金属栅极结构及其形成方法技术

本发明专利技术提供金属栅极结构及其形成方法。在某些实施例中，基材具有形成在高介电常数介电层中的特征结构，而在基材上形成金属栅极结构的方法可包括下列步骤：在特征结构内，在介电层顶上沉积第一层；在特征结构内，在第一层顶上沉积第二层，第二层包含钴或镍；以及在特征结构内，在第二层顶上沉积第三层以填充特征结构，第三层包含金属，其中第一层及第二层中的至少一层形成湿润层，以形成供后续沉积层所用的成核层，其中第一层、第二层及第三层中的一层形成功函数层，且其中第三层形成栅极电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属栅极结构及其形成方法
本专利技术的实施例大体关于基材处理。
技术介绍
在处理半导体、平板显示器或其它电子装置的领域中，由于电子装置的几何尺寸持续缩减，而装置密度持续增加，整体特征结构的尺寸被减小且纵横比被加大。在现有的装置制造中，例如，当在二或三维的装置中制造金属栅极结构时，为了填充较小的特征结构，通过高温沉积处理在湿润层顶上沉积金属栅极材料。可能还需要额外的层，例如一或多个阻障层，以防止金属层扩散进入下方的层内；以及一或多个功函数层(workfunctionlayer)，以为装置提供合适的功函数。然而，包括额外的层来执行上述功能，增加了建立具有较小几何尺寸的装置的难度。因此，本案专利技术人提供了改良的金属栅极结构及其形成方法。
技术实现思路
本专利技术提供金属栅极结构及其形成方法。在某些实施例中，基材具有形成在高介电常数介电层中的特征结构，而在基材上形成金属栅极结构的方法可包括下列步骤：在特征结构内，在介电层顶上沉积第一层；在特征结构内，在第一层顶上沉积第二层，第二层包含钴；以及在特征结构内，在第二层顶上沉积第三层以填充特征结构，第三层包含金属，其中第一层及第二层中的至少一层形成湿润层，以形成供后续沉积层所用的成核层，其中第一层、第二层及第三层中的一层形成功函数层，且其中第三层形成栅极电极。在某些实施例中，基材具有形成在高介电常数介电层中的特征结构，而在基材上形成金属栅极结构的方法可包括下列步骤：在特征结构内，在介电层顶上沉积第一层，其中第一层为阻障层；在特征结构内，在第一层顶上沉积第二层，其中第二层作为功函数层及湿润层以形成供后续沉积层所用的成核层；以及在特征结构内，在第二层顶上沉积第三层以填充该特征结构，第三层包含铝(Al)，其中第三层形成金属栅极电极。在某些实施例中，金属栅极结构可包括：第一层，设置在特征结构内，特征结构形成在基材的介电层中；第二层，包含钴，第二层设置在特征结构内的第一层上方；以及第三层，包含金属，第三层设置在特征结构内的第二层上方，其中第三层填充特征结构，且其中第一层及第二层中的至少一层形成湿润层，以形成供后续沉积层所用的成核层，其中第一层、第二层及第三层中的一层形成功函数层，且其中第三层形成栅极电极。在某些实施例中，金属栅极结构可包括：第一层，设置在特征结构内，特征结构形成在基材的介电层中，其中第一层为阻障层；第二层，设置在特征结构内的第一层上方，其中第二层为功函数层及湿润层，以形成供后续沉积层所用的成核层；以及第三层，包含铝，第三层设置在特征结构内的第二层上方，其中第三层形成栅极电极。下文描述本专利技术的其它及进一步的实施例。附图说明可藉由参照描绘在附图中的本专利技术的说明性实施例，而了解以上所简述且更详细在下文中讨论的本专利技术的实施例。然而，应注意的是，附图仅为说明本专利技术的典型实施例，而非用于限制本专利技术的范畴，因为本专利技术也允许其它等效实施例。图1为根据本专利技术的某些实施例的基材的说明性剖面视图，该基材具有在基材上形成的金属栅极结构。图2描绘根据本专利技术的某些实施例的形成金属栅极结构的方法。图3A至3E为根据本专利技术的某些实施例的处理步骤的不同阶段期间，基材的说明性剖面视图。图4为多腔室处理系统的一实例的概要顶视图，该多腔室处理系统适于执行本专利技术所公开的处理。图5为根据本专利技术的某些实施例的基材的说明性剖面视图，该基材具有在基材上形成的金属栅极结构。为方便理解，在可能情况下已使用相同组件符号以指出图中所共有的相同组件。附图并非按比例绘制，且可能为了清晰的缘故而加以简化。可考虑将一个实施例的组件及特征有利地应用于其它实施例中，而无需进一步描述。具体实施方式本专利技术的实施例大体关于基材处理。在某些实施例中，本专利技术的金属栅极结构及其制造方法可有利地提供金属栅极结构，该金属栅极结构包含湿润层以促进成核及金属栅极层沉积在湿润层上。在某些实施例中，湿润层可进一步有利地作为阻障层，以防止材料从金属栅极层扩散至下方层。本专利技术可进一步有利地提供共形且均匀的湿润层，从而促进复杂结构的形成，例如三维结构，如鳍片场效晶体管(鳍片FET)或多重栅极场效晶体管。参见图1，在某些实施例中，装置100可包括金属栅极结构114，金属栅极结构114通常可包含介电层103、湿润层110以及金属栅极层112。在某些实施例中，金属栅极结构114可设置在基材102内或基材102顶上。在这样的实施例中，金属栅极结构114可形成在特征结构118内，而特征结构118可形成在，例如，介电层103中，而介电层103设置在基材102顶上。此外，在某些实施例中，金属栅极结构114可进一步包含额外的层，例如阻障层106或功函数层108中的至少一层。