制造金屬柵極的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供制造適用于鰭式場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的金屬柵極的方法。在此所述的方法通常包括在半導(dǎo)體基板上形成高k介電材料；在該高k介電材料之上沉積高k介電帽層；沉積PMOS功函數(shù)層，其具有正功函數(shù)值；沉積NMOS功函數(shù)層；在該NMOS功函數(shù)層之上沉積NMOS功函數(shù)帽層；除去至少一部分的PMOS功函數(shù)層或至少一部分的NMOS功函數(shù)層；和沉積填充層。沉積高k介電帽層、沉積PMOS功函數(shù)層或沉積NMOS功函數(shù)帽層可包括氮化鈦、氮化鈦硅、或氮化鈦鋁的原子層沉積。可先沉積PMOS或NMOS中的任一者。
【專利說明】制造金屬柵極的方法
[0001] 領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及形成金屬柵極的方法。更具體而言，本發(fā)明實(shí)施方式 涉及制造多柵極場效應(yīng)晶體管器件的方法。
[0003] 背景
[0004] 微電子器件制造在半導(dǎo)體基板上作為集成電路，其中各種導(dǎo)電層與另一者內(nèi)連接 以容許電子信號(hào)在該器件內(nèi)傳播。此類器件的范例是互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS)場 效應(yīng)晶體管（FET)或M0SFET。
[0005] 在過去數(shù)十年間，M0SFET的尺寸持續(xù)微型化，并且現(xiàn)代化的集成電路并入溝道長 度低于0. 1微米的M0SFET。目前生產(chǎn)的是特征尺寸65納米的器件（具有甚至更短的溝道）。 特征尺寸的縮小造成某些挑戰(zhàn)，因?yàn)樾〉腗0SFET與較大器件相比有較高的漏電流，以及較 低的輸出電阻。雖是如此，仍因?yàn)槿舾稍蚨^偏好較小的M0SFET。制作較小晶體管的主 要原因是要在特定芯片區(qū)內(nèi)擠進(jìn)越來越多器件，降低每芯片的價(jià)格。此外，晶體管尺寸的縮 小可輔助加快速度。
[0006] 由于小M0SFET的幾何形狀，可施加至柵極的電壓必須降低以維持可靠度。為了維 持效能，M0SFET的閾值電壓也必須降低。因?yàn)殚撝惦妷航档?，晶體管在有限的可用電壓變 動(dòng)下無法從完全截止切換成完全導(dǎo)通。次閾值漏電流，過去被忽視，現(xiàn)在可對(duì)器件效能有顯 著沖擊。
[0007] 柵極電極是集成電路的一部分。例如，CMOS晶體管包括設(shè)置在源極與漏極區(qū)之間 的柵極結(jié)構(gòu)，源極與漏極區(qū)形成在半導(dǎo)體基板內(nèi)。柵極結(jié)構(gòu)通常包括柵極電極與柵極介電 層。該柵極電極設(shè)置在該柵極介電層之上以控制載流子在溝道區(qū)內(nèi)的流動(dòng)，溝道區(qū)形成在 源極與漏極區(qū)之間該柵極介電層下方。該柵極介電層通常包含介電常數(shù)約是4. 0或更大的 薄材料層（例如，柵極氧化物，像二氧化硅（Si02)、氧氮化硅（SiON)、及諸如此類）。
[0008] 柵極氧化物，作用為該柵極與溝道間的絕緣體，應(yīng)制作得越薄越好以在晶體管導(dǎo) 通時(shí)增加溝道導(dǎo)電性與效能，并在晶體管截止時(shí)降低次閾值漏電流。但是，就現(xiàn)有厚度約 1. 2納米上下的柵極氧化物而言（此在硅中是約5個(gè)原子的厚度），電子隧穿的量子力學(xué)現(xiàn) 象會(huì)在該柵極與溝道間發(fā)生，導(dǎo)致增加的功率耗損。
