B的厚度为约20A ~ 200A。通过PVD法、CVD法或ALD法形成钬层32A。通过PVD法形成 含氮的硅化钨层32B。 PVD法以溅射沉积法或反应性溅射沉积法进行。 例如，通过以钛賊射靶实施溅射沉积法来形成钛层32A。通过在氮气环 境中以硅化鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮的珪化鴒层32B。 特别地，因为可均匀地形成含氮的硅化鴒层32B而与底层类型无关，因 此使用PVD法(例如，反应性'减射沉积法)形成含氮的硅化鵠层32B。根据本发明的第四实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层31、 Ti/WSixNy中间结构32和第二导电层33。第一导电层31包括多晶珪以 及第二导电层33包括鴒，从而形成鴒多晶硅栅极堆叠结构。具体地，Ti/WSixNy中间结构包括金属层和含氮的金属硅化物层。 金属层包括纯金属层以及金属珪化物层包括含氮的硅化鵠层。例如，金 属层为钛层32A，金属硅化物层为含氮的珪化鵠层32B。根据第四实施方案的多层中间结构也可以形成为其它结构。除了钛 层之外，该金属层还包括钽层，除了含氮的硅化鴒层之外，含氮的硅金 属珪化物层含氮的珪化鵠还包括含氮的硅化钛(TiSixNy )层或含氮的硅 化钽(TaSixNy)层。通过包括溅射沉积法的PVD法、CVD法或ALD 法形成钽层。通过在氮气环境中以硅化钛溅射耙实施反应性溅射沉积法 形成含氮的硅化钛层。通过在氮气环境中以硅化钽溅射靶实施反应性溅 射沉积法形成含氮的硅化钽层。钽层的厚度为约10A~80A。钽层的厚 度优选约10A 约50A。因为通过后续WSixNy沉积形成金属珪化物层 而将钽层的一些上部改变为TaN，并且钽层的一些下部和第一导电层 31反应即与多晶硅层反应而形成TaSix层，因此钽层具有如上述限制的 厚度。如果钽层的厚度大，则TaSix层的厚度也因为其体积扩大而增加 以致发生隆起。此外，如果钽层的厚度大，则钽层可吸收多晶硅层31 的掺杂物，例如磷或硼，因此在多晶硅层31中发生多晶硅耗尽，导致 器件性能的劣化。含氮的硅化钛层和含氮的硅化钽层的每一层所形成的 厚度为约20A~200A并且每一层具有约10%~60%的氮含量。在此， 如上所述适当地调整氮含量。如果氮含量太低，则会因含氮的钛或硅化 钽层不能成功作为扩散阻挡层而发生界面反应。另一方面，如果氮含量 太高，则包含在含氮的钛或硅化钽层中的SiN含量会是高的，并因此使 接触电阻变高，导致器件性能劣化。在含氮的硅化钛层中的硅对钛的比 率为约0.5 ~ 3.0。含氮的硅化钽层具有的硅对钽的比率为约0.5~3.0。图4B说明根据本发明的第五实施方案的栅极堆叠结构。所述栅极 堆叠结构为根据第二实施方案的栅极堆叠结构所修改而成。换句话说， 使用含氮的钛(TiNx)层以替代钛，其中x约小于l。
该栅极堆叠结构包括第一导电层301、中间结构302和第二导电层 303。第一导电层301包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例 如，磷)的多晶硅层。第一导电层301也可包括多晶珪锗层(Si^Gex, 其中x为约0.01 ~ 1.0)或硅化物层。例如，硅化物层包括选自镍(Ni)、 铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr ) 及铂(Pt)中的一种。第二导电层303包括鵠层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法 以形成约100A 2000A厚的鵠层。PVD法包括使用鴒賊射靶的溅射沉 积法。中间结构302包括含氮的钛(TiNx)层302A和含氮的硅化鴒 (WSixNy)层302B。含氮的钬层302A具有约0.2 ~ 0.8的氮对钬的比 率以及约10A 150A的厚度。在此，含氮的金属层，即含氮的钛层302A 具有如上所述的氮对钬的比率，以防止在TiNx层302A中产生SiN。在 后续退火处理期间，由于在TiNx层302A中过量的Ti破坏在多晶硅与 TiNx之间形成的Si-N键并因而移除SiN，因此防止产生SiN。这可能是 因为TiN键比SiN键更强许多，因此。含氮的钛层302A表示氮化钛层 或含氮的钛层。在本实施方案中，含氮的钛层具有金属特性。含氮的硅 化鴒层302B具有约0.5 ~ 3.0的珪对鵠的比率以及约10% ~约60%的氮 含量。在此，如上所述适当地调整氮含量。如果氮含量太低，则会因为 含氮的硅化钨层302B不能成功作为扩散阻挡层而发生界面反应。另一 方面，如果氮含量太高，则包含在含氮的硅化鴒层302B中的SiN含量 会是高的，并因而使接触电阻变高，导致器件性能劣化。含氮的硅化钨 层302B表示氮化钨硅层或着含特定含量/重量比的氮的硅化鵠层。通过PVD法形成含氮的钛层302A和含氮的珪化鴒层302B。PVD 法以'减射沉积法或反应性溅射沉积法进行。例如，通过在氮气环境中以 钛溅射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮的钛层302A。通过在氮气 环境中以硅化鵠溅射靶实施反应性溅射沉积法形成该含氮的硅化鵠层 302B。因为PVD法允许均匀形成含氮的硅化鴒层302B而与底层类型无 关，所以使用PVD法(例如，上述反应性溅射沉积法)以形成含氮的 硅化鴒层302B。
根据第五实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层301、 TiNx/WSixNy中间结构302和第二导电层303。第一导电层301和第二 导电层303分别包括多晶硅层和鴒层。因此，提供鵠多晶硅栅极堆叠结 构。具体地，TiNx/WSixNy中间结构包括金属层和含氮的金属硅化物 层。金属层包括含特定含量/重量比的氮的金属层，金属硅化物层包括 含特定含量/重量比的氮的金属硅化物层。例如，金属层包括含氮的钛 层302A,以及金属硅化物层包括含氮的硅化鴒层302B。根据第五实施方案的多层中间结构可以形成为其它不同结构。除 了含氮的钛层之外，含氮的金属层含氮的还包括含氮的钽(TaNx)层。 除了含氮的硅化钨(WSixNy)层之外，含氮的金属硅化物层含氮的珪化 鵠还包括含氮的硅化钛(TiSixNy)层或含氮的硅化钽(TaSixNy)层。 通过包括賊射沉积法的PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的钽层。 通过在氮气环境中以硅化钛溅射靶实施反应性溅射沉积法形成该含氮 的硅化钛层。通过在氮气环境中以硅化钽'溅射耙实施反应性溅射沉积法 形成该含氮的硅化钽层。含氮的钽层具有约10A 80A的厚度。含氮的 硅化钛层和含氮的硅化钽层的每一层所形成的厚度为约20A~200A，并 且每一层具有约10%~60%的氮含量。在此，如上所述适当地调整氮含 量。如果氮含量太低，则会由于含氮的钛或硅化钽层不能成功作为扩散 阻挡层而发生界面反应。另一方面，如果氮含量太高，则包含在含氮的 钛或硅化钽层中的SiN含量会是高的，并因而使接触电阻变高，导致器 件性能劣化。在含氮的硅化钛层中的硅对钛的比率为约0.5~3.0。含氮 的硅化钽层具有的硅对钽的比率为约0.5~3.0。图4C描述根据本发明的第六实施方案的栅极堆叠结构。该栅极 堆叠结构包括第一导电层311、中间结构312和第二导电层313。第一 导电层311包括高掺杂P-型杂质(例如，硼(B))或N-型杂质(例如， 磷(P))的多晶硅层。除多晶硅层之外，第一导电层311也可包括多晶 硅锗层(Si^Gex)，其中x为约0.01 ~ 1.0，或者也可包括硅化物层。该 硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鴒(W)、 钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及柏(Pt)中的一种。第二导电层313包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法以及ALD 法之一以形成厚度为约100A~2000A的鴒层。PVD法包括使用钨溅射 粑的賊射沉积法。中间结构312包括硅化钛(TiSix)层312A、含氮的钛(TiNx)层 312B和含氮的硅化鴒(WSixNy)层312C。可根据选自第四和第五实施 方案所述的材料以其它不同结构形成中间结构。根据第六实施方案的栅极堆叠结构为在对根据本发明的第四和第 五实施方案的栅极堆叠结构实施退火处理后所提供的结构。退火包括在 形成栅极堆叠结构后所实施的各种过程(例如，隔离物形成及层间绝缘 层形成)期间所伴随的热处理。在钛层32A上形成含氮的珪化钨层32B的情况中(如图4A所示)， 在退火后，在钛层32A和含氮的硅化钨层32B之间的边界区域中使含 氮的硅化鴒层32B中的微量氮分解。结果，如图4C所述，使钛层32A 的上部分转变成为含氮的钛层312B，并且钛层32A的下部分与来自第 一导电层31的多晶硅反应以形成硅化钛层312A。硅化钛层312A的厚度为约lA 30A,并且其中硅对钛的比率为 约0.5~3.0。含氮的钬层312B的厚度为约10A 100A并且具有的氮对 钛的比率为约0.7 ~ 1.3。含氮的硅化鸽层312C具有和含氮的硅化钨层32B基本相同的厚 度和组成。更具体而言，含氮的硅化钨层312C具有约0.5~3.0的硅对 鴒的比率及约10%~60%的氮含量。含氮的硅化鵠层312C的厚度为约 20A ~ 200A。参照图4C和4B，比较中间结构312和中间结构302。在退火处 理期间，从含氮的硅化钨层302B供应氮至含氮的钛层302A,从而使含 氮的钛层302A转变成为与硅化钛层312A有最小反应的含氮的钛层 312B。硅化钛层312A的厚度为约lA 30A，并且含氮的钛层312B的 厚度为约10A 100A。含氮的钛层312B中的氮对钛的比率为约0.7 ~ 1.3。与含氮的钛层302B中的氮对钛比率相比较(见图4C)，在含氮的 钛层312B中的氮对钬比率从约0.2 ~ 0.8增加至约0.7 ~ 1.3。含氮的硅化钨层312C具有和含氮的硅化钨层302C基本相同的厚
