用于形成取代金属栅极的方法及相关装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于形成取代金属栅极的方法及相关装置，其提供一种方法用以在RMG加工期间排除线空穴及所得装置。数个具体实施例包括形成虚拟栅极于一衬底的PFET区及NFET区上面，各个虚拟栅极有在相对两侧的间隔体，以及填充在间隔体之间的空间的一ILD；移除所述栅极的虚拟栅极材料，形成一空腔于每一对间隔体之间；形成一高k介电层于该ILD及所述间隔体上面且于所述空腔中；形成一金属覆盖层于该高k介电层上面；形成一第一功函数金属层于该金属覆盖层上面；移除该PFET区的该第一功函数金属层；形成一第二功函数金属层于在该PFET区中的该金属覆盖层上面及于在该NFET区中的该第一功函数金属层上面；以及形成一金属层于该第二功函数金属层上面，填充所述空腔。

【技术实现步骤摘要】
用于形成取代金属栅极的方法及相关装置
本揭示内容是有关于半导体制造。特别是，本揭示内容有关于在14纳米(nm)技术节点及以下的半导体装置制造的取代金属栅极(replacementmetalgates；RMGs)。
技术介绍
在当前半导体加工中，随着栅极尺寸持续变小，在金属栅极填充期间可能形成导致不合意装置效能或失效的线空穴(linevoid)。就14纳米技术节点的当前RMG加工而言，在衬底(substrate)的p型通道场效应晶体管(PFET)区中可能由于填隙边限(gapfillmargin)不足而出现线空穴。特别是，就当前RMG加工而言，n型通道场效应晶体管(NFET)功函数金属，例如碳化钛铝(TiAlC)，无法被PFET金属栅极中的后续阻障金属及栅极填充金属完全覆盖，而留下线空穴。此外，在线空穴中没有阻障金属及栅极填充金属的保护下，TiAlC在化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing；CMP)及原位稀释氢氟酸(dilutehydrofluoric；DHF)/氢氧化铵(NH4OH)清洗期间会被暴露且被蚀刻去掉，这导致缺陷。此外，就习知RMG加工而言，在退火及图案化步骤期间不合意地暴露及损害高电介质常数(高k)介电层，这降低装置的可靠性。亟须一种方法及所得装置致能栅极线空穴的减轻及栅极填充要求的有效改善，最小化高k介电层的暴露与装置可靠性的有效改善。
技术实现思路
本揭示内容的一方面为一种方法，其实质排除在RMG加工期间的线空穴缺陷且改善装置效能。另一方面包括在PFET图案化期间保护高k介电材料以防高k介电质损害。本揭示内容的其他方面及特征会在以下说明中提出以及部分在本领域一般技术人员审查以下内容或学习本揭示内容的实施后会明白。按照随附权利要求所特别提示，可实现及得到本揭示内容的优点。根据本揭示内容，有些技术效果部分可用一种方法达成，其包括形成虚拟栅极于一衬底的PFET区及n型通道场效应晶体管(NFET)上面，各个虚拟栅极具有形成于该虚拟栅极的相对两侧上的间隔体，以及在形成于该衬底中的源极/漏极(S/D)区上面的一层间电介质(ILD)，填充在所述间隔体之间的空间；移除所述栅极的虚拟栅极材料，形成一空腔于每一对间隔体之间；形成一高k介电层于该ILD及所述间隔体上面且于所述空腔中；形成一金属覆盖层于该高k介电层上面；形成一第一功函数金属层于该金属覆盖层上面；移除该PFET区的该第一功函数金属层；形成一第二功函数金属层于在该PFET区中的该金属覆盖层上面及于在该NFET区中的该第一功函数金属层上面；以及形成一金属层于该第二功函数金属层上面，填充所述空腔，以及形成数个RMG。本揭示内容的数个方面包括向下平坦化该ILD的一上表面，而移除多余的金属层、第一功函数金属层及第二功函数金属层和高k介电层且暴露所述侧面间隔体及ILD的上表面。其他方面包括用CMP进行平坦化。