[发明专利]金属栅极电极和制造方法

说明书

技术领域

本公开主要地涉及金属栅极电极的制造并且具体地涉及形成用于金属栅极电极的原位硅(Si)盖。

背景技术

在集成电路(IC)制造业中，出于多种原因而越来越多地使用金属栅极电极取代掺杂多晶硅(poly-Si)栅极电极。通过物理气相沉积(PVD)来沉积例如钛氮化物(TiN_x)的金属以形成金属栅极电极。然后在金属层之上沉积Si层。然而在沉积时没有很紧密地聚集金属，即TiN_x，并且环境中吸收的氧和水可能从沉积室引出。在后续工艺期间，包含俘获氧的物质可能造成界面氧化物在Si层上的再生长从而导致形成额外氧化硅(SiO)层。结果，金属栅极电极变得比设计的更厚。额外俘获的氧和污染物也可能影响如此形成的金属栅极的性质。

发明内容

公开了通过沉积原位Si盖来改进金属栅极器件性能的结构和方法。

本发明的第一方面提供一种方法，该方法包括：提供衬底；在衬底上沉积电介质层；加热衬底和电介质层；冷却衬底和电介质层；在电介质层上沉积金属层；并且在金属层上沉积硅(Si)盖；其中沉积Si盖而无来自加热、冷却或者金属沉积工艺的真空破坏。

本发明的第二方面提供一种金属栅极电极，该金属栅极电极包括：包括衬底的第一层；包括电介质层的第二层；包括金属层的第三层；以及包括硅(Si)盖的第四层；其中沉积Si盖而无来自金属层沉积的真空破坏。

本发明的示例性方面被设计成解决这里描述的问题和/或没有讨论的其它问题。

附图说明

根据与描绘本发明各种实施例的以下附图相结合而进行的对本发明各种方面的如下具体描述，本发明的这些和其它方面将更易于理解：

图1-2示出了本发明中所公开的金属栅极电极；

图3示出了本发明中所公开的方法的流程图；

图4-5示出了与传统金属栅极电极相比，在利用本发明中所公开的金属栅极电极时针对碳和氧的存在的测试结果。

将注意本发明的附图未按比例绘制。附图旨在于仅仅描绘本发明的典型方面、因此其不应被视为限制本发明的范围。在附图中，相似标号代表附图之间的相似元件。

具体实施方式

参照附图，在图1-图3中示出了根据本发明的结构和方法的实施例。图1示出了提供衬底100。接着，使用常规沉积技术如化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或者物理气相沉积(PVD)来沉积电介质层101。电介质层可以是氧化硅(SiO₂)、氮氧化硅(SiO_xN_y)或者高电介质常数(高K)，比如氧化铪(HfO)、硅酸铪(HfSi_xO_y)、氧化铝(Al₂O₃)或者钛酸锶钡(BSTO)。

在沉积层101之后，对晶片执行脱气工艺。脱气工艺驱逐包含吸收氧的物质，即空气中的水和其它杂质。在约2T到50T的气压下、当存在惰性气体如氩(Ar)、氦(He)、氙(Xe)或者氪(Kr)时、在约150℃-350℃的温度执行脱气工艺约1-5分钟。在这一脱气工艺(即加热工艺)之后，然后在惰性气体环境中将晶片冷却至近似室温。将晶片冷却至室温约50℃内对于这一工艺的目的而言就足够了。分别在脱气室和冷却室中进行这一加热和后续冷却。脱气室和冷却室驻留于与金属沉积室相同的主结构中，从而晶片没有面临这三个工艺之间的真空破坏。加热和冷却工艺降低了在后续加工期间可用于层间氧化物再生长的氧含量以及如下文讨论的金属栅极中俘获的氧含量。

如图2中所示，在加热、然后冷却晶片之后，在电介质层101上沉积金属层102。金属层可以是能够用于金属栅极电极的任何金属，包括但不限于氮化钛(TiN_x)、氮化钽(TaN_x)、氮硅化钽(TaSi_xN_y)、碳化钽(TaC_x)、氮化钨(WN_x)、氮化钼(MoN_x)、氮硅化钼(MoSiN_x)、铝化钛(TiAl_x)、氮铝化钛(TiAl_xN_y)、钌(Ru)或者前述金属的组合。可以使用包括PVD、CVD或者ALD的常规技术来沉积金属。