用于器件的金属栅极方案及其形成方法

用于器件的金属栅极方案及其形成方法
【专利摘要】本发明公开了栅极结构和形成栅极结构的方法。在一些实施例中，方法包括在衬底中形成源极/漏极区，以及在源极/漏极区之间形成栅极结构。该栅极结构包括位于衬底上方的栅极介电层、位于栅极介电层上方的功函调节层、位于功函调节层上方的第一金属、位于第一金属上方的粘合层以及位于粘合层上方的第二金属。在一些实施例中，粘合层可以包括第一金属和第二金属的合金，并且可以通过使第一金属和第二金属退火来形成。在其他实施例中，粘合层可以包括第一金属和/或第二金属中的至少一种的氧化物，并且可以至少部分地通过将第一金属暴露于含氧等离子体或自然环境来形成。本发明的实施例还涉及用于器件的金属栅极方案及其形成方法。
【专利说明】
用于器件的金属栅极方案及其形成方法
[0001 ] 本申请要求2015年4月30日提交的标题为"Metal Gate Scheme for Device and Methods of化rming"的美国临时申请第62/155，278号的优先权和权益，其全部内容结合 于此作为参考。
技术领域
[0002] 本发明的实施例设及集成电路器件，更具体地，设及用于器件的金属栅极方案及 其形成方法。
【背景技术】
[0003] 半导体器件用于各种电子应用中，作为实例，诸如个人计算机、手机、数码相机和 其他电子设备。通常通过在半导体衬底上方依次沉积绝缘或介电层、导电层和半导体材料 层W及使用光刻图案化各个材料层W在材料层上形成电路组件和元件来制造半导体器件。
[0004] 晶体管是通常形成在半导体器件上的电路组件或元件。取决于电路设计，除了电 容器、电感器、电阻器、二极管、导线或其他元件之外，可W在半导体器件上形成许多晶体 管。场效应晶体管(FET)是其中一种类型的晶体管。
[0005] 通常在传统的结构中，晶体管包括形成在源极区和漏极区之间的栅极堆叠件。源 极区和漏极区可W包括衬底的渗杂区并且可W展示出适合于特定应用的渗杂轮廓。栅极堆 叠件定位在沟道区上方并且可W包括介入于栅电极和衬底中的沟道区之间的栅极电介质。

【发明内容】

[0006] 本发明的实施例提供了一种方法，包括:在衬底中形成第一源极/漏极区和第二源 极/漏极区；W及在所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区之间W及所述衬底上方 形成栅极结构，所述栅极结构包括:栅极介电层，位于所述衬底上方，功函调节层，位于所述 栅极介电层上方，第一金属，位于所述功函调节层上方，粘合层，位于所述第一金属上方，和 第二金属，位于所述粘合层上方，所述第二金属与所述第一金属不同。
[0007] 本发明的另一实施例提供了一种方法，包括:在衬底中形成第一源极/漏极区和第 二源极/漏极区；在所述衬底上方形成层间电介质，开口穿过所述层间电介质至所述衬底， 所述开口位于所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区之间；在所述开口中和所述衬 底上方形成栅极介电层;在所述开口中和所述栅极介电层上方形成功函调节层;在所述开 口中和所述功函调节层上方形成第一金属;在所述开口中和所述第一金属上方形成第二金 属，所述第二金属与所述第一金属不同；W及在所述第一金属和所述第二金属之间形成粘 合层。
[0008] 本发明的又一实施例提供了一种结构，包括:第一源极/漏极区和第二源极/漏极 区，位于衬底中；栅极结构，位于所述衬底上W及所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏 极区之间，所述栅极结构包括:栅极介电层，位于所述衬底上方，功函调节层，位于所述栅极 介电层上方，第一金属，位于所述功函调节层上方，粘合层，位于所述第一金属上方，和第二 金属，位于所述粘合层上方，所述第二金属与所述第一金属不同；W及层间电介质，位于所 述衬底上方和所述栅极结构周围。
【附图说明】
[0009] 当结合附图进行阅读时，从W下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意， 根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺 寸可W任意地增大或减小。
[0010] 图语图8是根据一些实施例的在互补场效应晶体管(FET)的制造中的中间阶段的 截面图。
[0011] 图9是根据一些实施例的FET的栅极结构的放大图。
【具体实施方式】