度及组成。更具体而言，含氮的硅化鴒层312C具有约0.5~3.0的硅对 钨的比率及约10%~60%的氮含量。含氮的硅化鵠层312C的厚度为约 20A 200A^。根据第六实施方案的栅极堆叠结构包括第一中间结构和第二中间 结构。第一中间结构包括金属硅化物层和含氮的金属层，并且第二中间 结构包括含氮的金属硅化物层。例如，通过堆叠硅化钛层312A和含氮 的钛层312B形成第一中间结构。第二中间结构包括含氮的硅化鵠层 312C。图5A描述根据本发明的第七实施方案的栅极堆叠结构。该栅极 堆叠结构包括第一导电层41、中间结构42和第二导电层43。第一导电 层41包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如，磷)的多 晶硅层。第一导电层41也可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中x为约0.01 1.0)或硅化物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴 (Co)、钛(Ti)、鵠(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt) 中的一种。第二导电层43包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法 形成具有约100A 2000A的厚度的钨层。PVD法包括使用钨溅射靶的 溅射沉积法。中间结构42包括钛层42A、含氮的珪化鴒(WSixNy)层42B和 含氮的钨(WNX)层42C。更具体而言，钛层42A的厚度为约10A 约 80A。钛层42A优选具有约10A~约50A的厚度。因为通过后续WNX 沉积形成含氮的鵠层42C将钛层42A的一些上部改变为TiN，含氮的 并且钛层42A的一些下部和第一导电层41反应，即与多晶硅层反应而 形成TiSix层，因此钛层42A具有如上述限制的厚度。如果钛层42A的 厚度大，则TiSix层的厚度也因为其体积扩大而增加发生隆起。此外， 如果钛层42A的厚度大，则钛层42A可吸收多晶硅层41的掺杂剂，例 如磷或硼，因此在多晶硅层41中发生多晶硅耗尽，导致器件性能的劣 化。含氮的硅化钨层42B具有约0.5 ~ 3.0的硅对钨的比率并具有约 10%~60%的氮含量。在此，如上所述适当调整氮含量。如果氮含量太 低，则会由于含氮的硅化钨层42B不能成功作为扩散阻挡层而发生界面 反应。另一方面，如果氮含量太高，则含氮的硅化钨层42B中包含的 SiN含量会是高的，并因而使接触电阻变高，导致器件性能劣化。含氮 的硅化鴒层42B表示氮化鴒硅层或包含特定含量/重量比的氮的硅化鴒 层。含氮的硅化钨层42B所形成的厚度为约20A 200A。在含氮的钨层42C中的氮对钨的比率为约0.3~1.5。含氮的钨层 42C表示氮化钨层或包含特定含量/重量比的氮的钨层。含氮的钨层42C 的厚度为约20A 200A。虽然将在之后说明，但是含氮的钨层42C供 应氮至含氮的硅化钨层42B。因此，在退火后，含氮的钨层42C变成不 含有氮的纯钨层或含微量氮的钨层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成钬层42A和含氮的鴒 层42C。通过实施PVD法形成含氮的硅化鵠层42B。PVD法以溅射沉积法或反应性溅射沉积法进行。例如，通过以钬 溅射靶实施溅射沉积法形成钛层42A。通过在氮气环境中以鵠溅射靶实 施反应性溅射沉积法形成含氮的鵠层42C。通过在氮气环境中以硅化钨 溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮的硅化鴒层42B。特别地，因为 在氮气环境中以硅化钨溅射靶实施上述反应性溅射沉积法允许均匀形 成含氮的硅化钨层42B而与底层类型无关，所以使用PVD法(例如， 反应性溅射沉积法)形成含氮的硅化鴒层42B。根据本发明的第七实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层41、 Ti/WSixNy/WNx中间结构42和第二导电层43。第一导电层41包括多晶 硅以及第二导电层43包括鵠，从而形成鴒多晶硅栅极堆叠结构。具体地，Ti/WSixNy/WNx中间结构包括第一金属层、含氮的金属 硅化物层和第二金属层。第一金属层包括纯金属层。第二金属层包括含 氮的金属层。金属珪化物层包括含氮的金属珪化物层。例如，第一金属 层为钛层42A。第二金属层为含氮的鴒层42C。金属硅化物层为含氮的 珪化鴒层42B。根据第七实施方案的多层叠的中间结构也可以形成为其它结构。 除了钛层之外，第一金属层还包括钽层。除了含氮的鴒层之外，第二金 属层含氮的还包括含氮的钛钨(TiWNx)层。除了含氮的硅化钨层之外， 金属硅化物层含氮的硅化钨还包括含氮的硅化钛(TiSixNy)层或含氮的
硅化钽(TaSixNy)层。通过包括溅射沉积法的PVD法、CVD法或ALD 法形成钽层。通过在氮气环境中以钛鴒溅射靶实施反应性溅射形成含氮 的钬鵠层。通过在氮气环境中以硅化钛溅射靶实施反应性溅射沉积法形 成含氮的硅化钛层。通过在氮气环境中以硅化钽溅射靶实施反应性溅射 沉积法形成含氮的珪化钽层。钽层的厚度为约10A 80A。钽层优选具 有约10A~约50A的厚度。因为通过后续WSiJVy沉积形成金属硅化物 层而将钽层的一些上部改变为TaN,并且钽层的一些下部和第一导电层 41反应，即和多晶硅层反应因而形成TaSix层，因此钽层具有如上述限 制的厚度。如果钽层的厚度大，则TaSix层的厚度也因为其体积扩大而 增加以致发生隆起。此外，如果钽层的厚度大，则钽层可吸收多晶硅层 41的掺杂剂，例如磷或硼，并因此在多晶硅层41中发生多晶硅耗尽， 导致器件性能的劣化。含氮的钛鴒层和含氮的硅化钽层的每一层所形成 的厚度为约20A 200人并且每一层具有约10%~60%的氮含量。在此， 如上所述适当地调整氮含量。如果氮含量太低，则会因含氮的硅化钽层 不能成功作为扩散阻挡层而发生界面反应。另一方面，如果氮含量太高， 则包含在含氮的硅化钽层中的SiN含量会是高的，并因而使接触电阻变 高，导致器件性能劣化。含氮的钛钨层具有约0.5 ~ 3.0的钛对钨的比率。 含氮的珪化钛层中的硅对钛的比率为约0.5~3.0。含氮的珪化钽层具有 约0.5~3.0的硅对钽的比率。图5B描述根据本发明的第八实施方案的栅极堆叠结构。该栅极 堆叠结构包括第一导电层401、中间结构402和第二导电层403。第一 导电层401包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如，磷) 的多晶硅层。第一导电层401也可包括多晶珪锗层(Si^Gex，其中x 为约0.01 ~ 1.0 )或硅化物层。例如，珪化物层包括选自镍(Ni )、铬(Cr )、 钴(Co)、钛(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt) 中的一种。第二导电层403包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法 形成钨层的厚度为约100A 2000A。 PVD法包括使用鴒溅射靶的溅射 沉积法。中间结构402包括含氮的钛(TiNx)层402A、含氮的硅化鴒 (WSixNy)层402B和含氮的鴒(WNX)层402C。更具体而言，含氮
