本發(fā)明涉及用于金屬柵極的方法和結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了指數(shù)級發(fā)展。IC材料和設(shè)計中的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)產(chǎn)生了數(shù)代的IC，其中每代IC都具有比上一代IC更小和更復(fù)雜的電路。在IC發(fā)展過程中，功能密度(即，每一芯片面積上互連器件的數(shù)量)通常已經(jīng)增加而幾何尺寸(即，使用制造工藝可以制造的最小部件(或線))卻已減小。通常這種按比例縮小工藝通過提高生產(chǎn)效率和降低相關(guān)成本而帶來益處。這種按比例縮小也增大了加工和制造IC的復(fù)雜度。

例如，當(dāng)制造諸如鰭式FET(FinFET)的場效應(yīng)晶體管(FET)時，通過使用金屬柵電極代替典型的多晶硅柵電極可以改進(jìn)器件性能。一種形成金屬柵極堆疊件的工藝被稱為替代柵極或“后柵極”工藝，其中，“最后”制造最終的柵極堆疊件，這允許降低后續(xù)工藝的數(shù)量，包括在形成柵極之后實(shí)施的高溫處理。然而，存在實(shí)施這種IC制造工藝的挑戰(zhàn)，特別是在先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)中具有縮放的IC部件和復(fù)雜的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，諸如N16、N10等。一種挑戰(zhàn)是金屬圖案化工藝可能會損壞在金屬柵電極和柵極介電層之間提供的金屬阻擋層。因此，金屬材料可能侵入到柵極介電層內(nèi)，從而導(dǎo)致器件缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括：接收襯底、形成在所述襯底上方的偽柵極堆疊件和圍繞所述偽柵極堆疊件的結(jié)構(gòu)；去除所述偽柵極堆疊件，從而在所述結(jié)構(gòu)中生成溝槽；在所述溝槽中形成柵極介電層；在所述柵極介電 層上方形成阻擋層；在所述阻擋層上方形成氧化物層；以及在所述氧化物層上方形成第一功函金屬層。

在上述方法中，形成所述氧化物層包括用氧處理所述阻擋層。

在上述方法中，形成所述氧化物層包括在所述阻擋層上方沉積所述氧化物層。

在上述方法中，所述阻擋層包括氮化鉭并且所述氧化物層包括氧化鉭。

在上述方法中，所述阻擋層包括氮化鈦并且所述氧化物層包括氧化鈦。

在上述方法中，所述阻擋層包括氮化鈮并且所述氧化物層包括氧化鈮。

在上述方法中，所述氧化物層包括氧化鉭、氧化鈦和氧化鈮中的一種。

在上述方法中，還包括：通過含有磷酸的蝕刻劑去除所述第一功函金屬層。

在上述方法中，去除所述第一功函金屬層包括沖洗工藝和干燥工藝。

在上述方法中，還包括：在所述氧化物層上方形成第二功函金屬層，其中，所述第二功函金屬層與所述第一功函金屬層不同。

根據(jù)本發(fā)發(fā)明的另一方面，還提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括：接收襯底和位于所述襯底上方的第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)，其中，所述第一柵極結(jié)構(gòu)和所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括第一溝槽和第二溝槽；在所述第一溝槽和所述第二溝槽中形成柵極介電層；在所述柵極介電層上方形成阻擋層；在所述阻擋層上方形成氧化物層，其中，所述氧化物層包括：氧化鉭、氧化鈦和氧化鈮中的一種；以及在所述氧化物層上方形成第一功函金屬層。

在上述方法中，形成所述氧化物層包括用氧處理所述阻擋層。

在上述方法中，還包括：在所述第二柵極結(jié)構(gòu)上方形成掩蔽元件；以及使用含有磷酸的蝕刻劑蝕刻位于所述第一溝槽中的所述第一功函金屬層。

在上述方法中，還包括：用含有去離子水(DIW)的溶液沖洗所述第一溝槽。

在上述方法中，還包括：在所述第一溝槽中的所述氧化物層上方形成第二功函金屬層，其中，所述第二功函金屬層與所述第一功函金屬層不同。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底；以及第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)，位于所述襯底上方，其中：每個所述第一柵極結(jié)構(gòu)和所述第二柵極結(jié)構(gòu)均包括：柵極介電層，位于所述襯底上方，阻擋層，位于所述柵極介電層上方；和氧化物層，位于所述阻擋層上方。

