制造金属栅极的方法
【专利摘要】本发明提供制造适用于鳍式场效应晶体管结构的金属栅极的方法。在此所述的方法通常包括在半导体基板上形成高k介电材料；在该高k介电材料之上沉积高k介电帽层；沉积PMOS功函数层，其具有正功函数值；沉积NMOS功函数层；在该NMOS功函数层之上沉积NMOS功函数帽层；除去至少一部分的PMOS功函数层或至少一部分的NMOS功函数层；和沉积填充层。沉积高k介电帽层、沉积PMOS功函数层或沉积NMOS功函数帽层可包括氮化钛、氮化钛硅、或氮化钛铝的原子层沉积。可先沉积PMOS或NMOS中的任一者。
【专利说明】制造金属栅极的方法
[0001] 领域
[0002] 本发明的实施方式一般涉及形成金属栅极的方法。更具体而言，本发明实施方式 涉及制造多栅极场效应晶体管器件的方法。
[0003] 背景
[0004] 微电子器件制造在半导体基板上作为集成电路，其中各种导电层与另一者内连接 以容许电子信号在该器件内传播。此类器件的范例是互补式金属氧化物半导体（CMOS)场 效应晶体管（FET)或M0SFET。
[0005] 在过去数十年间，M0SFET的尺寸持续微型化，并且现代化的集成电路并入沟道长 度低于0. 1微米的M0SFET。目前生产的是特征尺寸65纳米的器件（具有甚至更短的沟道）。 特征尺寸的缩小造成某些挑战，因为小的M0SFET与较大器件相比有较高的漏电流，以及较 低的输出电阻。虽是如此，仍因为若干原因而较偏好较小的M0SFET。制作较小晶体管的主 要原因是要在特定芯片区内挤进越来越多器件，降低每芯片的价格。此外，晶体管尺寸的缩 小可辅助加快速度。
[0006] 由于小M0SFET的几何形状，可施加至栅极的电压必须降低以维持可靠度。为了维 持效能，M0SFET的阈值电压也必须降低。因为阈值电压降低，晶体管在有限的可用电压变 动下无法从完全截止切换成完全导通。次阈值漏电流，过去被忽视，现在可对器件效能有显 著冲击。
[0007] 栅极电极是集成电路的一部分。例如，CMOS晶体管包括设置在源极与漏极区之间 的栅极结构，源极与漏极区形成在半导体基板内。栅极结构通常包括栅极电极与栅极介电 层。该栅极电极设置在该栅极介电层之上以控制载流子在沟道区内的流动，沟道区形成在 源极与漏极区之间该栅极介电层下方。该栅极介电层通常包含介电常数约是4. 0或更大的 薄材料层（例如，栅极氧化物，像二氧化硅（Si02)、氧氮化硅（SiON)、及诸如此类）。
[0008] 栅极氧化物，作用为该栅极与沟道间的绝缘体，应制作得越薄越好以在晶体管导 通时增加沟道导电性与效能，并在晶体管截止时降低次阈值漏电流。但是，就现有厚度约 1. 2纳米上下的栅极氧化物而言（此在硅中是约5个原子的厚度），电子隧穿的量子力学现 象会在该栅极与沟道间发生，导致增加的功率耗损。
[0009] -般是传统晶体管，其通常是平面的，会经受前述电流泄漏。因此，当晶体管变得 更小，电流泄漏通过其间，这会随着晶体管尺寸的缩小而增加。此问题的一个可能解决方案 是三维栅极结构。在这些栅极中，该沟道、源极与漏极高出该基板，然后该栅极在三侧上覆 盖该沟道。目标是限制电流仅在该高起的沟道，并消除电子可经其泄漏的任何路径。一种 此类晶体管被称为鳍式场效应晶体管（FinFET)，其中连接该源极与漏极的沟道是从该基板 突出的薄的"鳍"。这使电流被限制仅在此刻高起的沟道，因此避免电子泄漏。这些栅极通 常被称为多栅极。此多栅极晶体管设计的范例是该鳍式场效应晶体管，其中连接该源极与 漏极的沟道是一个从该硅基板延伸出的薄的"鳍"。