的钛层402A的氮对钛具有特定比率(例如，在约0.2~0.8)。在此，含 氮的金属层，即含氮的钛层402A具有如上述的氮对钛的比率，以防止 在含氮的钛层402A中产生SiN。由于在后续退火处理期间含氮的钛层 402A中过量的Ti破坏在多晶珪和TiNx之间形成的Si-N键并因而移除 SiN，因此可防止产生SiN。这可能是因为TiN键比SiN键更强。含氮 的形成厚度为约10A~ 150A的含氮的钬层402A。含氮的钬层402A也 包括氮化钛层。含氮的硅化钨层402B中的珪对钨的比率为约0.5 ~ 3.0，并且含氮 的珪化鵠层402B的氮含量为约10%~60%。在此，如上所述适当地调 整氮含量。如果氮含量太低，则会因含氮的硅化钨层402B不能成功作 为扩散阻挡层而发生界面反应。另一方面，如果氮含量太高，则包含在 含氮的硅化钨层402B中的SiN含量会是高的，并因而使接触电阻变高， 导致器件性能劣化。含氮的珪化鵠层402B也包括氮化钨硅层或含特定 含量/重量比的氮的珪化钨层。含氮的钨层402C具有特定比率的氮对钨(例如，约0.3 ~ 1.5 )。 含氮的钨层402C表示氮化钨层或含特定含量/重量比的氮的钨层。虽然 在后面描述，但是含氮的鴒层402C供应氮至含氮的硅化鴒层402B。形 成的含氮的钨层402C的厚度为约20A 200A。由于氮的供应，在退火 后含氮的钨层402C变成纯钨层或含微量氮的钨层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的鵠层402C。通 过实施PVD法形成含氮的钛层402A和含氮的硅化鵠层402B。PVD法以賊射沉积法或反应性'溅射沉积法进行。例如，通过在氮 气环境中以钛溅射靶实施溅射沉积法形成含氮的钛层402A。通过在氮 气环境中以钨溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮的钨层402C。通 过在氮气环境中以硅化钨溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮的硅 化鴒层402B。特别地，因为可均匀地形成含氮的硅化鴒层402B而与底 层类型无关，所以使用PVD法(例如，反应性溅射沉积法)形成含氮 的硅化鵠层402B。根据本发明的第八实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层 401、 TiNx/WSixNy/WNx中间结构402和第二导电层403。第一导电层
401包括多晶硅，第二导电层403包括鴒，从而形成鵠多晶硅栅极堆叠 结构。具体地，TiNx/WSixNy/WNx中间结构402形成包括第 一金属层、 含氮的金属硅化物层和第二金属层的堆叠结构。第一和第二金属层为含 氮的金属层，并且金属硅化物层为含氮的金属硅化物层。例如，第一金 属层为含氮的钛层402A。第二金属层为含氮的鴒层402C。金属硅化物 层为含氮的硅化钨层402B。上述多层叠的中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除了 含氮的钛层之外，第一含氮的金属层含氮的还包括含氮的钽层。除了含 氮的钨层之外，第二含氮的金属层含氮的还包括含氮的钛鵠层。除了含 氮的硅化钨层之外，含氮的金属硅化物层含氮的硅化鵠还包括含氮的硅 化钛层或含氮的珪化钽层。通过实施包括溅射的PVD法、CVD法或 ALD法形成含氮的钽层。通过在氮气环境中以钛鴒溅射耙实施反应性 溅射沉积法形成含氮的钛鴒层。通过在氮气环境中以相应硅化钛及硅化 钽溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮的硅化钛层和含氮的硅化钽 层。形成含氮的钽层的厚度为约10A 80A。所形成的含氮的钛钨层、 含氮的硅化钛层和含氮的硅化钽层的每一层的厚度为20A 200A，以及 每一层具有约10%~60%的氮含量。在此，如上所述适当地调整氮含量。 如果氮含量太低，则会因为含氮的钛或硅化钽层不能成功作为扩散阻挡 层而发生界面反应。另一方面，如果氮含量太高，则包含在含氮的钛或 硅化钽层中的SiN含量会是高的，并因而使接触电阻变高，导致器件性 能劣化。在含氮的钛鵠层中，钛对鵠的比率为约0.5~3.0。在含氮的硅 化钛层中，硅对钛的比率为约0.5~3.0。在含氮的硅化钽层中，硅对钽 的比率为约0.5 ~ 3.0。图5C描述根据本发明的第九实施方案的栅极堆叠结构。该栅极 堆叠结构包括第一导电层411、中间结构412和第二导电层413。第一 导电层411包括高掺杂P-型杂质(例如，硼(B))或N-型杂质(例如， 磷(P))的多晶硅层。除了多晶硅层之外，第一导电层411也可包括多 晶硅锗(SLxGex)层，其中x为约0.01~1.0，或者包括硅化物层。硅 化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鴒(W)、钽 (Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)中的一种。
第二导电层413包括鴒层。实施PVD法、CVD法及ALD法中之 一以形成约100A 2000A厚的鴒层。PVD法包括使用鴒'溅射靶的溅射 沉积法。中间结构412包括硅化钛(TiSix)层412A、含氮的钛(TiNx)层 412B、含氮的珪化鵠(WSixNy)层412C和含氮的鵠(WNX)层412D。 可根据本发明第七及第八实施方案的所述的选择材料以不同结构形成 中间结构412。根据第九实施方案的栅极堆叠结构是对根据本发明的第七及第八 实施方案的栅极堆叠结构实施退火处理后所形成的结构。退火包括在形 成这些栅极堆叠结构后所实施的各种过程(例如，形成隔离物和形成层 间绝缘层)期间所伴随的热处理。参照图5C和5A，比较中间结构412和中间结构42。当钛层42A 和来自第一导电层41的多晶硅反应时，形成具有约lA 30A厚度的硅 化钛层412A。硅化钛层212A中的硅对钛的比率为约0.5~3.0。当从含氮的钨层42B供应氮至钛层42A时，形成含氮的钛层 412B。含氮的钛层412B具有约10A ~ 100A的厚度并且具有约0.7 ~ 1.3 的氮对钛的比率。与在钛层42A中的氮对钛的比率相比较，在含氮的钛 层412B中的氮对钬的比率从约0增加至约0.7 ~ 1.3。含氮的硅化钨层412C具有和含氮的珪化钨层42C基本相同的厚 度及组成。更具体而言，含氮的硅化鴒层412C具有约0.5 3.0的硅对 钨的比率以及约10%和60%的氮含量。含氮的珪化钨层412C的厚度为 约20人~ 200A。在退火后，由于该剥蚀作用，含氮的鴒层412D的氮含量降至约 10%或更少。附图标记WNx (D)表示被剥蚀的含氮的钨层。含氮的钨 层412D的厚度为约20A 200A。在含氮的鵠层412D中的氮对鴒的比 率为约0.01 ~ 0.15。与在图5A所述的含氮的鵠层42C中的氮对钨的比 率相比较，在含氮的鵠层412D中的氮对鵠的比率从约0.3与1.5减少至 约0.01 ~ 0.15。在钛层42A上形成含氮的硅化鴒层42B的情况中(见图5A)，在
退火后，在钛层42A和含氮的珪化鴒42B之间的边界区域中使含氮的 硅化鴒层42B中的微量氮分解。结果，如图5C所述，钛层42A的上部 转变成为含氮的钛层412B，并且钛层42A的下部与来自第一导电层41 的多晶硅反应，形成硅化钛层412A。参考图5C和5B，比较中间结构412和中间结构402。含氮的钬 层402A转变成为与硅化钛层412A有最小反应的含氮的钛层412B。硅 化钛层412A的厚度为约lA~30A，并且含氮的钛层412B的厚度为约 10A~100A。在含氮的钬层412B中的氮对钬的比率为约0.7 ~ 1.3。含 氮的硅化鴒层412C具有和含氮的硅化鴒层42B基本相同的厚度及组 成。更具体地，含氮的硅化鵠层412C中的硅对鵠的比率为约0.5~3.0。 含氮的珪化钨层412C具有约10% ~ 60%的氮含量并形成约20A ~ 200A 的厚度。在退火后，由于剥蚀作用含氮的鵠层412D的氮含量降至约10% 或更少。含氮的鵠层412D的厚度为约20A~200A。含氮的鴒层412D 中的氮对鵠的比率为约0.01 ~ 0.15。根据第九实施方案的栅极堆叠结构包括第一中间结构和第二中间结构。第一中间结构包括第一金属硅化物层和第一含氮的金属层，以及 第二中间结构包括第二含氮的金属层和含氮的金属硅化物层。例如，通过堆叠硅化钛层412A和含氮的钛层412B形成第一中间结构。通过堆 叠含氮的硅化钨层412C和含氮的钨层412D形成第二中间结构。图6A说明根据本发明的第十实施方案的栅极堆叠结构。该栅极 堆叠结构包括第一导电层51、中间结构52和第二导电层53。第一导电 层51包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如，磷)的多 晶硅层。第一导电层51也可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中x为约0.01 1.0)或硅化物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴 (Co)、钛(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt) 中的一种。第二导电层53包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法 形成鴒层的厚度为约100A 2000A。 PVD法包括使用鴒溅射靶的溅射 沉积法。中间结构52包括钛(Ti)层52A、第一含氮的鵠(WNJ层52B、含氮的硅化鴒(WSixNy)层52C以及第二含氮的鴒(WNX)层52D。更具体而言，钛层52A的厚度为约10A~约80A。钛层52A优选具有约10A 约50A的厚度。