在上述半導(dǎo)體器件中：所述第一柵極結(jié)構(gòu)還包括位于所述第一柵極結(jié)構(gòu)的所述氧化物層上方的n型功函金屬層；以及所述第二柵極結(jié)構(gòu)還包括位于所述第二柵極結(jié)構(gòu)的所述氧化物層上方的p型功函金屬層。

在上述半導(dǎo)體器件中，所述阻擋層包括氮化鉭并且所述氧化物層包括氧化鉭。

在上述半導(dǎo)體器件中，所述阻擋層包括氮化鈦并且所述氧化物層包括氧化鈦。

在上述半導(dǎo)體器件中，所述阻擋層包括氮化鈮并且所述氧化物層包括氧化鈮。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，從以下詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個部件未按比例繪制并且僅用于說明的目的。實(shí)際上，為了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的各個方面的制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。

圖2至圖14是根據(jù)一些實(shí)施例的根據(jù)圖1的方法形成半導(dǎo)體器件的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗Ｏ旅婷枋隽私M件和布置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成為直接接觸的實(shí) 施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字母。該重復(fù)是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對術(shù)語，以便于描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。器件可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，而在此使用的空間相對描述符可以同樣地作相應(yīng)的解釋。

本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體器件，和更具體地，涉及具有FinFET的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的目的在于提供在FinFET“后柵極”工藝中有效地保護(hù)下面的柵極介電層的保護(hù)層的結(jié)構(gòu)和用于該結(jié)構(gòu)的方法。

在用于形成晶體管的金屬柵極的后柵極工藝中，在襯底上方形成偽柵極堆疊件作為實(shí)際柵極堆疊件的預(yù)留位置(placeholder)。然后形成圍繞偽柵極堆疊件的間隔部件。在鄰近間隔部件形成源極/漏極部件之后，去除偽柵極堆疊件，從而留下由間隔件圍繞的開口。最后，在開口中形成金屬柵極。金屬柵極包括諸如高k介電層的柵極介電層、阻擋層和功函金屬層。例如，多重圖案化工藝可以用于形成功函金屬層，以微調(diào)晶體管的閾值電壓(Vt)。阻擋層的目的是在圖案化工藝期間保護(hù)柵極介電層。然而，諸如SC-1(標(biāo)準(zhǔn)清潔1)和SC-2(標(biāo)準(zhǔn)清潔2)的一些傳統(tǒng)的蝕刻劑具有較差的蝕刻選擇性。因此，阻擋層可能無意中被蝕刻，失去其作為保護(hù)層的有效性。本發(fā)明的實(shí)施例解決這樣的問題。

現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的各方面示出了形成半導(dǎo)體器件的方法10的流程圖。方法10僅僅是實(shí)例并且不旨在限制本發(fā)明超出權(quán)利要求中明確列舉的?？梢栽诜椒?0之前、期間和之后提供額外的操作，并對于方法的額外的實(shí)施例，可以替代、消除或重排描述的一些操作。在下文中結(jié)合圖2至圖14來描述方法10，圖2至圖14示出了處于各個制造階段的半導(dǎo)體器件100的部分。器件100可以是在IC或其部分的加工期間制造的中間器 件，其可以包括SRAM和/或其他邏輯電路；諸如電阻器、電容器、和電感器的無源部件；和諸如p型FET(PFET)、n型FET(NFET)、FinFET、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、雙極晶體管、高電壓晶體管、高頻晶體管、其他存儲單元和它們的組合的有源部件。

