专利名称：具有栅极堆叠结构的半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，更具体涉及一种具有栅极堆叠结构的半 导体器件。
背景技术：
通过堆叠多晶硅和钨所形成的鵠多晶硅栅电极具有非常低的电阻，该 非常低的电阻约为通过堆叠多晶硅和硅化鵠所形成的多晶硅/硅化鴒 (Poly-Si/WSix)栅电极的电阻的1/5至1/10。因此，鴒多晶硅栅极电极是制 造亚-60nm存储器件所必需的。图1A至lC示出典型的鵠多晶珪^f极堆叠结构。如图1A所示，通过 顺序堆叠多晶硅层11、氮化钨(WN)层12和钨(W)层13形成钨多晶珪栅极 堆叠结构。WN层12用作扩散阻挡层。在后续退火过程或栅极再氧化过程期间，使WN层12中的氮在鴒层 13与多晶硅层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至3nm范围的厚度。因此，在数百兆赫(MHz)的操 作频率及1.5V或更小的操作电压下可能导致例如信号延迟的器件误差。最 近，已在多晶珪层11与WN层12之间形成薄的珪化鴒(WSix)或钛(Ti)层 作为扩散阻挡层，以防止在鵠层13与多晶硅层11之间形成Si-N键。如图1B所示，如果在多晶硅层11与WN层12之间形成硅化鴒(WSiJ 层14，则通过在WN层12的形成期间所4吏用的氮等离子体，在WSL层 14上方形成W-Si-N键。公知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与WN层12之间形成钛(Ti)层15，则在WN层12的形成期间的反应性賊射过程中，氮等离子体将钛层15的 钛转变成氮化钛(TiN)。 TiN层用作扩散阻挡层。结果，虽然在后续热过程 期间WN层12被分解，但是该TiN防止氮向多晶硅层ll扩散，因此，可 有效地降低Si-N的形成。然而，在将鵠多晶珪;fefr极应用至双多晶珪栅极[即，用于N-型金属氧化 物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的]\+-型多晶珪栅极和用于P-型金属 氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的Pt型多晶硅栅极的情况下，如 果在该钨多晶硅栅极中使用wsywN扩散阻挡结构，则可以大幅增加钨 层与？+-型多晶硅层之间的接触电阻。相反，如果在鴒多晶硅栅极中使用 Ti/WN扩散阻挡结构，则鴒层与P、型多晶硅层间的接触电阻较低而与多 晶硅掺杂物质无关。在用于PMOSFET的Pt型多晶硅的情况下，可在作为实际IMt模式 的反转状态中产生多晶> ^€^效应。多晶> ^€^效应的产生可取决于在P+-型多晶硅内所保留的硼的量。在WSix/WN扩散阻挡结构中可产生比在Ti/WN扩散阻挡结构中更大 的多晶>^€^效应。因此，该WSix/WN扩散阻挡结构可能降低晶体管特 性。结果，因为Ti/WN扩散阻挡结构可在鵠层与多晶硅层间提供低接触电 阻以及防止P-型多晶^C^的产生，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，则可能使在该Ti/WN扩散阻 挡结构上方直接形成的鴒(W)的片电阻(Rs)增加约l,5至2倍。因此，片电 阻(Rs)的增加在未来可能影响鴒多晶硅栅极的iu艮。发明内容本发明的实施方案涉及一种包括中间结构的半导体器件的初f极堆叠， 其中该中间结构具有低片电阻和接触电阻，并且可有效地防止杂质向外扩 散，以及涉及一种制造该栅极堆叠的方法。根据本发明的一个方面，提供一种半导体器件。该半导体器件包括 第一导电层；位于该第一导电层上方的第一中间结构，该第一中间结构包 括金属硅化物层和含氮金属层；位于该第一中间结构上方的第二中间结 构，该第二中间结构至少包括含氮金属>^化物层；和位于该第二中间结构 上方的第二导电层。根据本发明的另一方面，提供一种半导体器件。该半导体器件包括 第一导电层；中间结构，其形成在该第一导电层上方并包括至少第一金属 层和含氮金属硅化物层；和第二导电层，其形成在该中间结构上方。根据本发明的又一方面，提供一种半导体器件。该半导体器件包括 第一导电层；中间结构，其位于该第一导电层上并包括第一金属层、第二 金属层、金属硅化物层和第三金属层；和位于该中间结构上方的第二导电 层。
图1A至1C示出典型的鵠多晶硅栅极的栅极堆叠结构。图2A是示出各种类型的中间结构在钨与多晶硅间的接触电阻的图。图2B是示出各种类型的栅极堆叠结构的硼浓度的深度轮廓的图。图2C是示出各种类型的中间结构的片电阻的图。图3A示出根据本发明的第一实施方案的栅极堆叠结构。图3B是通过物理气相沉积(PVD)法在氮化钨层的上部上方形成钨珪氮 化物层后所获得的影4象。图3C示出根据本发明的第二实施方案的栅极堆叠结构。图3D示出根据本发明的第三实施方案的栅极堆叠结构。图3E示出在退火过程后的栅极堆叠结构的影像。图4A示出根据本发明的第四实施方案的栅极堆叠结构。图4B示出根据本发明的第五实施方案的栅极堆叠结构。图4C示出根据本发明的第六实施方案的栅极堆叠结构。图5A示出根据本发明的第七实施方案的栅极堆叠结构。图5B示出根据本发明的第八实施方案的栅极堆叠结构。图5C示出根据本发明的第九实施方案的栅极堆叠结构。图6A示出根据本发明的第十实施方案的栅极堆叠结构。图6B示出根据本发明的第十一实施方案的栅极堆叠结构。图6C示出根据本发明的第十二实施方案的栅极堆叠结构。图7A示出根据本发明的第十三实施方案的栅极堆叠结构。图7B示出在通过实施相应的化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积 (PVD)法在含氮鴒层上方形成硅化鴒层后所提供的结构的影像。图7C示出根据本发明的第十四实施方案的栅极堆叠结构。图7D示出根据本发明的第十五实施方案的栅极堆叠结构。图8示出根据本发明的第十六实施方案的栅极堆叠结构。图9是示出根据本发明的实施方案的各种类型的中间结构的钨电极的 片电阻的图。图10A至10C是示出根据本发明的实施方案的获得3A图所示栅极堆 叠结构的栅极图案化方法的剖面图。图11是示出使用图3A所示的栅极堆叠结构的栅极图案化方法的剖面图。
具体实施方式
图2A是示出用作扩散阻挡层的各类结构在钨与多晶硅间的接触电阻 的图。可观察到当使用硅化鵠(WSiJ/氮化鴒(WN)或钛(Ti)/WN结构替代氮 化鴒(WN)结构时，可大幅改善在掺杂有N-型杂质的多晶硅(N+POLY-Si) 与鴒(W)之间的接触电阻，以Rc标示。然而，在将鴒多晶硅栅极应用于双多晶珪栅极[即，用于N-型金属氧化 物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的]\+-型多晶硅栅极和用于P-型金属 氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的？+-型多晶硅栅极1的情况下，如 果在钨多晶珪栅极中使用WSix/WN结构，则大幅增加W与P、型多晶硅 (P+POLY-Si)之间的接触电阻。相反，如果在鴒多晶硅栅极中使用Ti/WN 结构，则W与P+-型多晶硅间的接触电阻表现出低水平而与多晶硅掺杂物 质无关。在用于PMOSFET的P、型多晶硅的情况下，可在作为实际^Mt模式 的反转状态中产生多晶^尽效应。多晶^尽效应的产生取决于在P+-型多晶硅内所保留的硼的量。图2B是示出各种类型的栅极堆叠结构的硼浓度的深度轮廓的图。如在 WSyWN结构中所示，硼浓度在栅极绝缘层(例如:氧化物层)与多晶硅间的 界面表面上低至约5xl0^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8xl0^原子/cm3。结果，多晶硅在WSyWN结构中 比在Ti/WN结构中^#更多，因而WSix/WN结构降低晶体管特性。因此，使用Ti/WN结构更好，该Ti/WN结构提供在W与多晶珪之间 的低接触电阻以及防止P-型多晶^i^。然而，Ti/WN结构的应用存在 限制。在Ti/WN结构上方形成的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是示出作为扩散阻挡层的各种类型的结构的W的片电阻的图。 钨(W)的片电阻标示为Rs。通常，可在多晶硅层、氧化硅(SiO》层、氮化 硅(SisN4)层和WSix层上方形成非晶含氮鵠(WNx)层，因而可在其上形成具 有低比电阻(即，在约15[AQ-cm至20nn-cm的范围中)的W。然而，在作 为多晶纯金属的钛(Ti)、钨(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)上方形成具有相对小的晶粒尺寸的鵠。因此，在其上 形成具有约30nH-cm的高比电阻的钨。应用Ti/WN结构所造成的W片电 阻的增加可能对鴒多晶v^^^极的未来JtA产生限制。根据下文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、珪(Si)或氮(N)的多个薄层或各层包含氮的 多个薄层。该中间结构用作扩散阻挡层，该扩散阻挡层可减少接触电阻和 片电阻，并且防止杂质的穿透和向外扩散。在以下实施方案中，术语"含氮层/结构(layer/structure containing nitrogen or 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。而且，WSixNy中的x表示硅对钨 的比率，其范围从约0.5至3.0，以及y表示氮对硅化钨的比率，其范围从 约0.01至10.00。图3A示出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>^锗层(8^66^其中x在约0.01至1.0的范围内)或珪化物层。例如，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)及铂(Pt)的珪化物。第二导电层23包括鵠层。该鴒层厚度为约100A至2，000A，并且通过 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法包括使用鵠溅射靶的溅射沉积法。中间结构22包括钬层22A、含氮鴒(WNx)层22B和含氮珪化鵠(WSyVy) 层22C。具体而言，钛层22A的厚度为约10A至约80A。如上所述，在含 氮钨层22B中氮对钨的比率在约0.3至1.5的范围内。含氮钨层是指氮化 钨层或含一定含量/重量比的氮的鴒层。虽然将在以下第三实施方案中描 述，但是含氮鵠羼22B供应氮至含氮硅化鵠层22C。含氮鴒层22B具有约 20A至200A的厚度。由于对含氮硅化鵠层22C供应氮，使得在后续退火 处理后，含氮钨层22B变成纯钨层或>^微量氮的钨层。在含氮硅化钨层22C中^f钨的比率在约0.5至3.0的范围内，并且含 氮珪化鴒层22C的氮含量在约10%至约60%的范围内。含氮珪化鵠层22C 表示氮化珪化鵠层(即，鵠硅氮化物层)或含一定含量/重量比的氮的珪化鵠 层。含氮硅化钨层22C所形成的厚度在约20A至约200A的范围内。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成钬层22A及含氮鵠层22B。 通过实施PVD法形成含氮珪化鴒层22C。 