專(zhuān)利名稱(chēng)：用于集成替換金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件領(lǐng)域，更具體地說(shuō)涉及制備金屬柵晶體管的方法。
背景技術(shù)：
微電子器件通常制造在硅晶片中和硅晶片上以及其它類(lèi)型的其它襯底上。這種集成電路可包括數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管，如本領(lǐng)域中公知的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。MOS晶體管一般包括源區(qū)、漏區(qū)和柵極區(qū)，其中柵極材料一般可包括多晶硅。然而，多晶硅柵極可能容易受到耗盡效應(yīng)的影響，其中施加到多晶硅柵極的電場(chǎng)清除掉(sweep away)載流子(p-型摻雜多晶硅中的空穴，或n-型摻雜多晶硅中的電子)，以在晶體管的下面柵極電介質(zhì)附近的多晶硅柵極區(qū)域中建立載流子的耗盡。耗盡效應(yīng)會(huì)增加MOS器件中總的柵極電介質(zhì)厚度。近來(lái)，已利用多晶硅柵極將硅鍺源區(qū)和漏區(qū)合并在晶體管內(nèi)，其由于硅鍺區(qū)的應(yīng)變晶格增強(qiáng)了這種晶體管溝道內(nèi)的電子和空穴遷移率，所以大大改善了這種晶體管的性能，這在本領(lǐng)域中是公知的。
另一方面，金屬柵極不像包括多晶硅的柵極那樣易受耗盡效應(yīng)的影響。然而，典型的現(xiàn)有技術(shù)的微電子工藝沒(méi)有把金屬柵極和多晶硅柵極都合并在同一器件或集成電路內(nèi)。這部分是由于開(kāi)發(fā)可以在同一微電子器件或集成電路內(nèi)可靠地形成金屬柵極結(jié)構(gòu)和多晶硅柵極結(jié)構(gòu)的微電子工藝的復(fù)雜性和成本。因此將金屬柵極結(jié)構(gòu)和多晶硅柵極結(jié)構(gòu)與硅鍺源和漏區(qū)合并在一起是有利的。本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)提供了這種工藝。


雖然說(shuō)明書(shū)以具體指出和明顯要求什么被認(rèn)為是本發(fā)明的權(quán)利要求結(jié)束，但當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)從本發(fā)明的以下描述可以更容易地確定本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，其中圖1a-1e示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
圖2a-2e示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)描述中，參考借助示例示出其中可實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例的附圖。足夠詳細(xì)地描述這些實(shí)施例以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管本發(fā)明的各種實(shí)施例不同，但未必是互相排除的。例如，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在其它實(shí)施例內(nèi)實(shí)施在此描述的、與一個(gè)實(shí)施例有關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在每個(gè)公開(kāi)的實(shí)施例內(nèi)修改各個(gè)元件的位置或布置。因此，以下的詳細(xì)描述不用于起限制作用，且本發(fā)明的范圍僅由適當(dāng)解釋的所附權(quán)利要求以及被賦予權(quán)利要求權(quán)利的全部范圍的等價(jià)物來(lái)限定。在圖中，類(lèi)似的數(shù)字指的是整個(gè)幾幅圖中的相同或相似的功能性。
描述了形成微電子結(jié)構(gòu)的方法和相關(guān)結(jié)構(gòu)。那些方法包括提供包括包含n-型柵極材料的第一柵極晶體管和包含p-型柵極材料的第二柵極晶體管的襯底，選擇性地去除n-型柵極材料以在第一晶體管結(jié)構(gòu)中形成凹進(jìn)，然后用n-型金屬柵極材料填充凹進(jìn)。利用硅鍺源區(qū)和漏區(qū)，本發(fā)明的方法能夠?qū)MOS金屬柵極晶體管和PMOS多晶硅晶體管合并在同一微電子器件內(nèi)。
圖1a-1e示出合并了NMOS金屬柵極晶體管和PMOS多晶硅晶體管的方法和相關(guān)結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。圖1a示出了可優(yōu)選包括硅襯底100的一部分襯底100的截面。硅襯底102可包括例如、但不限于硅、絕緣體上硅、鍺、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵、銻化鎵或它們的組合的材料。
