專利名稱：集成電路金屬柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種集成電路器件，尤其涉及一種形成集成電路器件才冊(cè)極的4冊(cè)極結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的減少，提供金屬柵極結(jié)構(gòu)(例如，包括金屬柵電極而
非多晶硅)為改善集成電路(IC)器件的性能提供了一種解決方案。形成金屬柵極堆疊(stack)的其中一個(gè)工藝被稱作"后柵極(gate last)，，工藝，在該工藝中，最后的柵極堆疊被"最后"制造，這使得后續(xù)工藝的數(shù)量得到減少，包括必須在柵極形成之后執(zhí)行的高溫處理。"后柵極"工藝包括在除去偽柵極(dummy gate)后剩下的"溝槽"中形成金屬柵極。此外，隨著晶體管尺寸的減小，柵極氧化物的厚度必須減少，以維持具有減小柵極長(zhǎng)度的性能。為了減少柵極泄漏，使用高介電常數(shù)(高k)柵極絕緣層，該柵極絕緣層在維持由較大技術(shù)節(jié)點(diǎn)中使用的普通柵極氧化物提供的相同有效厚度的同時(shí)，允許更大的物理厚度。
但是，在MOSFET制造中實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)和工藝存在著挑戰(zhàn)。隨著柵極長(zhǎng)度的減小，這些問題更加惡化。例如，在"后柵極"制造工藝中，當(dāng)將金屬膜沉積到溝槽中以形成金屬柵電極時(shí)，空隙(voiding)可能出現(xiàn)。隨著柵極長(zhǎng)度的減小，溝槽的尺寸也減小，并且沉積金屬到溝槽中愈發(fā)變得困難，并愈加可能形成空隙。
因此，需要一種改善的柵極結(jié)構(gòu)和器件以及柵極的形成方法。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件制造方法，該方法包括如下步驟提供包括絕緣層的襯底以及在所述絕緣層中形成溝槽。修正所述溝槽的輪廓，以提供大于第二寬度的第一寬度。在所述具有修正 輪廓的溝槽中形成金屬柵極。所述第 一 寬度可以包括位于溝槽開口處的寬度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種半導(dǎo)體器件。所述器件包括襯底、形 成在所述襯底上的源極區(qū)和漏極區(qū)，以及設(shè)置在位于所述源極區(qū)和所述漏 極區(qū)之間的所述襯底上的柵極結(jié)構(gòu)。所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極電介質(zhì)層，其
中所述柵極電介質(zhì)層包括高k電介質(zhì)材料。所述柵極結(jié)構(gòu)還包括金屬柵極， 其中所述金屬柵極包括錐形輪廓。
本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體制造方法，該方法包括如下步驟，提供半 導(dǎo)體襯底以及在所述半導(dǎo)體襯底上形成偽柵極結(jié)構(gòu)。所述偽柵極結(jié)構(gòu)包括 多晶硅。然后除去所述偽柵極結(jié)構(gòu)，以提供具有頂部和底部的溝槽。所述 頂部和所述底部具有第一寬度。該方法然后繼續(xù)增加所述溝槽的頂部寬度， 以提供更大的寬度。然后在溝槽中形成柵極，其中形成所述柵極包括將金 屬層沉積到所述溝槽中。


剖視圖4和圖5為本發(fā)明實(shí)施例的后柵極工藝中的金屬沉積工藝過程中半
導(dǎo)體器件的剖視圖6為本發(fā)明實(shí)施例的包括后柵極工藝的柵極形成方法流程圖； 圖7、 8和9為圖6后柵極工藝實(shí)施例的半導(dǎo)體器件剖視圖；以及 圖10和圖U為根據(jù)本發(fā)明不同方面包括改進(jìn)溝槽輪廓的半導(dǎo)體器件