PVD法进行溅射沉积法或>^应 性賊射沉积法。例如，通过利用钛賊射耙实施溅射沉积法来形成钬层22A。 通过在氮气环境中利用钨溅射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮钨层 22B。通过在氮气环境中利用硅化鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法来形成 含氮珪化鴒层22C。具体而言，因为在含氮鵠层22B上方不易生长含氮硅化鴒层22C,所 以使用PVD法例如反应性濺射沉积法以形成含氮硅化鵠层22C。如果通 过实施CVD法形成含氮珪化鴒层22C，则在含氮鵠层22B上方无法均匀 生长含氮珪化钨层22C,由此使其结块(agglomerated)。由于在含氮钨层 22B上方存在氧化钨(WOx)层，从而减弱由CVD法所形成的含氮硅化钨层 22C的附着力，所以导致这种结块。然而，在氮气环境中利用硅化鴒溅射 靶实施反应性溅射沉积法允许均匀形成含氮硅化鴒层22C而与底层类型无 关。图3B是通过物理气相沉积(PVD)法在含氮鴒层的上部上方形成含氮硅 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 氮鴒层上方均匀地形成含氮珪化鵠层。附图标记WSiN和WN分别表示含 氮硅化钨层和含氮鴒层。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中间结构和第二导电层23。第一导电层21包括多晶珪， 第二导电层23包括鴒，由此形成鴒多晶硅^^极堆叠结构。具体而言，Ti/WNx/WSixNy中间结构包括第一金属层、第二金属层和 含氮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 氮金属硅化物层分别包括纯金属层、含氮金属层和含氮金属硅化物层。例 如，第一金属层、第二金属层和含氮金属珪化物层分别是钬层22A、含氮 鵠(WNJ层22B和含氮珪化鴒(WSixNy)层22C。包括上述多层的中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除钬层 外，第一金属层还包括钽(Ta)层，并且除含氮鴒层外，第二金属层还包括 含氮钬鵠层。除含氮珪化鵠层外，含氮金属珪化物层还包括含氮硅化钛层 或含氮珪化钽层。通过实施包括'溅射的PVD法、CVD法或ALD法形成 Ta层。通过在氮气环境中利用钬鴒溅射靶实施反应性賊射沉积法来形成含 氮钬鵠层。通过在氮气环境中利用相应的硅化钛和硅化钽'减射靶实施反应 性溅射沉积法来形成含氮硅化钬层和含氮硅化钽层。Ta层所形成的厚度是 约10A至80A。含氮钬鴒层、含氮硅化钬层和含氮硅化钽层中的每一层所 形成的厚度是约20A至200A,并且每一层具有约10%至60%的氮含量。 在含氮钬鵠层中，钬对钨的比率在约0.5至3.0的范围内。在含氮硅化钬层 中，>^钛的比率在约0.5至3.0的范围内。在含氮珪化钽层中，^钽的 比率在约0.5至3.0的范围内。图3C示出根据本发明的第二实施方案的栅极堆叠结构。具体地，该 栅极堆叠结构是从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。换言之，该栅极堆叠结构包括用以替代图3A所示 的钬层22A的含氮钬层，该含氮钛层标示为TiNx,其中x为小于约l。才艮据第二实施方案的桶f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。除该多晶硅层外，第一导电层201还可包括 多晶硅锗(SinGex)层，其中x在约0.01至1.0的范围内，或者包括>^化物 层。该珪化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、 铪(Hf)、锆(Zr)和铂(Pt)的珪化物。第二导电层203包括鵠层。实施PVD法、CVD法和ALD法的其中之 一，以形成约IOOA至2，000A厚的鴒层。该PVD法包括利用鴒'减射靶的 '减射沉积法。中间结构202包括含氮钬(TiNO层202A、含氮鴒(WNx)层202B和含氮 硅化鵠(WSiJVy)层202C.更详细而言，含氮钛层202A具有一定的氮对钛 比率，例如在约0.2至0.8的范围内。不同于图3A所示的钛层22A,含氮 钛层202A所形成的厚度为约IOA至150A。含氮钬层202A表示氮化钬层 或含一定含量/重量比的氮的钬层。含氮鴒层202B具有一定的氮对鵠比率，例如在约0.3至1.5的范围内。 含氮鴒层202B表示氮化鵠层或含一定含量/重量比的氮的鴒层。虽然在下 文中描述，但是含氮鵠层202B供应氮至含氮硅化鵠层202C。含氮鵠层 202B所形成的厚度为约20A至200A。由于氮的供应，使得含氮鵠层202B 在退火后变成纯鵠层或^s微量氮的鴒层。在含氮硅化鵠层202C中^钨的比率在约0.5与3.0间的范围内，并 且含氮硅化钨层202C的氮含量在约10%至约60%的范围内。含氮珪化鴒 层202C表示鴒硅氮化物层或含一定含量/重量比的氮的珪化鵠层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成含氮鴒层202B。通过实施 PVD法形成含氮钬层202A和含氮珪化鵠层202C。该PVD法进行溅射沉 积法或反应性濺射沉积法。例如，通过在氮气环境中利用钛溅射靶实施溅 射沉积法来形成含氮钬层202A。通过在氮气环境中利用鵠'践射靶实施反应 性溅射沉积法来形成含氮鵠层202B。通过在氮气环境中利用硅化鵠'减射靶 实施反应性'减射沉积法来形成含氮硅化鵠层202C。具体而言，因为在含氮鴒层202B上方不易生长含氮珪化鴒层202C, 所以使用PVD法例如反应性'减射沉积法以形成含氮硅化钨层202C。如果 通过实施CVD法形成含氮硅化鴒层202C,则在含氮鴒层202B上方无法 均匀生长含氮硅化鸽层202C，由此使其结块。因为在含氮鴒层202B上方存有氧化钨(WOx)层，其减弱由CVD法所形成的含氮珪化钨层202C的附 着力，所以导致这种结块。然而，在氮气环境中利用硅化鸽溅射靶实施反 应性溅射沉积法允许均匀形成含氮硅化鴒层202C而与底层类型无关。当使用类似于第一实施方案中的钬层22A的第二实施方案中的含氮钬 层202A时，可获得^r接触电阻。该低接触电阻的原因是因为所形成的含 氮鴒层202B供应氮至含氮钬层202A，由此使含氮钬层202A的上部坚固 并且同时防止钬->^键的附聚。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/WN/WSixNy中间结构202和第二导电层203。第一导电层201包括 多晶硅，第二导电层203包括鵠，由此形成鴒多晶硅^t极堆叠结构。具体而言，TiNx/WNx/WSixNy中间结构202形成为包括第一金属层、 第二金属层和含氮金属硅化物层的堆叠结构。该第一和第二金属层是含一 定含量/重量比的氮的金属层，并且该含氮金属硅化物层包含一定含量/重 量比的氮。例如，该第一金属层是含氮钛层202A。该第二金属层是含氮钨 层202B。该金属珪化物层是含氮珪化鴒层202C。上述多层中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除含氮钬层之 外，该第一含氮金属层还包括含氮钽(TaNx)层，并且除含氮钨层之外，该 第二含氮金属层还包括含氮钬鴒(TiWNJ层。除含氮硅化钨层之外，该含 氮金属硅化物层还包括含氮硅化钛(TiSixNy)层或含氮硅化钽(TaSixNy)层。 通过实施包括溅射的PVD法、CVD法或ALD法形成含氮钽层。通it^ 氮气环境中利用钬鴒溅射靶实施反应性賊射沉积法来形成含氮钬鴒层。通 过在氮气环境中利用相应的硅化钛和珪化钽溅射靶实施反应性溅射沉积 法来形成含氮硅化钬层和含氮硅化钽层。含氮钽层所形成的厚度是约IOA 至80A。含氮钬鴒层、含氮硅化钬层和含氮硅化钽层中的每一层所形成的 厚度为约20人至200A，并且每一层具有约10%与60%间的范围内的氮含 量。在含氮钬鵠层中，钬对钨的比率在约0.5至3.0的范围内。在含氮珪化 钬层中，>^钛的比率在约0.5至3.0的范围内。在含氮珪化钽层中，# 钽的比率在约0.5至3.0的范围内。类似于TiNxAVNx/WSixNy中间结构，包括替代含氮钬层的含氮钽层的 中间结构可具有低接触电阻和片电阻，并且同时防止多晶>^^。虽然根据第二实施方案的中间结构形成为3层，但是该中间结构可以进一步包括 在含硅化钨层上方的含氮钨(WNO层。该额外提供的含氮钨层具有与第一 提供的含氮钨层基本相同的厚度和氮含量。根据第二实施方案的 TiNx/WNx/WSixNy中间结构的多个层包含氮。结果，TiNx/WNx/WSixNy中 间结构可具有低片电阻和接触电阻并且减少栅极堆叠结构的高度。而且， TiNx/WN/WSixNy中间结构可减少由于第一导电层201中所掺杂的杂质例 如硼的向外扩散所造成的多晶>^^。图3D示出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)的多晶珪层。除 多晶硅层之外，第一导电层211还可包括多晶珪锗(Si^Ge》层，其中x在 约0.01至1.0的范围内，或者可包括珪化物层。该珪化物层包括选自镍(Ni)、 铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鹌(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的硅化 物。第二导电层213包括鵠层。实施PVD法、CVD法及ALD法的其中之 一，形成约IOOA至2,000A厚度的鴒层。该PVD法包括使用鴒'减射靶的 賊射沉积法。中间结构212包括珪化钛(TiSix)层212A、含氮钬(TiNx)层212B、含氮 鵠(WNJ层212C及含氮珪化鴒(WSixNy)层212D。根据在相应的第一和第 二实施方案中所述的中间结构22和202,除硅化钬层、含氮钛层及含氮钨 层之外，还可分别形成硅化钽层、含氮钽层及含氮钬鴒层。并且，除含氮 硅化鴒层之外，还可形成含氮硅化钬层或含氮珪化钽层。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拔:供的所得结构。该退火包括在形 成该栅极堆叠结构后所实施的各种过程(例如间隔物形成和层间绝缘层形 成)期间所伴随的热处理。参考图3A和3D，比较中间结构212与中间结构22。当钛层22A与来 自第一导电层21的多晶>^>^应时，形成具有约lA至30A厚度的硅化钬层 212A。珪化钛层212A中的v^钛的比率在约0.5至3.0的范围内。当从含氮鴒层22B供应氮至钬层22A时，得到含氮钛层212B。含氮钛层212B具有约IOA至IOOA的厚度并且具有约0.7至1.3范围的氮对钬 的比率。相较于在钛层22A中的氮对钛的比率，在含氮钬层212B中的氮 对钛的比率从约0增加至约0.7至1.3。在退火后，含氮鵠层212C因剥蚀(denudation)而具有降至约10%或更 少的氮含量。附图标记WNx(D)表示该经剥蚀的含氮钨层。含氮钨层212C 为约20A至200A厚。在含氮锡层212C中的氮对钨的比率在约0.01与0.15 间的范围内。