[0012] W下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施例或实例。下面 描述了组件和布置的具体实例W简化本发明。当然，运些仅仅是实例，而不旨在限制本发 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 件直接接触形成的实施例，并且也可W包括在第一部件和第一部件之间可W形成额外的部 件，从而使得第一部件和第一部件可W不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中 重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各 个实施例和/或配置之间的关系。
[001引而且，为便于描述，在此可W使用诸如巧…之下"、"在…下方"、"下部'、"在…之 上"、"上部"等的空间相对术语，W描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元 件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的 不同方位。装置可W W其他方式定向（旋转90度或在其他方位上），而本文使用的空间相对 描述符可W同样地作相应的解释。
[0014] 根据各个实施例提供了场效应晶体管(FET)及其形成方法。示出了形成FET的中间 阶段。在使用后栅极工艺形成的平面FET的背景下讨论了本文中讨论的一些实施例。一些实 施例预期诸如FinFET的其他器件中使用的方面。讨论了实施例的一些变化。本领域一般技 术人员将容易理解，可W作出的其他修改预期在其他实施例的范围内。虽然W特定顺序讨 论了方法实施例，各种其他方法实施例可W W任何逻辑顺序实施并且可W包括本文中描述 的更少或更多的步骤。
[0015] 图语图8是根据示例性实施例的在互补FET的制造中的中间阶段的截面图。图1示 出了衬底40。衬底40可W是半导体衬底，诸如块状半导体衬底、绝缘体上半导体(SOI)衬底、 多层衬底或梯度衬底等。衬底40可W包括半导体材料，诸如包括Si和Ge的元素半导体;包括 SiC、SiGe、GaAs、GaP、GaAsP、AlInAs'AlGaAs'GaInAs、InAs、GaInP、InP、InSb和/或GaInAsP 的化合物或合金半导体;或它们的组合。衬底40可W是渗杂或未渗杂的。在具体实例中，衬 底40是块状娃衬底。
[0016] 图2示出了位于衬底40中（诸如第一区100和第一区100之间）的隔离区42(诸如浅 沟槽隔离(STI)区）的形成。在一些实施例中，为了形成隔离区42,通过蚀刻在衬底40中形成 沟槽。该蚀刻可W是任何可接受的蚀刻工艺，诸如反应离子蚀刻(RIE)、中性束蚀刻(NBE)等 或它们的组合。该蚀刻可W是各向异性的。在沟槽中形成绝缘材料。绝缘材料可W是诸如氧 化娃的氧化物、氮化物等或它们的组合并且可W通过高密度等离子体化学汽相沉积化DP- CVD)、可流动CVD(FCVD)(例如，远程等离子体系统中的CVD基材料沉积W及后固化W使其转 化成诸如氧化物的另一材料)等或它们的组合形成。可W使用通过任何可接受工艺形成的 其他绝缘材料。在示出的实施例中，绝缘材料是通过FCVD工艺形成的氧化娃。一旦形成绝缘 材料，可W实施退火工艺。进一步在图2中，诸如化学机械抛光(CMP)的平坦化工艺可W去除 任何过量的绝缘材料并且形成共面的隔离区42的顶面和衬底40的顶面。
[0017] 虽然未具体示出，可W在衬底40中形成适当的阱。例如，可W在衬底40的第一区 100中形成P阱，其中将形成诸如n型FET的n型器件，并且可W在衬底40的第二区200中形成n 阱，其中将形成诸如P型FET的P型器件。
[0018] 例如，为了在第一区100中形成P阱，可W在衬底40的第二区200上方形成光刻胶。 可W图案化光刻胶W暴露衬底40的第一区100。光刻胶可W通过使用旋涂技术形成并且可 W使用可接受的光刻技术图案化。一旦图案化光刻胶，可W在第一区100中实施P型杂质注 入，并且光刻胶可W用作掩模W基本上防止P型杂质注入到第二区200中的衬底40内。P型杂 质可W是棚、BF2等，其注入到第一区100中的衬底40中至等于或小于IQiScnf3的浓度，诸如介 于约10"cnf哺约之间。在注入之后，诸如通过可接受的灰化工艺，可W去除光刻胶。