[0010] 但是，虽然避免了电流泄漏，使用3D结构时却有一不同的挑战，因为需要极度共 形地沉积功函数材料。尽管这些多栅极结构展现出愿景，但还是有困难存在，因为栅极的三 维本质需要该功函数金属被高度共形地沉积。目前的方法对功函数金属使用物理气相沉积 (PVD)技术，这使得沉积所需的薄的共形膜相当困难。因此，存在有对于形成金属栅极的改 善方法的需要，特别是多栅极结构领域。
[0011] 概述
[0012] 本发明提供制造金属栅极的方法，适用于三维栅极（即FinFET)。据此，本发明的 一个态样涉及一种制造金属栅极电极的方法。所述方法包括：
[0013] 在半导体基板上形成高k介电材料；
[0014] 在所述高k介电材料之上沉积高k介电帽层；
[0015] 沉积PM0S功函数层，所述PM0S功函数层具有正功函数值；
[0016] 沉积NM0S功函数层；
[0017] 在所述NM0S功函数层之上沉积NM0S功函数帽层；
[0018] 除去至少一部分的PM0S功函数层或至少一部分的NM0S功函数层；和 [0019] 沉积填充层，
[0020] 其中沉积高k介电帽层、沉积PM0S功函数层或沉积NM0S功函数帽层包括氮化钛、 氮化钛硅、或氮化钛铝的原子层沉积。在替代实施方式中，所述PM0S功函数层可在所述 NM0S功函数层之前或之后沉积。
[0021] 因此，在一或多个实施方式中，所述方法包括在所述介电帽层之上沉积具有正功 函数值的PM0S功函数层；除去至少一部分的具有正功函数值的PM0S功函数层；在除去至 少一部分的PM0S功函数层后沉积NM0S功函数层；在所述NM0S功函数层之上沉积NM0S功 函数帽层；和在所述NM0S功函数帽层之上沉积填充层。在进一步实施方式中，所述NM0S功 函数帽层适于作为所述填充层的阻障层。
[0022] 在某些实施方式中，所述方法包括：在所述介电帽层之上沉积NM0S功函数层；在 所述NM0S功函数层之上沉积NM0S功函数帽层；除去至少一部分的NM0S功函数层；在除去 至少一部分的NM0S功函数层后沉积PM0S功函数层；和在所述PM0S功函数层之上沉积填充 层。在进一步实施方式中，所述PM0S功函数层适于作为所述填充层的阻障层。
[0023] 所述方法有许多变型。例如，在一或多个实施方式中，沉积NM0S功函数层包括碳 化钽铝、铝化钽及铝化钛的一或多者的原子层沉积。在某些实施方式中，其中沉积填充层包 括元素钴、元素铝或元素钨的化学气相沉积。
[0024] 在一或多个实施方式中，所述方法进一步包括沉积氧化物吸气剂；以及除去氧化 物和至少一部分的吸气剂。在进一步实施方式中，沉积所述吸气剂包括硅的RF溅射物理气 相沉积或原子层沉积。在一或多个实施方式中，其中除去所述氧化物和吸气剂包括干燥化 学蚀刻工艺。在某些实施方式中，氧化物吸气剂的沉积及氧化物和至少一部分的吸气剂的 除去是在沉积高k介电帽层后执行。在某些实施方式中，氧化物吸气剂的沉积及氧化物和 至少一部分的吸气剂的除去是在沉积所述NM0S功函数层后执行。
[0025] 在一或多个变型中，所述方法进一步包括沉积蚀刻终止层。在一或多个实施方式 中，沉积蚀刻终止层包括氮化钽的原子层沉积。在一或多个实施方式中，所述方法进一步包 括调整所述正功函数值以提供调整过的正功函数值。
[0026] 上述实施方式可以任何适当方法组合。因此，在一实施方式中，所述方法包括在 半导体基板上形成高k介电材料；在所述高k介电材料之上沉积高k介电帽层；在所述高 k介电帽层之上沉积第一氧化物吸气剂；除去氧化物和至少一部分的第一氧化物吸气剂； 在所述高k介电帽层之上沉积蚀刻终止层；在所述蚀刻终止层之上沉积具有正功函数值的 PMOS功函数层；调整所述正功函数值以提供调整过的正功函数值；除去至少一部分的具有 正功函数值的PMOS功函数层；在除去至少一部分的PMOS功函数层后沉积NMOS功函数层； 沉积第二氧化物吸气剂；除去氧化物和至少一部分的第二氧化物吸气剂；沉积NMOS功函数 帽层；和沉积填充层，其中沉积高k介电帽层、沉积PMOS功函数层或沉积NMOS功函数帽层 包括氮化钛、氮化钛硅或氮化钛铝的原子层沉积。
