本發(fā)明涉及金屬柵極形成，更具體地，涉及替代金屬柵極鰭型場效應(yīng)晶體管(finfet)器件上的金屬柵極形成。

背景技術(shù)：

一般而言，替代金屬柵極(rmg)工藝架構(gòu)是后柵極對先柵極架構(gòu)。rmgfinfet器件制造典型地包括首先形成偽柵極結(jié)構(gòu)，接下來在分隔物(spacer)蝕刻和源漏外延合并之后去除該偽柵極結(jié)構(gòu)以形成柵袋(gatepocket)。高介電常數(shù)(高k)層、功函數(shù)金屬和柵極金屬被填入柵袋，并且進行化學機械平面化(cmp)以使拓撲結(jié)構(gòu)平面化。然后使柵極金屬材料部分地凹陷并且通過鑲嵌處理形成電介質(zhì)蓋。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種制造晶體管器件中的替代金屬柵極的方法包括：在襯底之上形成偽柵極結(jié)構(gòu)，所述偽柵極結(jié)構(gòu)被絕緣層包圍；去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)以在所述絕緣層內(nèi)暴露溝槽；在所述絕緣層之上和所述溝槽中保形地沉積電介質(zhì)材料層和功函數(shù)金屬層，并且從所述絕緣層的頂表面去除所述電介質(zhì)材料層和所述功函數(shù)金屬層；使所述功函數(shù)金屬層凹陷到所述溝槽的頂部下方；以及僅在所述功函數(shù)金屬層的暴露表面上選擇性地形成柵極金屬。

根據(jù)另一實施例，一種制造鰭型場效應(yīng)晶體管(finfet)器件的方法包括：形成襯底；在所述襯底之上形成連接源區(qū)和漏區(qū)的鰭；在襯底之上形成偽柵極結(jié)構(gòu)，所述偽柵極結(jié)構(gòu)被絕緣層包圍；去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)以在所述絕緣層內(nèi)暴露溝槽；在所述絕緣層之上和所述溝槽中保形地沉積電介質(zhì)材料層和功函數(shù)金屬層，并且從所述絕緣層的頂表面去除所述電介質(zhì)材料層和所述功函數(shù)金屬層；使所述功函數(shù)金屬層凹陷到所述溝槽的頂部下方；以及僅在所述功函數(shù)金屬層的暴露表面上選擇性地形成柵極金屬。

附加特征和優(yōu)點通過本發(fā)明的技術(shù)來實現(xiàn)。本發(fā)明的其它實施例和方面在本文中進行詳細地描述并且被視為所要求保護的發(fā)明的一部分。為了更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點和特征，請參考說明書和附圖。

附圖說明

被視為本發(fā)明的主題在說明書結(jié)束處的權(quán)利要求中被特別指出并且被明確地要求保護。通過結(jié)合附圖進行的下面的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的finfet器件的自頂向下視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的一階段的橫截面圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的另一示例性finfet器件的形成中的該階段的橫截面圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段的橫截面圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的該階段的橫截面圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段的橫截面圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的該階段的橫截面圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段的橫截面圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的該階段的橫截面圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段的橫截面圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的該階段的橫截面圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段的橫截面圖；

圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的該階段的橫截面圖；

圖14是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段的橫截面圖；

圖15是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的該階段的橫截面圖；

圖16是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段的橫截面圖；

圖17是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的該階段的橫截面圖；以及

圖18是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段的橫截面圖。

具體實施方式

如上所述，rmgfinfet器件的制造中的部分涉及到在金屬柵極中形成部分凹陷以用于電介質(zhì)蓋的形成。從所需要的反應(yīng)離子蝕刻(rie)的角度來看，該柵極金屬的部分凹陷可能存在挑戰(zhàn)。此外，常規(guī)的柵極金屬填充技術(shù)可能導致在柵極金屬層內(nèi)出現(xiàn)縫隙或空洞。在此詳述的rmgfinfet器件和制造該器件的方法的實施例包括通過選擇性金屬生長的自下而上的形成。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的finfet器件100的自頂向下視圖。源極與柵極之間的導通溝道被包裹在硅鰭125中，并且finfet是眾所周知的。本文中的描述著重于柵極區(qū)域101的制造的差異。例如包括諸如氧化硅或氮化硅的電介質(zhì)材料的層間電介質(zhì)(ild)120形成溝槽，該溝槽中形成有柵極區(qū)域101。在示例性finfet器件100中，例如兩個被包裹在硅中的鰭125被示出具有源側(cè)102和漏側(cè)103。在備選實施例中，可以形成一個或其它數(shù)量的鰭125。柵極區(qū)域101被示出在圖1的自頂向下視圖中。一般而言，在兩個當前使用的方法中以及根據(jù)本發(fā)明的實施例，柵極區(qū)域101通過去除偽柵極140(圖2)以及使用柵極金屬190(圖14、15)替代偽柵極140而形成。如下面參考圖2至18進一步詳述地，本發(fā)明的實施例涉及通過柵極金屬190的生長而自下而上形成替代柵極101。針對該處理的每個階段而示出兩個圖以示例出兩個不同的柵極寬度。后續(xù)圖中所示的階段是如a-a所指示的跨柵極的橫截面圖。

由a-a和b-b指示的橫截面都在圖1中被詳細描述。由a-a指示的橫截面通過鰭125。該橫截面結(jié)構(gòu)104包括襯底110，該襯底110上方具有代表鰭125的硅層130。ild120形成溝槽，該溝槽中形成有柵極區(qū)域101。由b-b指示的橫截面圖通過柵極區(qū)域101。該橫截面結(jié)構(gòu)105包括襯底110，該襯底110具有在其上方形成的ild120，該ild120也包括溝槽，該溝槽中形成有柵極區(qū)域101。下面進一步詳細地描述柵極區(qū)域101及其形成。如上所述，圖2至18示出a-a處的橫截面圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的階段200-1的橫截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的另一示例性finfet器件的形成中的階段200-2的橫截面圖。圖3示出的階段200-2中的溝槽121比圖2示出的溝槽121寬。在圖2和3示出的階段200-1和200-2兩者中，指示鰭125的硅層130分別被示出為形成在襯底110上。在鰭125(硅層130)上方，在ild120中形成溝槽121。硅層130可以代表圖1所示的鰭125的外延合并。多晶硅或無定形硅的偽柵極140被示出為在ild120的溝槽121中位于柵極硬掩模150的下方?？梢詾榕cild120相同的材料或不同氧化物的氧化物層145位于偽柵極140的下方。如圖2和3所示，柵極硬掩模155位于偽柵極140的上方。根據(jù)蝕刻，與柵極硬掩模155相同的材料或不同的材料可以充當在偽柵極140與ild120之間的側(cè)壁分隔物150。柵極硬掩模155的材料可以是氮化硅(sin)。為了解釋本文中的實施例，圖2和3所示的階段200-1和200-2被視為finfet器件100的形成中的初始階段，因為階段200-1和200-2之前的階段與現(xiàn)有的finfet器件形成方法中的對應(yīng)階段相同。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段300-1的橫截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的階段300-2的橫截面圖。如圖4和5所指示，氧化物層145、偽柵極140和柵極硬掩模155被去除(pull)而達到階段300-1和300-2。具體而言，首先進行干法蝕刻以回蝕硬掩模155(可能也對側(cè)壁分隔物150產(chǎn)生一些影響)。然后，進行濕法蝕刻以蝕刻偽柵極140和氧化物層145。如圖4和5所示，可能因干法蝕刻工藝而稍微縮短的側(cè)壁分隔物150被保留。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段400-1的橫截面圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的階段400-2的橫截面圖。如圖6和7所指示，高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)層160和功函數(shù)金屬170保形地沿著柵極硬掩模150以及在硅層130的表面上沉積。在進行毯覆式保形沉積之后，進行cmp向下直至ild120。用于電介質(zhì)層160的示例性材料包括氧化鉿(hfo2)、氧化鋁(al2o3)、硅酸鉿(hfsiox)、二氧化鋯(zro2)或鋯酸鉿(hfzrox)。功函數(shù)金屬170例如可以是氮化鉭(tan)、氮化鈦(tin)、碳化鈦鋁(tialc)或tic。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段500-1的橫截面圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的階段500-2的橫截面圖。沉積有機平面化層(opl)180并且將其回蝕到溝槽121的頂部下方，如圖8和9所示，以便在被功函數(shù)金屬170覆蓋的溝槽中使opl180凹陷。opl180是用于減緩形貌的類似光致抗蝕劑的材料。有機電介質(zhì)層(odl)可以被用作opl180。圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段600-1的橫截面圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的階段600-2的橫截面圖。功函數(shù)金屬170被蝕刻以被局部凹陷到凹陷的opl180的平面。圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段700-1的橫截面圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的階段700-2的橫截面圖。opl180被剝離，使凹陷的功函數(shù)金屬170被暴露?？梢允褂美绨ǘ趸嫉臍怏w剝離opl180。