基材102可为能使材料沉积在基材上的任何基材，如硅基材，例如结晶硅(如，Si<100>或Si<111>)、氧化硅、应变硅、经掺杂或未经掺杂的多晶硅等等，III-V族化合物基材，硅锗(SiGe)基材，磊晶基材，绝缘体上硅(silicon-on-insulator；SOI)基材，显示器基材如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、电致发光(EL)灯显示器、太阳能阵列、太阳能面板、发光二极管(LED)基材、半导体晶片，等等。在某些实施例中，基材102可包括至少部份形成在基材102中的其它结构或特征结构118。举例而言，在某些实施例中，特征结构118(如，通孔、沟槽、双镶嵌特征结构、高纵横比特征结构等)可通过任何适当的处理(或多个处理)，形成在介电层103内，如通过蚀刻处理。在某些实施例中，基材102可包括界定在基材102中的p-型或n-型区域(未示出)。以交替或组合的方式，在某些实施例中，基材可包括形成在基材102中的多个场隔离区域(未示出)，以隔离具有相异传导性型态(例如，n-型或p-型)的阱，及/或以隔离相邻的晶体管(未示出)。场隔离区域可为浅沟槽隔离(shallowtrenchisolation；STI)结构，例如，可藉由将沟槽蚀刻入基材102，并接着以合适的绝缘体填充沟槽，而形成浅沟槽隔离结构；合适的绝缘体可如氧化硅(氧化物)、氮化硅(氮化物)等。介电层103可包含适用于期望应用的任何介电材料。举例而言，在某些实施例中，介电层103可包含高介电常数介电材料，例如，具有等于或大于约3.9的介电常数。在某些实施例中，介电层103为硅酸金属膜，例如，硅酸铪(HfSiOx)、氮化硅铪(HfxSiyN)、氮氧化硅铝(AlSixOyNz)等。在某些实施例中，高介电常数介电材料可包含金属氧化物，例如，氧化铪(HfOx)、氧化锆(ZrOx)、氧化镧(LaOx)、氧化铝(AlxOy)、它们的组合物、它们的层迭物、它们的混合物等。下标(x、y、z)意味着可通过循环沉积处理序列而有意地改变化学剂量或成分，以形成该化合物。可通过适于使介电层103具有期望厚度的任何处理来形成介电层103。举例而言，在某些实施例中，可藉由沉积处理(如化学气相沉积、物理气相沉积)，或循环沉积处理(如原子层沉积)等处理形成至少部份介电层103。以交替或组合的方式，在某些实施例中，可通过热或等离子体氧化处理等形成至少部份介电层103。在某些实施例中，可通过就图2描述在下文中的处理形成介电层103。在某些实施例中，阻障层106可沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.04 US 61/351,678;2011.05.26 US 13/116,7941.一种在基材上形成金属栅极结构的方法，该基材具有形成在高介电常数介电层中的特征结构，该方法包含下列步骤：在该特征结构内，在该高介电常数介电层顶上沉积第一层；在该特征结构内，在该第一层顶上沉积第二层，该第二层包含钴或镍；以及在该特征结构内，在该第二层顶上沉积第三层以填充该特征结构，该第三层包含金属，其中该第一层及该第二层中的至少一层形成湿润层，以在该特征结构内提供共形层并作为供后续沉积层所用的成核层，其中该第一层、该第二层及该第三层中的一层形成功函数层，且其中该第三层形成金属栅极电极。2.如权利要求1的方法，其中该高介电常数介电层包含氧化硅铪(HfSiO)、氮化硅铪(HfSiN)、氮氧化硅铝(AlSiON)、氧化铪(HfO)、氧化锆(ZrO)、氧化镧(LaO)或氧化铝(AlO)中的一种。3.如权利要求1或2中任一项的方法，其中形成该金属栅极结构的步骤包含下列步骤：形成pMOS金属栅极结构，且其中沉积该第一层的步骤包含下列步骤：沉积包含钛(Ti)、钽(Ta)、氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)中的一种的一层；或其中形成该金属栅极结构的步骤包含下列步骤：形成nMOS结构，且其中沉积该第一层的步骤包含下列步骤：沉积包含锰(Mn)、铪(Hf)、钛(Ti)、钽(Ta)、它们的铝合金、氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)中的一种的一层。4.如权利要求3的方法，其中该第一层形成阻障层或功函数层中的至少一层。5.如权利要求1或2中任一项的方法，其中形成该金属栅极结构的步骤包含下列步骤：形成pMOS金属栅极结构，且其中沉积包含钴(Co)或镍(Ni)的该第二层的步骤包含下列步骤：沉积该第二层达5至的厚度；或形成该金属栅极结构的步骤包含下列步骤：形成nMOS结构，且其中包含钴(Co)或镍(Ni)的该第二层被沉积达小于的厚度。6.如权利要求1或2中任一项的方法，其中沉积该第三层的步骤包含下列步骤：沉积金属栅极层，该金属栅极层包含铝(Al)、钨(W)、钴(Co)、铜(Cu)或镍(Ni)。7.如权利要求1或2中任一项的方法，其中沉积该第三层的步骤包含下列步骤：通过化学气相沉积来沉积第一次层，该第一次层包含铝(Al)；以及通过物理气相沉积来沉积第二次层，该第二次层包含铝(Al)，其中沉积该第二次层的步骤导致...

【专利技术属性】
技术研发人员：赛沙德利·甘古利，柳尚澔，李相协，哈阳成，李维迪，金勋，斯里尼瓦斯·甘迪科塔，雷雨，凯文·莫雷斯，唐先民，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：
国别省市：