[0027] 在某些实施方式中，沉积高k介电帽层包括氮化钛的原子层沉积；沉积第一氧化 物吸气剂包括硅的RF溅射物理气相沉积或原子层沉积；除去氧化物与至少一部分的第一 氧化物吸气剂包括干燥化学蚀刻；沉积蚀刻终止层包括氮化钽的原子层沉积；沉积PM0S功 函数层包括氮化钛的原子层沉积；调整所述正功函数包括氧气除气，添加硅至所述PM0S功 函数层以形成氮化钛硅，或是添加铝至所述PM0S功函数层以形成氮化钛铝；除去至少一部 分的PM0S功函数层包括蚀刻工艺；沉积NM0S功函数层包括碳化钽铝、氮化钛硅与氮化钛铝 的一或多者的原子层沉积；沉积第二氧化物吸气剂包括硅的RF溅射物理气相沉积或原子 层沉积；除去氧化物与至少一部分的第二氧化物吸气剂包括干燥化学蚀刻；沉积NM0S功函 数帽层包括氮化钛的原子层沉积；和沉积填充层包括钴、铝或钨的化学气相沉积。
[0028] 在一或多个实施方式中，所述方法包括在半导体基板上形成高k介电材料；在所 述高k介电材料之上沉积高k介电帽层；在所述高k介电帽层之上沉积第一氧化物吸气 齐U ;除去氧化物与至少一部分的第一氧化物吸气剂；在所述高k介电帽层之上沉积蚀刻终 止层；在所述蚀刻终止层之上沉积NM0S功函数层；在所述NM0S功函数层之上沉积NM0S功 函数帽层；除去至少一部分的NM0S功函数层；在除去至少一部分的NM0S功函数层后沉积 第二氧化物吸气剂；除去氧化物和至少一部分的第二氧化物吸气剂；在除去至少一部分的 第二氧化物吸气剂后沉积具有正功函数值的PM0S功函数层；调整所述正功函数值以提供 调整过的正功函数值；和沉积填充层，其中沉积高k介电帽层、沉积PM0S功函数层或沉积 NM0S功函数帽层包括氮化钛、氮化钛硅或氮化钛铝的原子层沉积。在一特定实施方式中， 沉积高k介电帽层包括氮化钛的原子层沉积；沉积第一氧化物吸气剂包括硅的RF溅射物 理气相沉积或原子层沉积；除去氧化物和至少一部分的第一氧化物吸气剂包括干燥化学蚀 亥IJ ;沉积蚀刻终止层包括氮化钽的原子层沉积；沉积NM0S功函数层包括碳化钽铝的原子层 沉积；沉积NM0S功函数帽层包括氮化钛的原子层沉积；除去至少一部分的NM0S功函数层 包括蚀刻工艺；沉积第二氧化物吸气剂包括硅的RF溅射物理气相沉积或原子层沉积；除去 氧化物和至少一部分的第二氧化物吸气剂包括干燥化学蚀刻；沉积PM0S功函数层包括氮 化钛的原子层沉积；调整所述正功函数包括氧气除气，添加硅至所述PM0S功函数层以形成 氮化钛硅，或是添加铝至所述PM0S功函数层以形成氮化钛铝；和沉积填充层包括钴和铝的 化学气相沉积。
[0029] 附图简要说明
[0030] 因此，可详细理解本发明的上述特征的方式，可参考其实施方式来得到上文简要 概述的对本发明更具体的描述，一些实施方式在附图中示出。但应注意的是，附图仅示出本 发明的典型实施方式，因此不应视为对本发明的范围的限制，因为本发明可允许其他同等 有效的实施方式。
[0031] 图1表示根据本发明的一或多个实施方式的群集工具系统的示意图。
[0032] 具体描述
[0033] 在描述本发明的若干示例实施方式前，应了解本发明并不受限于在如下描述中提 出的建构细节或工艺步骤。本发明能够有其他实施方式且能够以不同方式实施或执行。
