本申請(qǐng)的實(shí)施例涉及晶體管及其形成方法和形成晶體管的柵極堆疊件的方法。

背景技術(shù)：

1、已經(jīng)引入多柵極器件以滿(mǎn)足半導(dǎo)體集成電路(ic)工業(yè)對(duì)更小且更快的電子器件的不斷增長(zhǎng)的需求，這些電子器件可以同時(shí)支持更多日益復(fù)雜和精密的功能。多柵極器件具有部分或完全在溝道區(qū)域周?chē)由煲栽谥辽賰蓚?cè)上提供對(duì)溝道區(qū)域的訪(fǎng)問(wèn)的柵極。示例性多柵極器件包括鰭狀場(chǎng)效應(yīng)(finfet)晶體管、全環(huán)柵(gaa)晶體管(例如，基于納米結(jié)構(gòu)(例如，納米線(xiàn)、納米片或納米棒)的晶體管)、其它三維(3d)晶體管(例如，叉片晶體管)或它們的組合。多柵極器件能夠?qū)崿F(xiàn)ic技術(shù)的積極縮小，并且已經(jīng)觀察到，改進(jìn)柵極控制，增加?xùn)艠O-溝道耦合，減小截止?fàn)顟B(tài)電流并且減小短溝道效應(yīng)(sce)，同時(shí)與傳統(tǒng)ic制造工藝無(wú)縫集成。

2、然而，隨著ic技術(shù)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)縮放，在多柵極器件的溝道區(qū)域周?chē)圃鞏艠O堆疊件變得具有挑戰(zhàn)性。例如，通常使用柵極替換工藝來(lái)形成多柵極器件的柵極堆疊件，柵極替換工藝包括去除偽柵極以形成暴露溝道層的柵極開(kāi)口以及用各個(gè)柵極層(諸如柵極電介質(zhì)和柵電極)填充柵極開(kāi)口。減小器件部件尺寸已經(jīng)導(dǎo)致減小柵極開(kāi)口尺寸以及因此減小的柵極堆疊件體積。因此，包裹溝道層的柵極層可以容易地填充柵極開(kāi)口和/或相鄰溝道層之間的間隔，這在柵極開(kāi)口中留下用于精確調(diào)整多柵極器件的閾值電壓(vt)的有限空間，例如，通過(guò)使用多個(gè)功函層和/或更厚的功函層。已經(jīng)在柵極堆疊件中探索了層的各種組合和/或配置，以在最小化ic的多柵極器件(諸如形成存儲(chǔ)器的那些)之間的性能失配(諸如閾值電壓變化(σvt))的同時(shí)最大化多柵極器件性能。雖然用于多柵極器件的現(xiàn)有柵極堆疊件配置及其制造方法通常已經(jīng)足以滿(mǎn)足其預(yù)期目的，但是它們并不是在所有方面都完全令人滿(mǎn)意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的一些實(shí)施例提供了一種形成晶體管的方法，包括：在襯底上方形成第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，其中，所述第一半導(dǎo)體層設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層上方，并且間隔位于所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層之間；在所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層上方形成柵極電介質(zhì)，其中，所述柵極電介質(zhì)部分填充所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層之間的所述間隔；在所述柵極電介質(zhì)上方形成功函層，其中，所述功函層填充所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層之間的所述間隔的剩余部分；以及在所述功函層上方形成蓋。

