[發明專利]具有非晶態金屬層的金屬柵

在審

• 申請號: 201580051216.3
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN106716624A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: J·J·徐;Z·王;K·里姆;S·S·宋;C·F·葉
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L27/092;H01L21/336;H01L29/78
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 鄔少俊,王英

優先權要求

本申請要求享受共同擁有的2014年9月24日提交的美國臨時專利申請No.62/054,851和2015年2月19日提交的美國非臨時專利申請No.14/626,293的優先權，以引用方式將上述申請的全部內容明確地并入本文。

技術領域

本公開內容總體上涉及具有非晶態金屬層的金屬柵極。

背景技術

技術的進步導致更小和更強大的計算設備。例如，包括諸如移動電話和智能電話的無線電話、平板電腦和膝上型電腦在內的各種便攜式個人計算設備是小型的、重量輕的且用戶容易攜帶的。這些設備可以通過無線網絡來傳輸語音和數據分組。此外，很多這種設備都并入有另外的功能，例如數碼照相機、數碼攝像機、數字記錄儀和音頻文件播放器。此外，這樣的設備可以處理可執行指令，其包括能夠用于訪問互聯網的軟件應用程序，例如互聯網瀏覽器應用程序。因此，這些設備可以包括顯著的計算能力。

為了啟用這些計算能力，計算設備包括處理器。隨著技術的進步，這些處理器包括越來越多的設備(例如，晶體管)，這些設備變得更小。更小的設備(例如，金屬柵極晶體管)可以包括更小的金屬柵極。與更大的金屬柵極相比，更小的金屬柵極內的金屬晶粒的取向可對功函數有更大的相對影響?？梢詫⒐瘮刀x為從固體表面移除電子的最小能量。金屬柵極的功函數可以取決于該金屬柵極內的金屬晶粒的取向。

多晶柵極材料可以在晶粒取向上具有差異。例如，晶粒取向可以在多晶柵極材料形成的金屬柵極內發生改變。因此，由多晶柵極材料形成的金屬柵極可以具有功函數變化。

可以使用非晶態(即，非結晶)金屬來形成金屬柵極晶體管，以減少功函數變化。用于穩定金屬柵極晶體管結構的高溫退火可能造成非晶態金屬結晶(即，不保持非晶態)。因此，所得到的金屬柵極晶體管可能具有功函數變化。功函數變化可能是造成金屬柵極晶體管中的閾值電壓(Vt)波動的來源。Vt波動可能導致金屬柵極晶體管具有更高的供電電壓(Vdd)。例如，金屬柵極晶體管的Vt的范圍可以是從最小Vt到最大Vt。Vdd比最大Vt更高。更高的功函數變化可能導致更高的最大Vt。更高的最大Vt導致更高的Vdd，更高的Vdd通常造成更大的功耗。

發明內容

可以在無需執行退火的情況下，利用穩定的材料來形成金屬柵極晶體管。使用這樣的材料來形成金屬柵極晶體管，可以使非晶態金屬能夠在所得到的金屬柵極晶體管中保持非晶態。例如，半導體器件可以包括襯底、源極觸點、漏極觸點和金屬柵極。襯底可以包括源極區、漏極區和溝道。源極觸點可以耦合到源極區，漏極觸點可以耦合到漏極區。金屬柵極可以耦合到溝道。金屬柵極可以包括非晶態金屬層。非晶態金屬層可以具有使非晶態金屬層結晶的退火溫度。

可以在無需執行退火的情況下，利用穩定的材料來形成半導體器件。例如，可以通過在源極區和漏極區上沉積材料(例如，鈦(Ti))來形成源極觸點和漏極觸點，使得非晶態金屬層的溫度保持在結晶溫度之下。因此，半導體器件(例如，金屬柵極晶體管)的非晶態金屬層可以保持非晶態(由于不退火和不結晶)。因此，金屬柵極可以具有減小的功函數變化。例如，可以減少金屬柵極的第一部分的第一功函數和金屬柵極的第二部分的第二功函數之間的差異。在特定的實施例中，還可以減少橫跨多個金屬柵極的功函數變化。例如，可以減少第一非晶態金屬柵極的第一功函數和第二非晶態金屬柵極的第二功函數之間的差異。減小的功函數變化可以導致降低的最大Vt。更低的最大Vt可以導致更低的Vdd和降低的功耗。

在特定的方面，一種半導體器件包括襯底、源極觸點、漏極觸點和金屬柵極。襯底包括源極區、漏極區和溝道。源極觸點耦合到源極區。漏極觸點耦合到漏極區。金屬柵極耦合到溝道。金屬柵極包括非晶態金屬層。

在另一個特定的方面，一種制造半導體器件的方法包括在襯底上形成金屬柵極。金屬柵極包括非晶態金屬層。此外，所述方法還包括在襯底的源極區和漏極區上沉積第二材料。沉積第二材料，使得非晶態金屬層保持非晶態。

在另一個特定的方面，通過包括在襯底上形成金屬柵極的工藝來制造半導體器件。金屬柵極包括非晶態金屬層。此外，所述工藝還包括在襯底的源極區和漏極區上沉積第二材料。沉積第二材料，使得非晶態金屬層保持非晶態。

所公開的實施例中的至少一個所提供的一個特定優點是具有非晶態金屬層的金屬柵極。非晶態金屬層可以導致減小的功函數變化、更低的供電電壓(Vdd)和降低的功耗。