[0034] 所提供的是涉及适用于三维、或多栅极FET器件（特别是15纳米以上技术节点） 的栅极形成的方法的实施方式。此类方法利用原子层沉积（ALD)和/或化学气相沉积（CVD) 工艺。在此所述方法的实施方式容许沉积出非常薄的金属膜，由此制造具有易于氧化的薄 功函数金属的金属栅极结构。
[0035] 据此，本发明的一态样涉及制造用于多栅极结构的金属栅极的方法。该方法通常 包括在半导体基板上形成高k介电材料；在该高k介电材料之上沉积高k介电帽层；沉积 PM0S功函数层，所述PM0S功函数层具有正功函数值；沉积NM0S功函数层；在该NM0S功函 数层之上沉积NM0S功函数帽层；除去至少一部分的PM0S功函数层或至少一部分的NM0S功 函数层；和沉积填充层。
[0036] 在两个替代实施方式中，可先行沉积该PM0S或NM0S。据此，在此所述方法的一个 实施方式包括沉积高k介电帽层、沉积PM0S功函数层或沉积NM0S功函数帽层包括氮化钛、 氮化钛硅或氮化钛铝的原子层沉积。在另一实施方式中，该方法包括在该介电帽层之上沉 积NM0S功函数层；在该NM0S功函数层之上沉积NM0S功函数帽层；除去至少一部分的NM0S 功函数层；在除去至少一部分的NM0S功函数层后沉积PM0S功函数层；和在该PM0S功函数 层之上沉积填充层。
[0037] 在一或多个实施方式中，该金属栅极的特定部件可供给多于一种功能。例如，在该 PM0S功函数层在该NM0S功函数层之前沉积的实施方式中，该NM0S功函数帽层适于作为该 填充层的阻障层。在该NM0S功函数层在该PM0S功函数层之前沉积的其他实施方式中，该 PM0S功函数层适于作为该填充层的阻障层。
[0038] 该高k介电薄膜可以是任何适合薄膜。在详细实施方式中，该高k介电薄膜包含 选自铪、锆、钽、镧、钆、钇、铝、镨、钪、钛、铟、镥、稀土金属及其组合物所组成的族群的元素。 在特定实施方式中，该高k薄膜包含铪、锆、钽、镧、钆、钇、铝、镨、钪、钛、铟、镥、稀土金属及 其组合物的一或多者的金属氧化物和/或金属硅酸盐。在详细实施方式中，该高k介电薄 膜包含氧化铪。
[0039] 可用任何适合技术沉积该高k介电薄膜，包括但不限于，化学气相沉积（CVD)和原 子层沉积（ALD)。在详细实施方式中，利用原子层沉积来沉积该高k薄膜。在一特定实施方 式中，具有悬空键的基板表面相继暴露在含有前列一或多种材料的前驱物气体中，接下来 暴露在含有氧化剂的前驱物气体中。
[0040] 该方法的部件可利用各种材料和/或工艺执行。例如，在一或多个实施方式中，沉 积高k介电帽层、沉积PM0S功函数层或沉积NM0S功函数帽层包括氮化钛、氮化钛硅或氮化 钛铝的原子层沉积。一般而言，可获得共形层的沉积氮化钛的任何ALD方法皆适于用来根 据本发明的各种实施方式沉积氮化钛。但是，此种ALD工艺的一个非限制性范例包含使用 四氯化钛与氨的前驱物。该薄膜然后以硅和/或铝掺杂。
[0041] 如上所讨论，氮化钛薄膜可用来作为高k介电帽层、P金属功函数层、作为防止该N 金属功函数薄膜氧化的层、和/或作为铝填充的阻障层。该薄膜的厚度可根据功能而改变。 因此，在利用氮化钛作为帽层的实施方式中，该氮化钛薄膜具有约5至约20埃或约10至约 15埃的厚度。在该氮化钛薄膜作用为P金属功函数层的实施方式中，该厚度可以是约20至 约60埃，并且在特定实施方式中，约40埃。此外，可通过改变该薄膜的厚度，或通过以氧或 硅掺杂该薄膜来改变氮化钛薄膜的功函数。在氮化钛薄膜是铝填充的阻障层或是用来防止 该N金属功函数薄膜氧化的其他实施方式中，该氮化钛薄膜可具有约10至约25埃的厚度， 并且在特定实施方式中，约15至约20埃。