[0009] -般是傳統(tǒng)晶體管，其通常是平面的，會(huì)經(jīng)受前述電流泄漏。因此，當(dāng)晶體管變得 更小，電流泄漏通過其間，這會(huì)隨著晶體管尺寸的縮小而增加。此問題的一個(gè)可能解決方案 是三維柵極結(jié)構(gòu)。在這些柵極中，該溝道、源極與漏極高出該基板，然后該柵極在三側(cè)上覆 蓋該溝道。目標(biāo)是限制電流僅在該高起的溝道，并消除電子可經(jīng)其泄漏的任何路徑。一種 此類晶體管被稱為鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET)，其中連接該源極與漏極的溝道是從該基板 突出的薄的"鰭"。這使電流被限制僅在此刻高起的溝道，因此避免電子泄漏。這些柵極通 常被稱為多柵極。此多柵極晶體管設(shè)計(jì)的范例是該鰭式場效應(yīng)晶體管，其中連接該源極與 漏極的溝道是一個(gè)從該硅基板延伸出的薄的"鰭"。
[0010] 但是，雖然避免了電流泄漏，使用3D結(jié)構(gòu)時(shí)卻有一不同的挑戰(zhàn)，因?yàn)樾枰獦O度共 形地沉積功函數(shù)材料。盡管這些多柵極結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出愿景，但還是有困難存在，因?yàn)闁艠O的三 維本質(zhì)需要該功函數(shù)金屬被高度共形地沉積。目前的方法對(duì)功函數(shù)金屬使用物理氣相沉積 (PVD)技術(shù)，這使得沉積所需的薄的共形膜相當(dāng)困難。因此，存在有對(duì)于形成金屬柵極的改 善方法的需要，特別是多柵極結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
[0011] 概述
[0012] 本發(fā)明提供制造金屬柵極的方法，適用于三維柵極（即FinFET)。據(jù)此，本發(fā)明的 一個(gè)態(tài)樣涉及一種制造金屬柵極電極的方法。所述方法包括：
[0013] 在半導(dǎo)體基板上形成高k介電材料；
[0014] 在所述高k介電材料之上沉積高k介電帽層；
[0015] 沉積PM0S功函數(shù)層，所述PM0S功函數(shù)層具有正功函數(shù)值；
[0016] 沉積NM0S功函數(shù)層；
[0017] 在所述NM0S功函數(shù)層之上沉積NM0S功函數(shù)帽層；
[0018] 除去至少一部分的PM0S功函數(shù)層或至少一部分的NM0S功函數(shù)層；和 [0019] 沉積填充層，
[0020] 其中沉積高k介電帽層、沉積PM0S功函數(shù)層或沉積NM0S功函數(shù)帽層包括氮化鈦、 氮化鈦硅、或氮化鈦鋁的原子層沉積。在替代實(shí)施方式中，所述PM0S功函數(shù)層可在所述 NM0S功函數(shù)層之前或之后沉積。
[0021] 因此，在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包括在所述介電帽層之上沉積具有正功 函數(shù)值的PM0S功函數(shù)層；除去至少一部分的具有正功函數(shù)值的PM0S功函數(shù)層；在除去至 少一部分的PM0S功函數(shù)層后沉積NM0S功函數(shù)層；在所述NM0S功函數(shù)層之上沉積NM0S功 函數(shù)帽層；和在所述NM0S功函數(shù)帽層之上沉積填充層。在進(jìn)一步實(shí)施方式中，所述NM0S功 函數(shù)帽層適于作為所述填充層的阻障層。
[0022] 在某些實(shí)施方式中，所述方法包括：在所述介電帽層之上沉積NM0S功函數(shù)層；在 所述NM0S功函數(shù)層之上沉積NM0S功函數(shù)帽層；除去至少一部分的NM0S功函數(shù)層；在除去 至少一部分的NM0S功函數(shù)層后沉積PM0S功函數(shù)層；和在所述PM0S功函數(shù)層之上沉積填充 層。在進(jìn)一步實(shí)施方式中，所述PM0S功函數(shù)層適于作為所述填充層的阻障層。
[0023] 所述方法有許多變型。例如，在一或多個(gè)實(shí)施方式中，沉積NM0S功函數(shù)層包括碳 化鉭鋁、鋁化鉭及鋁化鈦的一或多者的原子層沉積。在某些實(shí)施方式中，其中沉積填充層包 括元素鈷、元素鋁或元素鎢的化學(xué)氣相沉積。
[0024] 在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括沉積氧化物吸氣劑；以及除去氧化 物和至少一部分的吸氣劑。在進(jìn)一步實(shí)施方式中，沉積所述吸氣劑包括硅的RF濺射物理氣 相沉積或原子層沉積。在一或多個(gè)實(shí)施方式中，其中除去所述氧化物和吸氣劑包括干燥化 學(xué)蝕刻工藝。在某些實(shí)施方式中，氧化物吸氣劑的沉積及氧化物和至少一部分的吸氣劑的 除去是在沉積高k介電帽層后執(zhí)行。在某些實(shí)施方式中，氧化物吸氣劑的沉積及氧化物和 至少一部分的吸氣劑的除去是在沉積所述NM0S功函數(shù)層后執(zhí)行。
[0025] 在一或多個(gè)變型中，所述方法進(jìn)一步包括沉積蝕刻終止層。在一或多個(gè)實(shí)施方式 中，沉積蝕刻終止層包括氮化鉭的原子層沉積。在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包 括調(diào)整所述正功函數(shù)值以提供調(diào)整過的正功函數(shù)值。
[0026] 上述實(shí)施方式可以任何適當(dāng)方法組合。因此，在一實(shí)施方式中，所述方法包括在 半導(dǎo)體基板上形成高k介電材料；在所述高k介電材料之上沉積高k介電帽層；在所述高 k介電帽層之上沉積第一氧化物吸氣劑；除去氧化物和至少一部分的第一氧化物吸氣劑； 在所述高k介電帽層之上沉積蝕刻終止層；在所述蝕刻終止層之上沉積具有正功函數(shù)值的 PMOS功函數(shù)層；調(diào)整所述正功函數(shù)值以提供調(diào)整過的正功函數(shù)值；除去至少一部分的具有 正功函數(shù)值的PMOS功函數(shù)層；在除去至少一部分的PMOS功函數(shù)層后沉積NMOS功函數(shù)層； 沉積第二氧化物吸氣劑；除去氧化物和至少一部分的第二氧化物吸氣劑；沉積NMOS功函數(shù) 帽層；和沉積填充層，其中沉積高k介電帽層、沉積PMOS功函數(shù)層或沉積NMOS功函數(shù)帽層 包括氮化鈦、氮化鈦硅或氮化鈦鋁的原子層沉積。
[0027] 在某些實(shí)施方式中，沉積高k介電帽層包括氮化鈦的原子層沉積；沉積第一氧化 物吸氣劑包括硅的RF濺射物理氣相沉積或原子層沉積；除去氧化物與至少一部分的第一 氧化物吸氣劑包括干燥化學(xué)蝕刻；沉積蝕刻終止層包括氮化鉭的原子層沉積；沉積PM0S功 函數(shù)層包括氮化鈦的原子層沉積；調(diào)整所述正功函數(shù)包括氧氣除氣，添加硅至所述PM0S功 函數(shù)層以形成氮化鈦硅，或是添加鋁至所述PM0S功函數(shù)層以形成氮化鈦鋁；除去至少一部 分的PM0S功函數(shù)層包括蝕刻工藝；沉積NM0S功函數(shù)層包括碳化鉭鋁、氮化鈦硅與氮化鈦鋁 的一或多者的原子層沉積；沉積第二氧化物吸氣劑包括硅的RF濺射物理氣相沉積或原子 層沉積；除去氧化物與至少一部分的第二氧化物吸氣劑包括干燥化學(xué)蝕刻；沉積NM0S功函 數(shù)帽層包括氮化鈦的原子層沉積；和沉積填充層包括鈷、鋁或鎢的化學(xué)氣相沉積。
[0028] 在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包括在半導(dǎo)體基板上形成高k介電材料；在所 述高k介電材料之上沉積高k介電帽層；在所述高k介電帽層之上沉積第一氧化物吸氣 齊U ;除去氧化物與至少一部分的第一氧化物吸氣劑；在所述高k介電帽層之上沉積蝕刻終 止層；在所述蝕刻終止層之上沉積NM0S功函數(shù)層；在所述NM0S功函數(shù)層之上沉積NM0S功 函數(shù)帽層；除去至少一部分的NM0S功函數(shù)層；在除去至少一部分的NM0S功函數(shù)層后沉積 第二氧化物吸氣劑；除去氧化物和至少一部分的第二氧化物吸氣劑；在除去至少一部分的 第二氧化物吸氣劑后沉積具有正功函數(shù)值的PM0S功函數(shù)層；調(diào)整所述正功函數(shù)值以提供 調(diào)整過的正功函數(shù)值；和沉積填充層，其中沉積高k介電帽層、沉積PM0S功函數(shù)層或沉積 NM0S功函數(shù)帽層包括氮化鈦、氮化鈦硅或氮化鈦鋁的原子層沉積。在一特定實(shí)施方式中， 沉積高k介電帽層包括氮化鈦的原子層沉積；沉積第一氧化物吸氣劑包括硅的RF濺射物 理氣相沉積或原子層沉積；除去氧化物和至少一部分的第一氧化物吸氣劑包括干燥化學(xué)蝕 亥IJ ;沉積蝕刻終止層包括氮化鉭的原子層沉積；沉積NM0S功函數(shù)層包括碳化鉭鋁的原子層 沉積；沉積NM0S功函數(shù)帽層包括氮化鈦的原子層沉積；除去至少一部分的NM0S功函數(shù)層 包括蝕刻工藝；沉積第二氧化物吸氣劑包括硅的RF濺射物理氣相沉積或原子層沉積；除去 氧化物和至少一部分的第二氧化物吸氣劑包括干燥化學(xué)蝕刻；沉積PM0S功函數(shù)層包括氮 化鈦的原子層沉積；調(diào)整所述正功函數(shù)包括氧氣除氣，添加硅至所述PM0S功函數(shù)層以形成 氮化鈦硅，或是添加鋁至所述PM0S功函數(shù)層以形成氮化鈦鋁；和沉積填充層包括鈷和鋁的 化學(xué)氣相沉積。
[0029] 附圖簡要說明
[0030] 因此，可詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式，可參考其實(shí)施方式來得到上文簡要 概述的對(duì)本發(fā)明更具體的描述，一些實(shí)施方式在附圖中示出。但應(yīng)注意的是，附圖僅示出本 發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他同等 有效的實(shí)施方式。
[0031] 圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式的群集工具系統(tǒng)的示意圖。
[0032] 具體描述
[0033] 在描述本發(fā)明的若干示例實(shí)施方式前，應(yīng)了解本發(fā)明并不受限于在如下描述中提 出的建構(gòu)細(xì)節(jié)或工藝步驟。本發(fā)明能夠有其他實(shí)施方式且能夠以不同方式實(shí)施或執(zhí)行。
[0034] 所提供的是涉及適用于三維、或多柵極FET器件（特別是15納米以上技術(shù)節(jié)點(diǎn)） 的柵極形成的方法的實(shí)施方式。此類方法利用原子層沉積（ALD)和/或化學(xué)氣相沉積（CVD) 工藝。在此所述方法的實(shí)施方式容許沉積出非常薄的金屬膜，由此制造具有易于氧化的薄 功函數(shù)金屬的金屬柵極結(jié)構(gòu)。
[0035] 據(jù)此，本發(fā)明的一態(tài)樣涉及制造用于多柵極結(jié)構(gòu)的金屬柵極的方法。該方法通常 包括在半導(dǎo)體基板上形成高k介電材料；在該高k介電材料之上沉積高k介電帽層；沉積 PM0S功函數(shù)層，所述PM0S功函數(shù)層具有正功函數(shù)值；沉積NM0S功函數(shù)層；在該NM0S功函 數(shù)層之上沉積NM0S功函數(shù)帽層；除去至少一部分的PM0S功函數(shù)層或至少一部分的NM0S功 函數(shù)層；和沉積填充層。
[0036] 在兩個(gè)替代實(shí)施方式中，可先行沉積該P(yáng)M0S或NM0S。據(jù)此，在此所述方法的一個(gè) 實(shí)施方式包括沉積高k介電帽層、沉積PM0S功函數(shù)層或沉積NM0S功函數(shù)帽層包括氮化鈦、 氮化鈦硅或氮化鈦鋁的原子層沉積。在另一實(shí)施方式中，該方法包括在該介電帽層之上沉 積NM0S功函數(shù)層；在該NM0S功函數(shù)層之上沉積NM0S功函數(shù)帽層；除去至少一部分的NM0S 功函數(shù)層；在除去至少一部分的NM0S功函數(shù)層后沉積PM0S功函數(shù)層；和在該P(yáng)M0S功函數(shù) 層之上沉積填充層。