因为通过后续WNx沉积形成第一含氮的钨层52B而将钛层52A的一些上部改变为TiN，含氮的并且钛层52A的一些下部和第一导电层51反应，即和多晶硅层反应因而形成TiSix层，因此钛层52A具有如上述限制的厚度。如果钛层52A的厚度大，则TiSix层的厚度也因为其体积扩大而增加以致发生隆起。此外，如果钛层52A的厚度大，则钛层52A可吸收多晶硅层51的掺杂剂，例如磷或硼，因此在多晶硅层51中发生多晶硅耗尽，导致器件性能的劣化。在第一和第二含氮的钨层52B和52D中的每一层的氮对钨的比率为约0.3 ~ 1.5。第 一和第二含氮的鵠层的每一层表示氮化鵠层或含特定含量/重量比的氮的鴒层。虽然将在之后说明，但是第一和第二含氮的鵠层52B和52D 供应氮至含氮的硅化钨层52C。第一和第二含氮的钨层52B和52D的 每一层具有约20A~200A的厚度。由于供应氮至含氮的硅化钨层52C， 在后续退火处理后，第一和第二含氮的鵠层52B和52D的每一层变成 纯鵠层或含微量氮的鵠层。在含氮的硅化钨层52C中的硅对钨的比率为约0.5 ~ 3.0，以及含 氮的硅化鵠层52C的氮含量为约10% ~约60%。在此，如上所述适当 地调整氮含量。如果氮含量太低，则会因含氮的硅化钨层52C不能成功 作为扩散阻挡层而发生界面反应。另一方面，如果氮含量太高，则包含 在含氮的硅化鴒层52C中的SiN含量会是高的，并因而使接触电阻变高， 导致器件性能劣化。含氮的硅化钨层52C表示氮化鴒硅层或含特定含量 /重量比的氮的硅化鴒层。所形成的含氮的硅化鵠层52C的厚度为约 20A ~约200A。通过实施PVD法、CVD或ALD法形成钬层52A以及第一和第 二含氮的钨层52B和52D。通过PVD法形成含氮的硅化钨层52C。 PVD 法以溅射沉积法或反应性濺射沉积法进行。例如，通过以钛'减射靶实施 溅射沉积法形成钛层52A。通过在氮气环境中以鵠溅射靶实施反应性溅 射沉积法形成第一和第二含氮的鴒层52B和52D。通过在氮气环境中以 硅化鵠溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮的硅化鴒层52C。特别 地，因为可均匀地形成含氮的硅化钨层502C而与底层类型无关，所以
可使用PVD法(例如，反应性濺射沉积法)形成含氮的硅化鵠层502C。根据第十实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层51、 Ti/WN/WSixNy/WNx中间结构52和第二导电层53。第一导电层51和 第二导电层53分别包括多晶硅层和鴒层，从而形成鴒多晶硅栅极堆叠 结构。特别地，Ti/WNx/WSixNy/WNx中间结构52包括第一金属层、第 二金属层、含氮的金属硅化物层和第三金属层。第一金属层包括纯金属 层，而第二和第三金属层包括含氮的金属层。含氮的金属硅化物层包括 含特定含量/重量比的氮的金属硅化物层。例如，第一金属层为钛层52A， 以及第二和第三金属层分别为第一和第二含氮的钨层52B和52D。金属 硅化物层为含氮的硅化鵠层52C。上述多层叠的中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除了 钛层之外，第一金属层还包括钽层。除了含氮的钨层之外，第二和第三 金属层含氮的还包括诸如含氮的钛鵠层的基本类似材料。除了含氮的硅 化鴒层之外，含氮的金属硅化物层含氮的硅化鵠还包括含氮钛硅化层或 含氮的珪化钽层。通过实施包括溅射的PVD法、CVD法或ALD法形 成钽层。通过在氮气环境中以钛鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含 氮的钛鵠层。通过在氮气环境中以相应硅化钛和硅化钽溅射靶实施反应 性溅射沉积法形成含氮的硅化钛层和含氮的硅化钽层。形成的钽层的厚 度为约10A 80A。钽层优选具有约10A 约50A的厚度。因为通过后 续WNx沉积形成第二金属层而将钽层的一些上部改变为TaN并且钽层 的一些下部和第一导电层51反应，即与多晶硅层反应因而形成TaSix 层，因此钽层具有如上述限制的厚度。如果钽层的厚度大，则TaSix层 的厚度也因为其体积扩大而增加发生隆起。此外，如果钽层的厚度大， 则钽层可吸收多晶硅层51的掺杂剂，例如磷或硼，因此在多晶硅层51 中发生多晶硅耗尽，导致器件性能的劣化。形成的含氮的钛钨层、含氮 的硅化钛层和含氮的硅化钽层的每一层的厚度为约20A~200A，并且每 一层具有约10%~60%的氮含量。在此，如上所述适当地调整氮含量。 如果氮含量太低，则会因含氮的钛或硅化钽层不能成功作为扩散阻挡层 而发生界面反应。另一方面，如果氮含量太高，则包含在含氮的钛或硅 化钽层中的SiN含量会是高的，并因而使接触电阻变高，导致器件性能
劣化。在含氮的钛鵠层中，钬对钨的比率为约0.5~3.0。在含氮的硅化 钛层中，硅对钛的比率为约0.5~3.0。在含氮的珪化钽层中，硅对钽的 比率为约0.5 ~ 3.0。图6B说明根据本发明的第十一实施方案的栅极堆叠结构。该栅 极堆叠结构包括第一导电层501、中间结构502和第二导电层503。第 一导电层501包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如， 磷)的多晶硅层。第一导电层501也可包括多晶硅锗层(Sh-xGex，其中 x为约0.01~1.0)或硅化物层。例如，硅化物层包括选自镍(Ni)、铬 (Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr) 及铂(Pt)中的一种。第二导电层503包括钨层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法 形成钨层的厚度为约100A~2000A。 PVD法包括使用钨溅射靶的溅射 沉积法。中间结构502包括含氮的钛(TiNx )层502A、第一含氮的钨(WNX) 层502B、含氮的珪化鴒(WSixNy)层502C和第二含氮的钨(WNX) 层502D。更具体而言，含氮的钛层502A具有特定的氮和钛比率(例如， 约0.2~0.8)并形成约10A 150A的厚度。在此，含氮的金属层，即含 氮的钛层502A具有如上述的氮对钛的比率，以防止在含氮的钛层502A 中产生SiN。由于在后续退火处理期间含氮的钛层502A中过量的Ti破 坏多晶硅与TiNx之间所形成的Si-N键并因而移除SiN,因此可防止产 生SiN。这可能是因为TiN键比SiN键更强。含氮的钛层502A表示氮 化钛层或含特定含量/重量比的氮的钛层。第一和第二含氮的钨层502B和502D的每一层具有特定的氮对钨 比率(例如，约0.3~1.5)。第一和第二含氮的钨层502B和502D的每 一层也包括氮化鵠层。虽然在之后描述，但是第一和第二含氮的钨层 502B和502D供应氮至含氮的钛层502A和含氮的硅化钨层502C。第一 和第二含氮的鴒层502B和502D的每一层形成约20A ~ 200A的厚度。 由于氮的供应，在退火后第一和第二含氮的钨层502B和502D变成纯 鴒层或含微量氮的鵠层。在含氮的硅化钨层502C中的硅对钨的比率为约0.5 ~ 3.0，以及含
氮的硅化鴒层502C的氮含量为约10% ~约60%。在此，如上所述适当 地调整氮含量。如果氮含量太低，则会因该含氮的硅化钨层502C无法 成功作为扩散阻挡层而发生界面反应。另一方面，如果氮含量太高，则 包含在含氮的珪化鴒层502C中的SiN含量会是高的，并因此使接触电 阻变高，导致器件性能劣化。含氮的硅化鵠层502C也包括氮化钨硅层。 含氮的硅化鴒层502C具有约20A ~ 200A的厚度。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成第一和第二含氮的鵠层 502B和502D。通过实施PVD法形成含氮的钬层502A和含氮的硅化鵠 层502C。PVD法以溅射沉积法或反应性溅射沉积法进行。例如，通过在氮 气环境中以钛溅射靶实施溅射沉积法形成含氮的钛层502A。通过在氮 气环境中以鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法分别形成第一和第二含氮 的鵠层502B和502D的每一层。通过在氮气环境中以硅化鵠溅射靶实 施反应性溅射沉积法形成含氮的硅化鴒层502C。特别地，因为可均匀 地形成含氮的珪化钨层502C而与底层类型无关，所以使用PVD法(例 如，反应性'减射沉积法)形成含氮的珪化鵠层502C。根据本发明的第十一实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层 501、 TiN/VVN/WSixNy/WNx中间结构502和第二导电层503。第一导 电层501包括多晶硅并且第二导电层503包括鴒，从而形成鴒多晶硅栅 极堆叠结构。具体地，TiNx/WNx/WSixNy/WNx中间结构502形成为包括第 一金 属层、第二金属层、含氮的金属硅化物层和第三金属层的堆叠结构。第 一、第二和第三金属层是含氮的金属层，以及含氮的金属硅化物层包含 特定含量/重量比的氮。例如，第一金属层为含氮的钛层502A，以及第 二和第三金属层分别为第一和第二含氮的鴒层502B和502D。金属硅化 物层为含氮的珪化钨层502C。上述多层叠的中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除含 氮的钛层之外，第一金属层还包括含氮的钽(TaNx)层。除含氮的鴒层 之外，第二和第三金属层还包括诸如含氮的钛鵠(TiWNx)层的基本相 同的材料。除含氮的硅化钨层之外，含氮的金属硅化物层还包括含氮的