与在图3A中所示的含氮钨层22B中的氮对钨的比率相比， 在含氮鴒层212C中的氮对钨的比率从约0.3至1.5的范围减少至约0.01 至0.15的范围。含氮硅化鵠层212D具有与含氮硅化鵠层22C大致相同的厚度和组成。 详细而言，含氮硅化鴒层212D具有约0.5至3.0范围的珪对鵠的比率和约 10%至60%范围的氮含量。含氮硅化鴒层212D的厚度在约20A至200A 的范围内。参考图3D及3C，比较中间结构212与中间结构202。在退火处理期 间，从含氮钨层202B供应氮至含氮钛层202A。结果，使含氮钛层202A 转变成为与硅化钬层212A有最小反应的含氮钛层212B。硅化钛层212A 的厚度在约lA至30A的范围内，并且含氮钬层212B的厚度在约IOA至 IOOA的范围内。含氮钬层212B中的氮对钬的比率在约0.7至1.3的范围内。与含氮钛 层202A中的氮对钬比率相比，在含氮钬层212B中的氮对钛比率从约0.2 至0.8的范围增加至约0.7至1.3的范围。在退火后，含氮钨层212C因剥蚀而具有降至约10%或更少的氮含量。 含氮鴒层212C厚约20A至200A。含氮鴒层212C中的氮对鴒的比率在约 0.01至0.15的范围内。与图3C中所示的含氮鵠层202B中的氮对鴒的比 率相比，含氮钨层212C中的氮对钨的比率从约0.3至1.5的范围减少至约 0.01至0.15的范围。含氮硅化鴒层212D具有与含氮珪化鴒层202C大致相同的厚度;SJ且 成。详细而言，含氮硅化鴒层212D具有约0.5至3.0范围的硅对鴒的比率 和约10%至60%范围的氮含量。含氮硅化鴒层212D的厚度在约20A至 200A的范围内。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金属层，第二中间结 构包括第二含氮金属层和第二含氮金属硅化物层。例如，通过堆叠硅化钛层212A和含氮钬层212B形成第一中间结构。通过堆叠含氮鴒层212C和 含氮硅化钨层212D形成第二中间结构。图3E示出在退火过程后的栅极堆叠结构的影像。在第一至第三实施方 案中，相同的附图标记表示相同的元件。因此，省略其详细叙述。图4A示出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珪层。第一导电层 31还可包括多晶>^锗层(811—3^6^其中x在约0.01至1.0的范围内)或硅化 物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鴒(W)、 钽(Ta)、铪(Hi)、锆(Zr)及铂(Pt)的珪化物。第二导电层33包括鴒层。该鴒层厚约100A至2，000A，并且通过实施 PVD法、CVD法或ALD法形成。PVD法包括使用鵠'减射乾的'减射沉积 法。中间结构32包括钛层32A和含氮珪化鵠(WSixNy)层32B。详细而言， 钛层32A的厚度在约IOA至约80A的范围内。含氮硅化鵠层32B具有约 0.5至3.0范围的^鴒的比率并且具有约10%至60%的氮含量。含氮硅 化鴒层32B表示鴒硅氮化物层或包含一定含量/重量比的氮的硅化鵠层。含 氮硅化鵠层32B所形成的厚度是约20A至200A。通过PVD法、CVD法或ALD法形成钬层32A。通过PVD法形成含 氮硅化鵠层32B。 PVD法进行'减射沉积法或反应性'减射沉积法。例如，通 过利用钛'践射靶实施溅射沉积法来形成钬层32A。通过在氮气环境中利用 硅化钨溅射靶实施反应性濺射沉积法来形成含氮硅化鴒层32B。具体而言， 因为可均匀地形成含氮硅化鴒层32B而与底层类型无关，所以使用PVD 法例如反应性溅射沉积法以形成含氮硅化鴒层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，第 二导电层33包括鴒，因此形成鴒多晶>^栅极堆叠结构。具体而言，Ti/WSixNy中间结构包括金属层和含氮金属硅化物层。该金 属层包括纯金属层，并且该金属硅化物层包括含氮硅化鴒层。例如，该金 属层^1钬层32A并且该金属>^化物层是含氮硅化鴒层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。除钛层之 外，该金属层还包括钽层，并且除含氮硅化鴒层之外，该含氮金属硅化物 层还包括含氮硅化钛(TiSixNy)层或含氮硅化钽(TaSyVy)层。通过包括溅射 沉积法的PVD法、CVD法或ALD法形成钽层。通过在氮气环境中利用 珪化钛賊射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮珪化钬层。通过在氮气环 境中利用硅化钽賊射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮硅化钽层。该钽 层厚约IOA至80A。含氮硅化钛层及含氮硅化钽层中的每一层所形成的厚 度为约20A至200A并且每一层具有约10%至60%的氮含量。在该含氮硅 化钬层中的珪对钛的比率在约0.5至3.0的范围内。该含氮珪化钽层具有约 0.5至3.0的i^f钽的比率。图4B示出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 结构是从根据第二实施方案的栅极堆叠结构所修改而成。换言之，使用含 氮钬(TiNx)层替代钬，其中x小于约1。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。 该第一导电层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还可包括多晶珪锗层(SihGex，其中x在约0.01至1.0 的范围内)或硅化物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、 钬(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的珪化物。第二导电层303包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成 约IOOA至2，000A厚的鵠层。PVD法包括使用鵠'溅射耙的溅射沉积法。中间结构302包括含氮钛(TiNx)层302A和含氮硅化鴒(WSixNy)层 302B。含氮钬层302A具有约0.2至0.8范围的氮对钬的比率和约IOA至 150A的厚度。含氮钬层302A表示氮化钛层或含氮的钛层。在本实施方案 中，该含氮钬层具有金属特性。含氮珪化鴒层302B具有0.5至3.0范围的^鴒的比率和约10%至约 60%的氮含量。含氮硅化钨层302B表示鴒硅氮化物层或含一定含量/重量 比的氮的珪化鵠层。通过PVD法形成含氮钬层302A和含氮硅化鴒层302B。 PVD法进行 溅射沉积法或反应性溅射沉积法。例如，通过在氮气环境中利用钛靶实施 反应性濺射沉积法来形成含氮钬层302A。通过在氮气环境中利用硅化鴒溅 射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮珪化鴒层302B。因为PVD法允许均匀形成含氮珪化鵠层302B而与底层类型无关，所 以使用PVD法例如上述反应性濺射沉积法以形成含氮硅化鴒层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 包括多晶硅层和鵠层。结果，提供鴒多晶硅栅极堆叠结构。具体而言，该TiNx/WSixNy中间结构包括金属层和含氮金属硅化物层。 该金属层包括含一定含量/重量比的氮的金属层，并且该金属硅化物层包括 含一定含量/重量比的氮的金属硅化物层。例如，该金属层包括含氮钬层 302A，并且该金属硅化物层包括含氮珪化鵠层302B。才艮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。除含氮 钬层之外，该含氮金属层还包括含氮钽(TaNx)层。除含氮珪化钨(WSixNy) 层之外，该含氮金属珪化物层还包括含氮硅化钛(TiSixNy)层或含氮珪化钽 (TaSixNy)层。通过包括溅射沉积法的PVD法、CVD法或ALD法形成含 氮钽层。通过在氮气环境中利用硅化钛'减射靶实施反应性濺射沉积法来形 成含氮硅化钛层。通过在氮气环境中利用珪化钽賊射靶实施反应性賊射沉 积法来形成含氮硅化钽层。含氮钽层具有约IOA至80A范围的厚度。含氮 硅化钛层和含氮硅化钽层中的每一层所形成的厚JLA约20A至200A,并 且每一层具有约10%至60。/。的氮含量。含氮珪化钛层中的硅对钛的比率在 约0.5至3.0的范围内。含氮珪化钽层具有约0.5至3.0范围的逸寸钽的比 率。图4C示出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)的多晶珪层。除 多晶珪层之外，第一导电层311还可包括多晶硅锗层(Si^Gex)，其中x在 约0.01至1.0的范围内，或者可包括硅化物层。该珪化物层包括选自镍(Ni)、 铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鵠(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及柏(Pt)的珪化20物。第二导电层313包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法及ALD法的其 中之一形成约IOOA至2，000A厚的鵠层。PVD法包括使用鵠溅射靶的'践射 沉积法 中间结构312包括珪化钬(TiSix)层312A、含氮钛(TiNx)层312B和含氮 珪化钨(WSixNy)层312C。可根据在第四和第五实施方案所述的选择材料以 其它不同结构形成该中间结构。根据第六实施方案的栅极堆叠结构是在对根据本发明的第四及第五实 施方案的^h极堆叠结构实施退火处理后拔^供的所得结构。该退火包括在形 成桶f极堆叠结构后所实施的各种过程(例如，间隔物形成和层间绝缘层形成) 期间所伴随的热处理。在钛层32A上方形成含氮硅化鴒层32B的情况下(图4A)，在退火后， 在钬层32A与含氮硅化鵠层32B之间的边界区域中，含氮硅化鴒层32B 中的微量氮分解。结果，如图4C所示，钛层32A的上部转变成为含氮钛 层312B，并且钬层32A的下部与来自第一导电层31的多晶硅反应，以形 成珪化钬层312A。珪化钬层312A的厚度在lA至30A的范围内，并且硅化钬层312A中 的^J"钛的比率在约0.5至3.0的范围内。含氮钬层312B厚约IOA至IOOA 并且具有约0.7至1.3范围的氮对钛的比率。含氮珪化鵠层312C具有与含氮硅化鵠层32B大致相同的厚度及组成。 详细而言，含氮珪化鵠层312C具有约0.5至3.0范围的硅对鵠的比率和约 10%至60%范围的氮含量。含氮硅化鴒层312C的厚度在约20A至200A 的范围内。参考图4C及4B,比较中间结构312与中间结构302。在退火处理期 间，从含氮硅化钨层302B供应氮至含氮钬层302A，由此含氮钬层302A 转变成为与硅化钬层312A有最小反应的含氮钬层312B。珪化钛层312A 的厚度在约lA至30A的范围内，并且含氮钬层312B的厚度在约IOA至 IOOA的范围内。含氮钬层312B中的氮对钛的比率在约0.7至1.3的范围 内。与含氮钬层302A中的氮对钬比率(见图4C)相比，含氮钬层312B中 的氮对钛比率从约0.2至0.8的范围增加至约0.7至1.3的范围。