的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明通常涉及一種形成襯底上集成電路器件的方法，尤其涉及作為 集成電路一部分(包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件)的柵極結(jié)構(gòu)。但是應(yīng)當(dāng)理解， 下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然， 它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明公開可以在 不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的， 其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明公開 提供了 "后柵極"金屬柵電極的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí) 到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。
參考圖1、圖2和圖3,這些圖顯示了后柵極工藝中不同制造階段的半 導(dǎo)體器件的剖視圖。不同階段的半導(dǎo)體器件分別如器件100、 200和300所 示。 一個(gè)或更多結(jié)構(gòu)，例如器件100可以被包含在器件200和300中，并 基本上保持不變，除非文中另有提示。器件100、 200和300可以是集成電 路或其部分的處理過程中制造的中間器件，包括靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器
(SRAM)和/或其他邏輯電路、無源部件例如電阻器、電容器和電感器、 以及有源部件例如P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET) 、 N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管
(NFET)、金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)型金屬氧化 半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、雙極性晶體管、高壓晶體管、高頻晶體管、其 他存儲(chǔ)單元及其組合。
半導(dǎo)體器件100包括襯底102。襯底102上形成有淺溝槽隔離(STI) 結(jié)構(gòu)104、源/漏極區(qū)106 (包括源/漏極擴(kuò)展區(qū)108)、柵極電介質(zhì)110、觸 點(diǎn)112、接觸蝕刻停止層(CESL) 114、襯墊116、偽電極圖案118、硬掩 模層120以及電介質(zhì)層122。
在實(shí)施例中，襯底102包括位于晶體結(jié)構(gòu)中的硅襯底(例如晶片)。 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計(jì)要求(例如p型襯底或者n型村底)，襯底102 可以包括各種摻雜配置。其他例子的襯底102還可以包括其他基本半導(dǎo)體， 例如鍺和金剛石。或者，村底102可以包括化合物半導(dǎo)體，例如碳化硅、 砷化鎵、砷化銦或者磷化銦。此外，襯底102可以選擇性地包括外延層(epi 層)，可以應(yīng)變用于性能增強(qiáng)，以及/或者可以包括絕緣體上硅(SOI)結(jié) 構(gòu)。
形成在襯底102中的STI結(jié)構(gòu)104 4吏一個(gè)或更多器件;波此隔離。STI 結(jié)構(gòu)104可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氟化物摻雜硅玻璃(FSG)和/或低k電介質(zhì)材料。除STI之外可以存在其他隔離方法和/或結(jié)構(gòu)，或者 可以替代STI。利用例如襯底102的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝形成溝槽， 然后使用沉積工藝而后跟隨化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝在溝槽中填充有隔 離材料，從而形成STI結(jié)構(gòu)104。
利用偽柵極圖案118形成的柵極結(jié)構(gòu)可以設(shè)置為現(xiàn)有技術(shù)公知的P溝 道或N溝道。偽柵極圖案118為犧牲層。偽柵極圖案118可以包括多晶石圭。 在一個(gè)實(shí)施例中，偽柵極圖案118包括非晶硅。偽柵極圖案118可以由MOS 技術(shù)工藝，例如多晶硅沉積、光刻、蝕刻及/或其他合適的方法形成。柵極 電介質(zhì)110可以包括高介電常數(shù)(高k)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，高k材 料包括二氧化鉿(Hf02 )。其他例子的高k材料包括HfSiO、 HfSiON、 HfTaO、 HfTiO、 HfZrO及其組合，以及/或者其他合適的材料。半導(dǎo)體器件100可 以進(jìn)一步包括各種其他電介質(zhì)和/或?qū)щ妼?，例如位于偽柵極圖案118下面 的界面層和/或封蓋層。
村墊116可以形成在偽柵極結(jié)構(gòu)118的兩個(gè)側(cè)壁上。襯墊116可以由 氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氟化物摻雜硅玻璃、低k電介質(zhì)材 料及其組合，和/或其他合適的材料形成。襯墊116可以具有多層結(jié)構(gòu)，例 如包括一個(gè)或多個(gè)襯層(liner layer)，例如襯層117。襯層U7可以包括 例如氧化硅、氮化硅及/或其他合適材料的電介質(zhì)材料。襯墊116可以通過 包括沉積合適電介質(zhì)材料以及各向異性蝕刻該電介質(zhì)材料以形成襯墊116 輪廓的方法形成。
硬掩模層120可以包括氮化硅、氮氧化硅、碳化硅及/或其他合適材料。 硬掩模層120可以使用例如化學(xué)氣相沉積(CVD )、物理氣相沉積(PVD )、 原子層沉積(ALD)及/或其他合適的工藝等方法形成。在一個(gè)實(shí)施例中， 硬掩模層120位于大約100到500埃的厚度。
如區(qū)域108所示包括高摻雜源/漏極區(qū)和重?fù)诫s源/漏極區(qū)的源/漏極區(qū) 106,可以形成在襯底102上。源/漏極區(qū)106可以通過^4居期望的晶體管 結(jié)構(gòu)，注入p型或n型摻雜物或雜質(zhì)到襯底102中而形成。源/漏才及區(qū)106 可以由包括光刻、離子注入、擴(kuò)散和/或其他合適工藝的方法形成。在一個(gè) 實(shí)施例中，源極和漏極可以先于柵極電介質(zhì)110形成。耦合到源/漏才及區(qū)106的接觸結(jié)構(gòu)112可以包括硅化物。通過硅化物(自對(duì)準(zhǔn)硅化物)工藝，接 觸特征112可以形成在源/漏極區(qū)106上。接觸特征112可以包括硅化鎳、 硅化鈷、硅化鴒、硅化鉭、硅化鈦、硅化鉑、硅化鉺、硅化釔或它們的組 合。接觸蝕刻停止層(CESL) 114可以由氮化硅、氮氧化硅及/或其他合適 材料形成。接觸蝕刻停止層114的成分可以基于對(duì)半導(dǎo)體器件100的一個(gè) 或多個(gè)附加器件的蝕刻選擇性進(jìn)行選擇。
電介質(zhì)層122，例如層間(或?qū)用?電介質(zhì)(ILD)層可以通過化學(xué)氣 相沉積(CVD)、高摻雜等離子體CVD、旋涂、濺射或其他合適的方法覆 蓋接觸蝕刻停止層114而形成。電介質(zhì)層122可以包括氧化硅、氮氧化硅 或者低k材料。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層122為高密度等離子體(HDP) 電介質(zhì)。其他層可以出現(xiàn)在包括封蓋層、金屬層、界面層、互連層及/或通 孔等的器件100上。在一個(gè)實(shí)施例中，封蓋層形成在柵極電介質(zhì)層上。封 蓋層可以調(diào)整隨后形成的金屬柵極的工作函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層 形成在柵極電介質(zhì)層上。覆蓋的金屬層可以調(diào)整隨后形成的金屬柵極的工 作函數(shù)。封蓋層可以包括金屬(La、 Mg)、金屬氧化物(LaOx， MgOx)、 金屬合金氧化物(BaTiOx、 SrTiOx、 PbZrTiOx)及其組合，以及/或者其他合 適材料。
在后柵極工藝中，偽柵極結(jié)構(gòu)118可以移除，從而產(chǎn)生的金屬柵極結(jié) 構(gòu)可以形成取代偽柵極結(jié)構(gòu)118。因此，電介質(zhì)層122可以通過化學(xué)機(jī)械 拋光工藝進(jìn)行平整化，直至偽柵極結(jié)構(gòu)118的頂部達(dá)到如圖2器件200所 示。在平整化之后，除去偽柵極結(jié)構(gòu)118，從而提供如圖3所示的器件300。 例如，選擇性地蝕刻多晶石圭來除去偽4冊(cè);歐結(jié)構(gòu)118。偽斥冊(cè);〖及結(jié)構(gòu)118的選 擇性移除提供了溝槽302，其中溝槽302中可以形成有金屬柵極。偽柵極 結(jié)構(gòu)118可以使用濕蝕刻和/或干蝕刻除去。在一個(gè)實(shí)施例中，濕蝕刻工藝 包括向氫氧包含溶液(例如氬氧化銨)、去離子水以及/或者其他合適蝕刻 劑溶液。