[0019] 此外，为了在第二区200中形成n阱，可W在衬底40的第一区100上方形成光刻胶。 可W图案化光刻胶W暴露衬底40的第二区200。光刻胶可W通过使用旋涂技术形成并且可 W使用可接受的光刻技术图案化。一旦图案化光刻胶，可W在第二区200中实施n型杂质注 入，并且光刻胶可W用作掩模W基本上防止n型杂质注入到第一区100中的衬底40内。n型杂 质可W是憐、神等，其注入到第二区200中的衬底40中至等于或小于IQiScnf3的浓度，诸如介 于约10"cnf哺约IQiScnf3之间。在注入之后，诸如通过可接受的灰化工艺，可W去除光刻胶。 在注入之后，可W实施退火W活化注入的P型和n型杂质。该注入可W在第一区100中的衬底 40中形成P阱并且在第二区200中的衬底40中形成n阱。
[0020] 在图3中，在衬底40上形成伪介电层。例如，伪介电层可W是氧化娃、氮化娃、它们 的组合等并且可W根据诸如CVD、热氧化等的可接受的技术沉积或热生长。在伪介电层上方 形成伪栅极层。可W在伪介电层上方诸如通过使用CVD等沉积伪栅极层，并且然后诸如通过 CMP平坦化。例如，伪栅极层可W包括多晶娃，但是也可W使用具有高蚀刻选择性的其他材 料。然后在伪栅极层上方形成掩模层。诸如通过使用CVD等在伪栅极层上方可W沉积掩模 层。例如，掩模层可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蚀刻技术图案化掩模层W形成掩模50。然后可W通过可 接受的蚀刻技术将掩模50的图案转印至伪栅极层和伪介电层W分别由伪栅极层和伪介电 层形成伪栅极48和伪栅极电介质46。蚀刻可W包括诸如RIE、NBE等的可接受的各向异性蚀 亥IJ。伪栅极48和伪栅极电介质46的宽度W可W在从约10皿至约240皿的范围内，诸如约20皿。 伪栅极48和伪栅极电介质46的每个堆叠件具有组合高度H。高度H可W在从约20nm至约SOnm 的范围内，诸如约40nm。高度H与宽度W的高宽比可W在从约0.1至约8的范围内，诸如约5。伪 栅极48覆盖衬底40中的相应的沟道区。
[0022] 可W实施用于轻渗杂源极/漏极化DD)区52的注入。类似于W上讨论的注入，可W 在第二区200(例如，用于P型器件)上方形成诸如光刻胶的掩模，而暴露第一区100(例如，用 于n型器件），并且可W在第一区100中的暴露衬底40内注入n型杂质。然后可W去除掩模。随 后，可W在第一区100上方形成诸如光刻胶的掩模，而暴露第二区200,并且可W在第二区 200中的暴露衬底40内注入P型杂质。然后可W去除掩模。n型杂质可W是先前讨论的任何n 型杂质，并且P型杂质可W是先前讨论的任何P型杂质。轻渗杂源极/漏极区52可W具有从约 l〇i5cm-3至约l〇i6cm-3的杂质浓度。退火可W用于活化注入的杂质。
[0023] 沿着伪栅极48和伪栅极电介质46的侧壁形成栅极间隔件54。可W通过共形地沉积 (诸如通过CVD等)材料和随后各向异性地蚀刻该材料形成栅极间隔件54。栅极间隔件54的 材料可W是氮化娃、碳氮化娃、它们的组合等。
[0024] 进一步在图3中，在衬底40中形成外延源极/漏极区56。可W在第二区200中形成硬 掩模层，而第一区100中的衬底40保持暴露。硬掩模层可W是通过CVD等沉积的氮化娃、碳氮 化娃、氮氧化娃、碳氮氧化娃等或它们的组合。可W使用形成硬掩模层的其他材料和方法。 可W使用诸如RIE、N肥等的任何可接受的光刻和蚀刻工艺图案化硬掩模层W暴露第一区 100。由于第一区100暴露并且第二区200被掩蔽，实施对第一区100中的衬底40具有选择性 的蚀刻。该蚀刻可W是诸如干或湿蚀刻的任何可接受的蚀刻，该蚀刻可W是各向异性或各 向同性的。该蚀刻使第一区100中的源极/漏极区凹进。然后在第一区100中的凹槽中外延生 长外延源极/漏极区56。外延生长可W通过使用金属有机化学汽相沉积(M OCVD)、分子束外 延(MBE)、液相外延化PE)、汽相外延(VPE)等或它们的组合。第一区100中的外延源极/漏极 区56可W包括诸如适合于例如n型的器件类型的任何可接受的材料。例如，用于n型器件的 外延源极/漏极区56可W包括娃、SiC、SiCP、SiP等。然后，例如，使用对硬掩模层的材料具有 选择性的蚀刻，可W从第二区200去除硬掩模层。