[0042] 在其他实施方式中，可使用含有碳化钽铝的薄膜。一般而言，可获得共形层的沉积 碳化钽铝的任何ALD方法皆适于用来根据本发明的各种实施方式沉积碳化钽铝。但是，此 种ALD工艺的一个非限制性范例包含使用五氯化钽与三乙基铝的前驱物。
[0043] 在另一些其他实施方式中，可使用铝化钽或铝化钛薄膜。可使用五氯化钽或五氯 化钛和铝烷（alane)前驱物（即，二甲基乙基铝烷）来沉积这些薄膜。
[0044] 可根据本发明态样使用含有碳化钽铝、铝化钽或铝化钛的薄膜作为N金属功函数 层，或作为铝填充的润湿层。在使用碳化钽铝薄膜作为N金属功函数层的实施方式中，该薄 膜可具有范围从约10至约50埃的厚度，或在特定实施方式中，从约20至约40埃。此外， 可通过改变该薄膜的铝总量来改变功函数。在使用该碳化钽铝/铝化钽或铝化钛薄膜作为 铝填充的润湿层的其他实施方式中，该薄膜可具有约5至约15埃的厚度。在进一步实施方 式中，该碳化钽铝薄膜具有约10埃的厚度。
[0045] 某些实施方式涉及填充层。填充层可利用化学气相沉积来沉积，并且可包含元素 钴、元素铝或元素钨。在沉积钴薄膜的实施方式中，可用该薄膜来作为铝填充的润湿层和/ 或作为P金属功函数层。也可使用元素铝来作为N金属。
[0046] -般而言，可获得共形层的沉积钴的任何CVD方法皆适于用来根据本发明的各种 实施方式沉积钴。但是，此种CVD工艺的一个非限制性范例包含使用六羰基二钴叔丁基乙 块（dicobalt hexacarbonyl tertiary-butyl acetylene)与氢气的前驱物。在使用钴薄 膜作为铝填充的润湿层的实施方式中，该钴薄膜可具有约3至约20埃的厚度，并且在特定 实施方式中，约5至约15埃。在使用钴薄膜作为P金属功函数金属层的其他实施方式中， 该薄膜可具有约30至约50埃的厚度。该功函数值可通过调整该薄膜的厚度来改变。例如 厚度大于约50埃的钴薄膜会有大于约5. OeV的功函数。许多应用通常要求约4. 8eV或更 大，因此可使用较薄的钴薄膜。此外，钴的电阻系数很低。因此，在替代实施方式中，该钴薄 膜可如同完整薄膜，取代铝。在此种实施方式中，该钴薄膜的厚度会大于约300埃。
[0047] 在本发明的另一些其他实施方式中，使用含有铝的薄膜。可用此种铝薄膜进行缝 隙填充。一般而言，可使用半导体适用的任何铝沉积方法。此种方法的一个非限制性范例是 铝的CVD，使用二甲基铝氢化物前驱物或铝烷前驱物（即二甲基乙胺铝烷（dimethylethyl amine alane)或甲基咯陡错烧（methylpyrrolidine alane))。此薄膜的厚度通常会大于 约300埃。
[0048] 本发明的其他实施方式涉及使用氧化物吸气剂的方法。在此类实施方式中，该方 法包括沉积氧化物吸气剂；以及除去氧化物与至少一部分的吸气剂。此类吸气剂的范例包 含含硅薄膜。再次，可使用半导体器件适用的任何适当硅沉积工艺。在一个实施方式中，硅 的沉积是利用含有硅、四溴化物、吡啶和/或二硅烷的硅前驱物的ALD来完成。在某些实施 方式中，沉积该吸气剂包括硅的RF溅射物理气相沉积或原子层沉积。硅薄膜可用来做氧气 吸气。在多个实施方式中，该薄膜具有约5至60埃的厚度。
[0049] 在一或多个实施方式中，氧化物吸气剂的沉积与氧化物及至少一部分的吸气剂的 除去是在高k介电帽层的沉积后执行。在一或多个其他实施方式中，氧化物吸气剂的沉积 与氧化物及至少一部分的吸气剂的除去是在该NM0S功函数层的沉积后执行。在另一些其 他实施方式中，该方法进一步包括沉积蚀刻终止层。此蚀刻终止层可包含原子层沉积的氮 化钽。