其他方面又包括形成氮化钛(titaniumnitride；TiN)的该金属覆盖层。某些方面包括形成TiAlC的该第一功函数金属层。其他方面包括该TiAlC是用于一n型装置。某些方面包括形成TiN的该第二功函数金属层用于一p型装置。其他方面更包括形成钨(W)、铝(Al)、钨合金或铝合金的该金属层。其他方面包括形成该金属层于在该PFET区上面的一空腔中，其中在该PFET区中的该空腔比在该NFET区中的宽。在某些方面中，所述虚拟栅极由多晶硅形成；以及移除该多晶硅以在所述间隔体之间形成所述空腔。本揭示内容的另一方面为一种装置，其包括形成于一衬底上面的一ILD，该衬底具有形成于该衬底的PFET区及NFET区上面的空腔，以及在该衬底中形成于各空腔的相对两侧的S/D区；在各空腔中的侧壁上的间隔体；在各空腔的所述间隔体之间的RMG，其中各RMG包括：在该空腔的侧面及底面上的一高k介电层；在该高k介电层上面的一金属覆盖层；在该NFET区中的该金属覆盖层上面的一第一功函数金属层；在该PFET区中的该金属覆盖层上面且在该NFET区中的该第一功函数金属层上面的一第二功函数金属层；以及在该第二功函数金属层上面的一金属层。本揭示内容的数个方面包括包括TiN的该金属覆盖层。其他方面包括包括TiAlC的该第一功函数金属层。其他方面又包括该TiAlC是用于一n型装置。有些方面包括包括TiN的该第二功函数金属层用于一p型装置。其他方面包括包括钨、铝、钨合金或铝合金的该金属层。有些方面包括在该PFET区中的该金属层比在该NFET区中的宽。本揭示内容的又一方面包括一种方法，其包括形成多晶硅的虚拟栅极于一衬底的PFET区及NFET区上面，各个多晶硅的虚拟栅极具有形成于该多晶硅的虚拟栅极的相对两侧上的间隔体，以及在形成于该衬底中的S/D区上面的一ILD，填充在所述间隔体之间的空间；移除所述虚拟栅极，而所述间隔体之间形成空腔；形成一高k介电层于该ILD及所述间隔体上面且于所述空腔中；在该高k介电层上面形成一TiN覆盖层；在该TiN覆盖层上面形成TiAlC的n型功函数层；移除该PFET区的该TiAlC的n型功函数层；在该PFET区中的该TiN覆盖层上面以及在该NFET区中的该TiAlC的n型功函数层上面形成一TiN的p型功函数层；以及形成填充所述空腔的一金属层，形成数个RMG。数个方面包括形成该金属层于在该PFET区上面的一开口中，其中在该PFET区上面的该金属层的宽度大于在该NFET区上面的该金属层的宽度。附加方面包括形成钨、铝、钨合金或铝合金的该金属层。本领域技术人员由以下详细说明可明白本揭示内容的其他方面及技术效果，其中仅以预期可实现本揭示内容的最佳模式举例描述本揭示内容的具体实施例。应了解，本揭示内容能够做出其他及不同的具体实施例，以及在各种明显的方面，能够修改数个细节而不脱离本揭示内容。因此，附图及说明内容本质上应被视为图解说明用而不是用来限定。附图说明在此用附图举例说明而不是限定本揭示内容，图中类似的元件用相同的元件符号表示。图1至图9示意图示根据一示范具体实施例的半导体制程。符号说明：101PFET(p型通道场效应晶体管)区103NFET(n型通道场效应晶体管)区105衬底107多晶硅材料109间隔体111ILD(层间电介质)113S/D(源极/漏极)区201空腔301高k介电层401金属覆盖层501功函数金属层701第二功函数金属层801金属层。具体实施方式为了解释，在以下的说明中，提出许多特定细节供澈底了解示范具体实施例。不过，显然没有所述特定细节或用等价配置仍可实施示范具体实施例。在其他情况下，众所周知的结构及装置用方块图图示以免不必要地混淆示范具体实施例。此外，除非呈现，在本专利说明书及权利要求中表示成分、反应状态等等的数量、比例及数值性质的所有数字应被理解为在所有情况下可用措辞“约”来修饰。