含氮硅化鴒层312C具有与含氮硅化钨层302B大致相同的厚度和组 成。详细而言，含氮硅化鴒层312C具有约0.5至3.0范围的硅对鴒的比率 和约10%至60%范围的氮含量。含氮珪化鴒层312C的厚度在约20A至 200A的范围内。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金属层，并且第二中间结构包 括含氮金属硅化物层。例如，通过堆叠该硅化钛层312A和含氮钬层312B 形成第一中间结构。第二中间结构包括含氮硅化钨层312C。图5A示出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还可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中x在约0.01至1.0的范围内)或硅化 物层。例如，珪化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鵠(W)、 钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的硅^ft物。第二导电层43包括鵠层。该鴒层厚约IOOA至2,000A并且通过实施 PVD法、CVD法或ALD法形成。PVD法包括使用鵠溅射靶的'减射沉积 法。中间结构42包括钬层42A、含氮硅化鵠(WS^Ny)层42B和含氮鵠(WNx) 层42C。详细而言，钛层42A的厚度在约10A至约80A的范围内。含氮 硅化鵠层42B具有约0.5至3.0范围的硅对鵠的比率并且具有约10%至 60%的氮含量。含氮硅化钨层42B表示钨硅氮化物层或包含一定含量/重量 比的氮的珪化鵠层。含氮硅化鴒层42B所形成的厚JLA约20A至200A。含氮鴒层42C中的氮对鵠的比率在约0.3至1.5的范围内。含氮鴒层 42C表示氮化钨层或包含一定含量/重量比的氮的鴒层。含氮鵠层42C的厚 度在约20A至200A的范围内。虽然将在下文中描述，但^1含氮鵠层42C 供应氮至含氮硅化钨层42B。因此，在退火后，含氮鴒层42C变成不含氮 的纯鴒层或^^微量氮的鴒层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成钬层42A和含氮鴒层42C。 通过实施PVD法形成含氮珪化鵠层42B。PVD法进行溅射沉积法或反应性溅射沉积法。例如，通过利用钬溅射靶实施溅射沉积法来形成钬层42A。通过在氮气环境中利用鴒溅射靶实施 反应性賊射沉积法来形成含氮鴒层42C。通过在氮气环境中利用珪化鴒賊 射靶实施反应性賊射沉积法来形成含氮硅化鴒层42B。具体地，因为在氮氮硅化鵠层42B而与底层类型无关，所以使用PVD法例如反应性溅射沉 积法形成含氮硅化鵠层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， 并且第二导电层43包括鵠，因此形成鴒多晶硅^fr极堆叠结构。具体而言，Ti/WSixNy/WNx中间结构42包括第一金属层、含氮金属硅 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金 属层。金属硅化物层包括含氮金属硅化物层。例如，第一金属层是钬层42A。 第二金属层是含氮鴒层42C。金属硅化物层是含氮珪化鴒层42B。才艮据第七实施方案的多层中间结构还可以形成为其它结构。除钬层之 外，第一金属层还包括钽层。除含氮鵠层之外，第二金属层还包括含氮钛 钨(TiWNJ层。除含氮硅化鴒层之外，金属硅化物层还包括含氮硅化钛 (TiSyVy)层或含氮珪化钽(TaSixNy)层。通过包括溅射沉积法的PVD法、 CVD法或ALD法形成钽层。通过在氮气环境中利用钬鴒賊射靶实施反应 性溅射来形成含氮钬鵠层。通过在氮气环境中利用硅化钬'减射靶实施反应 性溅射沉积法来形成该氮硅化钬层。通过在氮气环境中利用硅化钽溅射靶 实施反应性'溅射沉积法来形成含氮珪化钽层。该钽层厚约IOA至80A。含 氮钛鴒层及含氮硅化钽层中的每一层所形成的厚度是约20A至200A，并 且及每一层具有约10%至60%的氮含量。含氮钬鵠层具有约0.5至3.0范 围的M鵠的比率。含氮硅化钛层中的^钛的比率在约0.5至3.0的范围 内。含氮珪化钽层具有约0.5至3.0的^钽的比率。图5B示出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还可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中x在约0.01至1.0的范围内)或硅 化物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、 4KCr)、钴(Co)、钛(Ti)、鴒 (W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及柏(Pt)的珪化物。第二导电层403包括鴒层。该鴒层厚约IOOA至2，000A并且通过实施 PVD法、CVD法或ALD法形成。PVD法包括4吏用鴒溅射靶的溅射沉积 法。中间结构402包括含氮钬(TiNx)层402A、含氮珪化鴒(WSgVy)层402B 和含氮钨(WNJ层402C。更详细而言，含氮钬层402A具有一定的氮对钛 比率，例如在约0.2至0.8的范围内。含氮钬层402A所形成的厚度是约IOA 至150A。含氮钬层402A还包括氮化钬层。含氮硅化鵠层402B中的^J"鴒的比率在约0.5至3.0的范围内，并且 含氮珪化鵠层402B的氮含量在约10%至60%的范围内。含氮硅化鵠层 402B还包括鵠硅氮化物层或含一定含量/重量比的氮的硅化鵠层。含氮鴒层402C具有一定的氮对鴒比率，例如在约0.3至1.5的范围内。 含氮鸽层402C表示氮化钨层或含一定含量/重量比的氮的钨层。虽然将在 下文中描述，但是含氮鵠层402C供应氮至含氮硅化鵠层402B。含氮鴒层 402C所形成的厚度为约20A至200A。由于氮的供应，含氮鵠层402C在 该退火后变成纯鴒层或^^微量氮的鵠层。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成含氮鵠层402C。通过实施 PVD法形成含氮钛层402A及含氮硅化鴒层402B。PVD法进行賊射沉积法或反应性'减射沉积法。例如，通过在氮气环境 中利用钛溅射靶实施'减射沉积法来形成含氮钛层402A。通过在氮气环境中 利用鵠溅射靶实施反应式'减射沉积法来形成含氮鵠层402C。通过在氮气环特别地，因为可均匀地形成含氮珪化鵠层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珪化鴒层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/WSixN/WNx中间结构402和第二导电层403。第一导电层401包括 多晶硅，并且第二导电层403包括鴒，因此形成鴒多晶硅栅极堆叠结构。具体而言，TiNx/WSixNy/WNx中间结构402形成为包括第一金属层、 含氮金属硅化物层及第二金属层的堆叠结构。第一和第二金属层是含氮金 属层，并且金属硅化物层是含氮金属硅化物层。例如，第一金属层是含氮 钛层402A。第二金属层是含氮鴒层402C。金属硅化物层是含氮硅化鵠层402B。上述多层中间结构可以形成为其它不同结构。例如，除含氮钬层之外， 第一含氮金属层还包括含氮钽层。除含氮钨层之外，第二含氮金属层还包 括含氮钬鴒层。除含氮硅化钨层之外，含氮金属硅化物层还包括含氮珪化 钬层或含氮珪化钽层。通过实施包括溅射的PVD法、CVD法或ALD法 形成含氮钽层。通过在氮气环境中利用钛鵠溅射靶实施反应性'减射沉积法 来形成含氮钬鵠层。通过在氮气环境中利用相应的硅化钬和珪化钽賊射靶 实施反应性溅射沉积法来形成含氮硅化钬层和含氮硅化钽层。含氮钽层所 形成的厚度是约IOA至80A。含氮钬鵠层、含氮硅化钬层和含氮硅化钽层 中的每一层所形成的厚度是20A至200A,并且每一层具有约10%至60% 范围的氮含量。在含氮钬鴒层中，M钨的比率在约0.5至3.0的范围内。 在含氮硅化钬层中， 一钛的比率在约0.5至3.0的范围内。在含氮硅化钽 层中，^"钽的比率在约0.5至3.0的范围中。图5C示出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 多晶珪层之外，第一导电层411还可包括多晶硅锗(Si^Gex)层，其中x在 约0.01至1.0的范围内，或者包括硅化物层。该硅化物层包括选自镍(M)、 铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鵠(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及賴(Pt)的珪化 物《第二导电层413包括鴒层。实施PVD法、CVD法及ALD法的其中之 一以形成约100A至2，000A厚的鴒层。PVD法包括4吏用钨溅射靶的溅射沉 积法。中间结构412包括珪化钛(TiSix)层412A、含氮钛(TiNJ层412B、含氮 珪化钨(WSixNy)层412C和含氮鵠(WNx)层412D。可根据本发明的第七及 第八实施方案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在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4^供的所得结构。该退火包括在形 成栅极堆叠结构后所实施的各种过程(例如，间隔物形成和层间绝缘层形成) 期间所伴随的热处理。参考图5C和5A，比较中间结构412与中间结构42。当钛层42A与来 自第一导电层41的多晶硅反应时，形成具有约lA至30A厚度的硅化钬层 412A。硅化钛层212A中的^钛的比率在约0.5至3.0的范围内。当从含氮鴒层42B供应氮至钬层42A时，得到含氮钬层412B。含氮 钛层412B具有约IOA至IOOA范围的厚度并且具有约0.7至1.3范围的氮 对钬的比率。与钬层42A中的氮对钛的比率相比，含氮钬层412B中的氮 对钛的比率从约0增加至约0.7至1.3。含氮硅化鴒层412C具有与含氮硅化鴒层42C大致相同的厚度和组成。 详细而言，含氮珪化鵠层412C具有约0.5至3.0范围的硅对鵠的比率和约 10%至60%范围的氮含量。含氮硅化鵠层412C的厚度在约20人与200A 的范围内。在退火后，含氮钨层412D具有因剥蚀而降至约10%或更少的氮含量。 附图标记WNx(D)表示经剥蚀的含氮鴒层。含氮鵠层412D厚约20人至 200A。含氮鴒层412D中的氮对钨的比率在约0.01至0.15的范围内。与图 5A所述的含氮钨层42C中的氮对钨的比率相比，含氮钨层412D中的氮对 鴒的比率从约0.3至1.5的范围减少至约0.01至0.15的范围。在钬层42A上方形成含氮珪化鴒层42B的情况下(见图5A)，在退火后， 在钬层42A与含氮硅化鵠42B间的边界区域中，含氮硅化鵠层42B中的 微量氮分解。结果，如图5C所示，钛层42A的上部转变成为含氮钬层412B， 并且钬层42A的下部与来自第一导电层41的多晶珪反应，以形成珪化钬 层412A。参考图5C和5B，比较中间结构412与中间结构402。含氮钬层402A 转变成为与硅化钬层412A有最小反应的含氮钬层412B。硅化钬层412A 的厚度在约lA至30A的范围内，并且含氮钬层412B的厚度在约10A至 100A的范围内。含氮钬层412B中的氮对钬的比率在约0.7至1.3的范围 内。含氮硅化鵠层412C具有与含氮硅化鸽层402B大致相同的厚度和组成。 更具体地，含氮珪化鴒层412C中的硅对鴒的比率在约0.5至3.0的范围内。 含氮珪化鵠层412C具有约10%至60%范围的氮含量并且形成约20A至 200A的厚度。在退火后，含氮钨层412D具有因剥蚀而降至约10%或更少的氮含量。含氮鵠层412D为约20A至200A厚。含氮鴒层412D中的氮对鴒的比率在 约0.01至0.15的范围内。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金属层，并且第二中 间结构包括第二含氮金属层和含氮金属硅化物层。例如，通过堆叠硅化钬 层412A和含氮钬层412B形成第 一 中间结构。通过堆叠含氮珪化鴒层412C 和含氮钨层412C形成第二中间结构。图6A示出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还可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中x在约0.01与1.0间的范围内)或珪 化物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、钨 (W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的珪化物。第二导电层53包括鵠层。该鴒层厚约100A至2,000A并且通过实施 PVD法、CVD法或ALD法形成。PVD法包括使用鵠賊射把的溅射沉积 法。中间结构52包括钬(Ti)层52A、第一含氮钨(WNx)层52B、含氮硅化钨 (WSixNy)层52C以及第二含氮鵠(WNx)层52D。详细而言，钬层52A的厚 度在约10A至约80人的范围内。第一和第二含氮鴒层52B及52D中的每 一层的氮对钨的比率在约0.3至1.5的范围内。第一和第二含氮鴒层的每一 层等同于氮化钨层或含一定含量/重量比的氮的钨层。虽然将在下文中描 述，但是第一和第二含氮鵠层52B和52D供应氮至含氮珪化鵠层52C。第 一和第二含氮钨层52B和52D的每一层具有约20A至200A的厚度。由于 供应氮至含氮珪化钨层52C，因而在后续退火处理后，第一和第二含氮钨 层52B和52D的每一层变成纯鴒层或含微量氮的鴒层。含氮硅化钨层52C中的^鴒的比率在约0.5至3.0的范围内，并且含 氮珪化鵠层52C的氮含量在约10%至约60%的范围内。含氮硅化鴒层52C 表示钨硅氮化物层或含一定含量/重量比的氮的硅化钨层。含氮硅化钨层 52C所形成的厚度在约20A至约200A的范围内。通过实施PVD法、CVD或ALD法形成钬层52A以及第一和第二含27氮钨层52B和52D。通过PVD法形成含氮硅化钨层52C。 PVD法进行溅 射沉积法或反应性賊射沉积法。例如，通过利用钬溅射靶实施减射沉积法 来形成钬层52A。通过在氮气环境中利用鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法 来形成第一和第二含氮鴒层52B和52D。通过在氮气环境中利用硅化鵠濺 射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮珪化钨层52C。特别地，因为可均 匀地形成含氮珪化鴒层52C而与底层类型无关，所以可使用PVD法例如 反应性溅射沉积法以形成含氮硅化鵠层52C。根据第十实施方案的栅极堆叠结构包括第一导电层51、 Ti/WNx/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，因此形成鴒多晶硅栅极堆叠结构。具体而言，Ti/WN/WSixNy/WNx中间结构52包括第一金属层、第二金 属层、含氮金属珪化物层及第三金属层。第一金属层包括纯金属层，然而 第二和第三金属层包括含氮金属层。含氮金属硅化物层包括含一定含量/ 重量比的氮的金属硅化物层。例如，第一金属层是钬层52A，第二和第三 金属层分别是第一和第二含氮鴒层52B和52D。金属硅化物层是含氮硅化 鵠层52C。上述多层中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除钬层之外， 第一金属层还包括钽层。除含氮鴒层之外，第二和第三金属层还包括大致 相同材料，例如含氮钬鴒层。除含氮硅化钨层之外，含氮金属硅化物层还 包括含氮硅化钛层或含氮硅化钽层。通过实施包括溅射的PVD法、CVD 法或ALD法形成钽层。通过在氮气环境中利用钬鴒賊射靶实施反应性溅 射沉积法来形成含氮钬鵠层。通过在氮气环境中利用相应的硅化钬及硅化 钽溅射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮硅化钬层及含氮硅化钽层。钽 层所形成的厚度是约IOA至80A。含氮钬鵠层、含氮硅化钬层及含氮硅化 钽层的每一层所形成的厚度是约20A至200A，并且每一层具有约10%至 60%范围的氮含量。在含氮钬鴒层中，钬对鵠的比率在约0.5至3.0的范围 内。在含氮珪化钬层中，^t钛的比率在约0.5至3.0的范围内。在含氮硅 化钽层中，^钽的比率在约0.5至3.0的范围内。图6B示出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还可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中x在约0.01至1.0的范围内)或 硅化物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、 鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hi)、锆(Zr)及粕(Pt)的硅化物。第二导电层503包括鴒层。该鴒层厚约100A至2，000A并且通过实施 PVD法、CVD法或ALD法形成。PVD法包括使用鴒溅射靶的'溅射沉积 法。中间结构502包括含氮钛(TiNx)层502A、第一含氮鵠(WNx)层502B、 含氮珪化鵠(WSyVy)层502C和第二含氮钨(WNx)层502D。更详细而言， 含氮钛层502A的具有一定的氮对钛比率(例如在约0.2至0.8的范围内)并 且形成约IOA至150A的厚度。含氮钛层502A表示氮化钬层或含一定含 量/重量比的氮的钛层。第一和第二含氮钨层502B和502D的每一层具有一定的氮对钨比率， 例如在约0.3至1.5的范围内。第一和第二含氮鴒层502B和502D的每一 层还包括氮化钨层。虽然将在下文中描述，但是第一和第二含氮鴒层502B 和502D供应氮至含氮钛层502A和含氮硅化鵠层502C。笫一和第二含氮 鵠层502B和502D的每一层形成约20A至200人的厚度。由于供应氮，第 一和第二含氮鴒层502B和502D在退火后变成纯钨层或^^微量氮的钨层。含氮硅化鴒层502C中的^钨的比率在约0.5至3.0的范围内，并且 含氮珪化鵠层502C的氮含量在约10%至约60%的范围内。含氮硅化鴒层 502C还包括鵠硅氮化物层。含氮珪化鴒层502C具有约20A至200A的厚 度。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成第一和第二含氮鴒层502B 和502D。通过实施PVD法形成含氮钬层502A和含氮珪化鴒层502C。PVD法进行賊射沉积法或反应性賊射沉积法。例如，通过在氮气环境 中利用钛溅射靶实施溅射沉积法来形成含氮钛层502A。通过在氮气环境中 利用钨'减射靶实施反应性'减射沉积法来形成第一和第二含氮钨层502B和 502D。通过在氮气环境中利用硅化鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法来形成 含氮硅化钨层502C。特别地，因为可均匀地形成含氮珪化钨层502C而与 底层类型无关，所以使用PVD法例如反应性溅射沉积法以形成含氮硅化 鴒层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、 TiNx/WNx/WSixN/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，由此形成鴒多晶硅^i^极堆叠结 构。具体而言，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金属层，并且含氮金属硅化物层包含一定含量/重量 比的氮。例如，第一金属层是含氮钬层502A，并且第二和第三金属层分别 是第一和第二含氮鵠层502B和502D。金属硅化物层是含氮硅化鵠层 502C。上述多层中间结构还可以形成为其它不同结构。例如，除含氮钬层之 外，第一金属层还包括含氮钽(TaNx)层。除含氮钨层之外，第二和第三金 属层还包括大致相同材料，例如含氮钬鵠(TiWNx)层。除含氮硅化钨层之 外，含氮金属珪化物层还包括含氮硅化钛(TiSixNy)层或含氮珪化钽(TaSixNy) 层。通过实施包括賊射的PVD法、CVD法或ALD法形成含氮钽层。通 过在氮气环境中利用钬鴒溅射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮钛钨沉积法来形成含氮珪化钬层和含氮硅化钽层。含氮钽层形成约IOA至80A 的厚度。含氮钬鵠层、含氮硅化钬层和含氮硅化钽层的每一层形成约20A 至200A的厚度，并且每一层具有约10%至60%范围的氮含量。在含氮钛 鵠层中，钬对鵠的比率在约0.5至3.0的范围内。在含氮硅化钛层中，^ 钛的比率在约0.5至3.0的范围内。在含氮硅化钽层中，^钽的比率在约 0.5至3.0的范围内。图6C示出根据本发明的第十二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)的多晶珪层。除 多晶硅层之外，第一导电层511还可包括多晶硅锗(SikGex)层，其中x在 约0.01至1.0的范围内，或者包括硅化物层。该珪化物层包括选自镍(Ni)、 铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鵠(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的珪化物o第二导电层513包括鴒层。实施PVD法、CVD法和ALD法的其中之一以形成约IOOA至2,000A厚的鴒层。PVD法包括使用鵠濺射乾的溅射沉 积法。中间结构512包括珪化钛(TiSix)层512A、含氮钛(TiNx)层512B、第一 含氮鴒(WNJ层512C、含氮硅化钨(WSixNy)层512D和第二含氮钨层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是在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提供的所得结构。该退火包括 在形成栅极堆叠结构后所实施的各种过程(例如，间隔物形成和层间绝缘层 形成)期间所伴随的热处理。参考图6C和6A,比较中间结构512与中间结构52。