硅化钛(TiSixNy)层或含氮的硅化钽(TaSixNy)层。通过实施包括溅 射的PVD法、CVD法或ALD法形成含氮的钽层。通过在氮气环境中 以钛鴒溅射靶实施反应性賊射沉积法形成该含氮的钛钨层。通过在氮气 环境中以相应硅化钛及硅化钽溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮 的硅化钛层和含氮的硅化钽层。形成的含氮的钽层的厚度为约10A~ 80A。形成的含氮的钛鵠层、含氮的硅化钛层和含氮的硅化钽层的每一 层的厚度约20A 200A，并且每一层具有约10%~60%的氮含量。在 此，如上所述适当地调整氮含量。如果氮含量太低，则会因为含氮的钛 或珪化钽层无法成功作为扩散阻挡层而发生界面反应。另一方面，如果 氮含量太高，则包含在含氮的钛或硅化钽层中的SiN含量会是高的，并 因此使接触电阻变高，导致器件性能劣化。在含氮的钛鴒层中，钛对钨 的比率为约0.5 ~ 3.0。在含氮的硅化钛层中，硅对钛的比率为约0.5 ~ 3.0。 在含氮的珪化钽层中，硅对钽的比率为约0.5~3.0。图6C说明根据本发明的第十二实施方案的栅极堆叠结构。栅极 堆叠结构包括第一导电层511、中间结构512和第二导电层513。第一 导电层511包括高掺杂P-型杂质(例如，硼(B))或N-型杂质(例如， 磷(P))的多晶硅层。除了多晶硅层之外，第一导电层511也可包括多 晶硅锗(SihxGex)层，其中x为约0.01 ~ 1.0，或者包括硅化物层。该 硅化物层包括选自由镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、钨(W)、 钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及賴(Pt)中的一种。第二导电层513包括鵠层。实施PVD法、CVD法及ALD法中之 一以形成约100A 2000A厚的鴒层。PVD法包括使用鴒溅射靶的'践射 沉积法。中间结构512包括硅化钛(TiSix)层512A、含氮的钛(TiNx)层 512B、第一含氮的鵠(WNx )层512C、含氮的硅化鵠(WSixNy )层512D 和第二含氮的钨层512E。可根据本发明的第十和第十一实施方案所述 的选择材料以不同结构形成中间结构512。根据第十二实施方案的栅极堆叠结构为对根据本发明的第十和第 十一实施方案的栅极堆叠结构实施退火处理后所形成的结构。该退火包 括在形成这些栅极堆叠结构后所实施的各种过程(例如，隔离物形成及 层间绝缘层形成)期间所伴随的热处理，
参考图6C和6A，比较中间结构512和中间结构52。当钛层52A 和来自第一导电层51的多晶珪反应时，形成具有约lA 30A厚度的硅 化钛层512A。硅化钬层512A中的珪对钬的比率为约0.5 ~ 3.0。当从第一含氮的鵠层52B供应氮至钛层52A时，提供含氮的钛层 512B。含氮的钛层512B具有约IOA ~ IOOA的厚度并且具有约0.7 ~ 1.3 的氮对钛的比率。在退火后，由于剥蚀作用，第一和第二含氮的钨层512C和512E 的每一层具有的氮含量降至约10%或更少。附图标记WNx(D)表示剥 蚀的含氮的钨层。第一和第二含氮的钨层512C和512E的每一层的厚 度为约20A 200人。在第一和第二含氮的鵠层512C和512E的每一层 中的氮对鴒的比率为约0.01~0.15。含氮的硅化钨层512D具有和含氮的硅化鵠层52C基本相同的厚 度及组成。更具体而言，含氮的硅化鵠层512D具有约0.5 3.0的硅对 钨的比率以及约10%~60%的氮含量。含氮的硅化鵠层512D的厚度为 约20A ~ 200A。参考图6C和6B，比较中间结构512和中间结构502。在退火处 理期间，从含氮的鴒层502B供应氮至含氮的钛层502A。结果，含氮的 钛层502A变成与硅化钛层512A有最小反应的含氮的钛层512B。硅化 钛层512A的厚度为约lA 30A，并且含氮的钛层512B的厚度为约 10A 100A。在含氮的钬层512B中的氮对钬的比率为约0.7 ~ 1.3。在退火后，由于剥蚀第一和第二含氮的钨层502B和502D，使得 第一和第二含氮的钨层512C和512E的每一层具有的氮含量降至约 10%或更少。第一和第二含氮的鴒层512C和512E的每一层的厚度为 约20A 200A。在第一和第二含氮的钨层512C和512E的每一层中的 氮对鴒的比率为约0.01 ~ 0.15。含氮的珪化钨层512D具有和含氮的珪化钨层502C基本相同的厚 度及组成。更具体而言，含氮的硅化鵠层512D具有约0.5 3.0的硅对 钨的比率以及约10%~60%的氮含量。含氮的硅化鴒层512D的厚度为 约20A ~ 200A。
根据第十二实施方案的栅极堆叠结构包括第一中间结构和第二中 间结构。第一中间结构包括金属硅化物层和第一含氮的金属层，第二中 间结构包括第二含氮的金属层、含氮的金属硅化物层和第三含氮的金属层。例如，通过堆叠硅化钛层512A和含氮的钛层512B形成该第一中 间结构。通过堆叠含氮的钨层512C、含氮的硅化钨层512D和含氮的钨 层512E形成第二中间结构。根据本发明的第一至第十二实施方案的每个中间结构包括含氮的 金属硅化物层(例如，含氮的硅化鵠层)以及包括钛、硅、钨以及氮的 多个薄层。通过在氮气环境中以硅化鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法形 成含氮的硅化钨层。当沉积含氮的硅化钨层时，实施反应性溅射沉积法 使钛层转变成为氮化钛层。在钛层上形成含氮的鵠层的情况中，钛层转 变成为氮化钛层。因为含氮的硅化钨层用作非晶扩散阻挡层，所以当形成钨层时， 该钨层具有约15pO-cm的小的比电阻和大晶粒尺寸。因此，由于可形 成具有低比电阻的钨层，所以该鵠层降低片电阻。因为当形成含氮的鵠层或含氮的硅化钨层时，使钬层或含氮的钛 层转变成为氮化钛层，所以根据本发明的第一至第十二实施方案的栅极 堆叠结构具有低接触电阻和可减少多晶硅耗尽。此外，因为在每个中间 结构中包括含氮的硅化鴒层，所以栅极堆叠结构具有低片电阻。由于上述钛层或含氮的钛层转变为氮化钛层，因此在这些中间结 构中所包括的多个层的每一层均包含氮的。结果，接触电阻和片电阻低， 并且可减少每个栅极堆叠结构的高度。此外，可允许减少因在第一导电 层中所掺杂的杂质(例如，硼)向外扩散所造成的多晶硅耗尽效应。图7A描述根据本发明的第十三实施方案的栅极堆叠结构。该栅 极堆叠结构包括第一导电层61、中间结构62和第二导电层63。第一导 电层61包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如，磷)的 多晶硅层。第一导电层61也可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中x为约 0.01 ~ 1.0)或硅化物层。例如，珪化物层包括选自镍(M)、铬(Cr)、 钴(Co)、钛(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr )及铂(Pt) 中的一种。
第二导电层63包括鵠层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法 形成的鴒层的厚度为约100A~2000A。 PVD法包括使用鴒溅射靶的溅 射沉积法。中间结构62包括钛(Ti)层62A、第一含氮的鴒(WNX)层62B、 硅化钨(WSix)层62C(其中x为约1.5 10)以及第二含氮的钨(WNx) 层62D。更具体地，形成的钛层62A的厚度为约10A~ 80A。钛层62A 优选具有约10A 约50A的厚度。因为通过后续WNx沉积形成含氮的 鴒层62B而将钛层62A的一些上部改变为TiN含氮的并且钛层62A的 一些下部和第一导电层61反应，即与多晶硅层反应因而形成TiSix层， 因此具有钛层62A如上述限制的厚度。如果钛层62A的厚度大的，则 TiSix层的厚度也因为其体积扩大而增加以致发生隆起。此外，如果钛层 62A的厚度大，则钛层62A可吸收多晶硅层61的掺杂剂，例如磷或硼， 并因此在多晶硅层61中发生多晶硅耗尽，导致器件性能的劣化。第一和第二含氮的鴒层62B和62D的每一层具有特定的氮对钨比 率(例如，约0.3 ~ 1.5)。第一和第二含氮的鵠层62B和62D的每一层 也包括氮化钨层。虽然在之后描述，但是第一和第二含氮的钨层62B和 62D具有金属特性。第一和第二含氮的钨层62B和62D供应氮至硅化 钨层62C。形成的第一和第二含氮的钨层62B和62D的每一层的厚度 为约20A 200A。由于氮的供应，在退火后第一和第二含氮的钨层62B 和62D变成纯鴒层或含微量氮的鴒层。在含氮的硅化钨层62C中的硅对钨的比率为约0.5 ~ 3.0。形成的 含氮的硅化鴒层62C的厚度为约20A~ 100A。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成钬层62A、第一和第二 含氮的钨层62B和62D以及鴒层63。通过实施PVD法形成含氮的珪化 鴒层62C。PVD法以'践射沉积法或反应性溅射沉积法进行。例如，通过以钬 溅射靶实施溅射沉积法形成钛层62A。通过在氮气环境中以鴒溅射靶实 施反应性溅射沉积法形成第一和第二含氮的鴒层62B和62D的每一层。 通过以硅化鵠溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮的硅化鴒层62C。 通过以鴒溅射靶实施溅射沉积法形成鴒层63。
根据本发明的第十三实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层61、 Ti/WNx/WSix/WNx中间结构62和第二导电层63。第一导电层61 包括多晶硅以及第二导电层63包括鴒，从而形成钨多晶硅栅极堆叠结 构。具体地，Ti/WNx/WSix/WNx中间结构62形成为包括第 一金属层、 第二金属层、含氮的金属硅化物层和第三金属层的堆叠结构。第一金属 层包括纯金属层。第二和第三金属层包括含氮的金属层，以及含氮的金 属硅化物层包括纯硅化钨层。例如，第一金属层为钛层62A,以及第二 和第三金属层分别为第一和第二含氮的钨层62B和62D。金属硅化物层 为含氮的硅化钨层62C。上述多层叠的中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除钛 层之外，第一金属层还包括钽层。除硅化钨层之外，金属硅化物层还包 括硅化钛(TiSix )层，其中x为1.5 10，或硅化钽(TaSix)层，其中 x为1.5 ~ 10。除含氮的钨层之外，第二和第三金属层还包括含氮的钬鵠 (TiWNx)层。通过实施包括賊射的PVD法、CVD法或ALD法形成 钽层。通过在氮气环境中以钛钨溅射靶实施反应性溅射沉积法形成含氮 的钬鴒层。通过以相应硅化钛及硅化钽溅射靶实施反应性溅射沉积法形 成硅化钛层和硅化钽层。形成的钽层的厚度为约10A 80A。钽层优选 具有约10人~约50A的厚度。因为通过后续WNx沉积形成第二金属层 而将钽层的一些上部改变为TaN并且钽层的一些下部和第一导电层61 反应，即与多晶硅层反应因而形成TaSix层，因此钽层具有如上述限制 的厚度。如果钽层的厚度大，则TaSix层的厚度也因为其体积扩大而增 加以致发生隆起。此外，如果钽层的厚度大，则钽层可吸收多晶硅层61 的掺杂剂，例如磷或硼，并因此在多晶硅层61中发生多晶硅耗尽，导 致器件性能的劣化。含氮的钛钨层的厚度为约20A 200A。形成的硅化 钛层和硅化钽层的每一层的厚度为约20A 200A。含氮的钬鵠层具有约 10%~60%的氮含量。在含氮的钛钨层中，钛对鸽的比率为约0.5~3.0。 在硅化钛层中，硅对钛的比率为约0.5~3.0。在硅化钽层中，硅对钽的 比率为约0.5 ~ 3.0。通过实施PVD法(例如，溅射沉积法)在第一含氮的钨层62B 上形成珪化鵠层62C。利用硅化鵠溅射靶实施溅射沉积法允许均匀形成
硅化鵠层62C而与底层类型无关。图7B说明在通过实施相应化学气相沉积(CVD)和物理气相沉 积(PVD)法在含氮的鵠层上形成硅化鵠层后所提供的结构的影^^。虽 然通过CVD法没有在氮化鴒层WN上良好地形成硅化鵠层CVD-WSix， 但是通过PVD法可在氮化鴒层WN上均匀地形成硅化钨层PVD-WSix。 因此，由于可在硅化鴒层上形成具有低比电阻的鴒层，所以可减少钨层 的片电阻。根据本发明的第十三实施方案的栅极堆叠结构，当在钛层上形成 含氮的钨层62B时，使钛层转变成为氮化钛层。根据本发明的第十三实施方案，因为在含氮的层的形成期间使中 间结构的钛层转变成为氮化钛层，所以栅极堆叠结构可获得低接触电阻 并减少多晶硅耗尽效应。此外，因为中间结构包括珪化钨层，所以栅极 堆叠结构也可获得低片电阻。图7C说明根据本发明的第十四实施方案的栅极堆叠结构。该栅 极堆叠结构包括第一导电层601、中间结构602和第二导电层603。第 一导电层601包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如， 磷)的多晶硅层。第一导电层601也可包括多晶珪锗层(Si^Gex，其中 x为约0.01 ~ 1.0)或硅化物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、 铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr) 及铂(Pt)中的一种。第二导电层603包括鵠层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法 形成钨层，厚度为约100A 2000A。 PVD法包括使用钨溅射靶的溅射 沉积法。中间结构602包括含氮的钛(TiNx )层602A、第一含氮的鵠(WNX) 层602B、硅化鴒(WSix)层602C和第二含氮的鴒(WNX)层602D。 更具体而言，含氮的钛层602A具有特定的氮对钛比率(例如，在约0.2 ~ 0.8)并形成有约10A 150A的厚度。在此，含氮的金属层，即含氮的 钛层602A具有如上述的氮对钛的比率，以防止在含氮的钛层602A中 产生SiN。由于在后续退火处理期间，含氮的钛层602A中过量的Ti破
坏多晶硅和TiNx之间所形成的Si-N键从而移除SiN，因此可防止产生 SiN。这可能是由于TiN键比SiN键更强。含氮的钬层602A也包括氮 化钛层。第一和第二含氮的钨层602B和602D的每一层具有特定的氮对钨 比率(例如，约0.3 ~ 1.5)。第一和第二含氮的钨层602B和602D的每 一层也包括氮化钨层。第一和第二含氮的钨层602B和602D供应氮至 硅化鴒层602C。形成的第一和第二含氮的钨层602B和602D的每一层 的厚度为约20A 200A。由于氮的供应，在退火后第一和第二含氮的钨 层602B和602D变成纯鵠层或含微量氮的鵠层。在硅化鴒层602C中的硅对鵠的比率为约0.5 ~ 3.0。硅化鴒层602C 具有的厚度为约20A ~ 200A。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成第一和第二含氮的鵠层 602B和602D。通过实施PVD法形成含氮的钛层602A和硅化鵠层602C。PVD法以'溅射沉积法或反应性賊射沉积法进行。例如，通过在氮 气环境中以钛'减射靶实施溅射沉积法形成含氮的钛层602A。通过在氮 气环境中以鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法形成第一和第二含氮的钨 层602B和602D。通过以珪化鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法形成珪化 鴒层602C。通过以鴒溅射靼实施濺射沉积法形成鵠层603。根据本发明 的第十四实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层601、TiNx/WNx/WSix/WNx中间结构602和第二导电层603。第一导电层601 包括多晶硅以及第二导电层603包括鵠，从而形成鴒多晶硅栅极堆叠结 构。具体地，TiNx/WNx/WSix/WNx中间结构602形成为包括第 一金属 层、第二金属层、金属硅化物层和第三金属层的堆叠结构。第一、第二 和第三金属层是含氮的金属层，以及金属硅化物层为纯金属珪化物层。 例如，第一金属层为含氮的钬层602A,第二和第三金属层分别为第一 和第二含氮的鵠层602B和602D。金属珪化物层为硅化鵠层602C。上述多层叠的中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除含 氮的钛层之外，第一金属层还包括含氮的钽(TaNx)层。除硅化钨层之