在操作12中，方法10(圖1)接收襯底102，襯底102中和/或上形成有各種結(jié)構(gòu)。參考圖2，器件100包括襯底102和在襯底102上方的隔離結(jié)構(gòu)106。隔離結(jié)構(gòu)106將器件100分成多個器件區(qū)。在所示出的實(shí)例中，存在n-FET器件區(qū)100a和p-FET器件區(qū)100b。在本實(shí)施例中，器件100包括FinFET，并且襯底102包括兩個有源鰭104a和104b，兩個有源鰭104a和104b穿過隔離結(jié)構(gòu)106向上突出。兩個鰭104a和104b分別位于器件區(qū)100a和100b中。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，圖2至圖13是沿著相應(yīng)的鰭104a/104b的鰭長度方向的器件100的示意性截面圖，而圖14是沿著相應(yīng)的鰭104a/104b的鰭寬度方向的器件100的示意性截面圖。在各個實(shí)施例中，器件區(qū)100a和100b可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。本發(fā)明不局限于任何特定數(shù)量的器件或器件區(qū)，或任何特定的器件配置。

器件100還包括分別位于器件區(qū)100a和100b中的柵極結(jié)構(gòu)101a和101b。柵極結(jié)構(gòu)101a和101b的每一個均包括偽柵極堆疊件110和位于偽柵極堆疊件110的側(cè)壁上的間隔部件112。柵極結(jié)構(gòu)101a和101b的每一個均分別與有源鰭104a和104b的部分接合。該器件100還包括位于相應(yīng)的有源鰭104a和104b中的源極/漏極區(qū)108a和108b，源極/漏極區(qū)108a和108b設(shè)置在相應(yīng)的柵極結(jié)構(gòu)101a和101b的相對兩側(cè)上。器件100還包括圍繞柵極結(jié)構(gòu)101a和101b的層間介電(ILD)層114。將在下文中進(jìn)一步描述器件100的各種前述結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)施例中，襯底102是硅襯底?？蛇x地，襯底102可以包括其他元素半導(dǎo)體，諸如鍺；化合物半導(dǎo)體，包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、和/或銻化銦；合金半導(dǎo)體，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP；或它們的組合。在又一些可選方式中，襯底102是諸如掩埋介電層的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)。

在本實(shí)施例中，鰭104a適合于形成n型FinFET，和鰭104b適合于形成p型FinFET。此配置僅用于說明目的，并不限制本發(fā)明?？梢允褂冒ü饪毯臀g刻工藝的合適的工藝制造鰭104a/104b。光刻工藝可以包括在襯底102上面形成光刻膠層(抗蝕劑)、將光刻膠曝光成一圖案、實(shí)施曝光后烘烤工藝、和顯影光刻膠以形成包括光刻膠的掩蔽元件。掩蔽元件然后用于在襯底102內(nèi)蝕刻凹槽，從而留下位于襯底102上的鰭104a/104b(見圖14)。蝕刻工藝可以包括干蝕刻、濕蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻(RIE)和/或其他合適的工藝。可選地，可以使用芯軸-間隔件雙重圖案化光刻形成鰭104a/104b。用于形成鰭104a/104b的方法的多個其他實(shí)施例可以是合適的。

隔離結(jié)構(gòu)106可以由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氟摻雜的硅酸鹽玻璃(FSG)、低k介電材料、和/或其他合適的絕緣材料形成。隔離結(jié)構(gòu)106可以是淺溝槽隔離(STI)部件。在實(shí)施例中，通過在襯底102中蝕刻溝槽，例如，作為鰭104a/104b的形成工藝的一部分來形成隔離結(jié)構(gòu)106。然后用隔離材料填充溝槽，之后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。諸如場氧化物、硅的局部氧化(LOCOS)、和/或其他適合的結(jié)構(gòu)的其他隔離結(jié)構(gòu)是可能的。隔離結(jié)構(gòu)106可以包括多層結(jié)構(gòu)，例如，具有一個或多個熱氧化物襯墊層。