当钛层52A与来 自第一导电层51的多晶硅反应时，形成具有约lA至30A厚度的硅化钬层 512A。珪化钛层512A中的^f钛的比率在约0.5至3.0的范围内。当从第一含氮鵠层52B供应氮至钬层52A时，得到含氮钬层512B。 含氮钬层512B具有约IOA至IOOA范围的厚度并且具有约0.7至1.3范围 的氮对钬的比率。在退火后，第一和第二含氮鴒层512C和512E的每一层具有因剥蚀而 降至约10%或更少的氮含量。附图标记WNx(D)表示经剥蚀的含氮钨层。 第一和第二含氮鴒层512C和512E的每一层为约20A至200A厚。在第一 和第二含氮钨层512C和512E的每一层中的氮对钨的比率在约0.01至0.15 的范围内。含氮珪化鴒层512D具有与含氮硅化钨层52C大致相同的厚度和组成。 详细而言，含氮珪化鴒层512D具有约0.5至3.0范围的一鴒的比率以及 约10%至60%的氮含量。含氮硅化鴒层512D的厚度在约20A至200A的 范围内。参考图6C和6B，比较中间结构512与中间结构502。在退火处理期 间，从含氮钨层502B供应氮至含氮钬层502A。结果，含氮钬层502A转 变成为与珪化钬层512A有最小反应的含氮钬层512B。硅化钛层512A的 厚度在约1A至30A的范围内，并且含氮钬层512B的厚度在约IOA至IOOA 的范围内。含氮钬层512B中的氮对钛的比率在约0.7至1.3的范围内。在退火后，当剥蚀第一和第二含氮钨层502B和502D时，第一和第二 含氮鵠层512C及512E的每一层具有降至约10%或更少的氮含量。第一 和第二含氮鴒层512C和512E的每一层为约20A至200A厚。第一和第二 含氮鴒层512C和512E的每一层中的氮对鴒的比率在约0.01至0.15的范 围内。含氮硅化鴒层512D具有与含氮珪化鴒层502C大致相同的厚度和组 成。详细而言，含氮硅化鵠层512D具有约0.5至3.0范围的硅对鴒的比率 以及约10%至60。/。的氮含量。含氮硅化鵠层512D的厚度在约20A至200A 的范围内。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金属层，并且第二中间结 构包括第二含氮金属层、含氮金属硅化物层和第三含氮金属层。例如，通 过堆叠硅化钛层512A和含氮钬层512B形成第一中间结构。通过堆叠含氮 鴒层512C、含氮珪化鵠层512D和含氮鵠层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一中间结构包括含氮金属硅 化物层例如含氮珪化鴒层以及包括钬、硅、鴒和氮的多个薄层。通过在氮 气环境中利用珪化钨溅射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮硅化钨层。 当沉积含氮硅化钨层时，反应性'减射沉积法的实施使钬层转变成为氮化钬 层。在钬层上方形成含氮鴒层的情况下，钬层转变成为氮化钛层。由于含氮硅化钨层用作非晶扩散阻挡层，因此当形成钨层时，该钨层 具有约15^-cm的小比电阻和大晶粒尺寸。因此，因为可形成具有低比电 阻的鴒层，所以该鵠层具有低片电阻。因为当形成含氮鵠层或含氮硅化鴒层时，钬层或含氮钬层转变成为氮 化钬层，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 接触电阻并且减少多晶硅的^。而且，因为在每一中间结构中包括含氮 硅化鴒层，所以栅极堆叠结构具有低片电阻。由于上述钬层或含氮钛层转变成为氮化钛层，因此在中间结构中所包 括的多层的每一层均包含氮。结果，接触电阻及片电阻较低，并且可减少 每一栅极堆叠结构的高度。此外，可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i^^效应。32图7A示出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还可包括多晶硅锗层(Si^Gex，其中x在约0.01至1.0的范围内)或硅化 物层。例如，该珪化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鴒(W)、 钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的珪化物。第二导电层63包括鴒层。该鵠层厚约100A至2，000A并且通过实施 PVD法、CVD法或ALD法形成。PVD法包括使用鴒溅射靼的溅射沉积 法。中间结构62包括钬(Ti)层62A、第一含氮鵠(WNx)层62B、珪化鵠(WSiJ 层62C(其中x在约1.5至10的范围内)以及第二含氮钨(WNx)层62D。更 具体地，钛层62A形成约IOA至80A范围的厚度。第一和第二含氮钨层62B和62D的每一层具有一定的氮对钨比率，例 如在约0.3至1.5的范围内。第一和第二含氮鵠层62B和62D的每一层还 包括氮化鵠层。虽然描述于后，但是第一和第二含氮钨层62B和62D具有 金属特性。第一和第二含氮钨层62B和62D供应氮至含氮硅化钨层62C。 第一和第二含氮鵠层62B和62D的每一层形成约20A至200A的厚度。由 于供应氮，第一和第二含氮鴒层62B和62D在退火后变成纯钨层或含微量 氮的钨层。含氮硅化鴒层62C中的硅对钨的比率在约0.5至3.0的范围内。含氮硅 化鴒层62C形成约20A至100A的厚度。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成钬层62A、第一和第二含氮 鵠层62B和62D以及鵠层63。通过实施PVD法形成含氮珪化鵠层62C。PVD法进行賊射沉积法或>^应性賊射沉积法。例如，通过利用钬濺射 靶实施'减射沉积法来形成钬层62A。通过在氮气环境中利用鵠溅射靶实施 反应性溅射沉积法来形成第一和第二含氮钨层62B和62D的每一层。通过 利用硅化鴒溅射耙实施>^应性'减射沉积法来形成含氮硅化鴒层62C。通过 利用钨濺射靶实施溅射沉积法来形成钨层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，并且第二导电层63包括鴒，由此形成鵠多晶珪栅极堆叠结构。具体而言，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金属层，并且含氮金属硅化物层包 括纯硅化鵠层。例如，第一金属层是钬层62A，并且第二和第三金属层分 别是第一和第二含氮钨层62B和62D。含氮金属硅化物层是含氮硅化钨层 62C。上述多层中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除钬层之外， 第一金属层还包括钽层。除硅化鵠层之外，金属硅化物层还包括珪化钛 (TiSix)层，其中x在1.5至10的范围内，或包括硅化钽(TaSix)层，其中x 在1.5至10的范围内。除含氮鴒层之外，第二和第三金属层还包括含氮钛 钨(TiWNJ层。通过实施包括'减射的PVD法、CVD法或ALD法形成钽层。 通过在氮气环境中利用钛钨溅射靶实施反应性溅射沉积法来形成含氮钛成硅化钬层和硅化钽层。钽层形成约IOA至80人的厚度。含氮钬鵠层为约 20A至200A厚。硅化钬层和珪化钽层的每一层形成约20A至200A的厚 度。含氮钬鴒层具有约10%至60%范围的氮含量。在含氮钬鵠层中， 鴒的比率在约0.5至3.0的范围内。在珪化钬层中，^j"钛的比率在约0.5 至3.0的范围内。在珪化钽层中， 一钽的比率在约0.5至3.0的范围内。通过实施PVD法例如賊射沉积法在第 一含氮鴒层62B上方形成硅化鵠 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示出在通过实施相应的化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积 (PVD)法在含氮鴒层上方形成硅化鵠层后所提供的结构的影像。虽然通过 CVD法没有在氮化鴒层WN上方良好地形成硅化鴒层CVD-WSix,但是 通过PVD法可在氮化鵠层WN上方均匀地形成珪化鵠层PVD-WSix。因 此，因为可在珪化鵠层上方形成具有低比电阻的鴒层，所以可减少鴒层的 片电阻。对于根据本发明的第十三实施方案的栅极堆叠结构，当在钬层上方形 成含氮钨层62B时，该钬层转变成为氮化钬层。根据本发明的第十三实施方案，因为在含氮层的形成期间，中间结构 的钬层转变成为氮化钬层，所以栅极堆叠结构可获得^r接触电阻并减少多晶>^€^效应。此外，因为中间结构包括硅化鴒层，所以栅极堆叠结构也 可获得低片电阻。图7C示出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还可包括多晶v^锗层(Si^Gex,其中x在约0.01至1.0的范围内)或 硅化物层。例如，该珪化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、 鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的珪化物。第二导电层603包括鵠层。该鴒层厚约IOOA至2，000A并且通过实施 PVD法、CVD法或ALD法形成。PVD法包括使用鵠溅射靼的'减射沉积 法。中间结构602包括含氮钬(TiNx)层602A、第一含氮鵠(WNx)层602B、 珪化鴒(WSU层602C和第二含氮鴒(WNx)层602D。更详细而言，含氮钛 层602A具有一定的氮对钬比率(例如在约0.2至0.8的范围内)并且形成有 约IOA至150A的厚度。含氮钛层602A也包括氮化钛层。第一和第二含氮钨层602B和602D的每一层具有一定的氮对鴒比率， 例如在约0.3至1.5的范围内。第一和第二含氮鴒层602B和602D的每一 层也包括氮化鵠层。第一和第二含氮鵠层602B和602D供应氮至硅化鴒层 602C。第一和第二含氮鴒层602B和602D的每一层形成约20A至200A 的厚度。由于供应氮，第一和第二含氮鴒层602B和602D在退火后变成纯 鵠层或含微量氮的鵠层。硅化鴒层602C中的^j"鴒比率在约0.5至3.0的范围内。珪化鴒层 602C的厚度为约20A至200A。通过实施PVD法、CVD法或ALD法形成第一和第二含氮鵠层6t)2B 和602D。通过实施PVD法形成含氮钬层602A和珪化鵠层602C。PVD法进行溅射沉积法或反应性賊射沉积法。例如，通过在氮气环境 中利用钛溅射靶实施賊射沉积法来形成含氮钬层602A。通过在氮气环境中 利用钨溅射靶实施反应性溅射沉积法来各自形成第一和第二含氮钨层602B和602D。通过利用硅化鴒濺射乾实施反应性溅射沉积法来形成硅化 鴒层602C。通过利用鴒賊射耙实施濺射沉积法来形成鴒层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，并且第二导电层603包括鴒，因此形成钨多晶珪栅极堆叠结构。具体而言，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 金属层是含氮金属层，并且金属珪化物层是纯金属珪化物层。例如，第一 金属层是含氮钬层602A,并且第二和第三金属层分别是第一和第二含氮钨 层602B和602D。金属珪化物层^:珪化鵠层602C。上述多层中间结构也可以形成为其它不同结构。