刻蚀工艺中，可以顺序 地执行主刻蚀工艺和过刻蚀工艺。
[0071] 下面将在实施例中对主刻蚀工艺和过刻蚀工艺进行描述，在该实施例中，硅基覆 盖层407包括多晶硅，功函数调节层406包括氮化钛。
[0072] 可以使用诸如SF6的含氟气体的等离子体来执行主刻蚀工艺。可以使用相对于氮 化钛具有等于或大于10的刻蚀选择比的刻蚀剂来执行过刻蚀工艺，使得刻蚀在氮化钛处 停止。可以使用包含含溴气体和含氧气体的等离子体来执行过刻蚀工艺。例如，可以使用 耶以0 2的等离子体来执行过刻蚀工艺。通过使用HBr/0 2的等离子体，能够获得相对于氮化 钛的等于或大于10的高刻蚀选择比。通过使用耶以02的等离子体来执行过刻蚀工艺，可 以防止多晶硅残留物的产生以及对氮化钛的侵蚀。
[0073] 在第三工艺330中，可以形成间隔层411 (见图4C)。间隔层411可以包括介电材 料。间隔层411可以由相对于功函数调节层406具有刻蚀选择比的材料形成。间隔层411 可以由与硬掩膜层图案410P相同的材料形成。例如，间隔层411可以包括氮化硅。
[0074] 在第四工艺340中，可以刻蚀间隔层411。可以通过用于间隔层411的刻蚀工艺来 形成间隔件411P (见图4D)。间隔件411P可以形成在金属栅电极409P、阻挡层图案408P、 硅基覆盖层图案407P和硬掩膜层图案410P的侧壁上。可以在等离子体刻蚀反应器中执行 用于间隔层411的刻蚀工艺。
[0075] 第五工艺350可以包括用于刻蚀上位层0L的剩余部分的刻蚀工艺。在第五工艺 350中，可以刻蚀功函数调节层406。
[0076] 可以使用间隔件411P和硬掩膜层图案410P作为刻蚀掩膜来刻蚀功函数调节层 406。可以形成功函数调节层图案406P(见图4E)。可以使用相对于其他材料具有高刻蚀选 择比的刻蚀剂来执行用于功函数调节层406的刻蚀工艺。
[0077] 可以以与第二工艺320相同的方式在等离子体刻蚀反应器中执行第五工艺350。 例如，可以在ICP反应器中执行第五工艺350。
[0078] 下面将描述在下文中称作"第二子刻蚀工艺"的用于刻蚀功函数调节层406的刻 蚀工艺。将针对功函数调节层406包括氮化钛的实施例来描述第二子刻蚀工艺。
[0079] 可以使用相对于高k材料层405具有等于或大于14的刻蚀选择比的刻蚀剂来执 行用于刻蚀氮化钛的第二子刻蚀工艺。例如，可以使用包括含氯气体和氩（Ar)气的等离子 体来执行第二子刻蚀工艺。可以使用Cl 2/Ar的等离子体来执行第二子刻蚀工艺。通过使 用Cl2/Ar的等离子体，能够得到相对于高k材料层405的等于或大于14的高刻蚀选择比。 通过使用Cl 2/Ar等离子体，可以容易地刻蚀氮化钛，同时防止对高k材料层405的侵蚀。
[0080] 在第六工艺360中，可以刻蚀高k材料层405。可以形成高k材料层图案405P(见 图4F)。可以使用相对于其他材料具有高刻蚀选择比的刻蚀剂来执行用于高k材料层405 的刻蚀工艺。
[0081] 下面将描述在下文中称作"高k材料层刻蚀工艺"的用于刻蚀高k材料层405的 刻蚀工艺。将针对功函数调节层406包括氮化钛并且高k材料层405包括氧化铪的实施例 来描述高k材料层刻蚀工艺。
[0082] 为了防止由于相对于衬底401和下位层404的低刻蚀选择比而导致的点状腐蚀和 过度衬底凹进，可以通过控制偏置功率和源功率来执行用于高k材料层405的刻蚀工艺。具 体地，为了防止刻蚀残余物的产生和过度衬底凹进，可以在15W到25W的范围内选择偏置功 率。
[0083] 可以使用主刻蚀气体的等离子体作为刻蚀剂。此外，通过包括能够提高相对于衬 底401和下位层404的刻蚀选择比的添加气体，可以执行刻蚀工艺。主刻蚀气体可以包括至 少一种物质。一种物质可以包括氯。主刻蚀气体可以包括含氯气体。在另一个实施例中， 主刻蚀气体可以包括硼和氯。例如，主刻蚀气体可以包括BC1 3。添加气体可以包括氩（Ar)。 为了防止衬底401的过度凹进，添加气体的量可以与主刻蚀气体相同。可以提高高k材料 层405相对于衬底401的刻蚀选择比。