[0050] 本发明的若干实施方式涉及干燥化学蚀刻/处理工艺。此工艺可用来除去所沉积 的氧化物与吸气剂。一个此种干燥清洗工艺，其可称为SIC0NI?工艺，可相对于传统的湿清 洗技术潜在地改善该器件的电气特性，同时提供路径给更为可扩充的器件以容许进一步微 型化微电子部件。
[0051] SIC0NI?蚀刻是远程等离子体辅助干燥蚀刻工艺，其包括将基板同步暴露在氢气、 三氟化氮与氨气等离子体副产物中。氨气与三氟化氮结合形成清洗混合物。可调整每一种 气体的量以配合，例如，欲除去的氮化物层的厚度、被清洗的基板的几何形状、形成等离子 体的腔室的体积容量及该处理腔室的体积容量。例如，氨气与三氟化氮可以范围约1 :1至 约30 :1的摩尔比存在。在若干实施方式中，氨气对三氟化氮的摩尔比在约2 :1至约20 :1 范围内，或在约3 :1至约15 :1范围内，或在约5 :1至约10 :1范围内，或在约10 :1至约20 : 1范围内。氢气与氟物种的远程等离子体激发容许无等离子体损害的基板处理。
[0052] 可添加净化气体（也称为载气或稀释剂气体）至该气体混合物。可使用任何适合 的净化气体，例如但不限于，氦气、氦气、氢气、氮气及其混合物。通常，总气体混合物为体积 百分比约0. 05%至约20%范围内的氨气与三氟化氮构成。其余的是净化气体。该气体混合 物（氨气、三氟化氮与净化气体）被维持在适当的操作压力下。通常，该压力维持在约500 毫托和30托范围内。在若干实施方式中，该压力维持在约1托至约10托范围内，或在约2 托至约8托范围内，或在约3托至约6托范围内。
[0053] 本发明某些实施方式涉及调整金属薄膜的功函数值。因此，在某些实施方式中，方 法包括调整该功函数值以提供调整过的正功函数值。调整正功函数值可用本领域中已知的 任何方法完成。例如，可利用氧气来将该薄膜除气。在使用氮化钛的实施方式中，调整该功 函数金属可包含掺杂硅或铝以分别形成氮化钛硅与氮化钛铝。在其他实施方式中，方法包 括调整该功函数值以提供调整过的负功函数值。例如，可通过掺杂氮来调整含有碳化钽铝、 铝化钽和/或铝化钛的NM0S功函数薄膜。
[0054] 在本发明的另一态样中，该方法包括在半导体基板上形成高k介电材料；在该高 k介电材料之上沉积高k介电帽层；在该高k介电帽层之上沉积第一氧化物吸气剂；除去 氧化物与至少一部分的第一氧化物吸气剂；在该高k介电帽层之上沉积蚀刻终止层；在该 蚀刻终止层之上沉积具有正功函数值的PM0S功函数层；调整该正功函数值以提供调整过 的正功函数值；除去至少一部分的具有正功函数值的PM0S功函数层；在除去至少一部分的 PM0S功函数层后沉积NM0S功函数层；沉积第二氧化物吸气剂；除去氧化物与至少一部分 的第二氧化物吸气剂；沉积NM0S功函数帽层；和沉积填充层，其中沉积高k介电帽层、沉积 PM0S功函数层或沉积NM0S功函数帽层包括氮化钛、氮化钛硅或氮化钛铝的原子层沉积。
[0055] 在此实施方式的一更明确变型中，沉积高k介电帽层包括氮化钛的原子层沉积； 沉积第一氧化物吸气剂包括硅的RF溅射物理气相沉积或原子层沉积；除去氧化物与至少 一部分的第一氧化物吸气剂包括干燥化学蚀刻；沉积一蚀刻终止层包括氮化钽的原子层沉 积；沉积PMOS功函数层包括氮化钛的原子层沉积；调整该正功函数包括氧气除气，添加硅 至该PMOS功函数层以形成氮化钛娃，或是添加铝至该PMOS功函数层以形成氮化钛铝；除去 至少一部分的PMOS功函数层包括蚀刻工艺；沉积NMOS功函数层包括碳化钽铝、氮化钛硅与 氮化钛铝的一或多者的原子层沉积；沉积第二氧化物吸气剂包括硅的RF溅射物理气相沉 积或原子层沉积；除去氧化物与至少一部分的第二氧化物吸气剂包括干燥化学蚀刻；沉积 NMOS功函数帽层包括氮化钛的原子层沉积；以及沉积填充层包括钴、铝或钨的化学气相沉 积。