現(xiàn)在參考圖4和圖5,圖中顯示了金屬柵極的形成的實(shí)施例。圖4顯 示了器件400，器件400包括沉積到溝槽300中的金屬柵極材料。金屬柵 極材料可以包括一個(gè)或多個(gè)材料層，例如襯層，向柵極提供合適工作函數(shù)
8的材料，柵電極材料和/或其他合適材料。但是，可以觀察到，金屬柵極形
成所需的一個(gè)或多個(gè)層的沉積可以提供溝槽300的不徹底填充。例如，第 一金屬402，例如金屬襯層和/或工作函lt金屬的沉積可以在溝槽300的開 口上提供突起404。突起404可以導(dǎo)致填充高縱橫比溝槽的困難。隨后的 金屬層406的沉積可以在溝槽中形成一個(gè)或多個(gè)空隙，例如空隙408。
現(xiàn)在參考圖5，在器件400上執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，以提 供器件500并形成金屬^f極502。器件500顯示了形成有空隙408的金屬 柵極502。雖然進(jìn)一步的CMP處理可以減少空隙408，例如通過減少4冊(cè)才及 高度，但是這可以導(dǎo)致其他問題，例如溝道上的應(yīng)力減少(例如不利的減 少用于應(yīng)變器件的應(yīng)力)和/或晶體管的性能可能被降低。
因此，圖4和圖5顯示了后柵極工藝的缺點(diǎn)，其中所獲得的溝槽的縱 橫比導(dǎo)致材料沉積以致局部或全部填充該溝槽是困難的。
現(xiàn)在參考圖6，該圖顯示了包括通過"后柵極"工藝形成金屬柵極的 方法600。方法600首先是步驟602,該步驟中形成有包括晶體管結(jié)構(gòu)的器 件。晶體管結(jié)構(gòu)包括偽柵極結(jié)構(gòu)。偽柵極結(jié)構(gòu)可以包括偽多晶硅柵極結(jié)構(gòu)。 形成的器件可以基本上與上面參考圖1描述的器件100類似。特別地，偽 柵極結(jié)構(gòu)可以基本上與上面參考圖l描述的偽柵極結(jié)構(gòu)118類似。
方法600然后前進(jìn)到步驟604，在該步驟中執(zhí)行CMP工藝。CMP工藝 可以平整器件，并曝光偽柵極結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生的器件可以基本上與上面參考圖 2描述的器件200類似。
然后，方法600繼續(xù)步驟606，在該步驟中偽柵極結(jié)構(gòu)被除去。除去 偽柵極可以形成內(nèi)部形成可有金屬柵極的溝槽(例如襯底中的開口)。產(chǎn) 生的器件可以基本上與上面參考圖3描述的器件300類似。特別地，溝槽 可以與圖3描述的溝槽302類似、溝槽的側(cè)壁和底部可以涂覆有襯層。在 一個(gè)實(shí)施例中，襯層可以是SiCb、 SiN和/或其他合適材料。襯層可以包含 在襯墊結(jié)構(gòu)中。襯層可以基本上與上面參考圖1描述的襯層117類似。
然后方法600前進(jìn)至步驟608，在該步驟中，對(duì)步驟606中形成的溝 槽的輪廓進(jìn)行修正。溝槽的輪廓可以這樣修正以使溝槽的開口 (例如溝槽 的頂部或開口)寬于溝槽的底部。溝槽4侖廓可以使用濺射工藝、反應(yīng)離子
9蝕刻和/或其他能夠除去部分相鄰層的合適工藝進(jìn)行修正。賊射工藝可以利
用物理氣相沉積(PVD)工具執(zhí)行。濺射工藝可以使用惰性離子，例如氬。 在一個(gè)實(shí)施例中，使用包含等離子體的惰性氣體修正輪廓。在一個(gè)實(shí)施例 中，在室溫下使用包括惰性氣體(例如氬氣)的濺射工藝。在一個(gè)實(shí)施例 中，濺射工藝為多步驟工藝。例如，第一濺射工藝的射頻功率可以為大約 200到3000瓦特之間，然后減少該射頻功率以用于包括在大約300到400 瓦特之間的射頻功率的第二濺射工藝。雙階段工藝可以在第一步驟中提供 部分包圍層(例如，電介質(zhì))的"粗"移除，并且第二步驟中可以精調(diào)溝 槽的輪廓。
修正的輪廓包括溝槽的錐形側(cè)壁。參考圖7的例子，提供了修正輪廓 的溝槽702。修正輪廓的溝槽702可以稱為錐形輪廓溝槽。溝槽702包括 開口處的寬度W1，該寬度大于溝槽底部的寬度W2。溝槽的側(cè)壁，例如側(cè) 壁704 乂人溝槽底部垂直延伸，然后以傾斜的方式延伸形成溝槽的頂部，如 圖示傾斜側(cè)壁706。其他修正輪廓的實(shí)施例也是可行的，包括溝槽開口寬 度大于溝槽底部寬度的例子。