在本實(shí)施例中，偽柵極堆疊件110在鰭的兩側(cè)或三側(cè)上與鰭104a/104b接合。其被稱為“偽”是因?yàn)樗鼘⒃诤罄m(xù)步驟中被去除并且將在“后柵極”工藝中由諸如高-k金屬柵極的“真”柵極堆疊件取代。偽柵極堆疊件110可以包括一個或多個材料層，諸如氧化物層、多晶硅層、硬掩模層、覆蓋層、和其他合適的層。偽柵堆疊件110中的各層可以通過合適的沉積技術(shù)形成。例如，可以通過化學(xué)氧化、熱氧化、原子層沉積(ALD)、化學(xué)汽相沉積(CVD)、和/或其他合適的方法形成氧化物層。例如，可以通過諸如低壓化學(xué)汽相沉積(LPCVD)和等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)的合適的沉積工藝形成多晶硅層。在實(shí)施例中，首先沉積作為毯狀層的偽柵極堆疊件110。然后，通過包括光刻工藝和蝕刻工藝的工藝圖案化毯狀層，從而去除部分的毯狀層，和將剩余部分保持在隔離結(jié)構(gòu)106和鰭104a/104b上方作為偽柵極堆疊件110。

在偽柵極堆疊件110的側(cè)壁上形成間隔部件112。間隔部件112包括 與偽柵極堆疊件110不同的材料。在實(shí)施例中，間隔部件112包括介電材料，諸如氮化硅或氮氧化硅。在實(shí)例中，間隔部件112包括多個層，諸如鄰近偽柵極堆疊件110的密封層和鄰近密封層的主要間隔件層。在實(shí)施例中，在已經(jīng)形成偽柵極堆疊件110之后，通過在器件100上方毯式沉積間隔件材料形成一個或多個間隔件層。然后，實(shí)施各向異性蝕刻工藝以去除間隔件層的部分以形成如圖2所示的間隔部件112。

源極/漏極區(qū)108a和108b可以包括源極/漏極部件，并且可以通過諸如蝕刻工藝以及之后的一個或多個外延工藝的各種技術(shù)形成。在一個實(shí)例中，實(shí)施一個或多個蝕刻工藝以去除鰭104a/104b的部分以在其中形成凹槽。可以實(shí)施清洗工藝，清洗工藝?yán)脷浞?HF)溶液或其他合適的溶液清洗凹槽。隨后，實(shí)施一個或多個外延生長工藝以在凹槽中生長硅部件。外延生長工藝可以用p型摻雜劑或n型摻雜劑原位摻雜生長的硅以形成p型FinFET或n型FinFET。

在襯底102上方形成ILD層114。在實(shí)施例中，器件100還包括位于ILD層114下方的接觸蝕刻停止層。ILD層114可以包括諸如正硅酸乙酯(TEOS)氧化物、未摻雜的硅酸鹽玻璃或摻雜的氧化硅(諸如硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、熔融石英玻璃(FSG)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼摻雜的硅玻璃(BSG))和/或其他合適的介電材料?？梢酝ㄟ^PECVD工藝或其他合適的沉積技術(shù)沉積ILD層114。在實(shí)施例中，ILD層是由可流動CVD(FCVD)工藝形成的。在一個實(shí)例中，F(xiàn)CVD工藝包括在襯底102上沉積可流動材料(諸如液體化合物)以填充溝槽，和通過諸如退火的合適的技術(shù)將可流動材料轉(zhuǎn)化為固體材料。在各個沉積工藝之后，實(shí)施化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝以平坦化介電層114的頂面并且暴露偽柵極堆疊件110的頂面以用于隨后的制造步驟。

在操作14中，方法10(圖1)去除偽柵極堆疊件110。參照圖3，從而分別在柵極結(jié)構(gòu)101a和101b中形成兩個溝槽116a和116b，從而通過溝槽116a和116b暴露鰭104a和104b。溝槽116a/116b由以上論述的結(jié)構(gòu)圍繞，諸如間隔部件112和ILD層114。在實(shí)施例中，操作14包括一個或多個蝕刻工藝，一個或多個蝕刻工藝被選擇性地調(diào)整為去除偽柵極堆疊件110 (圖2)而基本上保留間隔部件112和ILD層114。蝕刻工藝可以包括合適的濕蝕刻、干(等離子體)蝕刻、和/或其他工藝。例如，干蝕刻工藝可以使用含氯氣體、含氟氣體、其他蝕刻氣體或它們的組合。濕蝕刻溶液可以包括NH₄OH、HF(氫氟酸)或稀釋的HF、去離子水、TMAH(四甲基氫氧化銨)、其他合適的濕蝕刻溶液，或它們的組合。

在操作16中，方法10(圖1)在溝槽116a/116b中形成柵極介電層122。參考圖4，在本實(shí)施例中，方法10還在柵極介電層122下面形成界面層120。例如，界面層120可以包括介電材料，諸如氧化硅層(SiO₂)或氮氧化硅(SiON)，并可以通過化學(xué)氧化、熱氧化、原子層沉積(ALD)、CVD、和/或其他合適的電介質(zhì)形成。在本實(shí)施例中，柵極介電層122包括高k介電材料，諸如氧化鉿(HfO₂)、Al₂O₃、鑭系元素氧化物、TiO₂、HfZrO、Ta₂O₃、HfSiO₄、ZrO₂、ZrSiO₂、它們的組合或其他合適的材料?？梢酝ㄟ^ALD和/或其他合適的方法形成柵極介電層122。

在操作18中，方法10(圖1)在溝槽116a/116b中形成阻擋層124。參考圖5，阻擋層124也被稱為金屬勢壘層或金屬阻擋層。阻擋層124形成在柵極介電層122上方，并且旨在保護(hù)柵極介電層122在后續(xù)步驟中不會引入金屬雜質(zhì)。例如，在本實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)101a/101b將形成為包括一個或多個功函金屬層。在沒有阻擋層124的情況下，來自那些功函金屬層的金屬材料將擴(kuò)散至柵極介電層122內(nèi)，從而造成制造缺陷。在各個實(shí)施例中，阻擋層124包括金屬元素。在本實(shí)施例中，阻擋層124包括氮化鉭。在另一實(shí)施例中，阻擋層124包括氮化鈦。在又一實(shí)施例中，阻擋層124包括氮化鈮。其他各種材料是適合的。在實(shí)施例中，阻擋層124是通過ALD、PVD、CVD或其他合適的方法形成的。在本實(shí)施例中，阻擋層124具有約至約的厚度。

已經(jīng)觀察到，在一些情況下，單獨(dú)的阻擋層124可能不會對柵極介電層122提供足夠的保護(hù)。在一種情況下，在溝槽116a/116b中實(shí)施多個金屬圖案化工藝以在阻擋層124上方形成功函金屬層。作為實(shí)例，這可以用于微調(diào)FinFET的閾值電壓(Vt)。在另一情況下，當(dāng)在器件區(qū)100b中形成p-FET時，將p型功函金屬同時沉積到溝槽116a和116b內(nèi)。隨后將溝 槽116a中的p型功函金屬替換為n型功函金屬以在器件區(qū)100a中形成n-FET。在上述兩種情況下，在金屬圖案化/去除工藝期間，可能不期望地蝕刻阻擋層124，部分由于用于圖案化/去除金屬層的蝕刻劑的較差的蝕刻選擇性。當(dāng)阻擋層124被蝕刻和被損害時，金屬材料將會污染柵極介電層122，導(dǎo)致器件缺陷。本發(fā)明提供了增強(qiáng)對柵極介電層122的保護(hù)的結(jié)構(gòu)和方法。

在操作20中，方法10(圖1)在阻擋層124上方形成氧化物層126。參考圖6，在溝槽116a/116b中形成氧化物層126，從而覆蓋阻擋層124。氧化物層126所帶來的好處將在后續(xù)步驟解釋。氧化物層126可以通過各種工藝形成。

在實(shí)施例中，通過用氧氣流(flow of oxygen)處理阻擋層124來形成氧化物層126。更進(jìn)一步的實(shí)施例中，阻擋層124和氧化物層126包含共同的金屬元素。在實(shí)施例中，阻擋層124包括氮化鉭而氧化物層126包括氧化鉭。在另一實(shí)施例中，阻擋層124包括氮化鈦而氧化物層126包括氧化鈦。在又一實(shí)施例中，阻擋層124包括氮化鈮而氧化物層126包括氧化鈮。在實(shí)施例中，以干蝕刻工具實(shí)施阻擋層124的氧處理。可選地，以干灰化工具實(shí)施阻擋層124的氧處理。在實(shí)施例中，氧處理的實(shí)施條件為：在約1.5毫托的壓力下、約30攝氏度至約60攝氏度的溫度以及約1mL/min至約100mL/min的氧流量(諸如約30mL/min)并且持續(xù)約5秒至約30秒。氧化物層126可以形成為具有約至約的厚度。然而，其他厚度也可能是合適的。

