本發(fā)明實(shí)施例涉及原子層沉積方法及其結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

電子工業(yè)經(jīng)歷了對(duì)更小和更快的電子器件的不斷增長(zhǎng)的需求，更小和更快的電子器件能夠同時(shí)支持日益復(fù)雜和精致的更多的功能。因此，半導(dǎo)體工業(yè)中的持續(xù)的趨勢(shì)是，制造低成本、高性能、低功耗的集成電路(ic)。到目前為止，已經(jīng)通過(guò)規(guī)?？s小半導(dǎo)體ic尺寸(如，最小部件尺寸)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)，從而提高了生產(chǎn)效率并且降低了相關(guān)成本。然而，這種按比例縮小也產(chǎn)生了半導(dǎo)體制造工藝的增加的復(fù)雜程度。因此，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體ic和器件的持續(xù)的進(jìn)步需要半導(dǎo)體制造工藝和技術(shù)中的類似的進(jìn)步。

例如，由于金屬柵電極和高k柵極電介質(zhì)已經(jīng)置換傳統(tǒng)的多晶硅柵電極和二氧化硅電介質(zhì)，主要挑戰(zhàn)之一已經(jīng)是尋找具有合適的功函數(shù)值的金屬電極層。為了此目的，已經(jīng)為在各種器件類型(例如，2d和/或3dn型/p型fet)中的應(yīng)用，研究具有各種功函數(shù)值的各種金屬電極層和它們的組合(例如，在導(dǎo)電帶邊緣附近、在價(jià)帶邊緣附近或在中間間隙附近)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件制造的方法，包括：在襯底上方形成柵極介電層；在所述柵極介電層上方沉積功函金屬層；實(shí)施所述功函金屬層的基于氟的處理，其中，所述基于氟的處理從所述功函金屬層的頂面去除氧化層以形成處理的功函金屬層；以及在實(shí)施所述基于氟的處理之后，在所述處理的功函金屬層上方沉積另一金屬層。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體器件制造的方法，包括：在襯底上方形成柵極介電層；在所述柵極介電層上方形成阻擋層；使用基于氟的前體生成等離子體且將所述阻擋層暴露于所述等離子體；響應(yīng)暴露于所述等離子體的所述阻擋層，從所述阻擋層的表面去除氧化物層；以及在去除所述氧化物層之后，在所述阻擋層上方沉積另一金屬層。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底，包括在所述襯底上形成的柵極堆疊件，其中，所述柵極堆疊件包括：柵極介電層，設(shè)置在所述襯底上方；預(yù)處理的功函金屬層，設(shè)置在所述柵極介電層上方，其中，所述預(yù)處理的功函金屬層包括基于f的金屬前體等離子體處理的功函金屬層；以及隨后的金屬層，設(shè)置在所述預(yù)處理的功函金屬層上方。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，對(duì)各種部件沒(méi)有按比例繪制并且僅僅用于說(shuō)明的目的。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。

圖1a是根據(jù)一些實(shí)施例的mos晶體管的截面圖；

圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的finfet器件的實(shí)施例的立體圖；

圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的實(shí)施功函層的預(yù)沉積處理的方法的流程圖；

圖3a示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于沒(méi)有實(shí)施預(yù)處理工藝處理的第一器件的示例性截面透射電子顯微鏡(tem)圖像；

圖3b示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于使用預(yù)處理工藝處理的第二器件的示例性截面tem圖像；

圖3c示出了根據(jù)一些實(shí)施例的示出了作為各種處理?xiàng)l件的函數(shù)的平帶電壓(vfb)的圖表；

圖4a示出了根據(jù)一些實(shí)施例的金屬柵極堆疊件的示例性結(jié)構(gòu)；

圖4b示出了對(duì)于圖4a的示例性結(jié)構(gòu)的示出作為各種預(yù)處理處理?xiàng)l件的函數(shù)的vfb的圖表；以及

圖5是根據(jù)一些實(shí)施例的示例性多腔室處理系統(tǒng)的示意性頂視圖。

具體實(shí)施方式

以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下面描述了組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成為直接接觸的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字母。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，以便于描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，而在此使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作相應(yīng)的解釋。

還應(yīng)該注意，本發(fā)明以柵極堆疊件形成的方法和相關(guān)柵極堆疊件結(jié)構(gòu)的方式呈現(xiàn)實(shí)施例，其可以在各種器件類型的任何中被采用。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以用于形成柵極堆疊件，其適用于平坦的塊狀金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)、諸如finfet器件的多柵極晶體管(平坦的或垂直的)、全環(huán)柵(gaa)器件、歐米茄柵極(ω-柵極)器件或pi柵極(π-柵極)器件以及應(yīng)變-半導(dǎo)體器件、絕緣體上硅(soi)器件、部分耗盡soi器件、全耗盡soi器件或如本領(lǐng)域已知的其它器件。此外，本文中公開(kāi)的實(shí)施例可以用于p型和/或n型器件的形成中。受益于本發(fā)明的各方面，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體器件的其他實(shí)施例。例如，如本發(fā)明描述的一些實(shí)施例還可以應(yīng)用于接觸件、通孔或互連件的形成。

參照?qǐng)D1a的實(shí)例，在其中示出了mos晶體管100，提供了可能包括本發(fā)明的實(shí)施例的僅一個(gè)器件類型的實(shí)例。應(yīng)該理解，示例性晶體管100不意味著以任何方式限制且本領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員將意識(shí)到本發(fā)明的實(shí)施例可以同等地適用于各種其它類型的任何一個(gè)，諸如上述的那些。晶體管100制造在襯底102上且包括柵極堆疊件104。襯底102可以是諸如硅襯底的半導(dǎo)體襯底。襯底102可以包括各種層，各種層包括形成在襯底102上形成的導(dǎo)電或絕緣層。取決于本領(lǐng)域已知的設(shè)計(jì)要求，襯底102可以包括各種摻雜配置。襯底102還可以包括其他的半導(dǎo)體，諸如鍺、碳化硅(sic)、硅鍺(sige)或金剛石?？蛇x地，襯底102可以包括化合物半導(dǎo)體和/或合金半導(dǎo)體。此外，在一些實(shí)施例中，襯底102可以包括外延層(epi層)，襯底102可以被應(yīng)變以用于性能增強(qiáng)，該襯底102可以包括絕緣體上硅(soi)結(jié)構(gòu)和/或襯底102可具有其他合適的增強(qiáng)部件。

