用于器件的金屬柵極方案及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了柵極結(jié)構(gòu)和形成柵極結(jié)構(gòu)的方法。在一些實施例中，方法包括在襯底中形成源極/漏極區(qū)，以及在源極/漏極區(qū)之間形成柵極結(jié)構(gòu)。該柵極結(jié)構(gòu)包括位于襯底上方的柵極介電層、位于柵極介電層上方的功函調(diào)節(jié)層、位于功函調(diào)節(jié)層上方的第一金屬、位于第一金屬上方的粘合層以及位于粘合層上方的第二金屬。在一些實施例中，粘合層可以包括第一金屬和第二金屬的合金，并且可以通過使第一金屬和第二金屬退火來形成。在其他實施例中，粘合層可以包括第一金屬和/或第二金屬中的至少一種的氧化物，并且可以至少部分地通過將第一金屬暴露于含氧等離子體或自然環(huán)境來形成。本發(fā)明的實施例還涉及用于器件的金屬柵極方案及其形成方法。
【專利說明】
用于器件的金屬柵極方案及其形成方法
[0001 ] 本申請要求2015年4月30日提交的標(biāo)題為"Metal Gate Scheme for Device and Methods of化rming"的美國臨時申請第62/155，278號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容結(jié)合 于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實施例設(shè)及集成電路器件，更具體地，設(shè)及用于器件的金屬柵極方案及 其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 半導(dǎo)體器件用于各種電子應(yīng)用中，作為實例，諸如個人計算機、手機、數(shù)碼相機和 其他電子設(shè)備。通常通過在半導(dǎo)體襯底上方依次沉積絕緣或介電層、導(dǎo)電層和半導(dǎo)體材料 層W及使用光刻圖案化各個材料層W在材料層上形成電路組件和元件來制造半導(dǎo)體器件。
[0004] 晶體管是通常形成在半導(dǎo)體器件上的電路組件或元件。取決于電路設(shè)計，除了電 容器、電感器、電阻器、二極管、導(dǎo)線或其他元件之外，可W在半導(dǎo)體器件上形成許多晶體 管。場效應(yīng)晶體管(FET)是其中一種類型的晶體管。
[0005] 通常在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，晶體管包括形成在源極區(qū)和漏極區(qū)之間的柵極堆疊件。源 極區(qū)和漏極區(qū)可W包括襯底的滲雜區(qū)并且可W展示出適合于特定應(yīng)用的滲雜輪廓。柵極堆 疊件定位在溝道區(qū)上方并且可W包括介入于柵電極和襯底中的溝道區(qū)之間的柵極電介質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的實施例提供了一種方法，包括:在襯底中形成第一源極/漏極區(qū)和第二源 極/漏極區(qū)；W及在所述第一源極/漏極區(qū)和所述第二源極/漏極區(qū)之間W及所述襯底上方 形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括:柵極介電層，位于所述襯底上方，功函調(diào)節(jié)層，位于所述 柵極介電層上方，第一金屬，位于所述功函調(diào)節(jié)層上方，粘合層，位于所述第一金屬上方，和 第二金屬，位于所述粘合層上方，所述第二金屬與所述第一金屬不同。
[0007] 本發(fā)明的另一實施例提供了一種方法，包括:在襯底中形成第一源極/漏極區(qū)和第 二源極/漏極區(qū)；在所述襯底上方形成層間電介質(zhì)，開口穿過所述層間電介質(zhì)至所述襯底， 所述開口位于所述第一源極/漏極區(qū)和所述第二源極/漏極區(qū)之間；在所述開口中和所述襯 底上方形成柵極介電層;在所述開口中和所述柵極介電層上方形成功函調(diào)節(jié)層;在所述開 口中和所述功函調(diào)節(jié)層上方形成第一金屬;在所述開口中和所述第一金屬上方形成第二金 屬，所述第二金屬與所述第一金屬不同；W及在所述第一金屬和所述第二金屬之間形成粘 合層。
[0008] 本發(fā)明的又一實施例提供了一種結(jié)構(gòu)，包括:第一源極/漏極區(qū)和第二源極/漏極 區(qū)，位于襯底中；柵極結(jié)構(gòu)，位于所述襯底上W及所述第一源極/漏極區(qū)和所述第二源極/漏 極區(qū)之間，所述柵極結(jié)構(gòu)包括:柵極介電層，位于所述襯底上方，功函調(diào)節(jié)層，位于所述柵極 介電層上方，第一金屬，位于所述功函調(diào)節(jié)層上方，粘合層，位于所述第一金屬上方，和第二 金屬，位于所述粘合層上方，所述第二金屬與所述第一金屬不同；W及層間電介質(zhì)，位于所 述襯底上方和所述柵極結(jié)構(gòu)周圍。
【附圖說明】