在另一實(shí)施例中，由一個或多個沉積工藝形成氧化物層126。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，阻擋層124和氧化物層126可以包含相同的或不同的金屬元素。例如，在約1托至約100托的壓力、約250攝氏度至約400攝氏度的溫度以及將四乙氧基鉭二甲基乙醇胺作為前體氣體并且將氬氣作為載氣的條件下，可以在阻擋層124上方沉積氧化鉭(例如，Ta₂O₅)層。例如，前體氣體的流量可以設(shè)置為約20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)。在實(shí)施例中，可以類似地實(shí)施氧化鈦或氧化鈮的沉積。然而，也可以使用其他合適的沉積技術(shù)。

在各個實(shí)施例中，可以調(diào)整各個層120、122、124和126的厚度以分別用于pFET器件以及用于nFET器件。

在操作22中，方法10(圖1)在氧化物層126上方形成功函金屬層128。參考圖7，在溝槽116a/116b中形成功函金屬層128，從而覆蓋氧化物層126。功函金屬層128可以是p型或n型功函金屬層。示例性p型功函金屬包括TiN、TaN、Ru、Mo、Al、WN、ZrSi₂、MoSi₂、TaSi₂、NiSi₂、WN、其他合適的p型功函材料、或它們的組合。示例性n型功函金屬包括Ti、Ag、TaAl、TaAlC、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、Zr、其他合適的n型功函材料或它們的組合。功函金屬層128可以包括多個層，并且可以通過CVD、PVD、和/或其他合適的工藝沉積。在本實(shí)施例中，功函金屬層128包括適合于在器件區(qū)100b中形成pFET的p型功函材料。例如，當(dāng)氧化物層126包括氧化鉭時，含鈦材料可以用于功函金屬層128。雖然功函金屬層128不旨在用于器件區(qū)100a中的nFET，但是它仍然沉積到溝槽116a和116b內(nèi)。一個考慮因素是，選擇性地沉積功函金屬層128可能需要器件100的部分被諸如光刻膠(或抗蝕劑)的有機(jī)材料覆蓋，其可能會在沉積期間污染功函金屬層。因此，將功函金屬層128同時沉積至溝槽116a/116b內(nèi)簡化了工藝并且提高了膜純度。

在操作24中，方法10(圖1)從溝槽116a中去除功函金屬層128。這涉及到多個步驟，這將結(jié)合圖8至圖11進(jìn)行解釋。

參考圖8，方法10形成覆蓋器件區(qū)100b的掩蔽元件130。在實(shí)施例中，掩蔽元件130包括通過光刻工藝圖案化的光刻膠并且可以進(jìn)一步包括位于光刻膠下面的層，諸如底部抗反射涂層(BARC)。光刻工藝可以包括在襯底102上面形成光刻膠層、曝光光刻膠成一圖案、實(shí)施曝光后烘烤工藝、以及顯影光刻膠以去除它的位于器件區(qū)100a上方的部分并且形成掩蔽元件130。

參考圖9，方法10實(shí)施蝕刻工藝以從溝槽116a中去除功函金屬層128。蝕刻工藝使用蝕刻劑132。在實(shí)施例中，該蝕刻劑132包括磷酸(或正磷酸)，諸如水溶液(例如，H₂O)中的85％重量百分比(85wt.％)的H₃PO₄。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，蝕刻劑132是磷酸與其他組分的混合物，其他組 分諸如過氧化氫(H₂O₂)、硝酸(HNO₃)、硫酸(H₂SO₄)、去離子水(DIW)、氫氧化銨(NH₄OH)、臭氧(O₃)、氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)、其他酸性溶液和有機(jī)氧化劑、或它們的組合。在實(shí)施例中，磷酸在該混合物中的比例為約1:5至約1:50。

