[發(fā)明專利]具有金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410075694.5
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN104733298B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程仲良;陳彥羽;陳韋任;李昌盛;張偉
• 申請（專利權(quán)）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/336;H01L29/49;H01L29/78
• 代理公司: 北京德恒律治知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

1.一種用于制造金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，包括：

在柵極溝槽中形成高k介電層；

在所述高k介電層上方形成蝕刻停止層；

在所述蝕刻停止層上方通過形成具有晶界工程層、摻雜層以及覆蓋層的順序的三層來形成功函調(diào)整層，所述晶界工程層被配置為允許摻雜劑原子滲透穿過，所述摻雜層被配置為將所述摻雜劑原子提供給所述晶界工程層，并且所述覆蓋層被配置為防止所述摻雜層氧化；以及

填充金屬以使所述柵極溝槽填平；

其中，形成所述晶界工程層包括：在200攝氏度至350攝氏度的溫度范圍內(nèi)，執(zhí)行ALD操作以調(diào)整所述摻雜層中的摻雜原子在所述晶界工程層中的滲透度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中，形成具有所述晶界工程層、所述摻雜層和所述覆蓋層的順序的所述三層包括：使用原子層沉積(ALD)操作。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，將氫化二甲基鋁(DMAH)或二甲基乙基胺鋁烷(DMEAA)用作在所述原子層沉積操作中形成所述摻雜層的前體。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中，形成所述晶界工程層包括：執(zhí)行足夠的原子層沉積周期以形成封閉膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中，在真空條件下將所述金屬柵極結(jié)構(gòu)從形成所述晶界工程層的室傳送到形成所述摻雜層的另一個室。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，進一步包括：

在形成所述功函調(diào)整層之前，形成P功函層；以及

在形成所述功函調(diào)整層之前，去除所述P功函層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，進一步包括：

限定偽柵極區(qū)；以及

去除所述偽柵極區(qū)的一部分以露出所述柵極溝槽。

8.一種用于制造FinFET中的金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，包括：

形成鰭；

在所述鰭上方形成偽柵極和層間介電層(ILD)；

去除所述偽柵極的一部分以露出柵極溝槽；

通過形成晶界工程層和所述晶界工程層上方的摻雜層，在所述柵極溝槽中形成功函調(diào)整層；

其中，形成所述晶界工程層包括：在200攝氏度至350攝氏度的范圍內(nèi)所選擇的生長溫度下，執(zhí)行原子層沉積操作以調(diào)整所述摻雜層中的摻雜原子在所述晶界工程層中的滲透度。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造FinFET中的金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中，形成所述晶界工程層和所述摻雜層包括：通過在真空條件下將所述FinFET中的所述金屬柵極結(jié)構(gòu)從執(zhí)行所述晶界工程層的形成的室傳送到執(zhí)行所述摻雜層的形成的另一個室來防止所述晶界工程層的表面氧化。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造FinFET中的金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法，進一步包括：在所述摻雜層上方形成覆蓋層。

11.一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：

高k介電層；

功函調(diào)整層，包括：

晶界工程層，被配置為允許摻雜劑原子滲透穿過；

摻雜層，位于所述晶界工程層上方，被配置為將所述摻雜劑原子提供給所述晶界工程層；和

覆蓋層，位于所述摻雜層上方，被配置為防止所述摻雜層氧化；以及

金屬層；

其中，所述功函調(diào)整層夾置在所述高k介電層和所述金屬層之間，

形成所述晶界工程層包括：在200攝氏度至350攝氏度的范圍內(nèi)所選擇的生長溫度下，執(zhí)行ALD操作以調(diào)整所述摻雜層中的摻雜原子在所述晶界工程層中的滲透度。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，具有所述金屬柵極的所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的具有金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬柵極的柵極長度小于16nm。

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的具有金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述鰭式場效應(yīng)晶體管的所述金屬柵極的高度和柵極長度的深寬比在1到10的范圍內(nèi)。

15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的具有金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，鰭高度和相鄰鰭之間的間距的深寬比在0.2至10的范圍內(nèi)。