替換性金屬柵極晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例大致涉及半導(dǎo)體制作，更具體而言，涉及一種替換性金屬柵極晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]典型制作替換性金屬柵極(replacement metal gate，RMG)晶體管的制造流程可包括移除暫時(shí)性柵極(temporary gate，有時(shí)稱為虛擬柵極)，并留下其中沉積有各種材料層以形成RMG的溝槽。例如，介電層可沉積至溝槽內(nèi)，接著為第一金屬層、第二金屬層以及導(dǎo)電層。將可理解的是，當(dāng)每一層沉積至溝槽內(nèi)時(shí)，材料可沉積至溝槽的底部和側(cè)壁上。然而，對(duì)于RMG晶體管正常運(yùn)作而言，并不需要使材料堆積在側(cè)壁上。在某些情況下，堆積在側(cè)壁上的材料實(shí)際上可能降低晶體管的性能。例如，在溝槽的側(cè)壁上堆積的一些高K介電質(zhì)可能增加RMG晶體管內(nèi)的寄生電容，并引起與鄰近接點(diǎn)的串?dāng)_(cross-talking)。
[0003]當(dāng)按照比例縮小裝置結(jié)構(gòu)和尺寸時(shí)，晶體管柵極寬度亦縮小。因此，前述所述RMG晶體管的溝槽寬度也隨之縮小。隨著每一層的材料沉積至溝槽內(nèi)，堆積于溝槽的側(cè)壁上的材料還會(huì)縮小用于隨后的層沉積的溝槽開口。此外，每一層的材料需要一最小厚度以正常運(yùn)作。因此，最小柵極寬度、層數(shù)以及每一層各別的最小厚度存在有理論上的限制。
[0004]此外，將可理解的是，溝槽的長寬比可能影響沉積。溝槽的長寬比通常表示為溝槽高度以及溝槽寬度的比例。在較高長寬比時(shí)沉積可能不均勻，其可能表現(xiàn)為如在側(cè)壁上較高處具有較厚的沉積，且在側(cè)壁上較低處以及溝槽底部具有較薄的沉積。隨著RMG中每一層的連續(xù)沉積，溝槽的長寬比將增加，可能進(jìn)一步加劇不均勻沉積且更縮小溝槽的寬度。
[0005]因此，有必要移除沉積于溝槽側(cè)壁上至少一些材料的部分，以改善晶體管設(shè)備的性能、減少溝槽的長寬比、改善沉積品質(zhì)和均勻性，并可制作出具有較小柵極寬度的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]此內(nèi)容以一簡化的形式介紹概念選擇，其將于以下詳細(xì)說明中更進(jìn)一步描述。此內(nèi)容并非意圖標(biāo)示關(guān)鍵特征或所要求保護(hù)標(biāo)的的必要特征，也非意圖用以協(xié)助確認(rèn)要求保護(hù)標(biāo)的范圍。
[0007]—般而言，本發(fā)明的多種實(shí)施例提供一種替換性金屬柵極晶體管，包括沉積至溝槽的底部以及所述溝槽的側(cè)壁上的第一層，以及沉積于所述溝槽內(nèi)的第二層，其中所述第二層沉積并覆蓋至所述第一層上以及所述溝槽的所述底部及側(cè)壁上。部分所述第二層從所述溝槽的所述側(cè)壁移除。
[0008]又一個(gè)實(shí)施例包括一種替換性金屬柵極晶體管，包括設(shè)置于基底上以及溝槽內(nèi)側(cè)壁上的介電層，其中所述介電層具有底部區(qū)域以及側(cè)壁區(qū)域，設(shè)置于所述介電層的所述底部區(qū)域上的第一金屬層，設(shè)置于所述第一金屬層的所述底部區(qū)域上的第二金屬層，以及設(shè)置于所述第二金屬層上以及所述介電層的所述側(cè)壁區(qū)域上的導(dǎo)電層。
【附圖說明】
[0009]現(xiàn)在將通過舉例的方式并參考附圖以描述本發(fā)明裝置的各種實(shí)施例，其中:
[0010]圖1A-圖1E為RMG柵極晶體管的方框圖；
[0011]圖2A-圖2C為依據(jù)本發(fā)明至少一些實(shí)施例而制作的RMG晶體管的方框圖；
[0012]圖3A-圖3B為依據(jù)本發(fā)明至少一些實(shí)施例而制作的另一 RMG晶體管的方框圖；
[0013]圖4A-圖4B為依據(jù)本發(fā)明至少一些實(shí)施例而制作的另一 RMG晶體管的方框圖；
[0014]圖5A-圖?為依據(jù)本發(fā)明至少一些實(shí)施例而制作的另一 RMG晶體管的方框圖；
[0015]圖6為依據(jù)本發(fā)明至少一些實(shí)施例而制作的另一 RMG晶體管的方框圖；
[0016]圖7示出一種皆依據(jù)本發(fā)明至少一些實(shí)施例而排列的清潔RF來源的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如前述所述，典型制作RMG晶體管的制造流程可包括移除暫時(shí)性柵極、留下溝槽；并通過沉積材料層填入溝槽中以形成RMG。一般而言，RMG可利用任何數(shù)量的適合薄膜沉積的技術(shù)(如，原子層沉積、電漿沉積、離子沉積，或其他類似)或制造流程而形成。
[0018]圖1A示出移除暫時(shí)性柵極(未示出)后，RMG晶體管100中部分經(jīng)由加工制造的方框圖。如圖所示，RMG晶體管100包括溝槽110，其形成于堆積在基底130上的側(cè)壁122、124之間。溝槽110包括底部112以及內(nèi)側(cè)壁114、116 ;以及具有初始寬度118a (有時(shí)稱為“柵極寬度”)。在一些范例中，基底130可為硅，且側(cè)壁122、124可為二氧化硅、氮化硅，或其他以硅為基礎(chǔ)的介電材料。將可理解的是，此處用以描述RMG晶體管100的材料僅用于說明的目的，而并非意圖限制?？稍诓幻撾x本發(fā)明范圍下以其他材料取代。