[0084] 为了提高包含主刻蚀气体物质的刻蚀副产品的挥发性，可以在高温下执行刻蚀工 艺。可以在比用于上位层0L的刻蚀工艺高的温度下执行用于高k材料层405的刻蚀工艺。 可以在低温室中执行用于上位层0L的刻蚀工艺，可以在高温室中执行用于高k材料层405 的刻蚀工艺。例如，可以在50摄氏度的低温室中执行用于上位层0L的刻蚀工艺。可以在 220摄氏度的高温室中执行用于高k材料层405的刻蚀工艺。由于在高温下执行用于高k 材料层405的刻蚀工艺，故可以提尚刻蚀副广品的挥发性。由于刻蚀副广品的挥发性提尚， 故可以减少非挥发的刻蚀副产品的量。结果，当在高温下执行用于高k材料层405的刻蚀 工艺时，能够防止非挥发的刻蚀副产品再沉积在高k材料层图案405P的侧壁上。
[0085] 在第六工艺360中，在用于高k材料层405的刻蚀工艺之后，可以执行湿法清洗工 艺，使得可以干净地去除残余物。可以使用基于氟化氢（HF)的溶液来执行湿法清洗工艺。 可以通过这样的湿法刻蚀工艺来刻蚀下位层404,在这种情况下，可以省略用于下位层404 的刻蚀工艺。
[0086] 通过如上所述的工艺300,可以在衬底401上形成高k金属栅结构400G。高k金 属栅结构400G可以包括下位层图案404P、高k材料层图案405P、功函数调节层图案406P、 硅基覆盖层图案407P、阻挡层图案408P、金属栅电极409P和硬掩膜层图案410P。
[0087] 图5是描述根据第三实施例的高k金属栅结构的制造方法的流程图。图5示出了 被执行用于高k金属栅层叠的工艺500。工艺500可以包括被执行用于高k金属栅层叠的 多个工艺。
[0088] 根据第三实施例的工艺500可以包括第一工艺510、第二工艺520、第三工艺530、 第四工艺540、第五工艺550、第六工艺560和第七工艺570。第一工艺510和第三工艺530 可以是沉积工艺，第二工艺520、第四工艺540、第五工艺550、第六工艺560和第七工艺570 可以是刻蚀工艺。第二工艺520、第五工艺550、第六工艺560和第七工艺570可以是用于 高k金属栅层叠的刻蚀的刻蚀工艺。
[0089] 图6是图示根据第三实施例的高k金属栅结构的截面图。
[0090] 在根据第三实施例的高k金属栅结构400N中，除了基于稀土金属的覆盖层图案 412N外，剩余的材料层可以与第二实施例相同。例如，高k金属栅结构400N可以包括下位 层图案404N、高k材料层图案405N、基于稀土金属的覆盖层图案412N、功函数调节层图案 406N、硅基覆盖层图案407N、阻挡层图案408N、金属栅电极409N以及硬掩膜层图案410N。
[0091] 相应地，第二工艺520可以包括用于形成硅基覆盖层图案407N的第一子刻蚀工 艺。第五工艺550可以包括用于形成功函数调节层图案406N的第二子刻蚀工艺。第六工 艺560可以包括用于形成基于稀土金属的覆盖层图案412N的第三子刻蚀工艺。第七工艺 570可以包括高k材料层刻蚀工艺。
[0092] 可以以与第二实施例中相同的方式来执行第一子刻蚀工艺、第二子刻蚀工艺和高 k材料层刻蚀工艺。
[0093] 可以使用相对于高k材料层具有高刻蚀选择比的刻蚀剂来执行用于形成基于稀 土金属的覆盖层图案412N的第三子刻蚀工艺。可以使用含氯气体的等离子体来执行第三 子刻蚀工艺。例如，可以使用HC1来执行第三子刻蚀工艺。在另一个实施例中，可以通过使 用HC1溶液的湿法刻蚀工艺来执行第三子刻蚀工艺。在这种情况下，可以将衬底从等离子 体反应器卸载以执行湿法刻蚀工艺。