[0037] 在一或多個(gè)實(shí)施方式中，該金屬柵極的特定部件可供給多于一種功能。例如，在該 PM0S功函數(shù)層在該NM0S功函數(shù)層之前沉積的實(shí)施方式中，該NM0S功函數(shù)帽層適于作為該 填充層的阻障層。在該NM0S功函數(shù)層在該P(yáng)M0S功函數(shù)層之前沉積的其他實(shí)施方式中，該 PM0S功函數(shù)層適于作為該填充層的阻障層。
[0038] 該高k介電薄膜可以是任何適合薄膜。在詳細(xì)實(shí)施方式中，該高k介電薄膜包含 選自鉿、鋯、鉭、鑭、釓、釔、鋁、鐠、鈧、鈦、銦、镥、稀土金屬及其組合物所組成的族群的元素。 在特定實(shí)施方式中，該高k薄膜包含鉿、鋯、鉭、鑭、釓、釔、鋁、鐠、鈧、鈦、銦、镥、稀土金屬及 其組合物的一或多者的金屬氧化物和/或金屬硅酸鹽。在詳細(xì)實(shí)施方式中，該高k介電薄 膜包含氧化鉿。
[0039] 可用任何適合技術(shù)沉積該高k介電薄膜，包括但不限于，化學(xué)氣相沉積（CVD)和原 子層沉積（ALD)。在詳細(xì)實(shí)施方式中，利用原子層沉積來沉積該高k薄膜。在一特定實(shí)施方 式中，具有懸空鍵的基板表面相繼暴露在含有前列一或多種材料的前驅(qū)物氣體中，接下來 暴露在含有氧化劑的前驅(qū)物氣體中。
[0040] 該方法的部件可利用各種材料和/或工藝執(zhí)行。例如，在一或多個(gè)實(shí)施方式中，沉 積高k介電帽層、沉積PM0S功函數(shù)層或沉積NM0S功函數(shù)帽層包括氮化鈦、氮化鈦硅或氮化 鈦鋁的原子層沉積。一般而言，可獲得共形層的沉積氮化鈦的任何ALD方法皆適于用來根 據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式沉積氮化鈦。但是，此種ALD工藝的一個(gè)非限制性范例包含使用 四氯化鈦與氨的前驅(qū)物。該薄膜然后以硅和/或鋁摻雜。
[0041] 如上所討論，氮化鈦薄膜可用來作為高k介電帽層、P金屬功函數(shù)層、作為防止該N 金屬功函數(shù)薄膜氧化的層、和/或作為鋁填充的阻障層。該薄膜的厚度可根據(jù)功能而改變。 因此，在利用氮化鈦?zhàn)鳛槊睂拥膶?shí)施方式中，該氮化鈦薄膜具有約5至約20?；蚣s10至約 15埃的厚度。在該氮化鈦薄膜作用為P金屬功函數(shù)層的實(shí)施方式中，該厚度可以是約20至 約60埃，并且在特定實(shí)施方式中，約40埃。此外，可通過改變該薄膜的厚度，或通過以氧或 硅摻雜該薄膜來改變氮化鈦薄膜的功函數(shù)。在氮化鈦薄膜是鋁填充的阻障層或是用來防止 該N金屬功函數(shù)薄膜氧化的其他實(shí)施方式中，該氮化鈦薄膜可具有約10至約25埃的厚度， 并且在特定實(shí)施方式中，約15至約20埃。
[0042] 在其他實(shí)施方式中，可使用含有碳化鉭鋁的薄膜。一般而言，可獲得共形層的沉積 碳化鉭鋁的任何ALD方法皆適于用來根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式沉積碳化鉭鋁。但是，此 種ALD工藝的一個(gè)非限制性范例包含使用五氯化鉭與三乙基鋁的前驅(qū)物。
[0043] 在另一些其他實(shí)施方式中，可使用鋁化鉭或鋁化鈦薄膜?？墒褂梦迓然g或五氯 化鈦和鋁烷（alane)前驅(qū)物（即，二甲基乙基鋁烷）來沉積這些薄膜。
[0044] 可根據(jù)本發(fā)明態(tài)樣使用含有碳化鉭鋁、鋁化鉭或鋁化鈦的薄膜作為N金屬功函數(shù) 層，或作為鋁填充的潤濕層。在使用碳化鉭鋁薄膜作為N金屬功函數(shù)層的實(shí)施方式中，該薄 膜可具有范圍從約10至約50埃的厚度，或在特定實(shí)施方式中，從約20至約40埃。此外， 可通過改變該薄膜的鋁總量來改變功函數(shù)。在使用該碳化鉭鋁/鋁化鉭或鋁化鈦薄膜作為 鋁填充的潤濕層的其他實(shí)施方式中，該薄膜可具有約5至約15埃的厚度。在進(jìn)一步實(shí)施方 式中，該碳化鉭鋁薄膜具有約10埃的厚度。
