制造具有高Ｋ栅极介电层和金属栅电极的半导体器件的方法技术

描述了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介电层，在第一介电层之内形成沟槽，以及在衬底上形成第二介电层。第二介电层具有形成于沟槽中的第一部分，以及第二部分。在于所述第二介电层的所述第一和第二部分上形成具有第一功函数的第一金属层之后，将部分所述第一金属层转变为具有第二功函数的第二金属层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制造半导体器件，尤其是包括金属栅电极的半导体器件的方法。
技术介绍
具有由二氧化硅制成的非常薄的栅极电介质的MOS场效应晶体管可能会有无法让人接受的栅极漏电流。用特定的高k介电材料代替二氧化硅来形成栅极电介质能够减小栅极泄漏。然而，因为这样的电介质可能与多晶硅不兼容，所以可能需要在包括高k栅极电介质的器件中使用金属栅电极。在制造包括金属栅电极的CMOS器件时，可以使用取代栅工艺来用不同金属形成栅电极。在该工艺的一种变型中，除去多晶硅层以生成第一和第二沟槽。用第一金属层填充两个沟槽。然后从第一沟槽除去第一金属层。然后在第二沟槽中在第一金属层上以及在第一沟槽中在高k栅极电介质上淀积第二金属层。在该取代栅工艺的变型中，当从第一沟槽除去第一金属层时，(第一沟槽内的)高k栅极电介质可以充当蚀刻停止。当该高k栅极电介质执行蚀刻停止功能时，用于蚀刻第一金属层的工艺可能损伤下面的电介质，这可能对包括高k栅极电介质的晶体管的性能和可靠性带来不利影响。
技术实现思路
因此，需要一种改进的工艺来制造包括高k栅极电介质和金属栅电极的半导体器件。需要一种取代栅工艺来制造这样的器件当从其表面除去金属层时其不需要高k栅极电介质充当蚀刻停止。本专利技术的方法提供了这样的工艺。附图说明图1a-1i示出了在执行本专利技术的方法的实施例时可以形成的结构的截面。图2提供了一图表，示出了多种元素的功函数是如何与它们的负电性一起按比例变化的。图3a-3e示出了在执行图1a-1i的实施例以生成包括沟槽内的P/N结的器件时可以形成的结构的截面。图4a-4e示出了在执行本专利技术的方法的第二实施例时可以形成的结构的截面。这些图中示出的特征并未按照比例绘制。具体实施例方式描述了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介电层，在第一介电层之内形成沟槽，以及在衬底上形成第二介电层。第二介电层具有形成于沟槽底部的第一部分，以及第二部分。具有第一功函数的第一金属层形成于第二介电层的第一部分上以及第二介电层的第二部分上。然后将形成于第二介电层的第一部分上的第一金属层转变成具有第二功函数的第二金属层。在以下的描述中，给出了多个细节以为本专利技术提供透彻的理解。然而，对于本领域的技术人员而言，显然可以以除了这里明确描述的那些之外的许多方式实践本专利技术。因此本专利技术不限于以下披露的特定细节。图1a-1i示出了在执行本专利技术的方法的实施例时可以形成的结构。图1a表示在制造CMOS器件时可以形成的中间结构。该结构包括衬底100的第一部分101和第二部分102。隔离区103分隔第一部分101与第二部分102。多晶硅层104和106分别形成于虚(dummy)介电层105和107上。多晶硅层104和106分别位于侧壁间隔物108和109以及侧壁间隔物110和111之间。第一介电层112隔开这些侧壁间隔物。衬底100可以包括能够充当在其上可以建立半导体器件的基础的任何材料。隔离区103可以包括二氧化硅，或者其他可以分隔晶体管的有源区的材料。虚介电层105和107均可以包括二氧化硅或其他可以将衬底与其他物质绝缘的材料。第一和第二多晶硅层104和106优选均为在大约100和大约2,000埃之间厚，且更优选为在大约500和大约1,600埃之间厚。那些层均可以是未掺杂的或掺杂有类似的物质。或者，一个层可以是掺杂的，而另一个是未掺杂的，或者一个层可以是n型掺杂(例如，利用砷、磷或另一种n型材料)，而另一个是p型掺杂(例如，利用硼或另一种p型材料)。间隔物108、109、110、111优选包括氮化硅，而第一介电层112可以包括二氧化硅或低k材料。对于本领域的技术人员而言，显然可以使用常规的工艺步骤、材料和设备产生图1a的结构。