襯底100可包括優(yōu)選是本領(lǐng)域中公知的n-型晶體管結(jié)構(gòu)102(即NMOS晶體管)的第一晶體管結(jié)構(gòu)102。襯底100還可包括優(yōu)選是本領(lǐng)域中公知的p-型晶體管結(jié)構(gòu)104(即PMOS晶體管)的第二晶體管結(jié)構(gòu)104。n-型晶體管結(jié)構(gòu)102可包括柵極介電層106、源區(qū)112、漏區(qū)114和隔離物110，它們?cè)诒绢I(lǐng)域中是公知的。n-型晶體管結(jié)構(gòu)102可進(jìn)一步包括優(yōu)選為多晶硅柵極材料108且設(shè)置在柵極介電層106上的n-型柵極材料108。例如，n-型柵極材料108可優(yōu)選摻雜n-型摻雜劑，如磷。
p-型晶體管結(jié)構(gòu)104可包括p晶體管柵極介電層116、源區(qū)122、漏區(qū)124和隔離物120，它們?cè)诒绢I(lǐng)域中是公知的。源區(qū)122和漏區(qū)124可優(yōu)選包括硅鍺合金材料。p-型晶體管結(jié)構(gòu)104可進(jìn)一步包括優(yōu)選為p-型多晶硅柵極材料118且設(shè)置在p晶體管柵極介電層116上的p-型柵極材料118。例如，p-型柵極材料118可優(yōu)選為摻雜p-型摻雜劑，如硼。
介電層126可設(shè)置在n-型和p-型柵極結(jié)構(gòu)的上方和上面，且可包括本領(lǐng)域中公知的層間電介質(zhì)(ILD)。通過(guò)優(yōu)選利用化學(xué)機(jī)械工藝(CMP)，可去除介電層126的一部分128，例如以暴露出p-型柵極材料118和n-型柵極材料108(參見(jiàn)圖1b)。
在暴露出p-型柵極材料118和n-型柵極材料108之后，可從n-型晶體管結(jié)構(gòu)102選擇性地去除n-型柵極材料，以形成凹進(jìn)130(圖1c)?？赏ㄟ^(guò)利用優(yōu)選包括氫氧化銨蝕刻的濕法蝕刻選擇性地去除n-型柵極材料108。在一個(gè)實(shí)施例中，氫氧化銨蝕刻可在去離子水中包括約百分之2至約百分之30的氫氧化銨，且可以以可從約0.5MHz變化到約1.2MHz的功率將本領(lǐng)域中已知的超聲處理施加到混合物上。濕法蝕刻的溫度可優(yōu)選從約10攝氏度變化到約40攝氏度。
在另一實(shí)施例中，濕法蝕刻可在去離子水中包括約百分之15至約百分之30的氫氧化四甲銨(TMAH)的混合物，并且施加從約0.5MHz至約1.2MHz的超聲處理和從約60攝氏度至約90攝氏度的溫度。去除工藝的特定參數(shù)可取決于特定的應(yīng)用，但可利用對(duì)n-型柵極材料108高選擇性的任何這種去除工藝，即，其基本上去除了n-型柵極材料108，而使p-型材料118基本保持原樣?？商鎿Q地，除了由于它涉及另外的光刻步驟而不太可取之外，可以掩蔽p-型器件以?xún)H暴露出n-型器件，從而不需要兩種類(lèi)型的器件之間的蝕刻選擇性。
例如，凹進(jìn)130可用n-型金屬柵極材料132如鉿、鋯、鈦、鉭或鋁或它們的組合填充(參見(jiàn)圖1d)。凹進(jìn)130可利用本領(lǐng)域中已知的PVD(“物理汽相沉積”)、CVD(“化學(xué)汽相沉積”)或ALD(“原子層沉積”)填充。以這種方式，n-型多晶硅柵極材料108可用n-型金屬柵極材料132來(lái)代替，其大大增強(qiáng)了根據(jù)本發(fā)明的方法制備的n-型晶體管的性能。本發(fā)明的方法還能夠?qū)崿F(xiàn)在同一器件內(nèi)集成n-型(NMOS)金屬柵極晶體管與p-型多晶硅晶體管(PMOS)，其可優(yōu)選包括硅鍺源區(qū)和漏區(qū)。
參考圖1e，在用n-型金屬材料132填充凹進(jìn)130之后，可在n-型金屬柵極材料132上和p-型柵極材料118上形成第二介電層134(即，可重新覆蓋ILD層)。
在另一實(shí)施例中(參見(jiàn)圖2a)，襯底200(與圖1的襯底100相似)可包括優(yōu)選為n-型晶體管結(jié)構(gòu)202的第一晶體管結(jié)構(gòu)202和優(yōu)選為p-型晶體管結(jié)構(gòu)204的第二晶體管結(jié)構(gòu)204。n-型晶體管結(jié)構(gòu)202可包括第一柵極介電層206、源區(qū)212、漏區(qū)214和隔離物210。n-型晶體管結(jié)構(gòu)202可進(jìn)一步包括與圖1c的凹進(jìn)130相似的凹進(jìn)230。
p-型晶體管結(jié)構(gòu)204可包括p晶體管柵極介電層216、源區(qū)222、漏區(qū)224和隔離物220。源區(qū)222和漏區(qū)224可優(yōu)選包括硅鍺合金材料。p-型晶體管結(jié)構(gòu)204可進(jìn)一步包括p-型柵極材料218，其優(yōu)選為p型多晶硅柵極材料218且設(shè)置在p晶體管柵極介電層216上。