本揭示内容针对及解决线空穴的当前问题与高k介电材料在RMG加工期间的暴露。根据本揭示内容的具体实施例，提供排除RMG填隙空穴且改善装置效能的一种新颖方法及所得装置。此外，本领域技术人员由以下详细说明可明白其他方面、特征及技术效果，其中仅以预期可实现本揭示内容的最佳模式举例描述数个较佳具体实施例。本揭示内容能够做出其他及不同的具体实施例，以及在各种明显的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包含：形成虚拟栅极于一衬底的p型通道场效应晶体管(PFET)区及n型通道场效应晶体管(NFET)区上面，各个虚拟栅极具有形成于该虚拟栅极的相对两侧上的间隔体，以及在形成于该衬底中的源极/漏极(S/D)区上面的一层间电介质(ILD)，填充在所述间隔体之间的空间；移除所述栅极的虚拟栅极材料，形成一空腔于每一对间隔体之间；形成一高k介电层于该ILD及所述间隔体上面且于所述空腔中；形成一金属覆盖层于该高k介电层上面；形成一第一功函数金属层于该金属覆盖层上面；移除该PFET区的该第一功函数金属层；形成一第二功函数金属层于在该PFET区中的该金属覆盖层上面及于在该NFET区中的该第一功函数金属层上面；以及形成一金属层于该第二功函数金属层上面，填充所述空腔，以及形成数个取代金属栅极(RMG)。

【技术特征摘要】
2016.12.29 US 15/393,4881.一种方法，其包含：形成虚拟栅极于一衬底的p型通道场效应晶体管(PFET)区及n型通道场效应晶体管(NFET)区上面，各个虚拟栅极具有形成于该虚拟栅极的相对两侧上的间隔体，以及在形成于该衬底中的源极/漏极(S/D)区上面的一层间电介质(ILD)，填充在所述间隔体之间的空间；移除所述栅极的虚拟栅极材料，形成一空腔于每一对间隔体之间；形成一高k介电层于该ILD及所述间隔体上面且于所述空腔中；形成一金属覆盖层于该高k介电层上面；形成一第一功函数金属层于该金属覆盖层上面；移除该PFET区的该第一功函数金属层；形成一第二功函数金属层于在该PFET区中的该金属覆盖层上面及于在该NFET区中的该第一功函数金属层上面；以及形成一金属层于该第二功函数金属层上面，填充所述空腔，以及形成数个取代金属栅极(RMG)。2.如权利要求1所述的方法，更包含：向下平坦化该ILD的一上表面，移除多余的金属层、第一功函数金属层及第二功函数金属层和高k介电层，以及暴露所述侧面间隔体及ILD的上表面。3.如权利要求2所述的方法，其包含：用化学机械抛光(CMP)进行平坦化。4.如权利要求1所述的方法，其包含：形成氮化钛(TiN)的该金属覆盖层。5.如权利要求1所述的方法，其包含：形成掺铝碳化钛(TiAlC)的该第一功函数金属层。6.如权利要求5所述的方法，其中，该TiAlC是用于一n型装置。7.如权利要求1所述的方法，其包含：形成TiN的该第二功函数金属层用于一p型装置。8.如权利要求1所述的方法，其包含：形成钨(W)、铝(Al)或彼等的合金的该金属层。9.如权利要求8所述的方法，其包含：形成该金属层于在该PFET区上面的一空腔中，其中，在该PFET区中的该空腔比在该NFET区中的宽。10.如权利要求1所述的方法，其包含：形成多晶硅的所述虚拟栅极；以及移除该多晶硅以形成所述空腔于所述间隔体之间。11.一种装置，其包含：形成于一衬底上面的一层间电介质(ILD)，该衬底具有形成于该衬底的p型通道场效应晶体管(PFET)区及n型通道场效应晶体管(NFET)区上面的空腔，以及在各空腔的相对两侧形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴旭升，王海艇，
申请(专利权)人：格芯公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY