制造柵極結(jié)構(gòu)的方法
【專利說明】制造柵極結(jié)構(gòu)的方法
[0001]本申請是2010年5月19日提交的優(yōu)先權(quán)日為2009年12月21日的申請?zhí)枮?01010185547.5的名稱為“用于場效應晶體管的柵極電極以及場效應晶體管”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種集成電路制作，且特別涉及制造柵極結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著晶體管尺寸的縮減，需要降低柵極氧化物(gate oxide)厚度以維持具有經(jīng)縮減柵極長度(gate length)的表現(xiàn)。然而，為了降低柵極漏電流(gateleakage)，因而采用了高介電常數(shù)(high-k)柵極介電膜層，在維持較大技術(shù)節(jié)點中所采用的公知柵極氧化物所具有的相同等效厚度時其可具有較高的物理厚度。
[0004]此外，隨著技術(shù)節(jié)點縮減，在部分集成電路設計中，便需要采用金屬柵極電極以取代公知多晶硅柵極電極，借以改善具有縮減特征尺寸的元件的表現(xiàn)。形成金屬柵極的工藝之一是“后柵極(gate last)”工藝，其內(nèi)金屬柵極最后制備形成，因而允許了柵極電極免于受到某些高溫工藝的影響，例如受到源極/漏極回火程序的影響。
[0005]圖1為一剖面圖，顯示了采用“后柵極”工藝所制造得到的用于場效應晶體管100的公知柵極結(jié)構(gòu)(gate structure) 120。在此，場效應晶體管100形成于基底102內(nèi)且鄰近于多個隔離區(qū)104的有源區(qū)103之上。場效應晶體管100包括形成于基底102的有源區(qū)103內(nèi)的多個源極/漏極區(qū)106與輕度摻雜區(qū)108、包括依序形成于基底120上的中間層122、柵極介電層124與多膜層金屬柵極電極120a的柵極結(jié)構(gòu)120、以及分別形成于柵極結(jié)構(gòu)120的兩側(cè)側(cè)壁上的柵極間隔物110。此外，于基底102之上也可形成有接觸蝕刻停止層112與層間介電層114。
[0006]該多膜層金屬柵極電極120a包括了依序形成于柵極介電層124上方的下方部(lower port1n) 126以及上方部(upper port1n) 128。下方部126由作為功函數(shù)金屬層(work-funct1n metal layer)且具有第一電阻值的第一金屬材料所構(gòu)成。上方部128則由作為一內(nèi)連金屬層(interconnect1n metal layer)且具有低于上述第一電阻值的第二電阻值的第二金屬材料所構(gòu)成。由于具有較低電阻值的上方部128僅占據(jù)了該多膜層金屬柵極電極120a區(qū)域的一小部分，可以觀察到的是該多膜層金屬柵極電極120a將表現(xiàn)出較高的柵極電阻值，如此將增加了電路的阻容延遲(RC delay)且劣化了裝置表現(xiàn)。
[0007]如此，便需要用于柵極結(jié)構(gòu)的具有較低柵極電阻值的金屬柵極電極(metal gateelectrode)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實施例提供了一種制造柵極結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括:在介電層中形成溝槽；在所述溝槽中形成柵極介電層，其中，所述柵極介電層限定所述介電層中的開口 ；以及在所述開口中形成柵電極，其中，形成所述柵電極包括:以具有第一電阻的第一金屬材料填充所述開口的底部的寬度，其中，所述第一金屬材料具有凹槽；和以具有第二電阻的同質(zhì)的第二金屬材料填充所述開口的頂部的整個寬度，所述第二電阻小于所述第一電阻，其中，所述同質(zhì)的第二金屬材料具有延伸至所述凹槽的突出部，并且所述同質(zhì)的第二金屬材料的最大寬度等于所述第一金屬材料的最大寬度，其中，所述柵極介電層的頂面與所述同質(zhì)的第二金屬材料的頂面共面。
[0009]在上述方法中，其中，填充所述底部的寬度包括形成最大厚度在從300埃至2900埃的范圍內(nèi)的所述第一金屬材料。