[0025] 可W在第一区100中形成另一硬掩模层，而第二区200中的衬底40保持暴露。硬掩 模层可W是通过CVD等沉积的氮化娃、碳氮化娃、氮氧化娃、碳氮氧化娃等或它们的组合。可 W使用形成硬掩模层的其他材料和方法。可W使用诸如RIE、N肥等的任何可接受的光刻和 蚀刻工艺图案化硬掩模层W暴露第二区200。由于第二区200暴露并且第一区100被掩蔽，实 施对第二区200中的衬底40具有选择性的蚀刻。该蚀刻可W是诸如干或湿蚀刻的任何可接 受的蚀刻，该蚀刻可W是各向异性或各向同性的。该蚀刻使第二区200中的源极/漏极区凹 进。然后在第二区200中的凹槽中外延生长外延源极/漏极区56。外延生长可W通过使用M 0CVD、M肥、L阳、V阳等或它们的组合。第二区200中的外延源极/漏极区56可W包括诸如适合 于例如P型的器件类型的任何可接受的材料。例如，用于P型器件的外延源极/漏极区56可W 包括5166、51668、66、66511等。然后，例如，使用对硬掩模层的材料具有选择性的蚀刻，可^ 从第一区100去除硬掩模层。
[0026] 类似于先前讨论的用于形成轻渗杂源极/漏极区的工艺，外延源极/漏极区56可W 注入有渗杂剂，随后进行退火。源极/漏极区可W具有介于约l〇"cnr哺约IO2Icnf3之间的杂 质浓度。用于第一区100中的n型器件的源极/漏极区的n型杂质可W是先前讨论的任何n型 杂质，并且用于第二区200中的P型器件的源极/漏极区的P型杂质可W是先前讨论的任何P 型杂质。在其他实施例中，可W在生长期间原位渗杂外延源极/漏极区56。
[0027] 在图4中，在外延源极/漏极区56、栅极间隔件54、掩模50和隔离区42上共形地形成 蚀刻停止层化化)58。在一些实施例中，E化58可W包括使用原子层沉积(ALD)、CVD等或它 们的组合形成的氮化娃、碳氮化娃等。在ESL 58上方沉积底部层间电介质（ILDO)SO JLDO 60可W包括憐娃酸盐玻璃(PSG)、棚娃酸盐玻璃(BSG)、棚渗杂的憐娃酸盐玻璃(BPSG)、未渗 杂的娃酸盐玻璃化SG)等并且可W通过诸如CVD、等离子体增强CVD(阳CVDKFCVD等或它们 的组合沉积。
[0028] 在图5中，实施诸如CMP的平坦化工艺W使ILDO 60的顶面与伪栅极48的顶面齐平。 CMP也可W从伪栅极48上方去除掩模50和ESL 58。因此，通过ILDO 60暴露伪栅极48的顶面。 在蚀刻步骤中去除伪栅极48和伪栅极电介质46,从而使得形成至衬底40的穿过ILDO 60并 且由栅极间隔件54限定的开口。由于通过伪栅极48和伪栅极电介质46的去除限定开口，所 W每个开口均可W具有与W上关于图3讨论的宽度W和高度H对应的高宽比。每个开口均暴 露衬底40的区域100和200中的相应的有源区中的沟道区。每个沟道区设置在相应的一对外 延源极/漏极区56之间。蚀刻步骤可W对伪栅极48和伪栅极电介质46的材料具有选择性，该 蚀刻可W是干蚀刻或湿蚀刻。当蚀刻伪栅极4別寸，在蚀刻期间，伪栅极电介质46可W用作蚀 刻停止层。在去除伪栅极48之后，然后可W蚀刻伪栅极电介质46。虽然未具体示出，取决于 用于ILDO 60和伪栅极电介质46的材料的类似性，当去除伪栅极电介质46时，可W使ILDO 60凹进，并且该凹进可W使得ESL 58和/或栅极间隔件54的部分突出于ILDO 60的顶面之 上。
[0029] 在每个开口中和衬底40上形成界面电介质62。例如，界面电介质62可W是通过热 氧化等形成的氧化物等。界面电介质62的厚度可W在从约5A至约50A的范围内，诸如约 1化4。然后在ILDO 60的顶面±和沿着栅极间隔件54的侧壁的开口中W及在界面电介质62 上共形地形成栅极介电层64。在一些实施例中，栅极介电层64包括高k介电材料，并且在运 些实施例中，栅极介电层64可W具有大于约7.0的k值并且可W包括Hf、Al、化、La、Mg、Ba、 Ti、化的金属氧化物或娃酸盐W及它们的组合。栅极介电层64的形成方法可W包括ALD、 CVD、分子束沉积(MBD)等或它们的组合。栅极介电层64的厚度可W在从约SA至约純A的 范围内，诸如约15A。
[0030] 然后在栅极介电层64上共形地形成覆盖层。在示出的实施例中，覆盖层包括第一 子层66和第二子层68。在一些实施例中，覆盖层可W是单层或可W包括额外的子层。覆盖层 可W用作阻挡层W防止随后沉积的含金属材料扩散到栅极介电层64内。此外，如图所示，如 果第一子层66由与功函调节层相同的材料形成，则第二子层68可W在区域100和200中形成 功函调节层期间用作蚀刻停止，如随后将变得更清楚的。第一子层66可W包括通过ALD、CVD 等共形地沉积在栅极介电层64上的氮化铁(TiN)等。第二子层68可W包括通过ALD、CVD等共 形地沉积在第一子层666上的氮化粗(TaN)等。覆盖层的厚度可W在从约IQA至约SQA的 范围内，诸如约20儿在示出的实施例中，第一子层66的厚度可W在从约H)A至约50A的 范围内，诸如约15A,并且第二子层68的厚度可W在从约IOA至约50A的范围内，诸如约 15A。