[0009] 當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，從W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)實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各個部件的尺 寸可W任意地增大或減小。
[0010] 圖語圖8是根據(jù)一些實施例的在互補場效應(yīng)晶體管(FET)的制造中的中間階段的 截面圖。
[0011] 圖9是根據(jù)一些實施例的FET的柵極結(jié)構(gòu)的放大圖。
【具體實施方式】
[0012] W下公開內(nèi)容提供了許多用于實現(xiàn)本發(fā)明的不同特征的不同實施例或?qū)嵗?。下?描述了組件和布置的具體實例W簡化本發(fā)明。當(dāng)然，運些僅僅是實例，而不旨在限制本發(fā) 明。例如，在W下描述中，在第一部件上方或者上形成第一部件可W包括第一部件和第一部 件直接接觸形成的實施例，并且也可W包括在第一部件和第一部件之間可W形成額外的部 件，從而使得第一部件和第一部件可W不直接接觸的實施例。此外，本發(fā)明可在各個實例中 重復(fù)參考標(biāo)號和/或字符。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 個實施例和/或配置之間的關(guān)系。
[001引而且，為便于描述，在此可W使用諸如巧…之下"、"在…下方"、"下部'、"在…之 上"、"上部"等的空間相對術(shù)語，W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。裝置可W W其他方式定向（旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上），而本文使用的空間相對 描述符可W同樣地作相應(yīng)的解釋。
[0014] 根據(jù)各個實施例提供了場效應(yīng)晶體管(FET)及其形成方法。示出了形成FET的中間 階段。在使用后柵極工藝形成的平面FET的背景下討論了本文中討論的一些實施例。一些實 施例預(yù)期諸如FinFET的其他器件中使用的方面。討論了實施例的一些變化。本領(lǐng)域一般技 術(shù)人員將容易理解，可W作出的其他修改預(yù)期在其他實施例的范圍內(nèi)。雖然W特定順序討 論了方法實施例，各種其他方法實施例可W W任何邏輯順序?qū)嵤┎⑶铱蒞包括本文中描述 的更少或更多的步驟。
[0015] 圖語圖8是根據(jù)示例性實施例的在互補FET的制造中的中間階段的截面圖。圖1示 出了襯底40。襯底40可W是半導(dǎo)體襯底，諸如塊狀半導(dǎo)體襯底、絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底、 多層襯底或梯度襯底等。襯底40可W包括半導(dǎo)體材料，諸如包括Si和Ge的元素半導(dǎo)體;包括 SiC、SiGe、GaAs、GaP、GaAsP、AlInAs'AlGaAs'GaInAs、InAs、GaInP、InP、InSb和/或GaInAsP 的化合物或合金半導(dǎo)體;或它們的組合。襯底40可W是滲雜或未滲雜的。在具體實例中，襯 底40是塊狀娃襯底。
[0016] 圖2示出了位于襯底40中（諸如第一區(qū)100和第一區(qū)100之間）的隔離區(qū)42(諸如淺 溝槽隔離(STI)區(qū)）的形成。在一些實施例中，為了形成隔離區(qū)42,通過蝕刻在襯底40中形成 溝槽。該蝕刻可W是任何可接受的蝕刻工藝，諸如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、中性束蝕刻(NBE)等 或它們的組合。該蝕刻可W是各向異性的。在溝槽中形成絕緣材料。絕緣材料可W是諸如氧 化娃的氧化物、氮化物等或它們的組合并且可W通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積化DP- CVD)、可流動CVD(FCVD)(例如，遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)中的CVD基材料沉積W及后固化W使其轉(zhuǎn) 化成諸如氧化物的另一材料)等或它們的組合形成?？蒞使用通過任何可接受工藝形成的 其他絕緣材料。在示出的實施例中，絕緣材料是通過FCVD工藝形成的氧化娃。一旦形成絕緣 材料，可W實施退火工藝。進(jìn)一步在圖2中，諸如化學(xué)機械拋光(CMP)的平坦化工藝可W去除 任何過量的絕緣材料并且形成共面的隔離區(qū)42的頂面和襯底40的頂面。
[0017] 雖然未具體示出，可W在襯底40中形成適當(dāng)?shù)内?。例如，可W在襯底40的第一區(qū) 100中形成P阱，其中將形成諸如n型FET的n型器件，并且可W在襯底40的第二區(qū)200中形成n 阱，其中將形成諸如P型FET的P型器件。
[0018] 例如，為了在第一區(qū)100中形成P阱，可W在襯底40的第二區(qū)200上方形成光刻膠。 可W圖案化光刻膠W暴露襯底40的第一區(qū)100。光刻膠可W通過使用旋涂技術(shù)形成并且可 W使用可接受的光刻技術(shù)圖案化。一旦圖案化光刻膠，可W在第一區(qū)100中實施P型雜質(zhì)注 入，并且光刻膠可W用作掩模W基本上防止P型雜質(zhì)注入到第二區(qū)200中的襯底40內(nèi)。P型雜 質(zhì)可W是棚、BF2等，其注入到第一區(qū)100中的襯底40中至等于或小于IQiScnf3的濃度，諸如介 于約10"cnf哺約之間。在注入之后，諸如通過可接受的灰化工藝，可W去除光刻膠。