在各個實(shí)施例中，可以在約20攝氏度至約80攝氏度的溫度下實(shí)施蝕刻工藝。氧化物層126防止蝕刻劑132蝕刻阻擋層124。在各個實(shí)施例中，一旦去除功函金屬層128，由于磷酸螯合，自組裝的單層便形成在氧化物層126的表面上。該單層防止磷酸穿透氧化物層126。在實(shí)施例中，氧化物層126包括氧化鉭(例如，Ta₂O₅)。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，單層可以包括緊密堆積的配位至氧化鉭上的十八磷酸鹽(ODP)分子，其中多于一個的磷酸鹽頭部基團(tuán)可以配位至一個鉭離子并且形成單配位基和雙配位基復(fù)合物以保護(hù)氧化的層，如下面的化學(xué)式所示：

Marcus Textor等人在Langmuir 2000,16,3257-3271中發(fā)表的題目為“Structural Chemis try of Self-Assembled Monolayers of Octadecylphosphoric Acid on Tantalum Oxide Surfaces”和Dorothee Brovelli等人在Langmuir 1999,15,4324-4327中發(fā)表的題目為“Highly Oriented,Self-Assembled Alkanephosphate Monolayers on Tantalum(V)Oxide Surfaces”中討論了這種單層的形成。

在另一個實(shí)施例中，氧化物層126包括氧化鈦(例如，TiO₂)或氧化鈮(例如，Nb₂O₅)。當(dāng)去除功函金屬層128后，磷酸鹽單層可以類似地形成在氧化物層126的表面上。S.Tosatti等人在Langmuir 2002,18,3537-3548中發(fā)表的題目為“Self-Assembled Monolayers of Dodecyl and Hydroxy-dodecyl Phosphates on Both Smooth and Rough Titanium and Titanium Oxide Surfaces”和Flávio A.Pavan等人在J.Braz.Chem.Soc.,Vol.16,No.4,815-820(2005)中發(fā)表的題目為“Adsorption of Phosphoric Acid on Niobium Oxide Coated Cellulose Fiber:Preparation,Characterization and Ion Exchange Property”討論了這種磷酸鹽單層的形成。

由于氧化物層126與蝕刻劑132的組分的鍵合，溝槽116a中的功函金屬層128的蝕刻自動停止于氧化物層126。在實(shí)施例中，該方法10還包括沖洗工藝以從溝槽116a去除蝕刻殘留物，諸如磷酸鹽單層。例如，沖洗工藝可以使用含有DIW、碳化的DIW(諸如具有二氧化碳的DIW)或具有稀釋的NH₄OH的DIW的溶液。可以在約20攝氏度至約80攝氏度的溫度下實(shí)施沖洗工藝。在實(shí)施例中，該方法10進(jìn)一步包括干燥工藝以干燥氧化物層126的表面。例如，干燥工藝可以包括在氮?dú)饬鞯拇嬖谙滦D(zhuǎn)干燥器件100。例如，干燥工藝可以包括異丙醇(IPA)干燥工藝。如圖10所示，已從溝槽116a去除功函金屬層128，從而暴露位于溝槽116a中的氧化物層126的表面。之后，方法10使用諸如光刻膠剝離或灰化的工藝從器件區(qū)100b去除掩蔽元件130。在實(shí)施例中，可以在以上論述的沖洗工藝和干燥工藝之前實(shí)施掩蔽元件130的去除。

在操作24之后，如圖11所示，功函金屬層128從溝槽116a去除但是仍保留在溝槽116b中。參考圖11，溝槽116a中的氧化物層126基本上保持完整，并且阻擋層124在功函金屬圖案化工藝期間未被蝕刻。有利地，氧化物層126和阻擋層124提供金屬阻擋能力以確保柵極介電層122的純度。