[0056] 本发明的另一态样涉及一种制造金属栅极的方法，该方法包括在半导体基板上形 成高k介电材料；在该高k介电材料之上沉积高k介电帽层；在该高k介电帽层之上沉积第 一氧化物吸气剂；除去氧化物与至少一部分的第一氧化物吸气剂；在该高k介电帽层之上 沉积蚀刻终止层；在该蚀刻终止层之上沉积NM0S功函数层；在该NM0S功函数层之上沉积 NM0S功函数帽层；除去至少一部分的NM0S功函数层；在除去至少一部分的NM0S功函数层 后沉积第二氧化物吸气剂；除去氧化物与至少一部分的第二氧化物吸气剂；在除去至少一 部分的第二氧化物吸气剂后沉积具有正功函数值的PM0S功函数层；调整该正功函数值以 提供调整过的正功函数值；和沉积填充层，其中沉积高k介电帽层、沉积PM0S功函数层或沉 积NM0S功函数帽层包括氮化钛、氮化钛硅或氮化钛铝的原子层沉积。
[0057] 在此态样的一个实施方式中，沉积高k介电帽层包括氮化钛的原子层沉积；沉积 第一氧化物吸气剂包括硅的RF溅射物理气相沉积或原子层沉积；除去氧化物与至少一部 分的第一氧化物吸气剂包括干燥化学蚀刻；沉积蚀刻终止层包括氮化钽的原子层沉积；沉 积NM0S功函数层包括碳化钽铝的原子层沉积；沉积NM0S功函数帽层包括氮化钛的原子层 沉积；除去至少一部分的NM0S功函数层包括蚀刻工艺；沉积第二氧化物吸气剂包括硅的RF 溅射物理气相沉积或原子层沉积；除去氧化物与至少一部分的第二氧化物吸气剂包括干燥 化学蚀刻；沉积PM0S功函数层包括氮化钛的原子层沉积；调整该正功函数包括氧气除气， 添加硅至该PM0S功函数层以形成氮化钛硅，或是添加铝至该PM0S功函数层以形成氮化钛 铝；以及沉积填充层包括钴与铝的化学气相沉积。
[0058] 在此所述的本发明实施方式涉及在基板上形成金属栅极。基板的范例包含，但不 限于，半导体晶片，例如结晶硅（如硅〈1〇〇>或硅〈111>)、氧化硅、锗化硅、掺杂或未掺杂的 多晶娃、惨杂或未惨杂的娃晶片、氣化娃、嫁晶片、钢晶片、错晶片、锡晶片与图案化或未图 案化的晶片。"晶片"与"基板"用语可替换地使用。
[0059] 如在本说明书与随附权利要求书中所使用的，"基板表面"一词表示裸基板表面或 具有层在其上的基板表面。例如，若第一处理步骤沉积层A且声称前驱物B与该基板表面 反应，则前驱物B与之反应的基板表面是该裸基板或该层A。
[0060] 如从前述可轻易得知，许多前驱物落在本发明范围内。前驱物可以是处于环境温 度与压力下的等离子体、气体、液体或固体。但是，在该ALD腔室内，前驱物通常是挥发的。 如在本说明书与随附权利要求书中所使用的，"环境条件"一词表示在该处理腔室或群集工 具外部的条件（例如，温度、压力、气体环境）。
[0061] 本发明工艺可在ALD、CVD等本领域中已知的设备内执行。该设备使来源与其上成 长膜的基板接触。可用来沉积薄膜的装备包括ALD设备，如在2002年9月20日提出申请的 受让于加州圣克拉拉市的应用材料公司（Applied Materials, Inc.)且发明名称为"用于高 介电常数薄膜的沉积的设备（An Apparatus for the Deposition of High K dielectric Constant Films) "，以美国专利申请案
【发明者】吕新亮, 赛沙德利·甘古利, 阿蒂夫·努里, 梅特伊·马哈贾尼, 陈世忠, 雷雨, 傅新宇, 唐薇, 斯里尼瓦斯·甘迪科塔 申请人:应用材料公司