[0031] 然后在覆盖层上（例如，第二子层68上)共形地形成第一功函调节层70。第一功函 调节层70可W是具有任何可接受的厚度的任何可接受的材料W将诸如P型器件的器件的功 函数调节至给予将形成的器件的应用的期望量，并且可W使用任何可接受的沉积工艺沉 积。在一些实施例中，第一功函调节层70包括通过ALD、CVD等沉积的氮化铁(TiN)等。第一功 函调节层70的厚度可W在从约20A至约IOOA的范围内，诸如约50瓜。
[0032] 然后在第二区200中的第一功函调节层70上方图案化掩模72,而第一区100中的第 一功函调节层70暴露。在一些实施例中，掩模72是光刻胶，其可W形成在第二区200上方。可 W图案化光刻胶W暴露第一区100。可W通过使用旋涂技术形成光刻胶，并且可W使用可接 受的光刻技术图案化光刻胶。如图6所示，一旦图案化掩模72,实施对第一功函调节层70具 有选择性的蚀刻W从第一区100去除第一功函调节层70。第一区100中的第二子层68可W在 该蚀刻期间用作蚀刻停止。如果掩模72是光刻胶，然后诸如通过使用适当的灰化处理去除 掩模72。
[0033] 进一步在图6中，然后第二功函调节层74共形地形成在第一区100中的覆盖层(例 如，第二子层68)上和共形地形成在第二区200中的第一功函调节层70上。第二功函调节层 74可W是具有任何可接受的厚度的任何可接受的材料W将器件的功函数调节至给予将形 成的器件的应用的期望量，并且可W使用任何可接受的沉积工艺沉积。在一些实施例中，第 二功函调节层74包括通过ALDXVD等沉积的铁侣（TiAl)等。第二功函调节层74的厚度可W 在从约20A至约80A的范围内，诸如约40A。
[0034] 然后在第一区100和第二区200中的第二功函调节层74上共形地形成阻挡层76。阻 挡层76可W是任何可接受的材料W防止随后沉积的含金属材料扩散到下面的层内，并且也 可W用作另外的功函调节层。可W使用任何可接受的沉积工艺沉积阻挡层76。在一些实施 例中，阻挡层76包括通过ALD、CVD等沉积的氮化铁(TiN)等。阻挡层76的厚度可W在从约 20A至约1OOA的范围内，诸如约60A。
[0035] 然后在第一区100和第二区200中的阻挡层76上共形地形成第一金属层78。第一金 属层78可W是任何可接受的金属并且可W使用任何可接受的沉积工艺沉积。在一些实施例 中，第一金属层78是通过物理汽相沉积(PVD)、ALD、CVD等沉积的钻(Co)等。第一金属层78的 厚度可W在从约IQA至约50A的范围内，诸如约20A。
[0036] 在第一区100和第二区200中的第一金属层78上共形地形成粘合层80。随后讨论示 例粘合层和形成粘合层的方法。
[0037] 在第一区100和第二区200中的粘合层80上形成第二金属82。在一些实施例中，第 二金属82是与第一金属78不同的金属。第二金属82可W是任何可接受的金属并且可W使用 任何可接受的沉积工艺沉积。在一些实施例中，第二金属82是通过PVDXVD等沉积的侣等。 可W在沉积第一金属78之后原位实施第二金属82的沉积。第二金属82填充开口的未填充部 分。
[0038] 再次参照粘合层80,在一些实施例中，粘合层80是氧化物层。例如，氧化物层可W 是第一金属78的氧化物，可W包括第一金属78的氧化物的第一子层和第二金属82的氧化物 的第二子层，或可W是第一金属78和第二金属82的混合物的氧化物。例如，当第一金属78是 钻(Co)并且第二金属82是侣(Al)时，氧化物层可W是CoOx,可W包括CoOx的子层和AlOy的子 层，或可W是CoAlyOz。可W在沉积第一金属78之后和在沉积第二金属82之前通过使用热氧 化、含氧等离子体处理等形成氧化物层。含氧等离子体处理的实例可W是暴露于氧气(〇2) 等离子体等。氧化物层也可W是通过将第一金属78暴露于自然的外部环境形成的原生氧化 物，诸如通过在沉积第一金属78之后和在沉积第二金属82之前破坏真空，诸如通过在沉积 第一金属78之后原位破坏真空。然后，可W在氧化物层上沉积第二金属82。在一些情况下， 第二金属82可W不与氧化物层反应或不扩散到氧化物层内，从而使得氧化物层是第一金属 78的氧化物。在其他情况下，第二金属82可W与氧化物层反应或扩散到氧化物层内，W形成 第一金属78的氧化物的相应的子层和第二金属82的另一氧化物，或形成第一金属78和第二 金属82的混合物的氧化物。氧化物层的厚度可W在从约IOA至约50A的范围内，诸如约 20A。作为实例，氧化物层可W具有等于或大于2.0g/cm3的密度，诸如在从约2.0g/cm3至约 5.0g/cm3的范围内。