[0094] 可以将根据第三实施例的高k金属栅结构400N应用到N沟道晶体管。
[0095] 图7是图示第二实施例应用到其的P沟道晶体管的截面图。
[0096] 参见图7, P沟道晶体管430P包括形成在有源区403P中的P沟道区420P以及在 P沟道区420P上的高k金属栅结构400P。P沟道区420P形成在P型源区413P和P型漏区 414P之间。
[0097] 有源区403P可以包括掺杂区。在图中未图示掺杂区。掺杂区可以形成"阱区"。 可以通过离子注入来将用于阱区的掺杂剂引入有源区403P中。用于P沟道晶体管430P的 阱区可以用N型掺杂剂来掺杂。
[0098] P沟道区420P可以形成在有源区403P的顶表面部分中。P沟道区420P可以包括 硅和锗的复合物，诸如硅锗（SiGe)。可以在有源区403P上沉积含硅锗的复合物的层（在 下文中称作含硅锗层）。可以使用外延沉积工艺来沉积含硅锗层。可以通过在有源区403P 的上表面部分中执行锗注入来形成含硅锗层。
[0099] 高k金属栅结构400P可以位于P沟道区420P上。高k金属栅结构400P可以包 括界面层图案404P、高k材料层图案405P、功函数调节层图案406P、硅基覆盖层图案407P、 阻挡层图案408P、金属栅电极409P以及硬掩膜层图案410P。高k金属栅结构400P还可以 包括间隔件4IIP。
[0100] 功函数调节层图案406P可以具有合适的功函数，以偏移P沟道晶体管430P的阈 值电压。阈值电压表示晶体管的栅极导通以形成导电沟道的电压。功函数调节层图案406P 可以包括能够偏移阈值电压的功函数调节材料。通过功函数调节材料，可以出现负阈值电 压偏移或正阈值电压偏移。通过N型功函数调节元素，可以出现负阈值电压偏移。这可以 称作N型阈值电压偏移。通过P型功函数调节元素，可以出现正阈值电压偏移。这可以称 作P型阈值电压偏移。N型阈值电压偏移意味着费米能级朝硅的导带偏移。P型阈值电压 偏移意味着费米能级朝硅的价带偏移。
[0101] 通过功函数调节层图案406P可以出现正阈值电压偏移。可以从元素金属、三元金 属、金属合金和导电金属化合物之中选择功函数调节层图案406P。适合于功函数调节层图 案406P的材料的例子包括钽、钛、铪、锆、钨、钼、其氮化物、其碳化物或其组合。例如，功函 数调节层图案406P可以包括氮化钛。
[0102] 可以选择硅基覆盖层图案407P，以防止功函数调节层图案406P和金属栅电极 409P之间的反应。可以防止功函数调节层图案406P的功函数变化。硅基覆盖层图案407P 可以包括含硅材料。硅基覆盖层图案407P可以包括硅、单晶硅、多晶硅、非晶硅、碳掺杂硅 或其组合。此外，硅基覆盖层图案407P可以包括诸如硅锗的另一种半导体材料。硅基覆盖 层图案407P可以包括用杂质掺杂的多晶硅。硅基覆盖层图案407P可以防止功函数调节层 图案406P的氧化。
[0103] 可以选择阻挡层图案408P，以防止硅基覆盖层图案407P和金属栅电极409P之间 的反应。阻挡层图案408P可以包括氮化钛。
[0104] 可以选择金属栅电极409P，以降低高k金属栅结构400P的电阻率。金属栅电极 409P可以包括低电阻率金属。可以在元素金属、三元金属、金属合金和导电金属化合物之中 选择金属栅电极409P。金属栅电极409P可以包括钨。
[0105] 图8是图示第三实施例应用到其的N沟道晶体管的截面图。参见图8, N沟道晶体 管430N包括形成在有源区403N中的N沟道区420N以及在N沟道区420N上的高k金属栅 结构400N。N沟道区420N形成在N型源区413N和N型漏区414N之间。
[0106] 有源区403N可以包括掺杂区。在图中未图示掺杂区。掺杂区可以形成"阱区"。 可以通过离子注入来将用于阱区的掺杂剂引入到有源区403N中。可以用P型掺杂剂对用