方法600然后前進(jìn)到步驟610，在該步驟中金屬沉積到修正輪廓的溝 槽中。沉積的金屬可以是任意合適用于形成金屬柵極或其部分，包括工作 函數(shù)層、襯層、界面層、種子層、附著層、勢(shì)壘層等的金屬材料。金屬柵 極可以包括包含Ti、 TiN、 TaN、 Ta、 TaC、 TaSiN、 W、 WN、 MoN、 MoON、 Ru02和/或其他合適材料的一個(gè)或更多層。金屬柵極可以包括通過PVD、 CVD、 ALD、平整化和/或其他合適工藝形成的一個(gè)或更多層?？梢猿练e的金屬例如 包括p型金屬材料和n型金屬材料。p型金屬材料包括例如釕、釔、柏、鈷、 鎳和導(dǎo)電金屬氧化物的成分，和/或其他合適材料。n型金屬材料包括例如鉿、 鋯、鈦、鉭、鋁、金屬碳化物(例如碳化鉿、碳化鋯、碳化鈦、碳化鋁)、鋁 化物和/或其他合適材料。除n型和/或p型金屬之外，可以沉積填充金屬，/人 而基本上或者完全地填充溝槽的其余部分。填充金屬可以包括氮化鈦、鴒、鈦、 鋁、鉭、氮化鉭、鈷、銅、鎳和/或其他合適材料。填充金屬可以使用CVD、 PVD、平整化和/或其他合適工藝沉積。參考圖8的例子，工作函數(shù)金屬802 和金屬4冊(cè)極填充材料804被沉積。沉積層基本上填充了上述步驟606和608提供的溝槽。注意到，第一沉積層(例如，工作函數(shù)金屬802)提供了垂直側(cè) 壁(相比上面參考圖4和圖5描述的突起404)。
方法600然后前進(jìn)到步驟612，該步驟中執(zhí)行CMP工藝。CMP工藝對(duì)器 件進(jìn)行平整，平整化可以除去沉積在溝槽結(jié)構(gòu)外側(cè)的材料。參考圖9的例子， 平整化工藝提供了包括金屬柵極結(jié)構(gòu)902的器件900，該金屬柵極結(jié)構(gòu)902可 以基本上沒有空隙。金屬柵極結(jié)構(gòu)902包括工作函數(shù)金屬802、金屬柵極填充 材料804和柵極電介質(zhì)層110。金屬柵極結(jié)構(gòu)902具有修正輪廓。尤其，金屬 柵極結(jié)構(gòu)902包括錐形，如圖所示柵極頂部的寬度大于柵極底部。(請(qǐng)注意， 頂部和底部為相對(duì)用語，并且目的不在于提供任何絕對(duì)方向限制。)
在實(shí)施例中，方法600可以繼續(xù)包括例如封蓋層的沉積、接觸部的形成、 互連結(jié)構(gòu)(例如向包括形成金屬柵極的器件提供電互連的線和通孔)等工藝步 驟。
因此，方法600與圖1-3和圖7-9所示的器件可以改善金屬柵極的形成， 例如包括最小化和/或消除由圖4和5分別顯示的器件400和500提供的空隙 的形成?？障兜臏p少可以通過修正內(nèi)部形成有柵極的溝槽的輪廓來實(shí)現(xiàn)。該修 正可以使得材料更容易在溝槽中沉積(例如通過CVD、平整化和/或其他合適 方式)。形成的金屬柵極包括修正的輪廓——錐形金屬柵極。
現(xiàn)在參考圖10，該圖顯示了包括具有錐形輪廓的金屬柵極1002的器件 1000的實(shí)施例。器件1000可以-使用方法600或者其部分步驟形成。器件1000 包括襯底102、 STI結(jié)構(gòu)104、接觸部112、襯墊116、柵極電介質(zhì)110以及電 介質(zhì)層122,上述結(jié)構(gòu)可以與圖1描述的各個(gè)對(duì)應(yīng)的特征基本上類似。器件1000 還包括界面層1004、封蓋層1006以及導(dǎo)電層1008。封蓋層1006可以包括金 屬氧化物或者金屬合金氧化物。在一個(gè)實(shí)施例中，封蓋層1106可以調(diào)整斥冊(cè)極 的工作函數(shù)。導(dǎo)電層1008可以包括金屬氮化物、Ru02、 Ti、 Ta和/或其他合適 材料。在其他實(shí)施例中，可以存在額外層，并且/或者可以省略一或多個(gè)上述 層。界面層1004可以包括硅、氧和/或氮。