[0045] 某些實(shí)施方式涉及填充層。填充層可利用化學(xué)氣相沉積來沉積，并且可包含元素 鈷、元素鋁或元素鎢。在沉積鈷薄膜的實(shí)施方式中，可用該薄膜來作為鋁填充的潤濕層和/ 或作為P金屬功函數(shù)層。也可使用元素鋁來作為N金屬。
[0046] -般而言，可獲得共形層的沉積鈷的任何CVD方法皆適于用來根據(jù)本發(fā)明的各種 實(shí)施方式沉積鈷。但是，此種CVD工藝的一個(gè)非限制性范例包含使用六羰基二鈷叔丁基乙 塊（dicobalt hexacarbonyl tertiary-butyl acetylene)與氫氣的前驅(qū)物。在使用鈷薄 膜作為鋁填充的潤濕層的實(shí)施方式中，該鈷薄膜可具有約3至約20埃的厚度，并且在特定 實(shí)施方式中，約5至約15埃。在使用鈷薄膜作為P金屬功函數(shù)金屬層的其他實(shí)施方式中， 該薄膜可具有約30至約50埃的厚度。該功函數(shù)值可通過調(diào)整該薄膜的厚度來改變。例如 厚度大于約50埃的鈷薄膜會(huì)有大于約5. OeV的功函數(shù)。許多應(yīng)用通常要求約4. 8eV或更 大，因此可使用較薄的鈷薄膜。此外，鈷的電阻系數(shù)很低。因此，在替代實(shí)施方式中，該鈷薄 膜可如同完整薄膜，取代鋁。在此種實(shí)施方式中，該鈷薄膜的厚度會(huì)大于約300埃。
[0047] 在本發(fā)明的另一些其他實(shí)施方式中，使用含有鋁的薄膜?？捎么朔N鋁薄膜進(jìn)行縫 隙填充。一般而言，可使用半導(dǎo)體適用的任何鋁沉積方法。此種方法的一個(gè)非限制性范例是 鋁的CVD，使用二甲基鋁氫化物前驅(qū)物或鋁烷前驅(qū)物（即二甲基乙胺鋁烷（dimethylethyl amine alane)或甲基咯陡錯(cuò)燒（methylpyrrolidine alane))。此薄膜的厚度通常會(huì)大于 約300埃。
[0048] 本發(fā)明的其他實(shí)施方式涉及使用氧化物吸氣劑的方法。在此類實(shí)施方式中，該方 法包括沉積氧化物吸氣劑；以及除去氧化物與至少一部分的吸氣劑。此類吸氣劑的范例包 含含硅薄膜。再次，可使用半導(dǎo)體器件適用的任何適當(dāng)硅沉積工藝。在一個(gè)實(shí)施方式中，硅 的沉積是利用含有硅、四溴化物、吡啶和/或二硅烷的硅前驅(qū)物的ALD來完成。在某些實(shí)施 方式中，沉積該吸氣劑包括硅的RF濺射物理氣相沉積或原子層沉積。硅薄膜可用來做氧氣 吸氣。在多個(gè)實(shí)施方式中，該薄膜具有約5至60埃的厚度。
[0049] 在一或多個(gè)實(shí)施方式中，氧化物吸氣劑的沉積與氧化物及至少一部分的吸氣劑的 除去是在高k介電帽層的沉積后執(zhí)行。在一或多個(gè)其他實(shí)施方式中，氧化物吸氣劑的沉積 與氧化物及至少一部分的吸氣劑的除去是在該NM0S功函數(shù)層的沉積后執(zhí)行。在另一些其 他實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括沉積蝕刻終止層。此蝕刻終止層可包含原子層沉積的氮 化鉭。
[0050] 本發(fā)明的若干實(shí)施方式涉及干燥化學(xué)蝕刻/處理工藝。此工藝可用來除去所沉積 的氧化物與吸氣劑。一個(gè)此種干燥清洗工藝，其可稱為SIC0NI?工藝，可相對(duì)于傳統(tǒng)的濕清 洗技術(shù)潛在地改善該器件的電氣特性，同時(shí)提供路徑給更為可擴(kuò)充的器件以容許進(jìn)一步微 型化微電子部件。
[0051] SIC0NI?蝕刻是遠(yuǎn)程等離子體輔助干燥蝕刻工藝，其包括將基板同步暴露在氫氣、 三氟化氮與氨氣等離子體副產(chǎn)物中。氨氣與三氟化氮結(jié)合形成清洗混合物?？烧{(diào)整每一種 氣體的量以配合，例如，欲除去的氮化物層的厚度、被清洗的基板的幾何形狀、形成等離子 體的腔室的體積容量及該處理腔室的體積容量。例如，氨氣與三氟化氮可以范圍約1 :1至 約30 :1的摩爾比存在。在若干實(shí)施方式中，氨氣對(duì)三氟化氮的摩爾比在約2 :1至約20 :1 范圍內(nèi)，或在約3 :1至約15 :1范圍內(nèi)，或在約5 :1至約10 :1范圍內(nèi)，或在約10 :1至約20 : 1范圍內(nèi)。氫氣與氟物種的遠(yuǎn)程等離子體激發(fā)容許無等離子體損害的基板處理。