[0010]在上述方法中，其中，填充所述頂部的整個寬度包括形成最小厚度在從50埃至2700埃的范圍內(nèi)的所述同質(zhì)的第二金屬材料。
[0011]在上述方法中，其中，填充所述底部的寬度包括形成最小厚度在從30埃至150埃的范圍內(nèi)的所述第一金屬材料。
[0012]在上述方法中，還包括:在所述柵極介電層和襯底之間形成界面層。
[0013]在上述方法中，其中，填充所述底部的寬度包括形成所述第一金屬材料，所述第一金屬材料包括以下的至少一種:T1、Ta、W、TiAl、Co、其合金或包含C和/或N的化合物金屬。
[0014]在上述方法中，其中，填充所述頂部的整個寬度包括形成選自由Al、Cu、Co和W所組成族群的所述同質(zhì)的第二金屬材料。
[0015]在上述方法中，還包括:在所述同質(zhì)的第二金屬材料和所述第一金屬材料之間形成阻擋層。
[0016]本發(fā)明的另一實施例提供了一種制造晶體管的方法，所述方法包括:在介電層中形成溝槽，所述溝槽暴露襯底的有源區(qū)；在所述溝槽中形成柵極結(jié)構(gòu)，其中，形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括:在所述溝槽中形成柵極電介質(zhì)；以具有第一電阻的第一金屬材料填充所述溝槽的底部的寬度，其中，所述第一金屬材料包括凹槽；和以具有第二電阻的同質(zhì)的第二金屬材料填充所述第一金屬材料之上的所述溝槽的整個寬度，所述第二電阻小于所述第一電阻，其中，所述同質(zhì)的第二金屬材料包括延伸至所述凹槽的突出部，并且所述突出部的厚度等于所述同質(zhì)的第二金屬材料的外周處的厚度，并且所述同質(zhì)的第二金屬材料的最大寬度等于所述第一金屬材料的最大寬度，所述柵極電介質(zhì)的頂面與所述同質(zhì)的第二金屬材料的頂面共面。
[0017]在上述方法中，其中，填充所述底部的寬度包括形成包括功函數(shù)金屬的堆疊層。
[0018]在上述方法中，其中，填充所述底部的寬度包括形成包括功函數(shù)金屬的堆疊層，其中，形成所述堆疊層包括形成選自由TiN、Ta、TaN和WN所組成族群的材料。
[0019]在上述方法中，其中，形成所述柵極電介質(zhì)包括在所述溝槽中形成高k介電層。
[0020]在上述方法中，還包括:在所述柵極電介質(zhì)和所述襯底之間形成界面層。
[0021]在上述方法中，還包括:在所述柵極電介質(zhì)和所述襯底之間形成界面層，形成所述界面層包括:形成包括氮氧化硅、硅酸鉿或氧化鋁基介電材料中的至少一種的所述界面層。
[0022]在上述方法中，其中，填充所述底部的寬度包括:以所述第一金屬材料部分地填充所述溝槽；以犧牲材料填充所述凹槽；去除所述第一金屬材料的頂部；以及去除所述犧牲材料。
[0023]在上述方法中，其中，填充所述底部的寬度包括:以所述第一金屬材料部分地填充所述溝槽；以犧牲材料填充所述凹槽；去除所述第一金屬材料的頂部；以及去除所述犧牲材料，以所述犧牲材料填充所述凹槽包括以包括多晶硅、光阻或旋轉(zhuǎn)涂布電介質(zhì)的至少一種的所述犧牲材料填充所述凹槽。
[0024]在上述方法中，其中，填充所述底部的寬度包括:以所述第一金屬材料部分地填充所述溝槽；以犧牲材料填充所述凹槽；去除所述第一金屬材料的頂部；以及去除所述犧牲材料，去除所述第一金屬材料的頂部包括:使用包括SC-1或SPM的濕蝕刻化學蝕刻所述第一金屬材料。
[0025]在上述方法中，其中，填充所述底部的寬度包括:以所述第一金屬材料部分地填充所述溝槽；以犧牲材料填充所述凹槽；去除所述第一金屬材料的頂部；以及去除所述犧牲材料，去除所述第一金屬材料的頂部包括:使用包括SC-1或SPM的濕蝕刻化學蝕刻所述第一金屬材料，蝕刻所述第一金屬材料包括:使用進一步包括氧化劑的濕蝕刻化學。
[0026]本發(fā)明的又一實施例提供了一種制造柵極結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括:在襯底上方的層中形成溝槽；在所述溝槽中形成柵極結(jié)構(gòu)，其中，形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括:填充所述溝槽的底部的寬度，形成柵電極的下部，所述下部包括具有第一電阻的第一金屬材料，其中，所述下