柵極堆疊件104包括柵極電介質(zhì)106和設(shè)置在柵極電介質(zhì)106上的柵電極108。在一些實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)106可以包括諸如氧化硅層(sio2)或氮氧化硅(sion)的界面層，其中，這樣的界面層可以通過(guò)化學(xué)氧化、熱氧化、原子層沉積(ald)、化學(xué)汽相沉積(cvd)和/或其他合適的方法形成。在一些實(shí)例中，柵極電介質(zhì)106包括諸如氧化鉿(hfo2)的高k介電層?？蛇x地，高k介電層可以包括其他的高k電介質(zhì)，諸如tio2、hfzro、ta2o3、hfsio4、zro2、zrsio2、lao、alo、zro、tio、ta2o5、y2o3、srtio3(sto)、batio3(bto)、bazro、hflao、hfsio、lasio、alsio、hftao、hftio、(ba,sr)tio3(bst)、al2o3、si3n4、氮氧化物(sion)、它們的組合或其他合適的材料。如本文中使用和描述的，高k柵極電介質(zhì)包括具有高介電常數(shù)(例如，大于熱氧化硅的介電常數(shù)(～3.9))的介電材料。在又其它實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)106可以包括二氧化硅或其它合適的電介質(zhì)。可以通過(guò)ald、物理汽相沉積(pvd)、氧化和/或其他合適的方法來(lái)形成柵極電介質(zhì)106。在一些實(shí)施例中，柵電極108可以作為先柵極工藝或后柵極工藝(例如，置換柵極)的部分被沉積。在各個(gè)實(shí)施例中，柵電極108包括諸如w、tin、tan、wn、re、ir、ru、mo、al、cu、co、ni、它們的組合和/或其它合適的組分的導(dǎo)電層。在一些實(shí)例中，柵電極108可以包括用于n型晶體管的第一金屬材料和用于p型晶體管的第二金屬材料。因此，晶體管100可以包括雙功函金屬柵極配置。例如，第一金屬材料(例如，用于n型器件)可以包括具有功函數(shù)的金屬，該功函數(shù)基本上與襯底導(dǎo)電帶的功函數(shù)對(duì)準(zhǔn)，或至少基本上與晶體管100的溝道區(qū)114的導(dǎo)電帶的功函數(shù)對(duì)準(zhǔn)。同樣地，例如，第二金屬材料(例如，用于p型器件)可以包括具有功函數(shù)的金屬，該功函數(shù)基本上與襯底價(jià)帶的功函數(shù)對(duì)準(zhǔn)，或至少基本上與晶體管100的溝道區(qū)114的價(jià)帶的功函數(shù)對(duì)準(zhǔn)。因此，柵電極108可以提供用于晶體管100的柵電極，包括n型器件和p型器件。在一些實(shí)施例中，柵電極108可以可選地或附加地包括多晶硅層。在各個(gè)實(shí)例中，柵電極108可以使用pvd、cvd、電子束(e束)蒸發(fā)和/或其它合適的工藝形成。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁間隔件形成在柵極堆疊件104的側(cè)壁上。這樣的側(cè)壁間隔件可以包括諸如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或它們的組合的介電材料。

晶體管100還包括源極區(qū)110和漏極區(qū)112，源極區(qū)110和漏極區(qū)112的每個(gè)均形成在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)，源極區(qū)110和漏極區(qū)112的每個(gè)鄰近柵極堆疊件104且在柵極堆疊件104的任意一側(cè)上。在一些實(shí)施例中，源極區(qū)110和漏極區(qū)112包括擴(kuò)散的源極區(qū)/漏極區(qū)、離子注入的源極區(qū)/漏極區(qū)、外延生長(zhǎng)區(qū)或它們的組合。晶體管100的溝道區(qū)114被限定為位于柵極電介質(zhì)106下方、源極區(qū)110和漏極區(qū)112之間且在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)的區(qū)域。溝道區(qū)114具有相關(guān)溝道長(zhǎng)度“l(fā)”和相關(guān)溝道寬度“w”。當(dāng)大于用于晶體管100的閾值電壓(vt)(即，導(dǎo)通電壓)的偏置電壓應(yīng)用于柵電極108以及同時(shí)在源極區(qū)110和漏極區(qū)112之間應(yīng)用偏置電壓時(shí)，電流(例如，晶體管驅(qū)動(dòng)電流)穿過(guò)溝道區(qū)114在源極區(qū)110和漏極區(qū)112之間流動(dòng)。用于給定的偏置電壓(例如，應(yīng)用于柵電極108或源極區(qū)110和漏極區(qū)112之間)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)電流的量是，除了別的之外，用于形成溝道區(qū)114的材料的遷移率的函數(shù)。在一些實(shí)例中，溝道區(qū)114包括硅(si)和/或諸如鍺的高遷移率材料、以及如本領(lǐng)域已知的多種化合物半導(dǎo)體或合金半導(dǎo)體的任何一種。高遷移率材料包括具有電子和/或大于硅(si)的空穴遷移率率的那些材料，其在室溫(300k)下具有1350cm²/v-s的固有電子遷移率和480cm²/v-s的空穴遷移率。

參照?qǐng)D1b，其中示出了finfet器件150，提供了可以包括本發(fā)明的實(shí)施例的可選器件類型的實(shí)例。舉例說(shuō)明，finfet器件150包括一個(gè)或多個(gè)基于鰭的多柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)。finfet器件100包括襯底152、從襯底152延伸的至少一個(gè)鰭元件154、隔離區(qū)156以及設(shè)置在鰭元件154上和周?chē)臇艠O結(jié)構(gòu)158。襯底152可以是諸如硅襯底的半導(dǎo)體襯底。在各個(gè)實(shí)施例中，襯底152可以與上述的襯底102基本上相同。

與襯底152類似，鰭元件154可以包括：硅或其他的元素半導(dǎo)體，諸如鍺；化合物半導(dǎo)體，包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦；合金半導(dǎo)體，包括sige、gaasp、alinas、algaas、ingaas、gainp和/或gainasp；或它們的組合。可以使用包括光刻和蝕刻工藝的合適的工藝來(lái)制造鰭154。光刻工藝可以包括：在襯底(例如，在硅層上)上面形成光刻膠層(抗蝕劑)，將光刻膠曝光至圖案，實(shí)施曝光后烘烤工藝以及顯影該光刻膠以形成包括光刻膠的掩蔽元件。在一些實(shí)施例中，可以使用電子束(e束)光刻工藝來(lái)實(shí)施圖案化光刻膠以形成掩蔽元件。然后，掩蔽元件可以用于保護(hù)襯底的區(qū)域同時(shí)蝕刻工藝在硅層內(nèi)形成凹槽，從而留下延伸的鰭154?？梢允褂酶晌g刻(例如，化學(xué)氧化物去除)、濕蝕刻和/或其他合適的工藝來(lái)蝕刻凹槽。也可以使用在襯底152上形成鰭154的方法的許多其他的實(shí)施例。

多個(gè)鰭154的每個(gè)還包括源極區(qū)155和漏極區(qū)157，其中，源極/漏極區(qū)155、157形成在鰭154中、上和/或周?chē)?。源極/漏極區(qū)155、157可以在鰭154上方外延生成。此外，晶體管的溝道區(qū)設(shè)置在鰭154內(nèi)、柵極結(jié)構(gòu)158下面、沿著基本上平行于由圖1b的截面aa'限定的平面的平面。在一些實(shí)例中，鰭的溝道區(qū)包括如上所述的高遷移率材料。

隔離區(qū)156可以是淺溝槽隔離(sti)部件?？蛇x地，可以在襯底152上和/或內(nèi)采用場(chǎng)氧化物、locos部件和/或其他合適的隔離部件。隔離區(qū)156可以由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氟摻雜的硅酸鹽玻璃(fsg)、低k電介質(zhì)、它們的組合和/或本領(lǐng)域已知的其他合適的材料組成。在實(shí)施例中，隔離結(jié)構(gòu)是sti部件且通過(guò)在襯底152中蝕刻溝槽形成。隨后，可以用隔離材料填充溝槽，接著是化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝。然而，其他的實(shí)施例也是可能的。在一些實(shí)施例中，隔離區(qū)156可以包括多層結(jié)構(gòu)(例如，具有一個(gè)或多個(gè)襯墊層)。

柵極結(jié)構(gòu)158包括柵極堆疊件，柵極堆疊件具有在鰭154的溝道區(qū)上方形成的界面層160、在界面層160上方形成的柵極介電層162以及在柵極介電層162上方形成的金屬層164。在各個(gè)實(shí)施例中，界面層160與描述為柵極電介質(zhì)106的部分的界面層基本上相同。在一些實(shí)施例中，柵極介電層162與柵極電介質(zhì)106基本上相同且可以包括類似于用于柵極電介質(zhì)106的高k電介質(zhì)的高k電介質(zhì)。相似地，在各個(gè)實(shí)施例中，金屬層164與上述的柵電極108基本上相同。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁間隔件形成在柵極結(jié)構(gòu)158的側(cè)壁上。側(cè)壁間隔件可以包括諸如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或它們的組合的介電材料。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)該理解，其他的實(shí)施例可以提供不同的優(yōu)點(diǎn)，本文中沒(méi)有必要討論所有的優(yōu)點(diǎn)，并且沒(méi)有要求所有的實(shí)施例都具有特定的優(yōu)點(diǎn)。例如，本文討論的實(shí)施例包括針對(duì)(例如，功函層的)預(yù)沉積處理以及隨后的原子層沉積(ald)工藝(例如，隨后ald金屬層沉積)的方法和結(jié)構(gòu)，以及從而形成的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，如以下描述的，原位實(shí)施預(yù)沉積處理和隨后的ald工藝。如本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“原位”用于描述實(shí)施工藝的同時(shí)，器件或襯底保留在處理系統(tǒng)(例如，包括裝載鎖室、轉(zhuǎn)移腔室、處理腔室或任何其它流動(dòng)連接的腔室)中，且其中，例如，處理系統(tǒng)允許襯底在真空條件下保留。這樣，術(shù)語(yǔ)“原位”還可大體地用于指示其中被處理的器件或襯底不暴露于外部環(huán)境(例如，位于處理系統(tǒng)之外)的工藝。此外，盡管本發(fā)明的實(shí)施例可以主要參照n型晶體管討論，應(yīng)該理解，本文中公開(kāi)的實(shí)施例可以同等地應(yīng)用于p型晶體管，其中，這樣的執(zhí)行可以很容易地被本領(lǐng)域的技術(shù)人員推斷出，例如，通過(guò)與下面討論的n型器件執(zhí)行對(duì)稱。

本發(fā)明的至少一些實(shí)施例針對(duì)用于使用10納米技術(shù)(n10)制造的器件的功函調(diào)整，盡管應(yīng)該理解，本文中公開(kāi)的實(shí)施例可以等同地應(yīng)用于其它工藝技術(shù)而不背離本發(fā)明的范圍。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以同時(shí)用于緩解間隙填充影響(例如，通過(guò)ald處理的使用)。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“間隙填充影響”可以用于描述柵極金屬填充的挑戰(zhàn)(例如，在置換金屬柵極工藝中)。在一些現(xiàn)有的工藝中，較差的金屬柵極沉積可以造成金屬柵極中的間隙或空隙，不利地影響器件性能。有利地使用用于金屬柵極層沉積的ald處理的本發(fā)明的實(shí)施例可以提供基本上沒(méi)有空隙的高質(zhì)量、共形金屬柵極層，并且從而有效地減輕與間隙填充影響相關(guān)的潛在問(wèn)題。附加地，在至少一些現(xiàn)有的工藝中(例如，一些n10工藝)，有效功函數(shù)受到缺乏足夠的調(diào)諧旋鈕的限制。因此，需要有效的功函調(diào)諧旋鈕以進(jìn)一步增強(qiáng)器件性能，例如，超越層厚度調(diào)整的傳統(tǒng)功函調(diào)整方法。例如，在至少一個(gè)現(xiàn)有工藝中(例如，利用用于柵極堆疊件沉積的ald)，可以通過(guò)更多ald周期的以減小金屬表面負(fù)載效應(yīng)的沉積來(lái)實(shí)現(xiàn)功函調(diào)整。

如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)一種(例如，功函層的)預(yù)沉積處理和隨后的ald工藝，以及從而形成的結(jié)構(gòu)。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“預(yù)沉積處理”可以與術(shù)語(yǔ)“預(yù)處理”、“預(yù)沉積浸泡”或“預(yù)浸泡”互換。因此，本文中公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例是基于通過(guò)使用基于氟[f]的前體預(yù)浸泡或預(yù)處理工藝來(lái)清洗被氧化的(例如，功函層的，隨后將在功函層上沉積ald金屬膜)表面。在一些實(shí)施例中，基于[f]的前體可以包括nfx、tifx或wfx，其中，‘x’等于1至6。在各個(gè)實(shí)施例中，預(yù)處理工藝能夠清除金屬膜(例如，ald金屬膜)的表面上的氧化。通過(guò)在(例如，在功函層上的)金屬膜上使用基于[f]的前體預(yù)處理工藝，可以去除ald金屬膜的氧化表面，從而改進(jìn)閾值電壓(vt)。在一些實(shí)施例中，基于[f]的前體預(yù)處理用于處理在高k(hk)/金屬柵極(mg)堆疊件內(nèi)的tan層的表面。在一些實(shí)施例中，tan層可以是上述的功函層。此外，通過(guò)采用該預(yù)浸泡/預(yù)處理工藝，隨后沉積的ald金屬膜的功函數(shù)將不取決于可以減小ald金屬膜的生長(zhǎng)速率(并且因此厚度)的變化的襯底表面或下面的襯底的質(zhì)量(例如，諸如，具有氧化層的下面的功函層)，從而幫助改進(jìn)器件閾值電壓(vt)。因此，本發(fā)明的至少一些優(yōu)點(diǎn)還包括在適合的下一金屬層(例如，另一功函層、阻擋層、覆蓋層或其它合適的下一金屬層)的沉積之前，通過(guò)使用基于[f]的前體預(yù)浸泡工藝以處理功函設(shè)定層(例如n型功函層)來(lái)改進(jìn)器件vt。在一些實(shí)施例中，可以在諸如集群工具(例如，其中腔室被集群在一起的ald集群工具)的處理系統(tǒng)中，一起/順序地(例如原位)實(shí)施下一金屬層的預(yù)處理工藝和沉積。的確，在一些實(shí)施例中，分離的(例如，功函層的)異地預(yù)處理和接下來(lái)的下一金屬層的沉積也可以提供一些優(yōu)點(diǎn)(例如，閾值電壓改進(jìn))。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出的是根據(jù)一些實(shí)施例的實(shí)施(例如，功函層的)預(yù)沉積處理和隨后的ald工藝的方法200。方法200可以在諸如以上參照?qǐng)D1a描述的示例性晶體管100的單一柵極平面器件上，以及在諸如以上參照?qǐng)D1b描述的finfet器件150的多柵極器件上執(zhí)行。因此，以上參照晶體管100和/或finfet150討論的一個(gè)或多個(gè)方面也可以應(yīng)用于方法200。的確，在各個(gè)實(shí)施例中，該方法可以在其它器件上執(zhí)行，諸如，全環(huán)柵(gaa)器件、歐米茄柵極(ω-柵極)器件或pi柵極(π-柵極)器件以及應(yīng)變-半導(dǎo)體器件、絕緣體上硅(soi)器件、部分耗盡soi器件、全耗盡soi器件或如本領(lǐng)域已知的其它器件。

應(yīng)該理解，方法200和/或參照方法200討論的示例性晶體管器件的任意一個(gè)的的部分可以通過(guò)已知的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)技術(shù)工藝流程來(lái)制造，并且因此本文中僅簡(jiǎn)要描述一些工藝。此外，應(yīng)該理解，本文中討論的任何示例性晶體管器件可以包括各個(gè)其它器件和部件，諸如附加晶體管、雙極結(jié)型晶體管、電阻器、電容器、二極管、熔絲等，但是為了本發(fā)明的發(fā)明概念的更好地理解被簡(jiǎn)化。此外，在一些實(shí)施例中，本文中公開(kāi)的示例性晶體管器件可以包括可以互連的多個(gè)半導(dǎo)體器件(例如，晶體管)。此外，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的各個(gè)方面可以適用于后柵極工藝或先柵極工藝中的一種。

此外，在一些實(shí)施例中，本文中示出的示例性晶體管器件可以包括在處理的中間階段(如可以在集成電路的處理期間制造)的器件或其部分的描述，該描述可以包括靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(sram)和/或其他邏輯電路，諸如電阻器、電容器和電感器的無(wú)源組件，以及諸如p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(pfet)、n溝道fet(nfet)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)晶體管、雙極晶體管、高壓晶體管、高頻晶體管、其他存儲(chǔ)單元和它們的組合的有源組件。

首先參照方法200，該方法200提供了根據(jù)一些實(shí)施例的用于實(shí)施(例如，功函層的)預(yù)沉積處理和隨后的ald工藝的大體工藝。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的工藝的附加細(xì)節(jié)和示例性相關(guān)結(jié)構(gòu)在下面參照?qǐng)D3a/3b和圖4a/4b的實(shí)例更詳細(xì)地討論。該方法200開(kāi)始于框202，其中，在襯底102上方形成界面層，其中，形成的界面層可以基本上類似于作為柵極電介質(zhì)106的部分的上述界面層。該方法200繼續(xù)框204，其中，在界面層上形成高k介電層，其中，高k介電層可以基本上類似于作為柵極電介質(zhì)106的部分的上述高k介電層。在一些情況下，在高k介電層上方可形成高k覆蓋層。

在高k介電層的形成之后，然后，該方法200繼續(xù)進(jìn)行框206，其中，在高k介電層上方沉積功函金屬。在一些實(shí)施例中，功函金屬是以上參照?qǐng)D1a所述的柵電極108的部分?？蛇x地，在一些實(shí)施例中，功函金屬是以上參照?qǐng)D1b所述的金屬層164的部分。如在本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“功函金屬”用于描述用于設(shè)定柵電極108的功函數(shù)的值。在各個(gè)實(shí)施例中，功函金屬可以包括tin、tan、tialc、tial、tisin、tasi、tialn、它們的組合或其它適合的金屬。因此，在一些實(shí)施例中，在高k介電層上方沉積的功函金屬層可以包括配置為設(shè)定柵電極108的功函數(shù)的值的多個(gè)層。在各個(gè)實(shí)例中，功函金屬可以使用ald形成。舉例說(shuō)明，功函金屬可以在從200℃至600℃的溫度下由ald沉積。在一些狀況下，功函金屬可以可選地使用pvd、cvd、電子束(e束)蒸發(fā)和/或其它合適的工藝形成。在一些實(shí)施例中，沉積的功函金屬(例如，通過(guò)ald沉積)的表面可以氧化(例如，在功函金屬的沉積之后，由于暴露于外部環(huán)境)，從而在功函金屬層上形成ald金屬氧化表面。

在至少一些現(xiàn)有的工藝，功函金屬的氧化(ald金屬氧化表面的形成)可以導(dǎo)致用于后續(xù)沉積在被氧化功函金屬上的金屬層的負(fù)載效應(yīng)。如在本文中使用的，由于被氧化功函金屬，術(shù)語(yǔ)“負(fù)載效應(yīng)”用于描述沉積至被氧化功函金屬上的金屬層的特征/屬性的不期望的改變。本發(fā)明的實(shí)施例在隨后的金屬層的沉積之前提供功函金屬的氧化層的去除(或大量去除)，從而保留隨后沉積的金屬層的期望的特征/屬性。

然后，方法200繼續(xù)進(jìn)行框208，其中實(shí)施功函金屬的預(yù)處理工藝。在框208的實(shí)施例中，可以通過(guò)包括基于f的前體的預(yù)處理工藝去除ald金屬氧化表面(例如，功函金屬的氧化層)以在功函金屬上方沉積后續(xù)金屬膜之前處理ald金屬氧化表面。在一些實(shí)施例中，基于[f]的前體包括nfx、tifx或wfx，其中，‘x’等于1至6。在各個(gè)實(shí)施例中，預(yù)處理工藝和接下來(lái)的金屬膜沉積是在例如，諸如ald集群工具的處理系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施的原位工藝。

在各個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)使用基于f前體生成的等離子體或通過(guò)利用基于f前體的熱化學(xué)反應(yīng)實(shí)施預(yù)處理工藝。對(duì)于利用等離子體處理的實(shí)施例，舉例說(shuō)明，基于f的前體可以在20℃至200℃的預(yù)處理加工溫度下和在5標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)至500sccm的流速下被引入處理系統(tǒng)(例如，其中處理腔室容納具有ald金屬氧化表面的襯底)的處理腔室內(nèi)。在一些實(shí)施例中，可以在10瓦特至100瓦特的功率下(例如，使用dc或rf電源供應(yīng))生成等離子體。對(duì)于利用熱化學(xué)反應(yīng)處理的實(shí)施例，具體說(shuō)明，基于f的前體可以在100℃至1000℃的預(yù)處理加工溫度下被引入至處理系統(tǒng)的處理腔室內(nèi)。在一些實(shí)例中，100sccm至8000sccm的流速可以用于利用熱化學(xué)反應(yīng)的實(shí)施例。在各個(gè)實(shí)例中，選擇預(yù)處理處理?xiàng)l件(例如，包括基于f的前體、預(yù)加工溫度、基于f的前體的流速以及功率(例如，用于利用等離子體生成的實(shí)施例)的選擇)以誘發(fā)基于f的前體與ald金屬氧化表面之間的熱化學(xué)反應(yīng)，從而由于預(yù)處理工藝，去除或清理功函金屬的氧化層，從而留下未被氧化的、干凈的功函金屬表面。的確，在一些實(shí)施例中，分離的(例如，功函層的)異地預(yù)處理和接下來(lái)的下一金屬層的沉積也可以提供一些優(yōu)點(diǎn)(例如，閾值電壓改進(jìn))。

在預(yù)處理工藝之后，然后方法200繼續(xù)進(jìn)行框210，其中，在預(yù)處理的功函金屬層上方沉積下一(隨后的)金屬層。在一些實(shí)施例中，下一金屬層可以包括n金屬層(例如，諸如tialc)和n金屬層上方的tin層，并且在一些實(shí)例中，下一金屬層可以由ald沉積。舉例說(shuō)明，且在一些實(shí)施例中，下一金屬層還可以是以上參照?qǐng)D1a描述的柵電極108的部分。可選地，在一些實(shí)施例中，下一金屬層還可以是以上參照?qǐng)D1b描述的金屬層164的部分?？蛇x地，在一些實(shí)施例中，在預(yù)處理的功函金屬層上方沉積的下一金屬層可以包括一個(gè)或多個(gè)其它層(例如，此外以上所述的那些)。在一些情況中，在預(yù)處理功函層上方沉積的下一金屬層和任意其它層還可以用于設(shè)定柵電極108的功函數(shù)的值。特別注意的是，由于在預(yù)處理工藝期間清洗/去除功函金屬的被氧化層，如上所述，下一金屬層可以沉積至未被氧化的、干凈的功函金屬表面上。這樣，保留沉積的下一金屬層的期望的特征/屬性，因?yàn)橄乱唤饘賹游词艿较旅娴墓饘俚呢?fù)載相應(yīng)(例如，由于氧化層)。作為進(jìn)一步結(jié)果，本發(fā)明的實(shí)施方式導(dǎo)致具有改進(jìn)的閾值電壓和改進(jìn)的器件可靠性的器件(例如，晶體管100)。

根據(jù)方法200制造的器件(例如，晶體管)可以進(jìn)一步經(jīng)受處理以形成本領(lǐng)域已知的各種部件和區(qū)域。例如，隨后的處理可以在包括器件的襯底上形成配置為連接各種部件的各種接觸件/通孔/線和多層互連部件(例如，金屬層和層間電介質(zhì))以形成可以包括一個(gè)或多個(gè)器件(例如，一個(gè)或多個(gè)晶體管100)的功能電路。在又一實(shí)例中，多層互連件可以包括諸如通孔或接觸件的垂直互連件以及諸如金屬線的水平互連件。各種互連部件可以使用包括銅、鎢和/或硅化物的各種導(dǎo)電材料。在一個(gè)實(shí)例中，鑲嵌和/或雙鑲嵌工藝用于形成銅相關(guān)的多層互連結(jié)構(gòu)。此外，可以在方法200之前、期間和之后實(shí)施附加的工藝步驟，并且根據(jù)方法200的各個(gè)實(shí)施例，可以替換或消除以上描述的一些工藝步驟。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3a至圖3c，其中示出了用于沒(méi)有實(shí)施預(yù)處理工藝處理的器件的截面透射電子顯微鏡(tem)圖像(圖3a)和使用預(yù)處理工藝處理的器件的截面透射電子顯微鏡(tem)圖像(圖3b),并且示出了作為各種處理?xiàng)l件的函數(shù)的平帶電壓(vfb)的圖表，以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步示出了對(duì)用于處理的器件的器件閾值電壓(vt)的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)該注意，圖3a和圖3b示出了用于層的堆疊(例如，用于金屬柵極堆疊件)的示例性組合物。提供這些示例性組合物僅以便于參考而不旨在限制超過(guò)具體要求保護(hù)的內(nèi)容。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的各種組合物可以包括(例如，在單一柵極堆疊件中)一個(gè)或多個(gè)功函層、一個(gè)或多個(gè)阻擋層、一個(gè)或多個(gè)覆蓋層、一個(gè)或多個(gè)金屬填充層、一個(gè)或多個(gè)多晶硅層、一個(gè)或多個(gè)硅化物層、一個(gè)或多個(gè)摻雜的層或其它合適的層，包括和/或超過(guò)本文中具體提到過(guò)的以及可以配置為給定技術(shù)或應(yīng)用必要或需要的那些層?？蛇x地，在一些實(shí)施例中，本文中描述的預(yù)處理工藝和隨后的金屬層沉積工藝可以重復(fù)多次以用于給定的柵極堆疊件。在一些實(shí)例中，在隨后的金屬層的沉積之前，可以多次重復(fù)預(yù)處理工藝以處理特定的金屬層。

為了清楚地討論，應(yīng)該注意，晶體管閾值電壓(vt)和平帶電壓(vfb)通?？梢员硎緸椋?/p>

從vt和vfb的這兩個(gè)表達(dá)式，很明顯vt受到平帶電壓中的變化的影響，以及平帶電壓取決于功函數(shù)φms。

首先參照?qǐng)D3a，其中示出了包括tan層的示例性結(jié)構(gòu)，其中，tan層可以是以上描述的功函層。在一些實(shí)施例中，可以在tan層上方沉積tialc層。在各個(gè)實(shí)例中，tan層和tialc層可以是以上分別參照?qǐng)D1a和圖1b所述的柵電極108或金屬層164的部分。如圖所示，且在一些實(shí)施例中，tan層可以具有15.6nm的厚度。應(yīng)該注意，對(duì)于圖3a的示例性結(jié)構(gòu)，尚未實(shí)施如本文中描述的預(yù)處理工藝。因此，例如，在tan層的沉積之后，下一金屬層(例如，諸如tialc層)可以直接沉積在tan層上方而不實(shí)施預(yù)處理工藝。應(yīng)該注意，如上所述，tan層的功函數(shù)值取決于tan層的厚度。因此，圖3a的示例性結(jié)構(gòu)的功函數(shù)的值將至少部分地基于tan層的厚度，其轉(zhuǎn)而將至少部分地確定平帶電壓(vfb)，平帶電壓(vfb)轉(zhuǎn)而將至少部分地確定用于包括圖3a的示例性結(jié)構(gòu)的器件的閾值電壓。如圖3c所示，制造的具有圖3a的示例性結(jié)構(gòu)的最終器件被測(cè)量以具有等于115mv的平帶電壓(vfb)。

參照下一個(gè)圖3b，其中示出了類似于圖3a的包括tan層的示例性結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，可以在tan層上方沉積tialc層。在各個(gè)實(shí)例中，tan層和tialc層可以是以上分別參照?qǐng)D1a和圖1b所述的柵電極108或金屬層164的部分。與圖3a的實(shí)例對(duì)照，對(duì)于圖3b的示例性結(jié)構(gòu)，在隨后的金屬層的沉積之前，實(shí)施，如本文中描述的，預(yù)處理工藝以處理高k(hk)/金屬柵極(mg)堆疊件的tan層(例如，功函層)。在各個(gè)實(shí)施例中，處理tan層實(shí)施的預(yù)處理工藝可以包括異地或原位預(yù)處理工藝。在圖3b的實(shí)例中，應(yīng)用于tan層的預(yù)處理工藝可以包括wf6浸泡或預(yù)處理(wf6是前體)。在至少一個(gè)實(shí)例中，可以在300℃的溫度下實(shí)施wf6浸泡或預(yù)處理，且持續(xù)時(shí)間為30秒。舉例說(shuō)明，可以通過(guò)使用wf6生成的等離子體或通過(guò)利用wf6前體的熱氧化反應(yīng)實(shí)施用于圖3b的實(shí)例的預(yù)處理工藝。然而，如上所述，可以使用其它基于氟[f]的前體(無(wú)論是等離子體或通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng))以實(shí)施本文中描述的預(yù)處理工藝。例如，在一些實(shí)施例中，基于[f]的前體可以包括nfx、tifx或wfx，其中，‘x’等于1至6。由于預(yù)處理工藝，可以去除tan層的部分(之前可能已經(jīng)被氧化的部分)從而減小tan層的厚度(例如，至13.5nm)。在一些實(shí)施例中，僅為了說(shuō)明的目的，本文中描述的厚度減薄可以從13％至15％。在一些實(shí)施例中，在實(shí)施tan層的預(yù)處理之后，可以順序地(例如，通過(guò)ald)，且在一些情況下原位沉積隨后的金屬層(例如，tialc層)。在一些實(shí)施例中，在圖3b的實(shí)例中的沉積的tialc層可以因此比用于不包括預(yù)處理工藝的圖3的實(shí)例的沉積的tialc層厚。此外，在各種實(shí)施例中，圖3a和圖3b的示例性結(jié)構(gòu)的tialc層的ald生長(zhǎng)周期的數(shù)量可以基本上相同。如上所示，tan層的功函數(shù)值取決于tan層的厚度。因此，至少部分地基于tan層的減小的厚度，圖3b的示例性結(jié)構(gòu)的功函數(shù)的值將不同于圖3a的示例性結(jié)構(gòu)的功函數(shù)值，其轉(zhuǎn)而將影響平帶電壓(vfb)和包括圖3b的示例性結(jié)構(gòu)的器件的閾值電壓。通常地，在一些實(shí)施例中，實(shí)施如本文中描述的預(yù)處理工藝可以導(dǎo)致功函層(例如，tan層)的厚度的減小且可以改變功函層的功函數(shù)的值，以及進(jìn)而改變(改進(jìn))閾值電壓(vt)的值。如圖3c所示，制造的具有圖3b的示例性結(jié)構(gòu)的最終器件(包括預(yù)處理工藝)被測(cè)量以具有等于68mv的平帶電壓(vfb)。因此，與未經(jīng)歷預(yù)處理工藝的圖3a的示例性結(jié)構(gòu)相比較，對(duì)圖3b的示例性結(jié)構(gòu)實(shí)施的wf6浸泡/預(yù)處理導(dǎo)致-47mvvfb偏移(vfb改進(jìn))。換言之，用于圖3b的示例性結(jié)構(gòu)的wf6浸泡/預(yù)處理導(dǎo)致tan層的～47mv帶邊緣偏移。在一些實(shí)施例中，“帶邊緣偏移”可以用于描述導(dǎo)電帶邊緣偏移(例如，用于nmos晶體管)或價(jià)帶邊緣偏移(例如，用于pmos晶體管)，從而預(yù)處理工藝可以說(shuō)已經(jīng)調(diào)節(jié)了功函層(例如，tan層)的功函數(shù)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D4a，其中示出了包括高k層(hfo2)、在高k層上方的tin層、在tin層上方的tan層、在tan層上方的層404(可以包括上述的下一金屬層，諸如tialc層)以及在層404上方的tin層的示例性結(jié)構(gòu)402。在各個(gè)實(shí)例中，在高k層上方的tin層、在tin層上方的tan層、在tan層上方的層404(例如，tialc層)以及在層404上方的tin層可以是以上分別參照?qǐng)D1a和圖1b描述的柵電極108或金屬層164。在至少一些實(shí)施例中，tan層是阻擋層。應(yīng)該注意，圖4a示出了用于層的堆疊(例如，用于金屬柵極堆疊件)的示例性組合物。提供示例性組合物僅以便于參考而不旨在限制超過(guò)具體要求保護(hù)的內(nèi)容。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的各種組合物可以包括(例如，在單一柵極堆疊件中)一個(gè)或多個(gè)功函層、一個(gè)或多個(gè)阻擋層、一個(gè)或多個(gè)覆蓋層、一個(gè)或多個(gè)金屬填充層、一個(gè)或多個(gè)多晶硅層、一個(gè)或多個(gè)硅化物層、一個(gè)或多個(gè)摻雜的層或其它合適的層，包括和/或超過(guò)本文中具體提到的以及可以配置為給定技術(shù)或應(yīng)用必要或需要的那些層。在一些實(shí)施例中，tan層可以是上述的功函層。附加地，箭頭408可以用于指示在層404的沉積之前，對(duì)tan層實(shí)施預(yù)處理工藝。在各個(gè)實(shí)施例中，(例如，tan層的)預(yù)處理工藝可以包括異地或原位預(yù)處理工藝。在一些情況下，箭頭408用于指示鄰近的(例如，下面的)層的表面情況(例如，被預(yù)處理)。

參照?qǐng)D4b，其中示出了作為用于圖4a的示例性結(jié)構(gòu)402的各種預(yù)處理處理?xiàng)l件的函數(shù)的平帶電壓(vfb)的圖表，以及進(jìn)一步示出了對(duì)用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例處理的器件的器件閾值電壓(vt)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于圖4a/4b的實(shí)例，使用的預(yù)處理工藝可以通過(guò)使用nf3前體的遠(yuǎn)程等離子體實(shí)施以生成有效地清洗/處理金屬層(例如，從諸如tan的功函金屬的表面去除氧化物層)的nf3自由基。參照?qǐng)D4a/4b，在隨后的金屬層(例如，層404)的沉積之前，實(shí)施預(yù)處理工藝以處理高k(hk)/金屬柵極(mg)堆疊件的tan層(例如，功函層)。

開(kāi)始于基線(bsl)樣本#01，對(duì)其不實(shí)施預(yù)處理工藝，測(cè)量所得到的mos電容器(moscap)以具有等于-560mv的平帶電壓(vfb)。應(yīng)該注意，在隨后的金屬層的沉積之前，對(duì)于樣本#07、#08、#09、#10和#11，使用nf3自由基的遠(yuǎn)程等離子體預(yù)處理tan層。還應(yīng)該注意，本實(shí)例的預(yù)處理工藝的功效(包括vfb偏移和相關(guān)的vt改進(jìn))取決于加工溫度、處理時(shí)間(持續(xù)時(shí)間)、(例如，等離子體功率供應(yīng)的)預(yù)處理功率以及前體(例如，nf3)流速。例如，首先參照樣本(#07)，在溫度為25℃、功率為250w、前體流速為100sccm的情況下實(shí)施tan層的nf3遠(yuǎn)程等離子體預(yù)處理工藝持續(xù)3秒，且測(cè)量得到的moscap以具有等于-580mv的平帶電壓(vfb)，或與bsl樣本#01相比改進(jìn)～20-25mv。下一步參照樣本(#08)，在溫度為25℃、功率為250w、前體流速為20sccm的情況下實(shí)施tan層的nf3遠(yuǎn)程等離子體預(yù)處理工藝持續(xù)3秒，且測(cè)量得到的moscap以具有等于-590mv的平帶電壓(vfb)，或與bsl樣本#01相比改進(jìn)～30mv。參照樣本(#09)，在溫度為25℃、功率為250w、且前體流速為10sccm的情況下實(shí)施tan層的nf3遠(yuǎn)程等離子體預(yù)處理工藝持續(xù)5秒，且測(cè)量得到的moscap以具有等于-595mv的平帶電壓(vfb)，或與bsl樣本#01相比改進(jìn)～35mv。下一步參照樣本(#10)，在溫度為25℃、功率為500w、前體流速為10sccm的情況下實(shí)施tan層的nf3遠(yuǎn)程等離子體預(yù)處理工藝持續(xù)3秒，且測(cè)量得到的moscap以具有等于-570mv的平帶電壓(vfb)，或與bsl樣本#01相比改進(jìn)～10mv。參照樣本(#11)，在溫度為65℃、功率為250w、且前體流速為10sccm的情況下實(shí)施tan層的nf3遠(yuǎn)程等離子體預(yù)處理工藝持續(xù)3秒，且測(cè)量得到的moscap以具有等于-651mv的平帶電壓(vfb)，或與bsl樣本#01相比改進(jìn)～91mv。通常地，如圖4b的結(jié)果所示，nf3自由基的增加(例如，通過(guò)增加預(yù)處理時(shí)間從3秒至5秒、通過(guò)增加前體流速?gòu)?0sccm至20sccm或通過(guò)增加加工溫度從25℃至65℃)導(dǎo)致平帶電壓(vfb)的更多的改進(jìn)。換言之，發(fā)現(xiàn)nf3自由基的增加使vfb更多地向著帶邊緣(例如，向著用于n型晶體管的導(dǎo)電帶或向著用于p型晶體管的價(jià)帶)偏移。因此，tan層的nf3遠(yuǎn)程等離子體預(yù)處理工藝可以說(shuō)已經(jīng)調(diào)整了功函層(例如，tan層)的功函數(shù)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D5，其中示出了示例性多腔室處理系統(tǒng)500的示意性頂視布局圖。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)500可以等效地稱為“集群工具”。系統(tǒng)500可以大體地包括裝載鎖室502、504，晶圓輸送腔室506以及多個(gè)處理腔室1至6。在各個(gè)實(shí)施例中，裝載鎖室502、504提供襯底至系統(tǒng)500中的轉(zhuǎn)移和襯底自系統(tǒng)500離開(kāi)的轉(zhuǎn)移。在各個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)500在真空下且裝載鎖室502、504可以"抽真空(pumpdown)"(例如，通過(guò)機(jī)械泵和/或渦輪分子泵)引入系統(tǒng)500內(nèi)的襯底。在一些實(shí)施例中，裝載鎖室502、504可以適于接收單一晶圓或多個(gè)晶圓(例如，裝載至盒中)。舉例說(shuō)明，裝載鎖室502、504可以通過(guò)柵極閥的方式與晶圓輸送腔室506分離，以當(dāng)裝載鎖室502、504中的一個(gè)或兩個(gè)排放時(shí)，允許晶圓輸送腔室506保持在真空下。

在各種實(shí)施例中，晶圓輸送腔室506配備有可以沿著橫軸、縱軸和/或旋轉(zhuǎn)軸的任意一個(gè)平滑移動(dòng)的自動(dòng)機(jī)械臂從而在裝載鎖室502、504和襯底處理腔室1至6的任意一個(gè)之間轉(zhuǎn)移襯底。處理腔室1至6的每個(gè)可以配置為實(shí)施諸如原子層沉積(ald)、cvd、pvd、蝕刻、預(yù)處理/預(yù)浸泡、除氣、退火的許多襯底處理操作以及諸如xps分析、afm分析和/或其它合適的處理或劑量操作的許多計(jì)量操作。在各個(gè)實(shí)施例中，例如，如必要時(shí)系統(tǒng)500可以具有更多或更少的處理腔室以用于由系統(tǒng)500實(shí)施的特定工藝。

本文中描述的各個(gè)實(shí)施例提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的若干優(yōu)點(diǎn)。將理解，不是所有優(yōu)點(diǎn)都是本文中必須討論的，沒(méi)有特定優(yōu)點(diǎn)對(duì)于所有實(shí)施例都是需要的，并且其他實(shí)施例可以提供不同的優(yōu)點(diǎn)。如一個(gè)實(shí)例，本文討論的實(shí)施例包括針對(duì)(例如，功函層的)預(yù)沉積處理以及被預(yù)處理層上方的隨后的原子層沉積(ald)工藝(例如，隨后ald金屬層沉積)的方法和結(jié)構(gòu)。此外，如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例可以被有效地利用以完成功函調(diào)整。在各個(gè)實(shí)施例中，預(yù)沉積處理工藝(預(yù)處理工藝)包括通過(guò)使用基于氟[f]的前體預(yù)浸泡或預(yù)處理工藝清洗(例如，功函層的)被氧化表面。本文中描述的預(yù)處理工藝可以有效地減輕(例如，功函層的)金屬表面負(fù)載效應(yīng)，從而導(dǎo)致改進(jìn)的器件閾值電壓(vt)。因此，本發(fā)明的至少一些優(yōu)點(diǎn)包括在諸如集群工具(例如，其中腔室集群在一起的ald集群工具)的處理系統(tǒng)中可以一起/順序地(例如，原位)實(shí)施適合的下一金屬層(例如，另一功函層、阻擋層、覆蓋層或其它合適的下一金屬層)的沉積之前，通過(guò)使用基于[f]的前體預(yù)浸泡工藝來(lái)改進(jìn)器件vt以處理功函設(shè)定層(例如n型功函層)。如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例還可以同時(shí)用于緩解間隙填充影響(例如，通過(guò)ald處理的使用)。的確，在一些實(shí)施例中，分離的(例如，功函層的)異地預(yù)處理和接下來(lái)的下一金屬層的沉積也可以提供一些優(yōu)點(diǎn)(例如，閾值電壓改進(jìn))。

因此，本發(fā)明的實(shí)施例中的一個(gè)描述了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，該方法包括在襯底上方形成柵極介電層以及在柵極介電層上方沉積功函金屬層。之后，實(shí)施功函金屬層的基于氟的處理，其中，基于氟的處理從功函金屬層的頂面去除氧化層以形成處理的功函金屬層。在一些實(shí)施例中，在實(shí)施基于氟的處理之后，在處理的功函金屬層上方沉積另一金屬層。

在另一實(shí)施例中，討論的是一種方法，其中，在襯底上方形成柵極介電層，在柵極介電層上方形成阻擋層，使用基于氟的前體生成等離子體以及阻擋層暴露于等離子體。在各個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)(responsiveto)暴露于等離子體的阻擋層，從阻擋層的表面去除氧化物層。在一些實(shí)例中，在去除氧化物層之后，在阻擋層上方沉積另一金屬層。

在又另一實(shí)施例中，討論的是一種包括襯底的器件，襯底具有在襯底上形成的柵極堆疊件。舉例說(shuō)明，該器件進(jìn)一步包括在襯底上方設(shè)置的柵極介電層、在柵極介電層上方設(shè)置的預(yù)處理的功函金屬層以及在預(yù)處理的功函金屬層上方設(shè)置的隨后的金屬層。在各個(gè)實(shí)施例中，預(yù)處理的功函金屬層包括基于f的金屬前體等離子體處理的功函金屬層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件制造的方法，包括：在襯底上方形成柵極介電層；在所述柵極介電層上方沉積功函金屬層；實(shí)施所述功函金屬層的基于氟的處理，其中，所述基于氟的處理從所述功函金屬層的頂面去除氧化層以形成處理的功函金屬層；以及在實(shí)施所述基于氟的處理之后，在所述處理的功函金屬層上方沉積另一金屬層。

在上述方法中，實(shí)施所述基于氟的處理和沉積所述另一金屬層是原位實(shí)施的，同時(shí)保持所述襯底在真空條件下。

在上述方法中，所述基于氟的處理包括前體，所述前體包括nfx、tifx和wfx中的至少一種，其中，x在1和6之間。

在上述方法中，所述功函金屬層包括tin、tan、tialc、tial、tisin、tasi和tialn中的至少一種。

在上述方法中，在從200攝氏度至600攝氏度的溫度下，沉積所述功函金屬層。

在上述方法中，所述基于氟的處理包括基于f的金屬前體與所述功函金屬層的所述氧化層之間的熱化學(xué)反應(yīng)，以及其中，所述熱化學(xué)反應(yīng)用于去除所述氧化層。

在上述方法中，所述基于氟的處理包括包含等離子體的等離子體處理，所述等離子體是使用基于f的金屬前體生成的，以及其中，通過(guò)所述等離子體處理去除所述功函金屬層的所述氧化層。

在上述方法中，在從100℃至1000℃的溫度下實(shí)施所述熱化學(xué)反應(yīng)，以及其中，所述基于f的金屬前體的流速為100sccm至1000sccm。

在上述方法中，在從20℃至200℃的溫度下實(shí)施所述等離子體處理，其中，所述基于f的金屬前體的流速為5sccm至500sccm，以及其中，等離子體功率為10瓦特至1000瓦特。

在上述方法中，所述基于氟的金屬前體包括nf3金屬前體，其中，所述等離子體生成nf3自由基，以及其中，所述nf3自由基去除所述功函金屬層的所述氧化層。

在上述方法中，通過(guò)增加所述基于氟的處理的持續(xù)時(shí)間、前體流速和加工溫度中的至少一個(gè)來(lái)增加nf3自由基的數(shù)量。

在上述方法中，所述基于氟的處理減小了所述功函金屬層的厚度。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體器件制造的方法，包括：在襯底上方形成柵極介電層；在所述柵極介電層上方形成阻擋層；使用基于氟的前體生成等離子體且將所述阻擋層暴露于所述等離子體；響應(yīng)暴露于所述等離子體的所述阻擋層，從所述阻擋層的表面去除氧化物層；以及在去除所述氧化物層之后，在所述阻擋層上方沉積另一金屬層。

在上述方法中，所述阻擋層包括功函金屬層。

在上述方法中，所述阻擋層包括tan。

在上述方法中，所述另一金屬層包括tialc層。

在上述方法中，還包括在所述tialc層上方沉積tin層。

在上述方法中，所述等離子體包括遠(yuǎn)程等離子體，其中，所述基于氟的前體包括nf3，其中，所述遠(yuǎn)程等離子體生成nf3自由基，以及其中，所述阻擋層暴露于生成的所述nf3自由基，從而去除所述氧化物層。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底，包括在所述襯底上形成的柵極堆疊件，其中，所述柵極堆疊件包括：柵極介電層，設(shè)置在所述襯底上方；預(yù)處理的功函金屬層，設(shè)置在所述柵極介電層上方，其中，所述預(yù)處理的功函金屬層包括基于f的金屬前體等離子體處理的功函金屬層；以及隨后的金屬層，設(shè)置在所述預(yù)處理的功函金屬層上方。

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的器件，其中，所述預(yù)處理的功函金屬層包括tin、tan、tialc、tial、tisin、tasi和tialn中的至少一種，以及其中，所述隨后的金屬層包括tialc層。

上面概述了若干實(shí)施例的部件、使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改用于實(shí)現(xiàn)與在此所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢(shì)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍、并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此他們可以做出多種變化、替換以及改變。