[0039] 在一些其他实施例中，粘合层80是金属合金层。金属合金层可W是第一金属78和 第二金属82的合金。例如，当第一金属78是钻(Co)并且第二金属82是侣(Al)时，金属合金层 可W是CoAl层。在沉积第一金属78和第二金属82之后，可W实施退火W使金属78和82之间 的界面处的金属78和82扩散和反应，W形成金属合金层。退火可W在从约200°C至约500°C 的范围内的溫度，诸如约400°C，持续从约10秒至约600秒的范围内的时间，诸如约150秒。金 属合金层的厚度可W在从约10違至约50A的范围内，诸如约20A。
[0040] 在图7中，可W实施诸如CMP的平坦化工艺W去除金属78和82W及层64、66、68、70、 74、76和80的过量部分，该过量部分位于ILDO 60的顶面上方。然后，实施对金属78和82W及 层64、66、68、70、74、76和80具有选择性的可控回蚀刻^使那些材料从比00 60的顶面凹进， 运产生图7中示出的栅极结构。回蚀刻可W包括诸如RIE、NBE等的可接受的各向异性蚀刻。 [0041 ] 在金属78和82W及层64、66、68、70、74、76和80上形成缓冲层84。在一些实施例中， 缓冲层84是氧化物层。可W使用热氧化、含氧等离子体处理等形成氧化物层。含氧等离子体 处理的实例可W是暴露于氧气(〇2)等离子体等。氧化物层也可W是通过将金属78和82W及 层64、66、68、70、74、76和80暴露于自然的外部环境形成的原生氧化物，诸如通过在回蚀刻 之后破坏真空。缓冲层84的厚度可W在从约U)A至约50A的范围内，诸如约20A。氧化物 层可W具有对应于其下面的材料的组分。例如，如果第二金属82是侣(Al),则氧化物层可W 是氧化侣(AlOx)。氧化物层在位于第一金属78W及层64、66、68、70、74、76和80上面的部分 附近可W具有不同的组分。在一些实施例中，与氧化物层处的第二金属82的宽度相比，运些 金属和层的厚度可W较小，并且因此组分的差别可W较小。氧化物层可W基本上没有孔和/ 或空隙并且可W非常致密。作为实例，氧化物层可W具有等于或大于2.Og/cm3的密度，诸如 在从约2.0g/cm3至约5.0g/cm3的范围内。
[0042] 在缓冲层84上形成介电帽86。为了形成介电帽86,可W在缓冲层84之上的开口的 剩余部分中和在ILDO 60的顶面上沉积覆盖介电层。覆盖介电层可W包括使用CVD、PECVD等 形成的氮化娃、碳氮化娃等。然后诸如通过CMP可W平坦化覆盖介电层W形成与ILDO 60的 顶面共面的顶面，从而形成介电帽。
[0043] 在图8中，在ILDO 60和介电帽86上方沉积上ILD(ILD1)88,并且接触件90形成为穿 过ILDl 88、ILD0 60和ESL 58至外延源极/漏极区56JLD1 88由诸如？56、856、8?56、1156等 的介电材料形成并且可W通过诸如CVD和PECVD的任何合适的方法沉积。用于接触件90的开 口形成为穿过ILDl 88、ILD0 60和ESL 58。可W使用可接受的光刻和蚀刻技术形成开口。在 开口中形成诸如扩散阻挡层、粘合层等的衬垫W及导电材料。衬垫可W包括铁、氮化铁、粗、 氮化粗等。导电材料可W是铜、铜合金、银、金、鹤、侣、儀等。可W实施诸如CMP的平坦化工艺 W从ILDl 88的顶面去除过量材料。剩余的衬垫和导电材料在开口中形成接触件90。可W实 施退火工艺W分别在外延源极/漏极区56和接触件90之间的界面处形成娃化物。
[0044] 图8示出了第一区100中的第一器件，第一器件可W是n型FET。由于金属78和82W 及层64、66、68、70、74、76和80包括在栅极结构中，所^第一器件可^具有调节的阔值电压。 图8也示出第二区200中的第二器件，第二器件可W是P型FET。由于金属78和82W及层64、 66、68、70、74、76和80包括在栅极结构中，所W第二器件可W具有调节的阔值电压。
[0045] 虽然未示例性示出，本领域普通技术人员将容易理解，可W对图8中的结构实施进 一步的处理步骤。例如，可W在ILDl 88上方形成各种金属间电介质（IMD)和它们的相应的 金属化。
[0046] 图9是形成在第二区200中的栅极结构的放大图，图9示出为使本文中形成的层清 楚。第一区100中的栅极结构具有类似的截面，除了没有先前讨论的第一功函调节层70之 外。
[0047] -些实施例可W获得优势。通过在栅极结构中的两种金属之间形成粘合层，可W 改进金属之间的粘合。通过在如所述的栅极结构上形成诸如氧化物层的缓冲层，可W改进 例如金属和随后的介电层(诸如介电帽)之间的粘合。该改进的粘合可W减少导电材料的扩 散和分层。
[0048] 实施例是一种方法。该方法包括在衬底中形成第一源极/漏极区和第二源极/漏极 区，W及在第一源极/漏极区和第二源极/漏极区之间W及衬底上方形成栅极结构。该栅极 结构包括位于衬底上方的栅极介电层、位于栅极介电层上方的功函调节层、位于功函调节 层上方的第一金属、位于第一金属上方的粘合层W及位于粘合层上方的第二金属。第二金 属与第一金属不同。
[0049] 在上述方法中，其中，所述粘合层包括所述第一金属和所述第二金属的合金。
[0050] 在上述方法中，其中，所述粘合层是所述第一金属的氧化物。
[0051] 在上述方法中，其中，所述粘合层包括所述第一金属的氧化物的第一子层和所述 第二金属的氧化物的第二子层。
[0052] 在上述方法中，其中，所述粘合层是所述第一金属和所述第二金属的混合物的氧 化物。
[0053] 在上述方法中，其中，形成所述栅极结构包括:在所述功函调节层上方形成所述第 一金属;在所述第一金属上方沉积所述第二金属；W及在沉积所述第一金属和所述第二金 属之后，通过使所述第一金属和所述第二金属退火形成所述粘合层。
[0054] 在上述方法中，其中，形成所述栅极结构包括:在室中，在所述功函调节层上方沉 积所述第一金属;在沉积所述第一金属之后，允许所述室处于自然环境；W及在允许所述室 处于自然环境之后，在所述室中，在所述第一金属上方沉积所述第二金属，其中，所述粘合 层包括至少部分地通过允许所述室处于自然环境形成的氧化物。
[0055] 在上述方法中，其中，形成所述栅极结构包括:在所述功函调节层上方沉积所述第 一金属;在沉积所述第一金属之后，将所述第一金属暴露于含氧等离子体；W及在将所述第 一金属暴露于所述含氧等离子体之后，在所述第一金属上方沉积所述第二金属，其中，所述 粘合层包括至少部分地通过将所述第一金属暴露于所述含氧等离子体形成的氧化物。
[0056] 在上述方法中，还包括:在所述栅极结构上方形成缓冲层，所述缓冲层包括所述第 二金属的氧化物；W及在所述缓冲层上方形成介电帽。
[0057] 另一实施例是一种方法。该方法包括在衬底中形成第一源极/漏极区和第二源极/ 漏极区，W及在衬底上方形成层间电介质。开口穿过层间电介质至衬底，并且开口位于第一 源极/漏极区和第二源极/漏极区之间。该方法还包括在开口中和在衬底上方形成栅极介电 层;在开口中和在栅极介电层上方形成功函调节层;在开口中和在功函调节层上方形成第 一金属;在开口中和在第一金属上方形成第二金属；W及在第一金属和第二金属之间形成 粘合层。第二金属与第一金属不同。
[0058] 在上述方法中，其中，所述粘合层是所述第一金属的氧化物。
[0059] 在上述方法中，其中，所述粘合层是所述第一金属的氧化物的第一子层和所述第 二金属的氧化物的第二子层的复合层。
[0060] 在上述方法中，其中，所述粘合层是所述第一金属和所述第二金属的合金。
[0061 ]在上述方法中，其中，形成所述粘合层包括:使所述第一金属和所述第二金属退火 W反应，从而形成所述第一金属和所述第二金属的合金。
[0062] 在上述方法中，其中，形成所述粘合层包括:将所述第一金属暴露于自然环境。
[0063] 在上述方法中，其中，形成所述粘合层包括:将所述第一金属暴露于含氧等离子 体。
[0064] 另一实施例是一种结构。该结构包括位于衬底中的第一源极/漏极区和第二源极/ 漏极区、位于衬底上W及第一源极/漏极区和第二源极/漏极区之间的栅极结构、W及位于 衬底上方和栅极结构周围的层间电介质。栅极结构包括位于衬底上方的栅极介电层、位于 栅极介电层上方的功函调节层、位于功函调节层上方的第一金属、位于第一金属上方的粘 合层、W及位于粘合层上方的第二金属。第二金属与第一金属不同。
[0065] 在上述结构中，其中，所述粘合层包括所述第一金属的氧化物。
[0066] 在上述结构中，其中，所述粘合层包括所述第一金属和所述第二金属的合金。
[0067] 在上述结构中，还包括:缓冲层，位于所述栅极结构上方，所述缓冲层包括所述第 二金属的氧化物；W及介电帽，位于所述缓冲层上方，所述介电帽的顶面与所述层间电介质 的顶面共面。
