在蚀刻期间，将四甲基氢氧化铵溶液加热到介于60摄氏度和95摄氏度之间。在本发明 的实施例中，在蚀刻工艺期间施加诸如超声波或兆声波能量的声波能量。声波能量向蚀刻 剂提供搅动，这使蚀刻残留物能够从蚀变的牺牲栅电极201去除，并且允许新的蚀刻剂进 入沟槽内以蚀刻牺牲栅电极201。
[0076] 在本发明的一些实施例中，用于牺牲栅电极201的蚀刻剂对层间层1030是有选择 性的（即，不蚀刻或仅轻微蚀刻层间层1030)，使得层间层1030用作牺牲栅电极201蚀刻的 蚀刻停止层。这样，避免了下面的半导体层100的沟道区与蚀刻剂作用。在一些实施例中， 期望牺牲栅电极与层间介电质之间的蚀刻选择性至少为10:1。
[0077] 接下来，去除层间层1030。在本发明的实施例中，层间层1030是氧化物，并且可 使用包括含水氢氟酸的蚀刻剂来去除层间层1030。在本发明的实施例中，使用体积占水的 1 %至2%的HF的蚀刻剂。
[0078] 参考图8,以共形的方式在金属栅极沟槽103C内和ILD 101的顶部形成层间层 1030、高k介电层1031和阻挡层1033。在一些实施例中，消除层间层1030,且高k介电层 1031直接形成为接近半导体层100的沟道区。在本发明的实施例中，高k介电层1031生 长至厚度介于5A和5〇A之间。在本发明的实施例中，高k介电层1031是沉积的介电质， 诸如但不限于金属氧化物介电质（诸如，五氧化二钽（Ta2O5)和氧化钛（TiO2)、氧化钽、氧 化铪、氧化锆、氧化铝、氧化镧、氧化镧铝、和它们的硅酸盐或其它诸如PZT和BST的高k介 电质）。可以通过任何众所周知的技术（诸如但不限于化学汽相沉积（CVD)或原子层沉积 (ALD))来形成高介电常数膜。在一些实施例中，阻挡层1033形成在高k介电层1031的上 方。在一些实施例中，阻挡层1033包括厚度介于约5A至约3〇A范围内的TiN或TaN。阻 挡层1033用作阻挡以保护高k介电层1031。通过诸如ALD、PVD、CVD、PECVD或其他合适的 技术的各种沉积技术来形成阻挡层1033。
[0079] 在一些实施例中，阻挡层1033包括双层结构。例如，双层结构可以由金属碳氮化 物层、TiN和TaN中的任何两种制成。在一些实施例中，通过沉积厚度在约IA至约20A范 围内的TiN膜形成双层结构中的第一层（接近于高k介电层1031)。通过沉积厚度在约IA 至约20A范围内的TaN膜形成双层结构中的第二层（接近于功函金属层1035)。
[0080] 图9至图12示出了去除阻挡层1033中位于金属栅极沟槽103C的侧壁103B处的 第一部分105A的操作。如图9所示，可蚀刻材料201过填充在金属栅极沟槽103C内和ILD 101的顶部上。能够实现间隙填充且可以通过蚀刻操作去除的任何材料均可用作可蚀刻材 料202。在一些实施例中，可蚀刻材料201是旋涂玻璃（SOG)。最常用的SOG材料有两种类 型：无机类的娃酸盐基SOG和有机类的娃氧烷基S0G。在一些实施例中，将基于氧化娃的聚 硅氧烷作为流体施加到晶圆以填充金属栅极沟槽103C。然后，在大约400摄氏度的温度下， 对分配的SOG进行旋涂和固化。
[0081] 在图10中，将可蚀刻材料202回蚀至金属栅极沟槽103C中的预定高度Hl，且在 回蚀操作之后暴露阻挡层1033的第一部分105A。在一些实施例中，当可蚀刻材料202是 SOG时，湿蚀刻或干蚀刻操作可以用于去除S0G。例如，包括蚀刻速率可控的缓冲氧化蚀刻 (BOE)或稀释HF蚀刻的湿蚀刻操作用于去除期望量的S0G。再例如，干蚀刻操作包括使用 诸如CF 4、CHF3或SF6的碳氟化合物气体、Ar和O2的等离子体或反应离子蚀刻。调节RF功 率、气体流率和相关气体比例以去除期望量的S0G。在一些实施例中，预定高度Hl介于约 2A至约2〇A的范围内。由于阻挡层1〇33沉积在ILD 101的顶面上，当实施SOG回蚀时， 下面的高k介电层1031将不会被含氟化物的蚀刻剂蚀刻。换句话说，当去除基于氧化物的 可蚀刻材料时，由金属氮化物制成的阻挡层1033用作保护高k介电层1031免受蚀刻的硬 掩模。
[0082] 虽然在本发明中SOG可以用作可蚀刻材料，但是诸如光刻胶、沉积的氧化物或硼 磷硅酸盐玻璃（BPSG)的其他材料也可以用作可蚀刻材料，只要在存在金属氮化物的情况 下蚀刻剂可以选择性地去除光刻胶、沉积的氧化物或BPSG( 即，不蚀刻或仅轻微地蚀刻金 属氮化物）。