器件1000顯示為錐形金屬柵極結(jié)構(gòu)，器件1000包括形成在錐形輪廓 溝槽內(nèi)部的金屬柵極1002。具有錐形輪廓的金屬柵極包括錐形側(cè)壁，其中 錐形側(cè)壁提供柵極1002頂部大于棚-極1002的底部(例如更靠近襯底)的寬度。側(cè)壁包括用于柵電極距離hi的基本垂直的部分1002a，該基本垂直 的部分1002a關(guān)于襯底102的表面具有大約90度的角度。在一個(gè)實(shí)施例中， 垂直部1002a相對(duì)襯底102的表面具有大約85到卯度之間的角度。側(cè)壁 還包括位于溝槽上部的基本傾斜的部分1002b,器件1000的側(cè)壁1002b為 彎曲狀(圓形或弧形)。錐形輪廓提供了具有角度Ta的錐形(例如，減少 垂直側(cè)壁到與與彎曲的側(cè)壁相切的假想線)。在一個(gè)實(shí)施例中，角度Ta大 概為30度。在一個(gè)實(shí)施例中，角度Ta為大概20度到5度之間。雖然這里 描述的是柵極的尺寸和結(jié)構(gòu)，但是同樣可以適用于描述錐形輪廓溝槽，例 如上文參考圖7描述的溝槽702，在其中形成了金屬柵極。例如，角度Ta 可以提供形成在襯底102、側(cè)壁1002a和/或1002b上的溝槽的錐形角度， 可以限定溝槽側(cè)壁以及或者替代柵極。
現(xiàn)在參考圖11,該圖顯示了包括金屬柵極的器件1100的實(shí)施例。器 件IIOO可以使用方法600或者其部分步驟形成。
器件1100包括具有錐形輪廓的金屬柵極1102。錐形輪廓的金屬柵極 包括錐形側(cè)壁，其中錐形側(cè)壁提供柵極的頂部大于底部的寬度(例如最靠 近襯底102的寬度減少)。柵極1102的側(cè)壁包括用于距離hl的基本垂直 的部分1102a,該基本垂直部1102a關(guān)于襯底102的表面具有大約90度的 角度。在一個(gè)實(shí)施例中，垂直部1102a相對(duì)襯底102的表面具有大約85到 90度之間的角度。側(cè)壁還包括上部1102b，上部1102b為傾斜的，并延伸 到柵極1102的頂部，器件1100的側(cè)壁1002b的上部基本上為直線狀(筆 直的)。錐形輪廓提供了具有角度Tb (例如，角度位于垂直部1202a和錐 形部1202b之間)的錐形。在一個(gè)實(shí)施例中，角度Tb大約為30度。在一 個(gè)實(shí)施例中，角度Ta為大約30度到5度之間。在一個(gè)實(shí)施例中，角度Tb 為大約5度到20度之間。雖然這里描述的是柵極的尺寸和結(jié)構(gòu)，但是同樣 可以適用于描述錐形輪廓溝槽，例如上文參考圖7描述的溝槽702，其中 形成了金屬柵極。例如，角度Tb可以提供形成在襯底102、側(cè)壁1102a和 /或1102b上的溝槽錐形角度，可以限定溝槽側(cè)壁以及或者替代柵才及。
總之，可以執(zhí)行后柵極工藝用來形成金屬柵極結(jié)構(gòu)。通過修正金屬柵 極結(jié)構(gòu)形成于其中的溝槽開口 (例如上開口)，可以減少形成金屬柵極結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的問題。尤其，可以修正溝槽輪廓從而使得材料更容易地沉積到 溝槽中?？梢孕薷臏喜圯喞瑥亩蚺c剩余溝槽寬度，包括溝槽底部寬度 相比具有增加的溝槽寬度的溝槽提供開口。有此，形成的柵極結(jié)構(gòu)包括錐 形輪廓。
因此，本發(fā)明提供了包括修正的溝槽結(jié)構(gòu)的器件和方法，該修正的溝 槽結(jié)構(gòu)防止或減少在后柵極工藝中不完全形成金屬4冊(cè)極的風(fēng)險(xiǎn)。雖然上文 描述顯示和描述了 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而 言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn) 行多種形式和細(xì)節(jié)的變化。因此，本發(fā)明的權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)與本發(fā)明公開一 致以更廣泛的形式進(jìn)行解釋。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括如下步驟提供包括絕緣層的襯底；在所述絕緣層中形成溝槽；修正所述溝槽的輪廓，以提供大于第二寬度的第一寬度；以及在所述具有修正輪廓的溝槽中形成金屬柵極。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述修正所述溝槽的輪廓的步驟包 括賊射工藝，優(yōu)選地為包含氬氣的賊射工藝