圖14是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段800-1的橫截面圖。圖15是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的階段800-2的橫截面圖。通過在功函數(shù)金屬170表面上的選擇性金屬生長，生長柵極金屬190。圖14和15示例出本文中描述的實施例與用于形成替代柵極的當前工藝相比的關(guān)鍵區(qū)別。通過選擇性金屬生長而生長柵極金屬190，從而根據(jù)實施例而不需要沉積和通過rie的蝕刻。也就是說，功函數(shù)金屬170充當生長柵極金屬190所必需的種子層，從而使柵極金屬190僅在功函數(shù)金屬170的表面上生長。由此，因為在階段600-1和600-2使功函數(shù)金屬170凹陷，所以柵極金屬190也可以無需任何蝕刻而生長成凹陷的。柵極金屬190可以是例如鎢(w)、鋁(al)、鈷(co)、磷(p)或硼(b)。柵極金屬190也可以是例如摻雜有co的w、p或b。如階段800-1和800-2的比較所指示，當溝槽121充分窄(如在階段800-1中)時，柵極金屬190的生長將導致連續(xù)填充。也就是說，圖14所示的橫截面圖中的溝槽121的兩側(cè)處的柵極金屬190的生長將充分靠近而形成所示的連續(xù)的柵極金屬190層。與之相反，圖15所示的橫截面圖中的溝槽121的兩側(cè)處的柵極金屬190的生長將被充分隔開以使得將產(chǎn)生間隙191。

圖16是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件的形成中的另一階段900-1的橫截面圖。圖17是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一示例性finfet器件的形成中的階段900-2的橫截面圖。在鑲嵌工藝中，在柵極金屬190之上形成電介質(zhì)蓋195。電介質(zhì)蓋195可以是氮化硅(sin)材料。該sin材料可以在低于500攝氏度的溫度下形成。如圖17所示，電介質(zhì)蓋195也填充間隙191。如上所述，在圖14和16所示的實施例中不存在這樣的間隙191，從而在連續(xù)柵極金屬190層上方形成電介質(zhì)蓋195。圖18是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性finfet器件100的形成中的另一階段1000的橫截面圖。該階段1000適用于具有相對較寬的柵極101(以及，由此具有間隙191)的finfet器件。如所示，去除電介質(zhì)蓋195并進行鎢(w)197再填充。該w197填充提供無法通過間隙191來實現(xiàn)的必要的柵極導電性。

上面詳細描述的工藝不僅解決了與獲得凹陷的柵極金屬有關(guān)的挑戰(zhàn)，也防止了柵極金屬區(qū)域中出現(xiàn)空隙。也就是說，常規(guī)的柵極金屬填充技術(shù)容易在柵極金屬填充時形成縫隙或空洞。根據(jù)上述選擇性生長(以及根據(jù)某些實施例的w填充)，獲得沒有任何縫隙或空洞的連續(xù)柵極金屬層。

在本文中使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定的實施例而并非旨在限制本發(fā)明。如在本文中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”旨在也包括復數(shù)形式，除非上下文中另外明確指出。還將理解，當在本說明書中使用時，術(shù)語“包括”和/或“包含”規(guī)定存在所聲明的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。

下面的權(quán)利要求中的所有裝置或步驟加功能要素的對應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動作和等價物旨在包括用于與具體要求保護的其他要求保護的要素組合地執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動作。本發(fā)明的描述是為了示例和描述的目的而給出的，并非旨在以所公開的形式窮舉或限制本發(fā)明。在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，多種變型和變更對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。為了最好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并且為了使本領(lǐng)域的其他普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實施例及其適于所預期的特定用途的各種變型，選擇和描述了實施例。

本文中描述的流程圖僅僅是一個例子。在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，可以存在對該圖或其中描述的步驟(或操作)的許多變型。例如，所述步驟可以以不同的順序進行，或者可以添加、刪除或修改這些步驟。所有這些變型都被視為所要求保護的發(fā)明的一部分。

盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是將理解，在現(xiàn)在以及將來，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出落入后附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的各種改進和增強。這些權(quán)利要求應(yīng)當被解釋為維持對首先描述的本發(fā)明的適當保護。

本發(fā)明的各種實施例的描述是為了示例的目的而給出的，并非旨在窮舉或限制所公開的實施例。在不偏離所描述的實施例的范圍和精神的情況下，多種變型和變更對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。本文中所使用的術(shù)語被選擇以最好地解釋實施例的原理、實際應(yīng)用或?qū)υ谑袌鲋兴l(fā)現(xiàn)的技術(shù)的技術(shù)改進，或者使本領(lǐng)域的其他普通技術(shù)人員能夠理解本文中所公開的實施例。