[0068] 上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可W更好地理解本发明的方 面。本领域技术人员应该理解，他们可W容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实 施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人 员也应该意识到，运种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精 神和范围的情况下，本文中他们可W做出多种变化、替换W及改变。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 在衬底中形成第一源极/漏极区和第二源极/漏极区；以及 在所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区之间以及所述衬底上方形成栅极结 构，所述栅极结构包括： 栅极介电层，位于所述衬底上方， 功函调节层，位于所述栅极介电层上方， 第一金属，位于所述功函调节层上方， 粘合层，位于所述第一金属上方，和 第二金属，位于所述粘合层上方，所述第二金属与所述第一金属不同。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合层包括所述第一金属和所述第二金属的 合金。3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合层是所述第一金属的氧化物。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合层包括所述第一金属的氧化物的第一子 层和所述第二金属的氧化物的第二子层。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合层是所述第一金属和所述第二金属的混 合物的氧化物。6. 根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述栅极结构包括： 在所述功函调节层上方形成所述第一金属； 在所述第一金属上方沉积所述第二金属；以及 在沉积所述第一金属和所述第二金属之后，通过使所述第一金属和所述第二金属退火 形成所述粘合层。7. 根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述栅极结构包括： 在室中，在所述功函调节层上方沉积所述第一金属； 在沉积所述第一金属之后，允许所述室处于自然环境；以及 在允许所述室处于自然环境之后，在所述室中，在所述第一金属上方沉积所述第二金 属，其中，所述粘合层包括至少部分地通过允许所述室处于自然环境形成的氧化物。8. 根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述栅极结构包括： 在所述功函调节层上方沉积所述第一金属； 在沉积所述第一金属之后，将所述第一金属暴露于含氧等离子体；以及 在将所述第一金属暴露于所述含氧等离子体之后，在所述第一金属上方沉积所述第二 金属，其中，所述粘合层包括至少部分地通过将所述第一金属暴露于所述含氧等离子体形 成的氧化物。9. 一种方法，包括： 在衬底中形成第一源极/漏极区和第二源极/漏极区； 在所述衬底上方形成层间电介质，开口穿过所述层间电介质至所述衬底，所述开口位 于所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区之间； 在所述开口中和所述衬底上方形成栅极介电层； 在所述开口中和所述栅极介电层上方形成功函调节层； 在所述开口中和所述功函调节层上方形成第一金属； 在所述开口中和所述第一金属上方形成第二金属，所述第二金属与所述第一金属不 同；以及 在所述第一金属和所述第二金属之间形成粘合层。10. -种结构，包括： 第一源极/漏极区和第二源极/漏极区，位于衬底中； 栅极结构，位于所述衬底上以及所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区之间， 所述栅极结构包括： 栅极介电层，位于所述衬底上方， 功函调节层，位于所述栅极介电层上方， 第一金属，位于所述功函调节层上方， 粘合层，位于所述第一金属上方，和 第二金属，位于所述粘合层上方，所述第二金属与所述第一金属不同；以及 层间电介质，位于所述衬底上方和所述栅极结构周围。
【文档编号】H01L21/336GK106098556SQ201510777476
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2015年11月13日
【发明人】张简旭珂, 刘继文, 吴志楠, 林俊泽
【申请人】台湾积体电路制造股份有限公司