[0019] 此外，為了在第二區(qū)200中形成n阱，可W在襯底40的第一區(qū)100上方形成光刻膠。 可W圖案化光刻膠W暴露襯底40的第二區(qū)200。光刻膠可W通過使用旋涂技術(shù)形成并且可 W使用可接受的光刻技術(shù)圖案化。一旦圖案化光刻膠，可W在第二區(qū)200中實施n型雜質(zhì)注 入，并且光刻膠可W用作掩模W基本上防止n型雜質(zhì)注入到第一區(qū)100中的襯底40內(nèi)。n型雜 質(zhì)可W是憐、神等，其注入到第二區(qū)200中的襯底40中至等于或小于IQiScnf3的濃度，諸如介 于約10"cnf哺約IQiScnf3之間。在注入之后，諸如通過可接受的灰化工藝，可W去除光刻膠。 在注入之后，可W實施退火W活化注入的P型和n型雜質(zhì)。該注入可W在第一區(qū)100中的襯底 40中形成P阱并且在第二區(qū)200中的襯底40中形成n阱。
[0020] 在圖3中，在襯底40上形成偽介電層。例如，偽介電層可W是氧化娃、氮化娃、它們 的組合等并且可W根據(jù)諸如CVD、熱氧化等的可接受的技術(shù)沉積或熱生長。在偽介電層上方 形成偽柵極層?？蒞在偽介電層上方諸如通過使用CVD等沉積偽柵極層，并且然后諸如通過 CMP平坦化。例如，偽柵極層可W包括多晶娃，但是也可W使用具有高蝕刻選擇性的其他材 料。然后在偽柵極層上方形成掩模層。諸如通過使用CVD等在偽柵極層上方可W沉積掩模 層。例如，掩模層可W包括氮化娃、氮氧化娃、碳氮化娃等。
[0021] 可W使用可接受的光刻和蝕刻技術(shù)圖案化掩模層W形成掩模50。然后可W通過可 接受的蝕刻技術(shù)將掩模50的圖案轉(zhuǎn)印至偽柵極層和偽介電層W分別由偽柵極層和偽介電 層形成偽柵極48和偽柵極電介質(zhì)46。蝕刻可W包括諸如RIE、NBE等的可接受的各向異性蝕 亥IJ。偽柵極48和偽柵極電介質(zhì)46的寬度W可W在從約10皿至約240皿的范圍內(nèi)，諸如約20皿。 偽柵極48和偽柵極電介質(zhì)46的每個堆疊件具有組合高度H。高度H可W在從約20nm至約SOnm 的范圍內(nèi)，諸如約40nm。高度H與寬度W的高寬比可W在從約0.1至約8的范圍內(nèi)，諸如約5。偽 柵極48覆蓋襯底40中的相應(yīng)的溝道區(qū)。
[0022] 可W實施用于輕滲雜源極/漏極化DD)區(qū)52的注入。類似于W上討論的注入，可W 在第二區(qū)200(例如，用于P型器件)上方形成諸如光刻膠的掩模，而暴露第一區(qū)100(例如，用 于n型器件），并且可W在第一區(qū)100中的暴露襯底40內(nèi)注入n型雜質(zhì)。然后可W去除掩模。隨 后，可W在第一區(qū)100上方形成諸如光刻膠的掩模，而暴露第二區(qū)200,并且可W在第二區(qū) 200中的暴露襯底40內(nèi)注入P型雜質(zhì)。然后可W去除掩模。n型雜質(zhì)可W是先前討論的任何n 型雜質(zhì)，并且P型雜質(zhì)可W是先前討論的任何P型雜質(zhì)。輕滲雜源極/漏極區(qū)52可W具有從約 l〇i5cm-3至約l〇i6cm-3的雜質(zhì)濃度。退火可W用于活化注入的雜質(zhì)。
[0023] 沿著偽柵極48和偽柵極電介質(zhì)46的側(cè)壁形成柵極間隔件54?？蒞通過共形地沉積 (諸如通過CVD等)材料和隨后各向異性地蝕刻該材料形成柵極間隔件54。柵極間隔件54的 材料可W是氮化娃、碳氮化娃、它們的組合等。
[0024] 進(jìn)一步在圖3中，在襯底40中形成外延源極/漏極區(qū)56?？蒞在第二區(qū)200中形成硬 掩模層，而第一區(qū)100中的襯底40保持暴露。硬掩模層可W是通過CVD等沉積的氮化娃、碳氮 化娃、氮氧化娃、碳氮氧化娃等或它們的組合?？蒞使用形成硬掩模層的其他材料和方法。 可W使用諸如RIE、N肥等的任何可接受的光刻和蝕刻工藝圖案化硬掩模層W暴露第一區(qū) 100。由于第一區(qū)100暴露并且第二區(qū)200被掩蔽，實施對第一區(qū)100中的襯底40具有選擇性 的蝕刻。該蝕刻可W是諸如干或濕蝕刻的任何可接受的蝕刻，該蝕刻可W是各向異性或各 向同性的。該蝕刻使第一區(qū)100中的源極/漏極區(qū)凹進(jìn)。然后在第一區(qū)100中的凹槽中外延生 長外延源極/漏極區(qū)56。外延生長可W通過使用金屬有機化學(xué)汽相沉積(M OCVD)、分子束外 延(MBE)、液相外延化PE)、汽相外延(VPE)等或它們的組合。第一區(qū)100中的外延源極/漏極 區(qū)56可W包括諸如適合于例如n型的器件類型的任何可接受的材料。例如，用于n型器件的 外延源極/漏極區(qū)56可W包括娃、SiC、SiCP、SiP等。然后，例如，使用對硬掩模層的材料具有 選擇性的蝕刻，可W從第二區(qū)200去除硬掩模層。