如所示，可以例如通过常规的化学机械抛光(“CMP”)操作向后抛光第一介电层112，以暴露第一和第二多晶硅层104和106。尽管未示出，图1a的结构可以包括许多其他可以用常规工艺形成的特征(例如，氮化硅蚀刻停止层、源极和漏极区，以及一个或多个缓冲层)。形成图1a的结构之后，除去第一和第二多晶硅层104和106。在优选实施例中，通过应用一次或多次湿法蚀刻工艺除去那些层。这样的湿法蚀刻工艺可以包括在足够的温度下将层104和106暴露于包括氢氧化物的源的水溶液足够的时间，以除去基本全部的那些层。该氢氧化物的源可以在去离子水中按体积包括在大约2％和大约30％之间的氢氧化铵或氢氧化四烃基铵，例如氢氧化四甲铵(“TMAH”)。可以通过将它暴露于溶液中来除去n型多晶硅层，其维持在大约15℃和大约90℃之间(并且优选在大约40℃以下)的温度，其在去离子水中按体积包括在大约2％和大约30％之间的氢氧化铵。在该暴露步骤期间，其优选持续至少一分钟，可以期望施加在大约10KHz和大约2,000KHz之间的频率的声能，同时以在大约1和大约10瓦/cm2之间消耗。例如，可以通过下述来除去大约1,350埃厚的n型多晶硅层将其在大约25℃暴露于在去离子水中按体积包括大约15％的氢氧化铵的溶液中大约30分钟，同时施加在大约1,000KHz的声能-以大约5瓦/cm2消耗。作为替换，可以通过下述来除去n型多晶硅层将其暴露于溶液中至少一分钟，其维持在大约60℃和大约90℃之间的温度，其在去离子水中按体积包括在大约20％和大约30％之间的TMAH，同时施加声能。可以通过下述除去基本全部的大约1,350埃厚的这种n型多晶硅层将其在大约80℃暴露于在去离子水中按体积包括大约25％的TMAH的溶液中大约2分钟，同时施加在大约1,000KHz的声能-以大约5瓦/cm2消耗。也可以通过在足够的温度(例如在大约60℃和大约90℃之间)将其暴露于在去离子水中按体积包括在大约20％和大约30％之间的TMAH的溶液足够的时间，同时施加声能来除去p型多晶硅层。本领域的技术人员将认识到，根据那些层中是没有一个、其中一个还是两个都掺杂，例如一层是n型掺杂且另一个是p型，除去第一和第二多晶硅层104和106应当使用的一个或多个特定湿法蚀刻工艺将改变。例如，如果层104掺杂n型且层106掺杂p型，则可取的是首先使用基于氢氧化铵的湿法蚀刻工艺以除去n型层，其后使用基于TMAH的湿法蚀刻工艺以除去p型层。或者，可取的是用适当的基于TMAH的湿法蚀刻工艺同时除去层104和106。在除去第一和第二多晶硅层104和106之后，暴露出虚介电层105和107。在该实施例中，除去虚层105和107。当虚介电层105和107包括二氧化硅时，可以使用对于二氧化硅有选择性的蚀刻工艺除去它们。这样的蚀刻工艺可以包括将层105和107暴露于在去离子水中包括大约1％的HF的溶液。暴露层105和107的时间应当受到限制，因为用于除去那些层的蚀刻工艺也可以除去部分第一介电层112。鉴于此，如果使用基于1％的HF的溶液除去层105和107，则优选应当将器件暴露于该溶液少于大约60秒，且更优选为大约30秒或更少。如图1b所示，除去虚介电层105和107在第一介电层112之内留下了分别位于侧壁间隔物108和109以及侧壁间隔物110和111之间的第一和第二沟槽113和114。在该实施例中，在除去虚介电层105和107之后，在衬底100上形成第二介电层115。第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成第一介电层；在所述第一介电层内形成沟槽；在所述衬底上形成第二介电层，所述第二介电层具有形成于所述沟槽底部的第一部分，以及第二部分；在所述第二介电层的所述第一部分上以及所述第二介电层的所述第二部分上形成具有第一功函数的第一金属层；以及将形成于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层转变成具有第二功函数的第二金属层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-9-8 10/937,1951.一种制造半导体器件的方法，包括在衬底上形成第一介电层；在所述第一介电层内形成沟槽；在所述衬底上形成第二介电层，所述第二介电层具有形成于所述沟槽底部的第一部分，以及第二部分；在所述第二介电层的所述第一部分上以及所述第二介电层的所述第二部分上形成具有第一功函数的第一金属层；以及将形成于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层转变成具有第二功函数的第二金属层。