2、本申請(qǐng)的另一些實(shí)施例提供了一種用于形成晶體管的柵極堆疊件的方法，所述方法包括：在第一溝道層周?chē)纬傻谝唤缑鎸硬⑶以诘诙系缹又車(chē)纬傻诙缑鎸樱渲?，溝道堆疊件包括設(shè)置在所述第二溝道層上方的所述第一溝道層，所述第一界面層部分填充所述第一溝道層和所述第二溝道層之間的間隔，并且所述第二界面層部分填充所述第一溝道層和所述第二溝道層之間的所述間隔；在所述第一界面層上方和所述第一溝道層周?chē)纬傻谝桓遦介電層并且在所述第二界面層上方和所述第二溝道層周?chē)纬傻诙遦介電層，其中，所述第一高k介電層部分填充所述第一溝道層和所述第二溝道層之間的所述間隔，并且所述第二高k介電層部分填充所述第一溝道層和所述第二溝道層之間的所述間隔；在所述第一溝道層和所述第二溝道層周?chē)纬晒瘜?，其中，所述功函層填充所述第一溝道層和所述第二溝道層之間的所述間隔的剩余部分，其中，所述功函層通過(guò)以下步驟來(lái)形成：沉積功函材料，直至所述功函材料的形成在所述第一高k介電層上方和所述第一溝道層周?chē)牡谝徊糠峙c所述功函材料的形成在所述第二高k介電層上方和所述第二溝道層周?chē)牡诙糠趾喜ⅲ渲?，所述功函材料的所述第一部分與所述功函材料的所述第二部分在所述第一溝道層和所述第二溝道層之間的所述間隔中合并，以及繼續(xù)沉積所述功函材料以增加所述功函材料的所述第一部分和所述功函材料的所述第二部分的厚度；以及在所述功函層上方形成蓋，其中，所述蓋包裹所述溝道堆疊件，并且形成所述蓋包括：在所述功函層上方形成第一金屬氮化物層，在破壞真空之后，在所述第一金屬氮化物層上方形成第二金屬氮化物層，以及在所述第二金屬氮化物層上方形成含硅層。

3、本申請(qǐng)的又一些實(shí)施例提供了一種晶體管，包括：第一溝道層和第二溝道層；柵極堆疊件，具有：柵極電介質(zhì)，設(shè)置在所述第一溝道層和所述第二溝道層周?chē)渲?，所述柵極電介質(zhì)包括界面層和設(shè)置在所述界面層上方的高k介電層，以及柵電極，設(shè)置在所述柵極電介質(zhì)上方，其中，所述柵電極位于所述第一溝道層和所述第二溝道層周?chē)⑶移渲?，所述柵電極包括：功函層，設(shè)置在所述高k介電層上方，其中，所述功函層位于所述第一溝道層和所述第二溝道層周?chē)灰约吧w，設(shè)置在所述功函層上方，其中，所述蓋包括設(shè)置在所述功函層上方的金屬氮化物層和設(shè)置在所述金屬氮化物層上方的硅層；其中，所述柵極電介質(zhì)和所述功函層填充所述第一溝道層和所述第二溝道層之間的間隔；其中，所述柵極堆疊件的外部區(qū)域具有第一氧含量，所述柵極堆疊件的內(nèi)部區(qū)域具有第二氧含量，并且所述第一氧含量與所述第二氧含量的比率為約1至約1.25；以及其中，所述柵極堆疊件的所述外部區(qū)域中的所述功函層的第一厚度大于所述柵極堆疊件的所述內(nèi)部區(qū)域中的所述功函層的第二厚度。

技術(shù)特征：

1.一種形成晶體管的方法，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述功函層包括沉積導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料包括鈦、鋁和碳。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述功函層沿所述第一半導(dǎo)體層的底部提供了所述功函層的具有第一厚度的第一部分，所述第一厚度小于所述功函層的沿所述第一半導(dǎo)體層的頂部的第二部分的第二厚度的約兩倍。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述蓋包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，形成所述金屬氮化物層包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述蓋上方形成金屬填充層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述功函層包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層之間的所述間隔中的所述功函層中形成空氣間隙。

9.一種用于形成晶體管的柵極堆疊件的方法，所述方法包括：

10.一種晶體管，包括：

技術(shù)總結(jié)
示例性柵極堆疊件包括柵極電介質(zhì)(例如，界面層上方的高k介電層)和柵電極(例如，高k介電層上方的功函層、功函層上方的蓋和蓋上方的塊狀填充層)。柵極堆疊件包裹和/或圍繞設(shè)置在第二半導(dǎo)體層上方的第一半導(dǎo)體層。柵極電介質(zhì)和功函層(而不是蓋和/或塊狀填充層)填充第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層之間的間隔。柵極堆疊件的外部部分中的氧與柵極堆疊件的內(nèi)部部分中的氧的比率可以是約1至約1.25。柵極堆疊件的內(nèi)部部分處的功函層的厚度可以小于柵極堆疊件的外部部分處的功函層的厚度。本申請(qǐng)的實(shí)施例還涉及晶體管及其形成方法和形成晶體管的柵極堆疊件的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：李致葳,蔡昕翰,黃泰維
受保護(hù)的技術(shù)使用者：臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19