[0052] 可添加凈化氣體（也稱為載氣或稀釋劑氣體）至該氣體混合物?？墒褂萌魏芜m合 的凈化氣體，例如但不限于，氦氣、氦氣、氫氣、氮?dú)饧捌浠旌衔?。通常，總氣體混合物為體積 百分比約0. 05%至約20%范圍內(nèi)的氨氣與三氟化氮構(gòu)成。其余的是凈化氣體。該氣體混合 物（氨氣、三氟化氮與凈化氣體）被維持在適當(dāng)?shù)牟僮鲏毫ο隆Ｍǔ?，該壓力維持在約500 毫托和30托范圍內(nèi)。在若干實(shí)施方式中，該壓力維持在約1托至約10托范圍內(nèi)，或在約2 托至約8托范圍內(nèi)，或在約3托至約6托范圍內(nèi)。
[0053] 本發(fā)明某些實(shí)施方式涉及調(diào)整金屬薄膜的功函數(shù)值。因此，在某些實(shí)施方式中，方 法包括調(diào)整該功函數(shù)值以提供調(diào)整過的正功函數(shù)值。調(diào)整正功函數(shù)值可用本領(lǐng)域中已知的 任何方法完成。例如，可利用氧氣來將該薄膜除氣。在使用氮化鈦的實(shí)施方式中，調(diào)整該功 函數(shù)金屬可包含摻雜硅或鋁以分別形成氮化鈦硅與氮化鈦鋁。在其他實(shí)施方式中，方法包 括調(diào)整該功函數(shù)值以提供調(diào)整過的負(fù)功函數(shù)值。例如，可通過摻雜氮來調(diào)整含有碳化鉭鋁、 鋁化鉭和/或鋁化鈦的NM0S功函數(shù)薄膜。
[0054] 在本發(fā)明的另一態(tài)樣中，該方法包括在半導(dǎo)體基板上形成高k介電材料；在該高 k介電材料之上沉積高k介電帽層；在該高k介電帽層之上沉積第一氧化物吸氣劑；除去 氧化物與至少一部分的第一氧化物吸氣劑；在該高k介電帽層之上沉積蝕刻終止層；在該 蝕刻終止層之上沉積具有正功函數(shù)值的PM0S功函數(shù)層；調(diào)整該正功函數(shù)值以提供調(diào)整過 的正功函數(shù)值；除去至少一部分的具有正功函數(shù)值的PM0S功函數(shù)層；在除去至少一部分的 PM0S功函數(shù)層后沉積NM0S功函數(shù)層；沉積第二氧化物吸氣劑；除去氧化物與至少一部分 的第二氧化物吸氣劑；沉積NM0S功函數(shù)帽層；和沉積填充層，其中沉積高k介電帽層、沉積 PM0S功函數(shù)層或沉積NM0S功函數(shù)帽層包括氮化鈦、氮化鈦硅或氮化鈦鋁的原子層沉積。
[0055] 在此實(shí)施方式的一更明確變型中，沉積高k介電帽層包括氮化鈦的原子層沉積； 沉積第一氧化物吸氣劑包括硅的RF濺射物理氣相沉積或原子層沉積；除去氧化物與至少 一部分的第一氧化物吸氣劑包括干燥化學(xué)蝕刻；沉積一蝕刻終止層包括氮化鉭的原子層沉 積；沉積PMOS功函數(shù)層包括氮化鈦的原子層沉積；調(diào)整該正功函數(shù)包括氧氣除氣，添加硅 至該P(yáng)MOS功函數(shù)層以形成氮化鈦娃，或是添加鋁至該P(yáng)MOS功函數(shù)層以形成氮化鈦鋁；除去 至少一部分的PMOS功函數(shù)層包括蝕刻工藝；沉積NMOS功函數(shù)層包括碳化鉭鋁、氮化鈦硅與 氮化鈦鋁的一或多者的原子層沉積；沉積第二氧化物吸氣劑包括硅的RF濺射物理氣相沉 積或原子層沉積；除去氧化物與至少一部分的第二氧化物吸氣劑包括干燥化學(xué)蝕刻；沉積 NMOS功函數(shù)帽層包括氮化鈦的原子層沉積；以及沉積填充層包括鈷、鋁或鎢的化學(xué)氣相沉 積。
