[发明专利]通过利用穿过栅极介质电流的电化学处理的栅极叠层设计

说明书

技术领域

本发明涉及栅极介质上的电镀以形成栅极电极。更具体地说，本发明涉及如电沉积，电蚀刻，和/或电修饰的电化学处理，以允许电流穿过至少一个介质层的方式进行。

背景技术

在钝化氧化物形成和电蚀刻技术中已公知金属和半导体上的氧化物的电化学处理。因为当电化学形成的氧化物厚到足以阻止电流时，电化学过程会停止，所以衬底上的钝化自然氧化物的形成倾向于自限制。通过正确控制工艺条件，可以获得好的覆层。在这点上，参见，例如，Birss等人的美国公开申请No.2002/0104761 A1，这里通过参考引入其整个内容。

W-J.Lia等人在J.Electrochem.Soc.151(9)G549-G553(2004)中示出了通过电化学阳极氧化和常规氧化物形成技术的结合，在p型Si上形成可靠的SiO₂栅极氧化物，这里通过参考引入其整个内容。从含稀土金属的盐的有机以及电解质水溶液直接在衬底上沉积稀土金属氧化物。例如，Y.Matsuda等人使用二甲基甲酰胺(DMF)添加YCl₃和EuCl₃盐，在导电SnO₂衬底上电沉积Y₂O₃和Y₂O₃:Eu(III)，如Journal of Alloys andCompounds，193，277-279(1993)中描述的，这里通过参考引入其整个内容。另外，M.A.Petit等人已经通过K₃IrCl₆，草酸和碳酸钾的水溶液的阳极氧化在SnO₂衬底上电沉积导电铱氧化物膜，如在Electroanal.Chem.444，247-252(1998)中描述的，这里通过参考引入其整个内容。

Hwu等人的美国专利No.6,352,939描述了栅极氧化物的电化学修饰的现有技术方法，这里通过参考引入其整个内容。在此方法中，低水平电流穿过在Si(衬底)/栅极氧化物/电解质结构中的栅极介质流向电解质水溶液中的金属极板。随后，通过后处理退火修复贯穿介质厚度的断键。对SiO₂，Si₃N₄或Ta₂O₅已经报道提高了介质性能。然而，没有期望应用非反应溶液化学试剂(稀释含水HF)的化学修饰(即，引入在介质中没有的新元素)，并且该处理旨在修饰介质的体而不是其表面。

在用于半导体制造和介质上的金属制造的电沉积技术中，电沉积金属几乎总是沉积在通过电沉积以外(例如，物理气相沉积(PVD)，化学气相沉积(CVD)，等)的方法在衬底上形成的金属籽晶或镀覆基层上。驱动电沉积的电流的主路径是从籽晶层边缘处建立的接触横向穿过籽晶层。穿过衬底本身以及其中包括的任何介质层的电流典型地可以完全忽略。通过使用穿过掩模镀覆技术，镀覆可以限制在籽晶层的选定区域，其中一种镀覆穿过直接设置在籽晶层上的绝缘掩模层中的开口。

高性能CMOS器件被期望用于提高高K栅极介质和金属栅极的结合。在金属栅极的制造中，常规方法是减去，即作为覆层施加金属栅极材料并且随后从不希望的区域选择除去。在标题为“Field Effect Transistor withElectroplated Metal Gate”的美国专利申请序列No.10/694,793中，作为为场效应晶体管形成金属栅极的添加方法对上述电沉积方法进行了描述，这里通过参考引入其整个内容。通过穿过掩模镀覆在覆盖导电籽晶层上，在期望栅极区域上选择沉积栅极金属，其在镀覆工艺后典型地从掩蔽区域除去。此现有技术还公开了，对nFET和pFET器件，栅极功函数是不同的金属，这意味着必须进行多次添加的穿过掩模镀覆方法。

因此，希望提供一种直接在栅极介质上镀覆栅极金属而不需要籽晶层的方法。还期望拥有穿过掩模镀覆方法，其可以在掩模开口的第一子集中选择镀覆第一材料，然后向掩模开口的第二子集选择镀覆第二材料，其中掩模开口的第一和第二子集在栅极介质下的半导体材料的掺杂不同。另外，希望拥有栅极介质界面设计方法，从而可以通过表面修饰改变或微调栅极材料的性能。

发明内容