[0019]圖1B示出具有沉積于溝槽110內(nèi)的第一層142的RMG晶體管100的方框圖。如圖所示，第一層142沉積至溝槽110的底部112以及內(nèi)側(cè)壁114、116上。將可理解的是，由于第一層142沉積于內(nèi)側(cè)壁114、116上，溝槽開口 118a的初始寬度因而減少為寬度118b。一般而言，初始寬度118a將減少約第一層142兩倍的厚度。因此，溝槽110的長寬比將增加。在一些范例中，第一層142可由介電材料形成。在更進(jìn)一步的范例中，第一層142可由高K介電材料(如，硅酸鉿、硅酸鋯、二氧化鉿，或二氧化鋯)形成。
[0020]圖1C示出具有沉積于溝槽110內(nèi)的第二層144的RMG晶體管100的方框圖。如圖所示，第二層144沉積至溝槽110的底部112以及內(nèi)側(cè)壁114、116上，并覆蓋第一層142。如前述所述，溝槽110的長寬比可能影響沉積。例如，較大的長寬比可能降低沉積的均勻性，而導(dǎo)致溝槽110頂部附近的沉積厚度增加，且溝槽110底部附近的沉積厚度減少。更具體而言，這種非均勻性可表現(xiàn)如轉(zhuǎn)角144a、144b。此外，將可理解的是，由于第二層144沉積于內(nèi)側(cè)壁114、116上，寬度118b因而減少(如，約第二層144兩倍的厚度)為寬度118c。因此，溝槽110的長寬比再度增加。在一些范例中，第二層144可由實(shí)質(zhì)上具有低導(dǎo)電性的材料(如，氮化鈦)而形成。
[0021]圖1D示出具有沉積于溝槽110內(nèi)的第三層146的RMG晶體管100的方框圖。如圖所示，第三層146沉積至溝槽110的底部112以及內(nèi)側(cè)壁114、116上，并覆蓋第二層144。第三層146被描述為無論相較于第一層142或第二層144而言，具有較少的均勻沉積，以轉(zhuǎn)角146a、146b呈現(xiàn)。此外，將可理解的是，由于第三層146沉積于內(nèi)側(cè)壁114、116上，寬度118c因而減少(如，約第三層146兩倍的厚度)為寬度118d。因此，溝槽110的長寬比再度增加。
[0022]圖1E示出具有沉積于溝槽110內(nèi)的“接觸層” 148的RMG晶體管100的方框圖。一般而言，接觸層148作為沿溝槽長度的電傳導(dǎo)主要路徑。因此，接觸層148的材料會(huì)選擇具有相對(duì)低電阻率的材料(如，鎢或鋁)。如圖所示，接觸層148沉積至溝槽110內(nèi)的其余部分，覆蓋第三層146，而形成RMG疊140。
[0023]具有如圖1中所示的一晶體管所構(gòu)成的集成電路(integrated circuit，IC)，其速度受限于沿填滿的溝槽110的電阻，以及兩個(gè)此種填滿的溝槽之間的電容。因此，此種1C的性能可通過于溝槽側(cè)壁114、116移除至少部分RMG層(如，第一層142、第二層144或第三層146)而改善。移除此些通常具有相對(duì)高電組率的RMG層，將使具有相對(duì)低電阻率的接觸層148具有較多空間，而導(dǎo)致RMG晶體管100整體具有較低電阻。第二，移除通常具有高介電常數(shù)的第一層142，將減少兩個(gè)此種RMG晶體管之間的電容。
[0024]將可理解的是，RMG 140的每一層可具有相對(duì)應(yīng)的最小厚度(如，2納米，或其他類似)以正常運(yùn)作。因此，隨著裝置的尺寸持續(xù)依比例縮小，柵極寬度可能將不足以使RMG140的多個(gè)層適當(dāng)沉積。例如，柵極寬度可具有大約2*NlayCTS*Thick_的理論上的最小限制，其中NlayCTS等于RMG140中的層的數(shù)量，且Thick_等于每一層的最小厚度。此外，如圖1A-圖1E所示，溝槽110頂部附近的寬度118相較于溝槽110底部112附近的寬度118可減少較快。因此，利用傳統(tǒng)技術(shù)可能較難使接觸層148于溝槽110底部112上沉積。
[0025]可理解的是，參考圖1A-圖1E所描述的RMG晶體管100僅用于說明的目的，而并非意圖限制。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例可應(yīng)用于制造RMG晶體管，其具有類似于參考圖1A-圖1E所描述的組合物?？商娲?，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例可應(yīng)用于制造RMG晶體管，其具有不同于參考圖1A-圖1E所描述的組合物(如，具有不同數(shù)量的層、不同的制作材料，或其他類似)。例如，RMG晶體管可具有比前述所述更多或更少的層。更具體而言，RMG晶體管總共可僅具有三層，如圖1所示的層142、144及146，或可具有其他未示于圖1中的層。雖然以下的范例實(shí)施例參考具有三層的RMG晶體管，但可理解的是，這樣做是為了清楚的目的，而并非意圖限制。
[0026]如前述所介紹，于制作RMG晶體管時(shí)，可應(yīng)用本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例于減少溝槽的長寬比。例如，可應(yīng)用本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例于減少如圖1A-圖1E所示的溝槽110的長寬比。溝槽110的長寬比可通過如于側(cè)壁114、116移除部分層(如，層142、