[0083] 在图11中，通过干蚀刻或湿蚀刻操作去除阻挡层1033的第一部分105A。在一些 实施例中，阻挡层1033的第一部分105A被限定为如图10所示的在回蚀可蚀刻材料之后暴 露的部分。在一些实施例中，用于去除阻挡层1033(例如，金属碳氮化物）的湿蚀刻剂包括 30到40份（以重量计）硝酸、10份氢氟酸和10份水。用于去除阻挡层1033(例如，诸如 TiN或TaN的金属氮化物）的另一种湿蚀刻剂包括磷酸（H3PO4,80% )、醋酸（CH3COOH, 5% )、 硝酸（HNO3, 5% )和水（H20,10% )的混合物。在一些实施例中，用于去除阻挡层1033的干 蚀刻操作包括使用包括Cl2或BCl3的蚀刻气体的等离子体或RIE操作。可蚀刻材料202的 高度Hl足够厚以承受去除阻挡层1033的第一部分105A但是仍然横向保护阻挡层1033的 第二部分105B且覆盖金属栅极103的底部103A处的阻挡层的干蚀刻操作。在一些实施例 中，预定高度Hl介于约2A至约2〇A的范围内。
[0084] 在一些实施例中，阻挡层1033的第一部分105A的去除没有完全去除阻挡层1033 且阻挡层1033的有限厚度留作金属栅极103的侧壁103B上的残留物。导致随后沉积的功 函金属层1035的水平位移的阻挡层1033的第一部分105A的任何部分去除都在本发明的 考虑范围内。
[0085] 在图12中，通过第二蚀刻来去除在图11中示出的剩余的可蚀刻材料202。在一些 实施例中，使用的蚀刻剂对阻挡层1033具有选择性（即，不蚀刻或仅轻微蚀刻阻挡层），使 得阻挡层用作剩余的可蚀刻材料202蚀刻的蚀刻停止层。这样，避免下面的半导体层100的 沟道区与蚀刻剂作用。在一些实施例中，期望可蚀刻材料与阻挡层的蚀刻选择至少为10:1。 在完全去除阻挡层1033的第一部分105A的一些实施例中，暴露高k介电层1031的部分， 因此去除基于氧化物的可蚀刻材料的蚀刻剂可能不可避免地蚀刻位于ILD 101的顶面处 和金属栅极103的侧壁103B处的高k介电层1031。然而，金属栅极的底部处的高k介电 层1031由阻挡层1033保护而不受破坏。当剩余的可蚀刻材料202是SOG时，干蚀刻操作 可以用于去除剩余的S0G。例如，干蚀刻操作包括使用CF 4、CHF3、Ar和O2的蚀刻气体的等 离子体或反应离子蚀刻。调节RF功率、气体流率和相关气体比例以去除剩余的S0G。
[0086] 在使阻挡层1033的第一部分105A变薄而非完全去除，并且剩余的可蚀刻材料202 是SOG的一些实施例中，湿蚀刻或干蚀刻操作可以用于去除剩余的S0G。先前参考图12描 述了适用于本操作的干蚀刻操作。包括蚀刻速率可控的缓冲氧化蚀刻（BOE)或稀释HF蚀 刻的湿蚀刻操作用于去除剩余的S0G。由于阻挡层1033的第一部分105A由减薄的阻挡层 1033覆盖，所以湿蚀刻剂对阻挡层1033是有选择性的（即，未蚀刻或仅轻微蚀刻阻挡层） 且以较大的蚀刻速率去除S0G。
[0087] 在图13中，功函金属层1035以共形的方式形成在阻挡层1033和高k介电层1031 上。在一些实施例中，通过原子层沉积、物理汽相沉积、化学汽相沉积、溅射或其他合适的操 作将功函金属层1035形成在阻挡层1033上方。在一些实施例中，功函金属层1035包括合 适的金属，诸如，金属碳氮化物、金属铝化物、金属氮化硅、TiN、TiSiN、TiAIN、TiAl、TaAl、 TaN或Ru,这些金属在n型晶体管内适当地工作。在一些实施例中，N型功函层1035包括 多金属层结构，诸如，TiN/WN。在一些实施例中，通过ALD操作将铝原子掺杂到功函金属层 1035内。在其他实施例中，在形成功函金属层1035之后实施铝离子注入操作，以调节用于 η型晶体管的金属栅电极的阈值电压或功函。
[0088] 参考图10、图14和图15,当以过蚀刻的方式实施先前参考图11描述的去除阻挡 层1033的第一部分105A时，基本去除了金属栅极103的侧壁103B处的阻挡层层1033的 第二部分105B和第一部分105A。在一些实施例中，参考图10初始确定的可蚀刻材料202 的厚度Hl足够厚以承受施加到侧壁103B处的阻挡层1033上的过蚀刻操作，但是仍然保护 底部103A处的阻挡层1033免受蚀刻剂的影响。在一些实施例中，高度Hl介