外，金属硅化物层还包括硅化钛(TiSix)，其中x为约1.5 10，或硅化 钽(TaSix)，其中x为约1.5~10。除含氮的鴒层之外，第二和第三金属 层还包括含氮的钛钨(TiWNx)层。通过在氮气环境中以钽溅射靶实施 反应性'减射法形成含氮的钽层。通过在氮气环境中以钬鴒溅射靶实施反 应性'减射沉积法形成含氮的钬鴒层。通过以相应砝化钛及硅化钽溅射靶 实施反应性溅射沉积法形成硅化钛层和硅化钽层。形成的含氮的钽层的 厚度为约10A~150A。形成的含氮的钛钨层、硅化钛层和硅化钽层的每 一层的厚度为约20A~ 200A。含氮的钛钨层中的氮含量为约10%和 60%。在含氮的钛钨层中，钛对钨的比率为约0.5~3.0。在硅化钛层中， 硅对钛的比率为约0.5 ~ 3.0。在硅化钽层中，硅对钽的比率为约0.5 ~ 3.0。在上述中间结构602中，通过PVD法(例如，溅射沉积法)在第 一含氮的钨层602B上形成珪化钨层602C。利用硅化钨溅射靶实施溅射 沉积法允许均匀形成硅化鵠层602C而与底层类型无关。图7D说明根据本发明的第十五实施方案的栅极堆叠结构。该栅 极堆叠结构包括第一导电层611、中间结构612及第二导电层613。该 第一导电层611包括高掺杂P-型杂质(例如，硼(B))或N-型杂质(例 如，磷(P))的多晶硅层。除多晶硅层之外，第一导电层611也可包括 多晶硅锗(SikGex)层，其中x为约0.01 ~ 1.0,或者包括硅化物层。 该硅化物层包括选自镍(M)、铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鴒(W)、 钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)中的一种。第二导电层613包括鴒层。实施PVD法、CVD法及ALD法中之 一以形成约100A 2000A厚的鴒层。PVD法包括使用钨溅射靶的溅射 沉积法。中间结构612包括硅化钛(TiSix)层612A、含氮的钛(TiNx)层 612B、第一含氮的鵠(WNx)层612C、含氮的硅化钨(WSixNy)层612D 和第二含氮的鵠层612E。可根据本发明的第十三和第十四实施方案所 述的选择材料以不同结构形成中间结构612。根据本发明的第十五实施方案的栅极堆叠结构为对根据本发明的 第十三和第十四实施方案的栅极堆叠结构实施退火处理后所产生的结 构。该退火包括在形成这些栅极堆叠结构后所实施的各种过程(例如，
隔离物形成及层间绝缘层形成)期间所伴随的热处理。参考图7D和7A,比较中间结构612和中间结构62。当钛层62A 与来自第一导电层61的多晶硅反应时，形成具有约lA 30A厚度的硅 化钛层612A。硅化钛层612A中的硅对钛的比率为约0.5 ~ 3.0。当从含氮的钨层62B供应氮至钛层62A时，提供含氮的钛层 612B。含氮的钛层612B具有约10A~100A的厚度且具有约0.6 ~ 1.2 的氮对钛的比率。在退火后，由于剥蚀作用第一和第二含氮的钨层612C和612E的 每一层具有的氮含量降至约10%或更少。附图标记WNx(D)表示剥蚀 的含氮的钨层。第一和第二含氮的钨层612C和612E的每一层的厚度 为约20A 200人。在第一和第二含氮的钨层612C和612E的每一层中 的氮对鴒的比率为约0.01 ~ 0.15。由于分解来自第一和第二含氮的钨层602B和602D的氮，硅化钨 层602C转变成为含氮的硅化鴒层612D。在含氮的硅化钨层612D中的 珪对鵠的比率为约0.5 ~ 3.0。含氮的珪化钨层612D具有约10%~60% 的氮含量以及约20A~200A的厚度。参考图7D和7C,比较中间结构612和中间结构602。在退火处 理期间，从含氮的钨层602B供应氮至含氮的钛层602A。结果，使含氮 的钛层602A转变成为和硅化钛层612A有最小反应的含氮的钛层612B。 硅化钛层612A的厚度为约lA 30A，并且含氮的钛层612B的厚度为 约IOA ~ IOOA。在含氮的钛层612B中的氮对钛的比率为约0.7 ~ 1.3。在退火后，由于剥蚀第一和第二含氮的钨层602B和602D，使得 第一和第二含氮的钨层612C和612E的每一层具有的氮含量降至约 10°/。或更少。第一和第二含氮的钨层612C和612E的每一层的厚度为 约20A~200A。在第一和第二含氮的钨层612C和612E的每一层中的 氮对鴒的比率为约0.01 ~ 0.15。由于剥蚀来自第一和第二含氮的钨层602B和602D的氮，硅化钨 层602C转变成为含氮的硅化鴒层612D。含氮的硅化钨层612D具有约 0.5~3.0的硅对鵠的比率以及约10%~60%的氮含量。在此，如上所述
适当地调整氮含量。如果氮含量太低，则会因含氮的硅化钨层612D无 法成功作为扩散阻挡层而发生界面反应。另一方面，如果氮含量太高， 则包含在含氮的硅化钨层612D中的SiN含量会是高的，并因此使接触 电阻变高，导致器件性能劣化。含氮的硅化钨层612D的厚度为约20A ~ 200A。根据第十五实施方案的栅极堆叠结构包括第一中间结构和第二中 间结构。第一中间结构包括金属硅化物层和第一含氮的金属层，第二中 间结构包括第二含氮的金属层、含氮的金属硅化物层和第三含氮的金属层。例如，通过堆叠硅化钬层612A和含氮的钬层612B形成第一中间 结构。通过堆叠含氮的钨层612C、含氮的硅化钨层612D和含氮的钨层 612E形成第二中间结构。可实施根据本发明第 一至第十五实施方案的中间结构以控制快闪 存储器件的栅电极和许多逻辑器件的栅电极以及动态随机存取存储 (DRAM)器件的栅电极。图8描述根据本发明的第十六实施方案的快闪存储器件的栅极堆 叠结构。在衬底701上形成对应于栅极绝缘层的隧道氧化物层702。在 隧道氧化物层702上形成用于浮置栅极FG的第一多晶硅电极703。在第一多晶硅电极703上形成介电层704，以及在介电层704上 形成用于控制栅极CG的第二多晶硅电极705。在第二多晶硅电极705上形成选自本发明的第一至第十五实施方 案所述的各种类型的中间结构的中间结构706。中间结构706包括根据 本发明的第一实施方案的Ti/WN/VVSixNy中间结构。因此，通过顺序堆 叠钛层706A、含氮的钨层706B及含氮的硅化钨层706C以形成中间结 构706。在中间结构706上形成鴒电极707和硬掩模708。附图标记W和 H/M分别表示鴒电极707和硬掩模708。具有如图8所示的中间结构706的快闪存储器件的栅极堆叠结构 具有低片电阻和接触电阻。本发明的实施方案除了栅电极之外还可应用 于各种金属互连例如位线、金属线以及包括中间结构的电容器电极。此 外，本发明的实施方案可应用于半导体器件的构成双多晶硅栅极的栅极 堆叠结构，其中双多晶硅栅极包括第一栅极堆叠结构(包括在中间结构下面所形成的掺杂有N-型杂质的多晶硅电极和在中间结构上所形成的 钨电极)和第二栅极堆叠结构(包括掺杂有P-型杂质的多晶硅电极和在 中间结构上所形成的鴒电极)。图9是说明根据本发明的第一至第十五实施方案所形成的各类型 的中间结构的鵠层的片电阻(Rs)的图。该钨层具有约40nm的厚度。可观察到在Ti/WNx中间结构上通过CVD法和PVD法额外地施 加WSix/WNx中间结构(即，Ti/WNx/CVD-WSix/WNx结构和 Ti/WNx/PVD-WSi/WNx结构)以及施加WSixNy层(即，Ti/WNx/WSixNy 结构)的情况中，钨电极的片电阻减少。然而，因为通过CVD法无法 在WNx层上良好地生长WSix层，所以需要通过PVD法(例如，溅射 沉积法)在WNx层上形成WSL层。通过使用硅化钨溅射靶和氮气的反 应性溅射;冗积法实施WSiJVy层的形成。将比较 Ti/WNx/CVD-WSix/WNx 中 间 结构 、 Ti/WNx/PVD-WSix/WNx中间结构和Ti/WNx/WSixNy中间结构的钨电极 的片电阻。钨电极的片电阻只在应用Ti/WNx/PVD-WSix/WNx中间结构 的情况中是较低的，并且Ti/WNx/WSixNy中间结构与应用WSix/WNx中 间结构情况相同。在通过CVD法施加WSL层的情况中，无法在WNx 层上均匀地形成WSix层。结果，在WNx层上产生结块，从而增加片电 阻。相反地，如果使用利用WSij溅射靶的溅射沉积法或反应性溅射沉 积法，则可均匀地形成WSL扩散层，从而减少鴒电极的片电阻。图10A 10C说明使用图3A所示的栅极堆叠结构的栅极图案化 过程。图3A中的相同附图标记在此表示相同元件。参考图10A,在衬底800上形成栅极绝缘层801，其中在衬底801 中实施离子注入过程以形成隔离层、阱以及沟道。在栅极绝缘层801上形成图案化的第一导电层21。在图案化的笫 一导电层21上形成中间结构22。在中间结构22上形成图案化的第二导 电层23。
图案化的第一导电层21包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如，磷)的多晶硅层。图案化的第一导电层21也可包括多 晶硅锗层(Si^Gex，其中x为约0.01 ~ 1.0)或硅化物层。例如，该硅 化物层包括选自镍(M)、铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鵠(W)、钽 (Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)中的一种。中间结构22包括图案化的钛层(Ti) 22A、图案化的含氮的钨 (WNx)层22B和图案化的含氮的硅化鴒(WSixNy)层22C。图案化的第二导电层23包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法或 ALD法形成鴒层。PVD法包括使用鵠'减射耙的溅射沉积法。在图案化的第二导电层23上形成硬掩模802。可省略硬掩模802 的形成。硬掩模802包括氮化硅(Si3N4)。实施栅极图案化过程，以形成所示的栅极堆叠结构。具体地，虽 然未显示，但是使用由光刻胶层所形成的蚀刻阻挡栅极掩模(未显示) 来实施第一图案化过程，以蚀刻硬掩模层、第二导电层、用于中间结构 22的钛层、含氮的鵠层和含氮的硅化鴒层的多个层以及第一导电层的一 部分。结果，在栅极绝缘层801和衬底800上形成包括硬掩模802、图 案化的第二导电层23、中间结构22和图案化的第一导电层21的结构。