[0025] 可W在第一區(qū)100中形成另一硬掩模層，而第二區(qū)200中的襯底40保持暴露。硬掩 模層可W是通過CVD等沉積的氮化娃、碳氮化娃、氮氧化娃、碳氮氧化娃等或它們的組合?？?W使用形成硬掩模層的其他材料和方法。可W使用諸如RIE、N肥等的任何可接受的光刻和 蝕刻工藝圖案化硬掩模層W暴露第二區(qū)200。由于第二區(qū)200暴露并且第一區(qū)100被掩蔽，實 施對第二區(qū)200中的襯底40具有選擇性的蝕刻。該蝕刻可W是諸如干或濕蝕刻的任何可接 受的蝕刻，該蝕刻可W是各向異性或各向同性的。該蝕刻使第二區(qū)200中的源極/漏極區(qū)凹 進(jìn)。然后在第二區(qū)200中的凹槽中外延生長外延源極/漏極區(qū)56。外延生長可W通過使用M 0CVD、M肥、L陽、V陽等或它們的組合。第二區(qū)200中的外延源極/漏極區(qū)56可W包括諸如適合 于例如P型的器件類型的任何可接受的材料。例如，用于P型器件的外延源極/漏極區(qū)56可W 包括5166、51668、66、66511等。然后，例如，使用對硬掩模層的材料具有選擇性的蝕刻，可^ 從第一區(qū)100去除硬掩模層。
[0026] 類似于先前討論的用于形成輕滲雜源極/漏極區(qū)的工藝，外延源極/漏極區(qū)56可W 注入有滲雜劑，隨后進(jìn)行退火。源極/漏極區(qū)可W具有介于約l〇"cnr哺約IO2Icnf3之間的雜 質(zhì)濃度。用于第一區(qū)100中的n型器件的源極/漏極區(qū)的n型雜質(zhì)可W是先前討論的任何n型 雜質(zhì)，并且用于第二區(qū)200中的P型器件的源極/漏極區(qū)的P型雜質(zhì)可W是先前討論的任何P 型雜質(zhì)。在其他實施例中，可W在生長期間原位滲雜外延源極/漏極區(qū)56。
[0027] 在圖4中，在外延源極/漏極區(qū)56、柵極間隔件54、掩模50和隔離區(qū)42上共形地形成 蝕刻停止層化化)58。在一些實施例中，E化58可W包括使用原子層沉積(ALD)、CVD等或它 們的組合形成的氮化娃、碳氮化娃等。在ESL 58上方沉積底部層間電介質(zhì)（ILDO)SO JLDO 60可W包括憐娃酸鹽玻璃(PSG)、棚娃酸鹽玻璃(BSG)、棚滲雜的憐娃酸鹽玻璃(BPSG)、未滲 雜的娃酸鹽玻璃化SG)等并且可W通過諸如CVD、等離子體增強CVD(陽CVDKFCVD等或它們 的組合沉積。
[0028] 在圖5中，實施諸如CMP的平坦化工藝W使ILDO 60的頂面與偽柵極48的頂面齊平。 CMP也可W從偽柵極48上方去除掩模50和ESL 58。因此，通過ILDO 60暴露偽柵極48的頂面。 在蝕刻步驟中去除偽柵極48和偽柵極電介質(zhì)46,從而使得形成至襯底40的穿過ILDO 60并 且由柵極間隔件54限定的開口。由于通過偽柵極48和偽柵極電介質(zhì)46的去除限定開口，所 W每個開口均可W具有與W上關(guān)于圖3討論的寬度W和高度H對應(yīng)的高寬比。每個開口均暴 露襯底40的區(qū)域100和200中的相應(yīng)的有源區(qū)中的溝道區(qū)。每個溝道區(qū)設(shè)置在相應(yīng)的一對外 延源極/漏極區(qū)56之間。蝕刻步驟可W對偽柵極48和偽柵極電介質(zhì)46的材料具有選擇性，該 蝕刻可W是干蝕刻或濕蝕刻。當(dāng)蝕刻偽柵極4別寸，在蝕刻期間，偽柵極電介質(zhì)46可W用作蝕 刻停止層。在去除偽柵極48之后，然后可W蝕刻偽柵極電介質(zhì)46。雖然未具體示出，取決于 用于ILDO 60和偽柵極電介質(zhì)46的材料的類似性，當(dāng)去除偽柵極電介質(zhì)46時，可W使ILDO 60凹進(jìn)，并且該凹進(jìn)可W使得ESL 58和/或柵極間隔件54的部分突出于ILDO 60的頂面之 上。
[0029] 在每個開口中和襯底40上形成界面電介質(zhì)62。例如，界面電介質(zhì)62可W是通過熱 氧化等形成的氧化物等。界面電介質(zhì)62的厚度可W在從約5A至約50A的范圍內(nèi)，諸如約 1化4。然后在ILDO 60的頂面±和沿著柵極間隔件54的側(cè)壁的開口中W及在界面電介質(zhì)62 上共形地形成柵極介電層64。在一些實施例中，柵極介電層64包括高k介電材料，并且在運 些實施例中，柵極介電層64可W具有大于約7.0的k值并且可W包括Hf、Al、化、La、Mg、Ba、 Ti、化的金屬氧化物或娃酸鹽W及它們的組合。柵極介電層64的形成方法可W包括ALD、 CVD、分子束沉積(MBD)等或它們的組合。柵極介電層64的厚度可W在從約SA至約純A的 范圍內(nèi)，諸如約15A。
[0030] 然后在柵極介電層64上共形地形成覆蓋層。在示出的實施例中，覆蓋層包括第一 子層66和第二子層68。在一些實施例中，覆蓋層可W是單層或可W包括額外的子層。覆蓋層 可W用作阻擋層W防止隨后沉積的含金屬材料擴散到柵極介電層64內(nèi)。此外，如圖所示，如 果第一子層66由與功函調(diào)節(jié)層相同的材料形成，則第二子層68可W在區(qū)域100和200中形成 功函調(diào)節(jié)層期間用作蝕刻停止，如隨后將變得更清楚的。第一子層66可W包括通過ALD、CVD 等共形地沉積在柵極介電層64上的氮化鐵(TiN)等。第二子層68可W包括通過ALD、CVD等共 形地沉積在第一子層666上的氮化粗(TaN)等。覆蓋層的厚度可W在從約IQA至約SQA的 范圍內(nèi)，諸如約20兒在示出的實施例中，第一子層66的厚度可W在從約H)A至約50A的 范圍內(nèi)，諸如約15A,并且第二子層68的厚度可W在從約IOA至約50A的范圍內(nèi)，諸如約 15A。
[0031] 然后在覆蓋層上（例如，第二子層68上)共形地形成第一功函調(diào)節(jié)層70。第一功函 調(diào)節(jié)層70可W是具有任何可接受的厚度的任何可接受的材料W將諸如P型器件的器件的功 函數(shù)調(diào)節(jié)至給予將形成的器件的應(yīng)用的期望量，并且可W使用任何可接受的沉積工藝沉 積。在一些實施例中，第一功函調(diào)節(jié)層70包括通過ALD、CVD等沉積的氮化鐵(TiN)等。第一功 函調(diào)節(jié)層70的厚度可W在從約20A至約IOOA的范圍內(nèi)，諸如約50瓜。
[0032] 然后在第二區(qū)200中的第一功函調(diào)節(jié)層70上方圖案化掩模72,而第一區(qū)100中的第 一功函調(diào)節(jié)層70暴露。在一些實施例中，掩模72是光刻膠，其可W形成在第二區(qū)200上方。可 W圖案化光刻膠W暴露第一區(qū)100。可W通過使用旋涂技術(shù)形成光刻膠，并且可W使用可接 受的光刻技術(shù)圖案化光刻膠。如圖6所示，一旦圖案化掩模72,實施對第一功函調(diào)節(jié)層70具 有選擇性的蝕刻W從第一區(qū)100去除第一功函調(diào)節(jié)層70。第一區(qū)100中的第二子層68可W在 該蝕刻期間用作蝕刻停止。如果掩模72是光刻膠，然后諸如通過使用適當(dāng)?shù)幕一幚砣コ?掩模72。
[0033] 進(jìn)一步在圖6中，然后第二功函調(diào)節(jié)層74共形地形成在第一區(qū)100中的覆蓋層(例 如，第二子層68)上和共形地形成在第二區(qū)200中的第一功函調(diào)節(jié)層70上。第二功函調(diào)節(jié)層 74可W是具有任何可接受的厚度的任何可接受的材料W將器件的功函數(shù)調(diào)節(jié)至給予將形 成的器件的應(yīng)用的期望量，并且可W使用任何可接受的沉積工藝沉積。在一些實施例中，第 二功函調(diào)節(jié)層74包括通過ALDXVD等沉積的鐵侶（TiAl)等。第二功函調(diào)節(jié)層74的厚度可W 在從約20A至約80A的范圍內(nèi)，諸如約40A。
[0034] 然后在第一區(qū)100和第二區(qū)200中的第二功函調(diào)節(jié)層74上共形地形成阻擋層76。阻 擋層76可W是任何可接受的材料W防止隨后沉積的含金屬材料擴散到下面的層內(nèi)，并且也 可W用作另外的功函調(diào)節(jié)層?？蒞使用任何可接受的沉積工藝沉積阻擋層76。在一些實施 例中，阻擋層76包括通過ALD、CVD等沉積的氮化鐵(TiN)等。阻擋層76的厚度可W在從約 20A至約1OOA的范圍內(nèi)，諸如約60A。
[0035] 然后在第一區(qū)100和第二區(qū)200中的阻擋層76上共形地形成第一金屬層78。第一金 屬層78可W是任何可接受的金屬并且可W使用任何可接受的沉積工藝沉積。在一些實施例 中，第一金屬層78是通過物理汽相沉積(PVD)、ALD、CVD等沉積的鉆(Co)等。第一金屬層78的 厚度可W在從約IQA至約50A的范圍內(nèi)，諸如約20A。
[0036] 在第一區(qū)100和第二區(qū)200中的第一金屬層78上共形地形成粘合層80。隨后討論示 例粘合層和形成粘合層的方法。
[0037] 在第一區(qū)100和第二區(qū)200中的粘合層80上形成第二金屬82。在一些實施例中，第 二金屬82是與第一金屬78不同的金屬。第二金屬82可W是任何可接受的金屬并且可W使用 任何可接受的沉積工藝沉積。在一些實施例中，第二金屬82是通過PVDXVD等沉積的侶等。 可W在沉積第一金屬78之后原位實施第二金屬82的沉積。第二金屬82填充開口的未填充部 分。
[0038] 再次參照粘合層80,在一些實施例中，粘合層80是氧化物層。例如，氧化物層可W 是第一金屬78的氧化物，可W包括第一金屬78的氧化物的第一子層和第二金屬82的氧化物 的第二子層，或可W是第一金屬78和第二金屬82的混合物的氧化物。例如，當(dāng)?shù)谝唤饘?8是 鉆(Co)并且第二金屬82是侶(Al)時，氧化物層可W是CoOx,可W包括CoOx的子層和AlOy的子 層，或可W是CoAlyOz?？蒞在沉積第一金屬78之后和在沉積第二金屬82之前通過使用熱氧 化、含氧等離子體處理等形成氧化物層。含氧等離子體處理的實例可W是暴露于氧氣(〇2) 等離子體等。氧化物層也可W是通過將第一金屬78暴露于自然的外部環(huán)境形成的原生氧化 物，諸如通過在沉積第一金屬78之后和在沉積第二金屬82之前破壞真空，諸如通過在沉積 第一金屬78之后原位破壞真空。然后，可W在氧化物層上沉積第二金屬82。在一些情況下， 第二金屬82可W不與氧化物層反應(yīng)或不擴散到氧化物層內(nèi)，從而使得氧化物層是第一金屬 78的氧化物。在其他情況下，第二金屬82可W與氧化物層反應(yīng)或擴散到氧化物層內(nèi)，W形成 第一金屬78的氧化物的相應(yīng)的子層和第二金屬82的另一氧化物，或形成第一金屬78和第二 金屬82的混合物的氧化物。氧化物層的厚度可W在從約IOA至約50A的范圍內(nèi)，諸如約 20A。作為實例，氧化物層可W具有等于或大于2.0g/cm3的密度，諸如在從約2.0g/cm3至約 5.0g/cm3的范圍內(nèi)。
[0039] 在一些其他實施例中，粘合層80是金屬合金層。金屬合金層可W是第一金屬78和 第二金屬82的合金。例如，當(dāng)?shù)谝唤饘?8是鉆(Co)并且第二金屬82是侶(Al)時，金屬合金層 可W是CoAl層。在沉積第一金屬78和第二金屬82之后，可W實施退火W使金屬78和82之間 的界面處的金屬78和82擴散和反應(yīng)，W形成金屬合金層。退火可W在從約200°C至約500°C 的范圍內(nèi)的溫度，諸如約400°C，持續(xù)從約10秒至約600秒的范圍內(nèi)的時間，諸如約150秒。金 屬合金層的厚度可W在從約10違至約50A的范圍內(nèi)，諸如約20A。
[0040] 在圖7中，可W實施諸如CMP的平坦化工藝W去除金屬78和82W及層64、66、68、70、 74、76和80的過量部分，該過量部分位于ILDO 60的頂面上方。然后，實施對金屬78和82W及 層64、66、68、70、74、76和80具有選擇性的可控回蝕刻^使那些材料從比00 60的頂面凹進(jìn)， 運產(chǎn)生圖7中示出的柵極結(jié)構(gòu)?；匚g刻可W包括諸如RIE、NBE等的可接受的各向異性蝕刻。 [0041 ] 在金屬78和82W及層64、66、68、70、74、76和80上形成緩沖層84。在一些實施例中， 緩沖層84是氧化物層?？蒞使用熱氧化、含氧等離子體處理等形成氧化物層。含氧等離子體 處理的實例可W是暴露于氧氣(〇2)等離子體等。氧化物層也可W是通過將金屬78和82W及 層64、66、68、70、74、76和80暴露于自然的外部環(huán)境形成的原生氧化物，諸如通過在回蝕刻 之后破壞真空。緩沖層84的厚度可W在從約U)A至約50A的范圍內(nèi)，諸如約20A。氧化物 層可W具有對應(yīng)于其下面的材料的組分。例如，如果第二金屬82是侶(Al),則氧化物層可W 是氧化侶(AlOx)。氧化物層在位于第一金屬78W及層64、66、68、70、74、76和80上面的部分 附近可W具有不同的組分。在一些實施例中，與氧化物層處的第二金屬82的寬度相比，運些 金屬和層的厚度可W較小，并且因此組分的差別可W較小。氧化物層可W基本上沒有孔和/ 或空隙并且可W非常致密。作為實例，氧化物層可W具有等于或大于2.Og/cm3的密度，諸如 在從約2.0g/cm3至約5.0g/cm3的范圍內(nèi)。
[0042] 在緩沖層84上形成介電帽86。為了形成介電帽86,可W在緩沖層84之上的開口的 剩余部分中和在ILDO 60的頂面上沉積覆蓋介電層。覆蓋介電層可W包括使用CVD、PECVD等 形成的氮化娃、碳氮化娃等。然后諸如通過CMP可W平坦化覆蓋介電層W形成與ILDO 60的 頂面共面的頂面，從而形成介電帽。
[0043] 在圖8中，在ILDO 60和介電帽86上方沉積上ILD(ILD1)88,并且接觸件90形成為穿 過ILDl 88、ILD0 60和ESL 58至外延源極/漏極區(qū)56JLD1 88由諸如？56、856、8?56、1156等 的介電材料形成并且可W通過諸如CVD和PECVD的任何合適的方法沉積。用于接觸件90的開 口形成為穿過ILDl 88、ILD0 60和ESL 58?？蒞使用可接受的光刻和蝕刻技術(shù)形成開口。在 開口中形成諸如擴散阻擋層、粘合層等的襯墊W及導(dǎo)電材料。襯墊可W包括鐵、氮化鐵、粗、 氮化粗等。導(dǎo)電材料可W是銅、銅合金、銀、金、鶴、侶、儀等?？蒞實施諸如CMP的平坦化工藝 W從ILDl 88的頂面去除過量材料。剩余的襯墊和導(dǎo)電材料在開口中形成接觸件90?？蒞實 施退火工藝W分別在外延源極/漏極區(qū)56和接觸件90之間的界面處形成娃化物。
[0044] 圖8示出了第一區(qū)100中的第一器件，第一器件可W是n型FET。由于金屬78和82W 及層64、66、68、70、74、76和80包括在柵極結(jié)構(gòu)中，所^第一器件可^具有調(diào)節(jié)的闊值電壓。 圖8也示出第二區(qū)200中的第二器件，第二器件可W是P型FET。由于金屬78和82W及層64、 66、68、70、74、76和80包括在柵極結(jié)構(gòu)中，所W第二器件可W具有調(diào)節(jié)的闊值電壓。
[0045] 雖然未示例性示出，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易理解，可W對圖8中的結(jié)構(gòu)實施進(jìn) 一步的處理步驟。例如，可W在ILDl 88上方形成各種金屬間電介質(zhì)（IMD)和它們的相應(yīng)的 金屬化。
[0046] 圖9是形成在第二區(qū)200中的柵極結(jié)構(gòu)的放大圖，圖9示出為使本文中形成的層清 楚。第一區(qū)100中的柵極結(jié)構(gòu)具有類似的截面，除了沒有先前討論的第一功函調(diào)節(jié)層70之 外。
[0047] -些實施例可W獲得優(yōu)勢。通過在柵極結(jié)構(gòu)中的兩種金屬之間形成粘合層，可W 改進(jìn)金屬之間的粘合。通過在如所述的柵極結(jié)構(gòu)上形成諸如氧化物層的緩沖層，可W改進(jìn) 例如金屬和隨后的介電層(諸如介電帽)之間的粘合。該改進(jìn)的粘合可W減少導(dǎo)電材料的擴 散和分層。
[0048] 實施例是一種方法。該方法包括在襯底中形成第一源極/漏極區(qū)和第二源極/漏極 區(qū)，W及在第一源極/漏極區(qū)和第二源極/漏極區(qū)之間W及襯底上方形成柵極結(jié)構(gòu)。該柵極 結(jié)構(gòu)包括位于襯底上方的柵極介電層、位于柵極介電層上方的功函調(diào)節(jié)層、位于功函調(diào)節(jié) 層上方的第一金屬、位于第一金屬上方的粘合層W及位于粘合層上方的第二金屬。第二金 屬與第一金屬不同。
[0049] 在上述方法中，其中，所述粘合層包括所述第一金屬和所述第二金屬的合金。
[0050] 在上述方法中，其中，所述粘合層是所述第一金屬的氧化物。
[0051] 在上述方法中，其中，所述粘合層包括所述第一金屬的氧化物的第一子層和所述 第二金屬的氧化物的第二子層。
[0052] 在上述方法中，其中，所述粘合層是所述第一金屬和所述第二金屬的混合物的氧 化物。
[0053] 在上述方法中，其中，形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括:在所述功函調(diào)節(jié)層上方形成所述第 一金屬;在所述第一金屬上方沉積所述第二金屬；W及在沉積所述第一金屬和所述第二金 屬之后，通過使所述第一金屬和所述第二金屬退火形成所述粘合層。
[0054] 在上述方法中，其中，形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括:在室中，在所述功函調(diào)節(jié)層上方沉 積所述第一金屬;在沉積所述第一金屬之后，允許所述室處于自然環(huán)境；W及在允許所述室 處于自然環(huán)境之后，在所述室中，在所述第一金屬上方沉積所述第二金屬，其中，所述粘合 層包括至少部分地通過允許所述室處于自然環(huán)境形成的氧化物。
[0055] 在上述方法中，其中，形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括:在所述功函調(diào)節(jié)層上方沉積所述第 一金屬;在沉積所述第一金屬之后，將所述第一金屬暴露于含氧等離子體；W及在將所述第 一金屬暴露于所述含氧等離子體之后，在所述第一金屬上方沉積所述第二金屬，其中，所述 粘合層包括至少部分地通過將所述第一金屬暴露于所述含氧等離子體形成的氧化物。
[0056] 在上述方法中，還包括:在所述柵極結(jié)構(gòu)上方形成緩沖層，所述緩沖層包括所述第 二金屬的氧化物；W及在所述緩沖層上方形成介電帽。
[0057] 另一實施例是一種方法。該方法包括在襯底中形成第一源極/漏極區(qū)和第二源極/ 漏極區(qū)，W及在襯底上方形成層間電介質(zhì)。開口穿過層間電介質(zhì)至襯底，并且開口位于第一 源極/漏極區(qū)和第二源極/漏極區(qū)之間。該方法還包括在開口中和在襯底上方形成柵極介電 層;在開口中和在柵極介電層上方形成功函調(diào)節(jié)層;在開口中和在功函調(diào)節(jié)層上方形成第 一金屬;在開口中和在第一金屬上方形成第二金屬；W及在第一金屬和第二金屬之間形成 粘合層。第二金屬與第一金屬不同。
[0058] 在上述方法中，其中，所述粘合層是所述第一金屬的氧化物。
[0059] 在上述方法中，其中，所述粘合層是所述第一金屬的氧化物的第一子層和所述第 二金屬的氧化物的第二子層的復(fù)合層。
[0060] 在上述方法中，其中，所述粘合層是所述第一金屬和所述第二金屬的合金。
[0061 ]在上述方法中，其中，形成所述粘合層包括:使所述第一金屬和所述第二金屬退火 W反應(yīng)，從而形成所述第一金屬和所述第二金屬的合金。
[0062] 在上述方法中，其中，形成所述粘合層包括:將所述第一金屬暴露于自然環(huán)境。
[0063] 在上述方法中，其中，形成所述粘合層包括:將所述第一金屬暴露于含氧等離子 體。
[0064] 另一實施例是一種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括位于襯底中的第一源極/漏極區(qū)和第二源極/ 漏極區(qū)、位于襯底上W及第一源極/漏極區(qū)和第二源極/漏極區(qū)之間的柵極結(jié)構(gòu)、W及位于 襯底上方和柵極結(jié)構(gòu)周圍的層間電介質(zhì)。柵極結(jié)構(gòu)包括位于襯底上方的柵極介電層、位于 柵極介電層上方的功函調(diào)節(jié)層、位于功函調(diào)節(jié)層上方的第一金屬、位于第一金屬上方的粘 合層、W及位于粘合層上方的第二金屬。第二金屬與第一金屬不同。
[0065] 在上述結(jié)構(gòu)中，其中，所述粘合層包括所述第一金屬的氧化物。
[0066] 在上述結(jié)構(gòu)中，其中，所述粘合層包括所述第一金屬和所述第二金屬的合金。
[0067] 在上述結(jié)構(gòu)中，還包括:緩沖層，位于所述柵極結(jié)構(gòu)上方，所述緩沖層包括所述第 二金屬的氧化物；W及介電帽，位于所述緩沖層上方，所述介電帽的頂面與所述層間電介質(zhì) 的頂面共面。