[0056] 本發(fā)明的另一態(tài)樣涉及一種制造金屬柵極的方法，該方法包括在半導(dǎo)體基板上形 成高k介電材料；在該高k介電材料之上沉積高k介電帽層；在該高k介電帽層之上沉積第 一氧化物吸氣劑；除去氧化物與至少一部分的第一氧化物吸氣劑；在該高k介電帽層之上 沉積蝕刻終止層；在該蝕刻終止層之上沉積NM0S功函數(shù)層；在該NM0S功函數(shù)層之上沉積 NM0S功函數(shù)帽層；除去至少一部分的NM0S功函數(shù)層；在除去至少一部分的NM0S功函數(shù)層 后沉積第二氧化物吸氣劑；除去氧化物與至少一部分的第二氧化物吸氣劑；在除去至少一 部分的第二氧化物吸氣劑后沉積具有正功函數(shù)值的PM0S功函數(shù)層；調(diào)整該正功函數(shù)值以 提供調(diào)整過的正功函數(shù)值；和沉積填充層，其中沉積高k介電帽層、沉積PM0S功函數(shù)層或沉 積NM0S功函數(shù)帽層包括氮化鈦、氮化鈦硅或氮化鈦鋁的原子層沉積。
[0057] 在此態(tài)樣的一個(gè)實(shí)施方式中，沉積高k介電帽層包括氮化鈦的原子層沉積；沉積 第一氧化物吸氣劑包括硅的RF濺射物理氣相沉積或原子層沉積；除去氧化物與至少一部 分的第一氧化物吸氣劑包括干燥化學(xué)蝕刻；沉積蝕刻終止層包括氮化鉭的原子層沉積；沉 積NM0S功函數(shù)層包括碳化鉭鋁的原子層沉積；沉積NM0S功函數(shù)帽層包括氮化鈦的原子層 沉積；除去至少一部分的NM0S功函數(shù)層包括蝕刻工藝；沉積第二氧化物吸氣劑包括硅的RF 濺射物理氣相沉積或原子層沉積；除去氧化物與至少一部分的第二氧化物吸氣劑包括干燥 化學(xué)蝕刻；沉積PM0S功函數(shù)層包括氮化鈦的原子層沉積；調(diào)整該正功函數(shù)包括氧氣除氣， 添加硅至該P(yáng)M0S功函數(shù)層以形成氮化鈦硅，或是添加鋁至該P(yáng)M0S功函數(shù)層以形成氮化鈦 鋁；以及沉積填充層包括鈷與鋁的化學(xué)氣相沉積。
[0058] 在此所述的本發(fā)明實(shí)施方式涉及在基板上形成金屬柵極?；宓姆独?，但不 限于，半導(dǎo)體晶片，例如結(jié)晶硅（如硅〈1〇〇>或硅〈111>)、氧化硅、鍺化硅、摻雜或未摻雜的 多晶娃、慘雜或未慘雜的娃晶片、氣化娃、嫁晶片、鋼晶片、錯(cuò)晶片、錫晶片與圖案化或未圖 案化的晶片。"晶片"與"基板"用語可替換地使用。
[0059] 如在本說明書與隨附權(quán)利要求書中所使用的，"基板表面"一詞表示裸基板表面或 具有層在其上的基板表面。例如，若第一處理步驟沉積層A且聲稱前驅(qū)物B與該基板表面 反應(yīng)，則前驅(qū)物B與之反應(yīng)的基板表面是該裸基板或該層A。
[0060] 如從前述可輕易得知，許多前驅(qū)物落在本發(fā)明范圍內(nèi)。前驅(qū)物可以是處于環(huán)境溫 度與壓力下的等離子體、氣體、液體或固體。但是，在該ALD腔室內(nèi)，前驅(qū)物通常是揮發(fā)的。 如在本說明書與隨附權(quán)利要求書中所使用的，"環(huán)境條件"一詞表示在該處理腔室或群集工 具外部的條件（例如，溫度、壓力、氣體環(huán)境）。
[0061] 本發(fā)明工藝可在ALD、CVD等本領(lǐng)域中已知的設(shè)備內(nèi)執(zhí)行。該設(shè)備使來源與其上成 長膜的基板接觸?？捎脕沓练e薄膜的裝備包括ALD設(shè)備，如在2002年9月20日提出申請(qǐng)的 受讓于加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司（Applied Materials, Inc.)且發(fā)明名稱為"用于高 介電常數(shù)薄膜的沉積的設(shè)備（An Apparatus for the Deposition of High K dielectric Constant Films) "，以美國專利申請(qǐng)案
【發(fā)明者】呂新亮, 賽沙德利·甘古利, 阿蒂夫·努里, 梅特伊·馬哈賈尼, 陳世忠, 雷雨, 傅新宇, 唐薇, 斯里尼瓦斯·甘迪科塔 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司