在操作26中，方法10(圖1)在溝槽116a中形成功函金屬層134。參考圖12，在本實(shí)施例中，功函金屬層134包括適合于在器件區(qū)100a中形成nFET的n型功函材料。例如，它可以由含鋁材料形成。在一個實(shí)例中，功函金屬層134的厚度為約至約如圖12所示，功函金屬層134形成在溝槽116a中而未形成在溝槽116b中。這可以通過類似于在上文中結(jié)合操作22和24論述的工藝的金屬圖案化工藝實(shí)現(xiàn)。例如，類似于操作22，功函金屬層134可以首先沉積在溝槽116a和116b中，然后類似于操作24，從溝槽116b去除功函金屬層134，從而保留位于溝槽116a中的功 函金屬層134。在各個實(shí)施例中，可以在功函金屬層128之前或之后形成功函金屬層134。在操作26之后，如圖14所示，每個柵極結(jié)構(gòu)101a、101b均形成為具有界面層120、柵極介電層122、阻擋層124、氧化物層126和相應(yīng)的功函金屬層134和128，圖14是沿著相應(yīng)的鰭104a/104b的鰭寬度方向截取的器件100的示意性截面圖。

在操作28中，方法10(圖1)實(shí)施進(jìn)一步的操作以形成最終的器件。例如，方法10可以在溝槽116a/116b的剩余空間中形成填充層136(圖13)。填充層136可以包括鋁(Al)、鎢(W)、鈷(Co)、銅(Cu)、和/或其他合適的材料。填充層136可以通過CVD、PVD、鍍和/或其他合適的工藝形成?？梢詫?shí)施CMP工藝以從柵極結(jié)構(gòu)101a/101b去除多余的材料，從而平坦化器件100的頂面。下面可以實(shí)施另外的操作。例如，操作28可以形成電連接源極/漏極部件108a/108b和柵極結(jié)構(gòu)101a/101b的接觸件和通孔并且形成將FinFET連接至器件100的其他部分的金屬互連件以形成完整的IC。

雖然不打算限制，本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例提供了半導(dǎo)體器件及其形成方法的許多益處。例如，本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于在“后柵極”工藝中圖案化功函金屬層的方法。根據(jù)本發(fā)明，在柵極介電層上方形成阻擋層并且在阻擋層上方形成氧化物層。氧化物層阻止在金屬圖案化工藝中使用的各種蝕刻劑到達(dá)阻擋層。結(jié)果，阻擋層保持其阻擋能力以保護(hù)柵極介電層免受功函金屬層的污染。本發(fā)明的各個實(shí)施例可以很容易地集成到現(xiàn)有的用于16納米和更小的工藝節(jié)點(diǎn)的FinFET制造流程內(nèi)。例如，在各個實(shí)施例中，可以通過以現(xiàn)有的蝕刻或灰化工具實(shí)施的氧處理工藝或通過沉積方法形成氧化物層。例如，金屬圖案化工藝可以使用含磷酸的蝕刻劑并且可以以任何現(xiàn)有的濕蝕刻工具實(shí)施。

在一個示例性方面中，本發(fā)明涉及一種形成半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括：接收襯底、形成在襯底上方的偽柵極堆疊件和圍繞偽柵極堆疊件的結(jié)構(gòu)。該方法還包括去除偽柵極堆疊件，從而在結(jié)構(gòu)中生成溝槽。該方法還包括在溝槽中形成柵極介電層；在柵極介電層上方形成阻擋層；在阻擋層上方形成氧化物層；以及在氧化物層上方形成第一功函金屬層。在實(shí) 施例中，該方法還包括通過含有磷酸的蝕刻劑去除第一功函金屬層和在氧化物層上方形成第二功函金屬層，其中，第二功函金屬層與第一功函金屬層不同。

在另一個示例性方面中，本發(fā)明涉及一種形成半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括接收襯底和位于襯底上方的第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)，其中，第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)包括第一溝槽和第二溝槽。該方法還包括在第一溝槽和第二溝槽中形成柵極介電層；在柵極介電層上方形成阻擋層；以及在阻擋層上方形成氧化物層，其中，氧化物層包括：氧化鉭、氧化鈦和氧化鈮中的一種。該方法還包括在氧化物層上方形成第一功函金屬層。

在另一個示例性方面中，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括：襯底；以及位于襯底上方的第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)。每個第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)均包括：位于襯底上方的柵極介電層、位于柵極介電層上方的阻擋層和位于阻擋層上方的氧化物層。

上面概述了若干實(shí)施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或修改用于實(shí)現(xiàn)與在此所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此他們可以做出多種變化、替換以及改變。