[0068] 上面概述了若干實施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可W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W容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或修改用于實 施與本文所介紹實施例相同的目的和/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，運種等同構(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，本文中他們可W做出多種變化、替換W及改變。
【主權(quán)項】
1. 一種方法，包括： 在襯底中形成第一源極/漏極區(qū)和第二源極/漏極區(qū)；以及 在所述第一源極/漏極區(qū)和所述第二源極/漏極區(qū)之間以及所述襯底上方形成柵極結(jié) 構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括： 柵極介電層，位于所述襯底上方， 功函調(diào)節(jié)層，位于所述柵極介電層上方， 第一金屬，位于所述功函調(diào)節(jié)層上方， 粘合層，位于所述第一金屬上方，和 第二金屬，位于所述粘合層上方，所述第二金屬與所述第一金屬不同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述粘合層包括所述第一金屬和所述第二金屬的 合金。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述粘合層是所述第一金屬的氧化物。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述粘合層包括所述第一金屬的氧化物的第一子 層和所述第二金屬的氧化物的第二子層。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述粘合層是所述第一金屬和所述第二金屬的混 合物的氧化物。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括： 在所述功函調(diào)節(jié)層上方形成所述第一金屬； 在所述第一金屬上方沉積所述第二金屬；以及 在沉積所述第一金屬和所述第二金屬之后，通過使所述第一金屬和所述第二金屬退火 形成所述粘合層。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括： 在室中，在所述功函調(diào)節(jié)層上方沉積所述第一金屬； 在沉積所述第一金屬之后，允許所述室處于自然環(huán)境；以及 在允許所述室處于自然環(huán)境之后，在所述室中，在所述第一金屬上方沉積所述第二金 屬，其中，所述粘合層包括至少部分地通過允許所述室處于自然環(huán)境形成的氧化物。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括： 在所述功函調(diào)節(jié)層上方沉積所述第一金屬； 在沉積所述第一金屬之后，將所述第一金屬暴露于含氧等離子體；以及 在將所述第一金屬暴露于所述含氧等離子體之后，在所述第一金屬上方沉積所述第二 金屬，其中，所述粘合層包括至少部分地通過將所述第一金屬暴露于所述含氧等離子體形 成的氧化物。9. 一種方法，包括： 在襯底中形成第一源極/漏極區(qū)和第二源極/漏極區(qū)； 在所述襯底上方形成層間電介質(zhì)，開口穿過所述層間電介質(zhì)至所述襯底，所述開口位 于所述第一源極/漏極區(qū)和所述第二源極/漏極區(qū)之間； 在所述開口中和所述襯底上方形成柵極介電層； 在所述開口中和所述柵極介電層上方形成功函調(diào)節(jié)層； 在所述開口中和所述功函調(diào)節(jié)層上方形成第一金屬； 在所述開口中和所述第一金屬上方形成第二金屬，所述第二金屬與所述第一金屬不 同；以及 在所述第一金屬和所述第二金屬之間形成粘合層。10. -種結(jié)構(gòu)，包括： 第一源極/漏極區(qū)和第二源極/漏極區(qū)，位于襯底中； 柵極結(jié)構(gòu)，位于所述襯底上以及所述第一源極/漏極區(qū)和所述第二源極/漏極區(qū)之間， 所述柵極結(jié)構(gòu)包括： 柵極介電層，位于所述襯底上方， 功函調(diào)節(jié)層，位于所述柵極介電層上方， 第一金屬，位于所述功函調(diào)節(jié)層上方， 粘合層，位于所述第一金屬上方，和 第二金屬，位于所述粘合層上方，所述第二金屬與所述第一金屬不同；以及 層間電介質(zhì)，位于所述襯底上方和所述柵極結(jié)構(gòu)周圍。
【文檔編號】H01L21/336GK106098556SQ201510777476
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2015年11月13日
【發(fā)明人】張簡旭珂, 劉繼文, 吳志楠, 林俊澤
【申請人】臺灣積體電路制造股份有限公司