可通過(guò)利用本領(lǐng)域中公知的技術(shù)如濕法化學(xué)蝕刻來(lái)去除n-型晶體管結(jié)構(gòu)202的第一柵極介電層206(參見(jiàn)圖2b)。然后，可在n-型晶體管結(jié)構(gòu)202的凹進(jìn)230中形成第二柵極介電層207(圖2c)。第二柵極介電層207可優(yōu)選包括高k柵極介電層，且可包括例如氧化鉿、氧化鋯、氧化鈦和氧化鋁和/或其組合的材料。通過(guò)減小如此制備的器件的柵極漏電流，使用高k第二柵極介電層207可增強(qiáng)n-型晶體管結(jié)構(gòu)202的性能，這在本領(lǐng)域中是公知的。
參考圖2d，然后可以用n-型金屬材料232(與圖1d的n-型金屬柵極材料132相似)填充凹進(jìn)230，且可在n-型金屬柵極材料232上和p-型柵極材料218上形成第二介電層234(與圖1e的第二介電層134相似)(參見(jiàn)圖2e)。
因此，本發(fā)明的目前實(shí)施例能夠使用p-型多晶硅柵極材料與包括高k電介質(zhì)柵極層的n型金屬柵極材料。
如上所述，本發(fā)明提供了方法和相關(guān)的結(jié)構(gòu)，其提供包括包含n-型柵極材料的第一晶體管結(jié)構(gòu)和包含p-型柵極材料的第二晶體管結(jié)構(gòu)的襯底，選擇性地去除n-型柵極材料以在第一晶體管結(jié)構(gòu)中形成凹進(jìn)，然后用n-型金屬柵極材料填充該凹進(jìn)。本發(fā)明的方法能夠用n-型金屬柵極材料代替p-型多晶硅柵極材料，其大大增強(qiáng)了根據(jù)本發(fā)明的方法制備的n-型晶體管的性能。本發(fā)明的方法還能夠在同一器件內(nèi)集成n-型金屬柵極晶體管與p-型多晶硅晶體管，其可優(yōu)選包括硅鍺源區(qū)和漏區(qū)。
盡管前面的描述已指定了可用在本發(fā)明方法中的一些步驟和材料，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可進(jìn)行多種修改和替換。因此，意指所有的這些修改、改變、替換和添加都被認(rèn)為落入由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，微電子器件如晶體管在本領(lǐng)域中是公知的。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在此提供的各圖僅示出了適合于實(shí)施本發(fā)明的示例性微電子器件的部分。因此本發(fā)明不局限于在此描述的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括提供包括包含n-型柵極材料的第一晶體管結(jié)構(gòu)和包含p-型柵極材料的第二晶體管結(jié)構(gòu)的襯底；選擇性地去除n-型柵極材料以在第一柵極結(jié)構(gòu)中形成凹進(jìn)；以及用n-型金屬柵極材料填充該凹進(jìn)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中提供包括包含n-型柵極材料的第一晶體管結(jié)構(gòu)和包含p-型柵極材料的第二晶體管結(jié)構(gòu)的襯底包括提供包括包含n摻雜多晶硅柵極材料的NMOS晶體管結(jié)構(gòu)和包含p摻雜多晶硅柵極材料的PMOS晶體管結(jié)構(gòu)的襯底。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中提供包括包含n摻雜多晶硅柵極材料的NMOS晶體管結(jié)構(gòu)和包含p摻雜多晶硅柵極材料的PMOS晶體管結(jié)構(gòu)的襯底包括提供包括包含n摻雜多晶硅柵極材料的NMOS晶體管結(jié)構(gòu)和包含p摻雜多晶硅柵極的PMOS晶體管結(jié)構(gòu)的襯底，其中PMOS晶體管結(jié)構(gòu)包括包含硅鍺合金的源區(qū)和漏區(qū)。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中選擇性地去除n-型柵極材料包括通過(guò)用去離子水中約百分之2至約百分之30的氫氧化銨的混合物濕法蝕刻n-型柵極材料以及施加從約0.5MHz至約1.2MHz的超聲處理，來(lái)選擇性地去除n-型柵極材料。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中用去離子水中約百分之10至約百分之20的氫氧化銨的混合物濕法蝕刻n-型柵極材料包括在從約10攝氏度至約40攝氏度的溫度下，用去離子水中約百分之10至約百分之20的氫氧化銨的混合物濕法蝕刻n-型柵極材料。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中選擇性地去除n-型柵極材料包括用去離子水中約百分之15至約百分之30的氫氧化四甲銨的混合物濕法蝕刻n-型柵極材料以及施加從約0.8MHz至約1.2MHz的超聲處理。