例如，除含氮钛层之 外，第一金属层还包括含氮钽(TaNx)层。除珪化鴒层之外，金属珪化物层 还包括珪化钛(TiSix)，其中x在约1.5至10的范围内，或包括珪化钽(TaSix)， 其中x在约1.5与10间的范围内。除含氮鵠层之外，第二和第三金属层还 包括含氮钛钨(TiWNx)层。通过在氮气环境中利用钽溅射靶实施反应性溅 射法来形成含氮钽层。通过在氮气环境中利用钬鵠溅射靶实施反应性溅射 沉积法来形成含氮钬鵠层。通过利用相应的硅化M硅化钽賊射靼实施反 应性溅射沉积法来形成珪化钛层和硅化钽层。含氮钽层形成约IOA至150A 的厚度。含氮钬鴒层、硅化钛层和硅化钽层的每一层形成约20A至200A 的厚度。含氮钬鴒层中的氮含量在约10%至60%的范围内。在含氮钬鴒层 中，^t鴒的比率在约0.5至3.0的范围内。在硅化钬层中，^J"钛的比率 在约0,5至3.0的范围内。在硅化钽层中，>^钽的比率在约0.5至3.0的 范围内。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鴒层 602B上方形成珪化鴒层602C。利用硅化鴒濺射靶实施'减射沉积法允许均 匀形成>^化鴒层602C而与底层类型无关。图7D示出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和第二导电层613。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还可包括多晶硅锗(Si^Gex)层，其中x在 约0.01至1.0的范围内，或者包括珪化物层。该珪化物层包括选自镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的珪化 物。第二导电层613包括鴒层。实施PVD法、CVD法和ALD法的其中之 一以形成约IOOA至2，000A厚的鴒层。PVD法包括^f吏用鵠溅射靶的溅射沉 积法。中间结构612包括珪化钬(TiSiJ层612A、含氮钛(TiNx)层612B、第一 含氮鴒(WNx)层612C、含氮珪化钨(WSixNy)层612D和第二含氮鴒层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是在对根据本发明的第 十三和第十四实施方案的栅极堆叠结构实施退火处理后提供的所得结构。 该退火包括在形成^h极堆叠结构后所实施的各种过程(例如，间隔物形成和 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与中间结构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至30A厚度的硅化钬层 612A。珪化钛层612A中的>^钛的比率在约0.5至3.0的范围内。当从第一含氮鴒层62B供应氮至钛层62A时，得到含氮钛层612B。 含氮钛层612B具有约IOA至IOOA范围的厚度并且具有约0.6至1.2范围 的氮对钛的比率。在退火后，第一和第二含氮鵠层612C和612E的每一层具有因剥蚀而 降至约10%或更少的氮含量。附图标记WNx(D)表示经剥蚀的含氮鴒层。 第一和第二含氮鴒层612C和612E的每一层为约20A至200A厚。在第一 和第二含氮鵠层612C及612E的每一层中的氮对鴒的比率在约0.01至0.15 的范围内。当分解来自第一和第二含氮鴒层602B和602D的氮时，珪化钨层602C 转变成为含氮硅化钨层612D。含氮珪化钨层612D中的硅对钨的比率在约 0.5至3.0的范围内。含氮硅化鵠层612D具有约10%至60%的氮含量以及 约20A至200A的厚度。参考图7D和7C，比较中间结构612与中间结构602。在退火处理期 间，从含氮鵠层602B供应氮至含氮钬层602A。结果，含氮钬层602A转变成为与硅化钬层612A有最小反应的含氮钬层612B。硅化钬层612A的 厚度在约lA至30A的范围内，并且含氮钬层612B的厚度在约10A至IOOA 的范围内。含氮钬层612B中的氮对钬的比率在约0.7至1.3的范围内。在退火后，当剥蚀第一和第二含氮钨层602B和602D时，第一和第二 含氮鵠层612C和612E的每一层具有降至约10%或更少的氮含量。第一 和第二含氮钨层612C和612E的每一层为约20A至200A厚。第一和第二 含氮鴒层612C和612E的每一层中的氮对鴒的比率在约0.01至0.15的范 围内。当剥蚀来自第一和第二含氮鵠层602B和602D的氮时，硅化钨层602C 转变成为含氮硅化鴒层612D。含氮珪化鵠层612D具有约0.5至3.0的硅 对钨的比率以及约10%至60%的氮含量。含氮珪化钨层612D的厚度在约 20A至200A的范围内。才艮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金属层，并且第二中间结 构包括第二含氮金属层、含氮金属硅化物层和第三含氮金属层。例如，通 过堆叠硅化钬层612A和含氮钬层612B形成第一中间结构。通过堆叠含氮 鴒层612C、含氮硅化鴒层612D和含氮鵠层612E形成第二中间结构。可实施根据本发明的第一至第十五实施方案的中间结构，从而在除了 控制动态随M取存储器件(DRAM)的栅电极之外，还可控制快闪存储器 件的栅电极和大量逻辑器件的栅电极。图8示出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上方形成对应于^^极绝缘层的隧道氧化物层702。在隧道 氧化物层702上方形成用于浮动栅极FG的第一多晶硅电极703。在第一多晶硅电极703上方形成介电层704，并且在介电层704上方 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上方形成选自本发明的第一至第十五实旅方案 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/WNx/WSixNy中间结构。因此，通过顺序堆叠钬层 706A、含氮鴒层706B和含氮硅化鴒层706C来形成中间结构706。在中间结构706上方形成鵠电极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。
图8所示的具有中间结构706的快闪存储器件的栅极堆叠结构具有低 片电阻及接触电阻。除栅电极之外，本发明的实施方案还可应用于各种金 属互连，例如位线、金属线和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栅极堆叠结构，其中该栅极堆叠结构构 成双多晶珪栅极，该双多晶硅栅极由第一栅极堆叠结构(包括在中间结构下 方形成的掺杂有N-型杂质的多晶硅电极和在中间结构上方形成的钨电极) 与第二栅极堆叠结构(包括掺杂有P-型杂质的多晶硅电极和在中间结构上 方形成的鴒电极)所构成。
图9是示出才艮据本发明的第一至第十五实施方案形成的每一类型的中 间结构的钨层的片电阻(Rs)的图。该钨层具有约40nm的厚度。
可观察到在Ti/WNX中间结构上方通过CVD法和PVD法额外施加 WSix/WNx 中间结构(即，Ti/WNx/CVD-WSix/WNx 结构和 Ti/WNx/PVD-WSi/WNx结构)和WSixNy层(即，Ti/WNx/WSixNy结构)的情 况下，鵠电极的片电阻减少。然而，因为通过CVD法无法在WNx层上方 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 方形成WSi,层。通过使用硅化鴒溅射耙和氮的反应性濺射沉积法实施
wsyVy层的形成。
将比较用于Ti/WNx/CVD-WSix/WNx中间结构 、 Ti/WNx/PVD-WSix/WNx中间结构和Ti/WNx/WSixNy中间结构的鴒电极的 片电阻。该鴒电极的片电阻只在应用Ti/WNx/PVD-WSix/WNx中间结构的 情况下较低，并且Ti/WNx/WSixNy中间结构与应用WSix/WNx中间结构的 情况相同。在通过CVD法施加WSix层的情况下，无法在该WNx层上方 均匀地形成WSix层。结果，在WNx层上方产生结块，由此增加片电阻。 相反地，如果使用利用WSix溅射靶的溅射沉积法或反应性賊射沉积法， 则可均匀地形成WSix扩^bi:，由此减少该鵠电极的片电阻。
图10A至10C示出使用图3A所示的栅极堆叠结构的栅极图案化过程。 与图3A中相同的附图标记在此处表示相同的元件。
参考图IOA，在衬底800上方形成栅极绝缘层801，其中在衬底801 中实施离子注入过程以形成隔离层、阱和沟道。在栅极绝缘层801上方形成图案化第一导电层21。在图案化第一导电 层21上方形成中间结构22。在中间结构22上方形成图案化第二导电层23。
图案化第一导电层21包括高掺杂P-型杂质例如硼或N-型杂质例如磷 的多晶珪层。图案化第一导电层21也可包括多晶珪锗层(Si^Gex，其中x 在约0.01至1.0的范围内)或硅化物层。例如，该硅化物层包括选自镍(Ni)、 铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的珪化 物。
中间结构22包括图案化钬层(Ti)22A、图案化含氮鵠(WNx)层22B和图 案化含氮珪化钨(WSixNy)层22C。
图案化第二导电层23包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法或ALD 法形成该钨层。PVD法包括使用钨濺射靶的溅射沉积法。
在图案化第二导电层23上方形成硬掩模802。可省略硬掩模802的形 成。硬掩模802包括氮化珪(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的钬层、含 氮鵠层和含氮硅化钨层的多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上方形成包括硬掩模802、图案化第二导电层23、中 间结构22及图案化第一导电层21的结构。
参考图IOB，移除栅极掩模，然后实施预间隔物过程，以防止图案化 第二导电层23(即，钨层)和中间结构22的非均匀蚀刻和氧化。例如，形成 Si3N4层803作为预间隔物层。
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 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Si3N4层803的一部分，以在栅极堆叠结构的侧壁上形成间隔物803A。 使用间隔物803A作为蚀刻阻挡层以蚀刻图案化第一导电层21。附图标记 21A表示电极(例如，多晶硅电极)。
可将使用上述前预隔物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^fr极堆叠结构。
40图11示出使用图3A所示的栅极堆叠结构的另一栅极图案化过程。图 10A至10C中使用的相同附图标记在此表示相同元件。