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第二介电层包括在于所述衬底上形成所述第一介电层之后在所述衬底上形成的高k栅极介电层。3.如权利要求2所述的方法，其中所述高k栅极介电层包括选自包含下述的组的材料氧化铪、氧化铪硅、氧化镧、氧化镧铝、氧化锆、氧化锆硅、氧化钽、氧化钛、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛、氧化钇、氧化铝、氧化铅钪钽、以及铌酸铅锌。4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属层包括选自包含下述的组的材料铪、锆、钛、钽、铝、金属碳化物、铝化物、钌、钯、铂、钴、镍和导电金属氧化物。5.如权利要求1所述的方法，其中通过下述将形成于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层转变成具有第二功函数的第二金属层掩蔽形成于所述第二介电层的所述第二部分上的所述第一金属层；然后向形成于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层添加功函数偏移成分。6.如权利要求5所述的方法，其中通过将所述第一金属层暴露于氟基等离子体来将所述功函数偏移成分添加到所述第一金属层。7.如权利要求6所述的方法，其中通过下述将形成于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层转变成具有第二功函数的第二金属层在所述第一金属层上形成牺牲性光吸收材料，所述牺牲性光吸收材料的第一部分覆盖所述第二介电层的所述第一部分，以及所述牺牲性光吸收材料的第二部分覆盖所述第二介电层的所述第二部分；除去所述牺牲性光吸收材料的所述第一部分而保留所述牺牲性光吸收材料的所述第二部分，暴露形成于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层；使形成于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层经受至少部分源自六氟化硫的等离子体的处理；然后除去所述牺牲性光吸收材料的所述第二部分。8.如权利要求1所述的方法，其中通过下述将形成于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层转变成具有第二功函数的第二金属层在形成于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层上形成包括功函数偏移成分的施主金属层；然后施加高温退火处理以使所述功函数偏移成分从所述施主金属层扩散到所述第一金属层。9.如权利要求8所述的方法，还包括在所述第一金属层上淀积所述施主金属层；在淀积于所述第二介电层的所述第一部分上的所述第一金属层上的施主金属层上形成掩蔽层；除去淀积于所述第二介电层的所述第二部分上的所述第一金属层上的施主金属层的暴露部分；除去所述掩蔽层；以及施加高温退火处理；并且其中所述施主金属层包括选自包含下述的组的材料钌、钯、铂、铱、难熔金属氮化物、铪、锆、钛、铝、和镧；以及所述高温退火在至少约300℃的温度下进行至少约一分钟，以生成具有第二功函数的所述第二金属层。10.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属层为在大约25和大约300埃之间厚，且具有介于大约3.9eV和大约4.2eV之间的功函数，以及所述第二金属层具有介于大约4.9eV和大约5.2eV之间的功函数。11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属层为在大约25和大约300埃之间厚，且具有介于大约4.9eV和大约5.2eV...

【专利技术属性】
技术研发人员：M多茨，J布拉斯克，J卡瓦利罗斯，U邵，M梅茨，S达塔，R纳吉塞蒂，R曹，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]