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中用去離子水中約百分之15至約百分之30的氫氧化四甲銨的混合物濕法蝕刻n-型柵極材料包括在從約60攝氏度至約90攝氏度的溫度下，用去離子水中約百分之15至約百分之30的氫氧化四甲銨的混合物濕法蝕刻n-型柵極材料。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中選擇性地去除n-型柵極材料包括選擇性地去除n-型柵極材料且沒(méi)有實(shí)質(zhì)上去除p-型柵極材料。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中選擇性地去除n-型柵極材料以在第一柵極結(jié)構(gòu)中形成凹進(jìn)進(jìn)一步包括選擇性地去除設(shè)置在n-型柵極材料下面的第一柵極介電層。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中選擇性地去除設(shè)置在n-型柵極材料下面的第一柵極介電層進(jìn)一步包括在凹進(jìn)內(nèi)形成第二柵極介電層。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中在凹進(jìn)內(nèi)形成第二柵極介電層包括在該凹進(jìn)內(nèi)形成高k柵極介電層。
12.如權(quán)利要求10的方法，其中選擇性地去除設(shè)置在n-型柵極材料下面的第一柵極介電層進(jìn)一步包括在凹進(jìn)內(nèi)形成選自包括氧化鉿、氧化鋯、氧化鈦和氧化鋁和/或其組合的組的高k柵極介電層。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中用n-型金屬柵極材料填充凹進(jìn)包括用選自包括鉿、鋯、鈦、鉭和鋁和/或其組合的組中的金屬柵極材料填充該凹進(jìn)。
14.一種形成微電子結(jié)構(gòu)的方法，包括提供包括包含n-型多晶硅柵極材料的n-型晶體管結(jié)構(gòu)和包含p-型多晶硅柵極材料的p-型晶體管結(jié)構(gòu)的襯底，其中第一介電層設(shè)置在n-型和p-型柵極結(jié)構(gòu)的上方；去除第一介電層的一部分以便暴露出n-型多晶硅柵極材料；選擇性地去除n-型多晶硅柵極材料以形成凹進(jìn)；以及用n-型金屬柵極材料填充該凹進(jìn)。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中用n-型金屬柵極材料填充該凹進(jìn)進(jìn)一步包括在n-型金屬柵極材料上形成第二介電層。
16.如權(quán)利要求14的方法，其中選擇性地去除n-型多晶硅柵極材料包括選擇性地去除n-型多晶硅柵極材料且沒(méi)有實(shí)質(zhì)上去除p-型多晶硅柵極材料。
17.如權(quán)利要求14的方法，其中選擇性地去除n-型多晶硅柵極材料包括通過(guò)用去離子水中約百分之2至約百分之30的氫氧化銨的混合物濕法蝕刻n-型柵極材料以及施加從約0.5MHz至約1.2MHz的超聲處理，來(lái)選擇性地去除n-型柵極材料。
18.一種結(jié)構(gòu)，包括襯底，其包括包含n-型金屬柵極材料的n-型晶體管結(jié)構(gòu)和包含p-型多晶硅柵極材料的p-型晶體管結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其中p-型晶體管結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括包含硅鍺合金的源區(qū)和漏區(qū)。
20.如權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其中n-型晶體管結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括選自包括氧化鉿、氧化鋯、氧化鈦和氧化鋁和/或其組合的組中的高k柵極介電層。
21.如權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其中n-型金屬柵極材料選自包括鉿、鋯、鈦、鉭和鋁和/或其組合的組。
全文摘要
描述了形成微電子器件的方法和相關(guān)結(jié)構(gòu)。那些方法包括提供包括包含n－型柵極材料的第一晶體管結(jié)構(gòu)和包含p－型柵極材料的第二晶體管結(jié)構(gòu)的襯底，選擇性地去除n－型柵極材料以在第一柵極結(jié)構(gòu)中形成凹進(jìn)，然后用n－型金屬柵極材料填充該凹進(jìn)。
文檔編號(hào)H01L21/8238GK1902750SQ200480039439
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者J·卡瓦利羅斯, J·K·布拉斯克, M·L·多茨, S·A·哈爾蘭德, M·V·梅茨, C·E·巴恩斯, R·S·仇 申請(qǐng)人:英特爾公司