在衬底800上方形成栅极绝缘层801，其中在衬底801中实施离子注 入过程以形成隔离层、阱和沟道。在栅极绝缘层801上方形成图案化第一 导电层21B。在图案化第一导电层21B上方形成中间结构22。在中间结构 22上方形成图案化第二导电层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。图案化第一导电层21B也可包括多晶^^锗层(Si^Gex，其中x 在约0.01至1.0的范围内)或硅化物层。例如，该珪化物层包括选自镍(Ni)、 铬(Cr)、钴(Co)、钬(Ti)、鵠(W)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)及铂(Pt)的珪化 物。
中间结构22包括图案化钬层(Ti)22A、图案化含氮钨(WNx)层22B和图 案化含氮珪化钨(WSixNy)层22C。
图案化第二导电层23包括鴒层。通过实施PVD法、CVD法或ALD 法形成该鵠层。PVD法包括使用鵠'减射靶的'减射沉积法。
在图案化第二导电层23上方形成硬掩模802。可省略硬掩模802的形 成。硬掩模802包括氮化硅(Si3N。。
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的钬层、含氮钨层和含氮硅化钨 层的多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 上方形成包括硬掩模802、图案化第二导电层23、中间结构22和图案化第 一导电层21B的结构。选择立即实施蚀刻而不使用预间隔物层的栅极图案 化过程，以替代由使用预间隔物层的两个步骤组成的栅极图案化过程。可 将不使用预间隔物层实施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，由配置在钨电极与多晶硅电极之间的包含钬、 鴒、硅和氮或每层&含氮的多个薄层所构成的中间结构可获得如 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，由此易于获得过程R。由于硼穿透或硼向外扩散的减少，使得可减少多晶>^^效应，因此
可增加PMOSFET的操作电流。此外，在鴒电极与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，可通过实施由包含Ti、 W、 Si和N或每一薄膜包含氮的多个薄膜所 构成的中间结构以获得4&接触电阻和低多晶^^效应。
虽然已参考特定实施方案来描述本发明，但是本领域技术人员将显而 易见的是在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神及范围内可实 施各种变更及修改。
权利要求
1.一种半导体器件，包括第一导电层；在所述第一导电层上方的第一中间结构，所述第一中间结构包括金属硅化物层和含氮金属层；在所述第一中间结构上方的第二中间结构，所述第二中间结构包括至少含氮金属硅化物层；和在所述第二中间结构上方的第二导电层。
2. 如权利要求1所述的半导体器件，其中通过在氮气环境中利用金属硅 化物溅射靶实施反应性溅射沉积法来形成所述含氮金属硅化物层。
3. 如权利要求2所述的半导体器件，其中所述金属硅化物賊射靶包括选 自珪化钨溅射靶、珪化钬溅射靼和硅化钽'减射靶的溅射靶。
4. 如权利要求2所述的半导体器件，其中所述含氮金属硅化物层具有约 10%至60%的氮含量以及约0.5至3.0的^t金属的原子比。
5. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二中间结构包括顺序形 成的含氮金属层和含氮金属珪化物层，其中所述含氮金属层包括含氮鴒层 和含氮钬鴒层的其中之一并且具有约0.01至0.15的氮对金属的原子比。
6. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二中间结构包括顺序形 成的含氮金属硅化物层和含氮金属层，其中所述含氮金属层包括含氮鵠层 和含氮钬鵠层的其中之一并且具有约0.01至0.15的氮对金属的原子比。
7. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二中间结构包括顺序形 成的第一含氮金属层、含氮金属硅化物层和第二含氮金属层，其中所述第 一和第二含氮金属层的每一层包括含氮钨层和含氮钬鴒层的其中之一并且具有约0.01至0.15的氮对金属的原子比。
8. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一中间结构的金属硅化 物层包括珪化钬层和硅化钽层的其中之一 。
9. 如权利要求8所述的半导体器件，其中所述金属硅化物层具有约0.5 至3.0的^金属的原子比。
10. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一中间结构的含氮金属层包括含氮钬层和含氮钽层的其中之一 。
11. 如权利要求10所述的半导体器件，其中所述第一中间结构的含氮金属 层具有约0.7至1.3的氮对金属的原子比。
12. 如权利要求1所述的半导体器件，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的其中之一，并且所述第二导电层包括鴒。
13. 如权利要求12所述的半导体器件，其中所述多晶硅层掺杂有P-型杂 质。
14. 如权利要求l所述的半导体器件，其中所述第一导电层包括掺杂有N-型杂质的多晶硅层和另一掺杂有P-型杂质的多晶硅层，由此提供双多晶硅 栅极堆叠结构。
15. 如权利要求l所述的半导体器件，还包括位于所述衬底上的浮动栅极； 位于所述浮动栅极上的介电层；和位于所述介电层上的控制栅极，其中所述控制栅极是所述第 一导电层。
16. —种半导体器件，包括 第一导电层中间结构，其形成在所述第一导电层上方并且包括至少第 一金属层和 含氮金属硅化物层；和第二导电层，其形成在所述中间结构上方。
17. 如权利要求16所述的半导体器件，其中所述中间结构包括在所述第一 金属层与所述含氮金属硅化物层之间插入的第二金属层，其中所述第二金 属层包括含氮鴒层和含氮钬鴒层的其中之一并且具有约0.3至1.5的氮对金 属的原子比。
18. 如权利要求16所述的半导体器件，其中所述中间结构形成为包括所述 第一金属层、位于所述第一金属层上的所述含氮金属硅化物层和位于所述 含氮金属硅化物层上的第二金属层的堆叠结构，其中所述第二金属层包括 含氮鴒层和含氮钬鴒层的其中之一并且具有约0.3至1.5的氮对金属的原子 比。
19. 如权利要求16所述的半导体器件，其中所述中间结构还包括在所述第 一金属层与所述含氮金属硅化物层之间插入的第二金属层和位于所述含氮金属硅化物层上的第三金属层，其中所述第二金属层包括含氮鴒层和含氮钬鴒层的其中之一并且具有约0.3至1.5的氮对金属的原子比。
20. 如权利要求16所述的半导体器件，其中所述第一金属层包括纯金属层 和含氮金属层的其中之一。
21. 如权利要求20所述的半导体器件，其中所述纯金属层包括钬层和钽层 的其中之一。
22. 如权利要求20所述的半导体器件，其中所述纯金属层形成为约IOA至 80A的厚度。
23. 如权利要求20所述的半导体器件，其中所述含氮金属层包括含氮钬层 和含氮钽层的其中之一。
24. 如权利要求20所述的半导体器件，其中所述含氮金属层形成为约10A 至150A的厚度。
25. 如权利要求20所述的半导体器件，其中所述含氮金属层中的氮对金属 的原子比在约0.2至0.8的范围内。
26. 如权利要求19所述的半导体器件，其中所述第二金属层和第三金属层 中的每一层包括含氮钨层和含氮钬鴒层的其中之一。
27. 如权利要求26所述的半导体器件，其中所述第二金属层和所述第三金 属层中的每一层具有约0.3至1.5的氮对金属的原子比。
28. 如权利要求16所述的半导体器件，其中通过在氮气环境中利用金属硅 化物濺射靶实施^JI性溅射沉积法来形成所述含氮金属珪化物层。
29. 如权利要求28所述的半导体器件，其中所述金属硅化物溅射靶包括选 自硅化鴒'溅射靶、硅化钛'减射耙和硅化钽溅射耙中的一种。
30. 如权利要求29所述的半导体器件，其中所述含氮金属硅化物层具有约 10%至60。/。的氮含量以及约0.5至3.0的^金属的原子比。
31. 如权利要求16所述的半导体器件，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的其中之一，并且所述第二导电层包括鵠。
32. 如权利要求31所述的半导体器件，其中所述多晶硅层掺杂有P-型杂 质。
33. 如权利要求16所述的半导体器件，其中所述第一导电层包括掺杂有 N-型杂质的多晶硅层和另一掺杂有P-型杂质的多晶硅层，由此提供双多晶 硅栅极堆叠结构。
34. 如权利要求16所述的半导体器件，还包括位于所述衬底上的浮动栅极; 位于所述浮动槺极上的介电层；以及位于所述介电层上的控制栅极，其中所述控制栅极是所述第 一导电层。
35. —种半导体器件，包括 第一导电层；中间结构，其位于所述第一导电层上并且包括第一金属层、第二金属 层、金属硅化物层和第三金属层；和 第二导电层，其位于所述中间结构上。
36. 如权利要求35所述的半导体器件，其中所述金属硅化物层包括珪化鴒 层、珪化钛层和硅化钽层的其中之一，其中通过反应性溅射沉积法形成所 述硅化鴒层、所it^化钛层和所述硅化钽层中的每一层。
37. 如权利要求35所述的半导体器件，其中所述金属硅化物层具有约0.5 至3.0的^金属的原子比。
38. 如权利要求35所述的半导体器件，其中所述第一、第二和第三金属层 的每一层包括含氮金属层。
39. 如权利要求38所述的半导体器件，其中所述第二和第三金属层的每一 层包括含氮钨层和含氮钬鴒层的其中之一 。
40. 如权利要求39所述的半导体器件,其中所述含氮鵠层具有约0.3至1.5 的氮对钨的原子比。
41. 如权利要求39所述的半导体器件，其中所述含氮钬鴒层具有约0.3至 1.5的钬对鴒的原子比以及约10%至60%的氮含量。
42. 如权利要求38所述的半导体器件，其中所述第一金属层具有约0.2至 0.8的氮对金属的原子比。
43. 如权利要求42所述的半导体器件，其中所述第一金属层包括含氮钬层 和含氮钽层的其中之一。
44. 如权利要求35所述的半导体器件，其中所述第一金属层包括钬层和钽层的其中之一。
45. 如权利要求35所述的半导体器件，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的其中之一，并且所述第二导电层包括鵠。
46. 如权利要求45所述的半导体器件，其中所述多晶硅层掺杂有P-型杂 质。
47. 如权利要求35所述的半导体器件，其中所述第一导电层包括掺杂有 N-型杂质的多晶珪层和另一掺杂有P-型杂质的多晶硅层，由此提供双多晶 硅栅极堆叠结构。
48. 如权利要求35所述的半导体器件，还包括位于所述衬底上的浮动栅极； 位于所述浮动栅极上的介电层；和位于所述介电层上的控制栅极，其中所述控制栅极是所述第 一导电层。
全文摘要
本发明提供一种具有栅极堆叠结构的半导体器件，包括第一导电层、位于所述第一导电层上方的第一中间结构、位于所述第一中间结构上方的第二中间结构以及位于所述第二中间结构上方的第二导电层。所述第一中间结构包括金属硅化物层和含氮金属层。所述第二中间结构包括至少含氮金属硅化物层。
文档编号H01L29/49GK101257040SQ20071030560
公开日2008年9月3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