参考图IOB，移除栅极掩模，然后，实施预隔离(pre-spacer)过 程，以防止图案化的第二导电层23 (也就是，鵠层)和中间结构22的 非均匀蚀刻和氧化。例如，形成Si3N4层803作为预隔离层。参考图10C,实施第二栅极图案化过程，以蚀刻Si3N4层803和图 案化的第一导电层21的一部分。在第二栅极图案化过程期间，使用干 式蚀刻法蚀刻Si3lNU层803的一部分，以在栅极堆叠结构的侧壁上形成 隔离物803A。使用这些隔离物803A作为蚀刻阻挡层以蚀刻图案化的第 一导电层21。附图标记21A表示电极(例如，多晶硅电极)。可将使用如上述预隔离层的第 一和第二栅极图案化过程应用于根 据本发明的第二至第十五实施方案的栅极堆叠结构。图11说明使用图3A所示的栅极堆叠结构的另一栅极图案化过 程。图10A~10C的相同附图标记在此表示相同元件。在衬底800上形成栅极绝缘层801，其中在衬底800中实施离子 注入过程以形成隔离层、阱以及沟道。在栅极绝缘层801上形成图案化 的第一导电层21B。在图案化的第一导电层21B上形成中间结构22。 在中间结构22上形成图案化的第二导电层23。图案化第一导电层21B包括高掺杂P-型杂质(例如，硼)或N-型杂质(例如，磷)的多晶硅层。图案化的第一导电层21B也可包括多 晶硅锗层(SihxGex，其中x为约0.01 ~ 1.0)或硅化物层。例如，该硅 化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、鵠(W)、钽 (Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及粕(Pt)中的一种。中间结构22包括图案化的钛层(Ti) 22A、图案化的含氮的鴒 (WNx)层22B和图案化的含氮的硅化鴒(WSixNy)层22C。图案化的第二导电层23包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法或 ALD法形成鵠层。PVD法包括使用鵠溅射耙的賊射沉积法。在图案化的第二导电层23上形成硬掩模802。可省略硬掩模802 的形成。硬掩模802包括氮化硅(Si3N4 )。实施栅极图案化过程，以形 成所述的栅极堆叠结构。具体地，虽然未显示，但是使用由光刻胶层所 形成的蚀刻阻挡栅极掩模(未显示)来同时蚀刻硬掩模层、第二导电层、 用于中间结构22的钛层、含氮的钨层和含氮的硅化鴒层的多个层以及 第一导电层的一部分。结果，在栅极绝缘层801和衬底800上形成包括 硬掩模802、图案化的第二导电层23、中间结构22和图案化的第一导 电层21B的结构。选择立即实施蚀刻而不使用预隔离层的栅极图案化过 程，以替代使用预隔离层的包括两个步骤的栅极图案化过程。可将不使 用预隔离层的栅极图案化过程应用于根据本发明的第二至第十五实施 方案的栅极堆叠结构。根据本发明的实施方案，由在鵠电极与多晶硅电极之间所布置的 多个薄层(包含钬、钨、硅和氮或每一层包含氮的)所构成的中间结构 可允许获得与poly-Si/WNx/W和poly-Si/WNx/WSix/W中间结构一样低 的片电阻。因此，可减少栅极堆叠结构的高度，因此可容易实现工艺集 成。由于硼穿透或硼向外扩散的减少，可减少多晶硅耗尽效应，并且因此可增加PMOSFET的操作电流。此外，在鴒电极和多晶硅电极之间 可获得非常低接触电阻，因而有利于高速器件的制造。至于形成用以制造高速、高密度、低功率存储器件的钨多晶硅栅 极的方法，可通过实施由多个薄膜(包含钛、钨、硅和氮，或每各薄膜 包含氮的)所构成的中间结构以获得低接触电阻和低多晶硅耗尽效应。虽然已参考特定实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员可 以在不背离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内实施各种变更 和修改。
权利要求
1.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括在衬底上形成第一导电层；在所述第一导电层上形成中间结构，其中所述中间结构形成为包括至少第一金属层和含氮的金属硅化物层的堆叠结构；和在所述中间结构上形成第二导电层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中形成所述中间结构包括在所述第一 导电层上顺序堆叠所述第 一金属层、第二金属层和所述含氮的金属硅化物 层。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中形成所述中间结构包括在所述第一 导电层上顺序堆叠所述第一金属层、所述含氮的金属>^化物层和第二金属 层。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中形成所述中间结构包括顺序堆叠所 述第一金属层、第二金属层、所述含氮的金属硅化物层和第三金属层。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属层包括纯金属层和含 氮的金属层中的一种。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述纯金属层包括钬层和钽层中的 一种，所述含氮的金属层包括含氮的钛层和含氮的钽层中的一种。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中所述纯金属层形成约10A 约50A 的厚度。
8. 根据权利要求5所述的方法，其中所述含氮的金属层中的氮对金属的 原子比范围为约0. 2~约0. 8。
9. 根据权利要求2所述的方法，其中所述第二金属层包括含氮的钨层和 含氮的钬鴒层中的一种。
10. 根据权利要求3所述的方法，其中所述第二金属层包括含氮的钨层和 含氮的钬鵠层中的一种。
11. 根据权利要求4所述的方法，其中所述第二金属层和所述第三金属层 的每一层包括含氮的钨层和含氮的钬鵠层中的一种。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中通过在氮气环境中以金属硅化物溅 射靶实施反应性溅射沉积法形成所述含氮的金属硅化物层。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中所述含氮的金属硅化物层包括含氮 的珪化鴒层、含氮的硅化钬层和含氮的硅化钽层中的一种。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述含氮的金属硅化物层具有约 10% ~约60%的氮含量并且^金属的原子比为约0. 5 ~约3. 0。
15. 根据权利要求1所述的方法,其中所述第一导电层包括选自多晶硅层、 多晶硅锗层和硅化物层中的一种，并且所述第二导电层包括鵠层。
16. —种制造半导体器件的方法，所述方法包括 在衬底上形成第一导电层；在所述第一导电层上形成中间结构，所述中间结构形成为包含第一金 属层、第二金属层、金属硅化物层、和第三金属层的堆叠结构；和 在所述中间结构上形成第二导电层。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中通过实施反应性賊射沉积法形成 所述金属硅化物层。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中所述金属硅化物层包括选自珪化鴒层、硅化钬层和硅化钽层中的一种。
19. 根据权利要求16所述的方法，其中所述第一、第二和第三金属层的 每一层包括含氮的金属层。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中所述第二金属层和所述第三金属 层的每一层包括含氮的钨层和含氮的钬鵠层中的一种。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述含氮的钨层具有约10%~约 60%的氮含量并且氮对钨的原子比为约0. 3 ~约1. 5。
22. 根据权利要求19所述的方法，其中所述第一金属层具有的氮对金属 的原子比为约0. 2~约0. 8。
23. 根据权利要求19所述的方法，其中所述第一金属层包括含氮的钛层 和含氮的钽层中的一种。
24. 根据权利要求16所述的方法，其中所述第一金属层包括钬层和钽层 中的一种。
25. 根据权利要求16所述的方法，其中所述第一导电层包括选自多晶硅 层、多晶硅锗层和硅化物层中的一种，并且所述第二导电层包括鴒层。
全文摘要
一种制造半导体器件的方法，包括在衬底上形成第一导电层；在第一导电层上形成中间结构，该中间结构形成为包含至少第一金属层和含氮的金属硅化物层的堆叠结构；以及在该中间结构上形成第二导电层。
文档编号H01L21/28GK101211771SQ20071016109
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月26日 优先权日2006年12月27日
发明者成敏圭, 林宽容, 梁洪善, 赵兴在, 金兑京, 金龙水 申请人:海力士半导体有限公司