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述修正所述溝槽的輪廓的步驟包 括包含惰性氣體的等離子體工藝。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述溝槽的側(cè)壁包括第一部和第二 部，其中所述第一部基本上垂直于所述襯底，以及所述第二部為傾斜狀。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括如下步驟形成高k電介質(zhì)層，其中所述金屬柵極形成在所述高k電介質(zhì)層上方。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述側(cè)壁包括相對(duì)下部?jī)A斜的上部， 所述上部基本上為直線狀，或者所述側(cè)壁包括相對(duì)下部?jī)A斜的上部，所述 上部為曲線狀。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括如下步驟在所述襯底上形成偽柵極結(jié)構(gòu)，其中所述形成溝槽的步驟包括除去所 述偽柵極結(jié)構(gòu)，以提供形成所述溝槽的開口。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述形成溝槽的步驟包括從所述襯 底上除去電介質(zhì)材料。
9. 一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底；形成在所述襯底上的源極區(qū)和漏極區(qū)；以及設(shè)置在位于所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間的所述襯底上的柵極結(jié)構(gòu)， 所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極電介質(zhì)層，其中所述柵極電介質(zhì)層包括高k電介質(zhì)材料；以及金屬柵電極，其中所述金屬柵電極包括錐形輪廓。
10. 如權(quán)利要求9所述的器件，其中所述金屬柵電極包括彎曲的側(cè)壁。
11. 如權(quán)利要求9所述的器件，其中所述金屬柵電極包括相對(duì)所述村 底表面傾斜的側(cè)壁。
12. 如權(quán)利要求9所述的器件，其中所述錐形輪廓包括大約5到30度 之間的錐形角。
13. —種半導(dǎo)體制造方法，包括如下步驟 提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成偽柵極結(jié)構(gòu)，其中所述偽柵極結(jié)構(gòu)包括多晶硅；除去所述偽柵極結(jié)構(gòu)，以提供具有頂部和底部的溝槽，其中所述頂部 和所述底部具有第一寬度；增加所述溝槽的頂部寬度，以提供第二寬度；以及在包括所述第二寬度的所述溝槽中形成柵極，其中所述形成所述柵極 的步驟包括將第一金屬層沉積到所述溝槽中。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括如下步驟 鄰近所述偽柵極結(jié)構(gòu)在所述襯底上形成襯墊，其中所述增加所述溝槽的頂部寬度的步驟包括除去一部分所述襯墊。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括如下步驟 在所述偽柵極結(jié)構(gòu)的下方，形成高介電常數(shù)-高k柵極電介質(zhì)層于所述
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用后柵極工藝形成金屬柵極的方法。溝槽形成在襯底上，修正溝槽的輪廓從而在溝槽的開口處提供第一寬度以及在溝槽的底部提供第二寬度。該輪廓可以通過包括錐形側(cè)壁形成。金屬柵極可以形成在具有修正輪廓的溝槽中。并且本發(fā)明還提供了一種包括柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，該柵極結(jié)構(gòu)的柵極頂部寬度大于柵極底部寬度。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101656205SQ20091016176
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者葉炅翰, 吳明園, 莊學(xué)理, 梁孟松, 鄭光茗 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司