[发明专利]具有非晶态金属层的金属栅

说明书

优先权要求

本申请要求享受共同拥有的2014年9月24日提交的美国临时专利申请No.62/054,851和2015年2月19日提交的美国非临时专利申请No.14/626,293的优先权，以引用方式将上述申请的全部内容明确地并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及具有非晶态金属层的金属栅极。

背景技术

技术的进步导致更小和更强大的计算设备。例如，包括诸如移动电话和智能电话的无线电话、平板电脑和膝上型电脑在内的各种便携式个人计算设备是小型的、重量轻的且用户容易携带的。这些设备可以通过无线网络来传输语音和数据分组。此外，很多这种设备都并入有另外的功能，例如数码照相机、数码摄像机、数字记录仪和音频文件播放器。此外，这样的设备可以处理可执行指令，其包括能够用于访问互联网的软件应用程序，例如互联网浏览器应用程序。因此，这些设备可以包括显著的计算能力。

为了启用这些计算能力，计算设备包括处理器。随着技术的进步，这些处理器包括越来越多的设备(例如，晶体管)，这些设备变得更小。更小的设备(例如，金属栅极晶体管)可以包括更小的金属栅极。与更大的金属栅极相比，更小的金属栅极内的金属晶粒的取向可对功函数有更大的相对影响。可以将功函数定义为从固体表面移除电子的最小能量。金属栅极的功函数可以取决于该金属栅极内的金属晶粒的取向。

多晶栅极材料可以在晶粒取向上具有差异。例如，晶粒取向可以在多晶栅极材料形成的金属栅极内发生改变。因此，由多晶栅极材料形成的金属栅极可以具有功函数变化。

可以使用非晶态(即，非结晶)金属来形成金属栅极晶体管，以减少功函数变化。用于稳定金属栅极晶体管结构的高温退火可能造成非晶态金属结晶(即，不保持非晶态)。因此，所得到的金属栅极晶体管可能具有功函数变化。功函数变化可能是造成金属栅极晶体管中的阈值电压(Vt)波动的来源。Vt波动可能导致金属栅极晶体管具有更高的供电电压(Vdd)。例如，金属栅极晶体管的Vt的范围可以是从最小Vt到最大Vt。Vdd比最大Vt更高。更高的功函数变化可能导致更高的最大Vt。更高的最大Vt导致更高的Vdd，更高的Vdd通常造成更大的功耗。

发明内容

可以在无需执行退火的情况下，利用稳定的材料来形成金属栅极晶体管。使用这样的材料来形成金属栅极晶体管，可以使非晶态金属能够在所得到的金属栅极晶体管中保持非晶态。例如，半导体器件可以包括衬底、源极触点、漏极触点和金属栅极。衬底可以包括源极区、漏极区和沟道。源极触点可以耦合到源极区，漏极触点可以耦合到漏极区。金属栅极可以耦合到沟道。金属栅极可以包括非晶态金属层。非晶态金属层可以具有使非晶态金属层结晶的退火温度。

可以在无需执行退火的情况下，利用稳定的材料来形成半导体器件。例如，可以通过在源极区和漏极区上沉积材料(例如，钛(Ti))来形成源极触点和漏极触点，使得非晶态金属层的温度保持在结晶温度之下。因此，半导体器件(例如，金属栅极晶体管)的非晶态金属层可以保持非晶态(由于不退火和不结晶)。因此，金属栅极可以具有减小的功函数变化。例如，可以减少金属栅极的第一部分的第一功函数和金属栅极的第二部分的第二功函数之间的差异。在特定的实施例中，还可以减少横跨多个金属栅极的功函数变化。例如，可以减少第一非晶态金属栅极的第一功函数和第二非晶态金属栅极的第二功函数之间的差异。减小的功函数变化可以导致降低的最大Vt。更低的最大Vt可以导致更低的Vdd和降低的功耗。

在特定的方面，一种半导体器件包括衬底、源极触点、漏极触点和金属栅极。衬底包括源极区、漏极区和沟道。源极触点耦合到源极区。漏极触点耦合到漏极区。金属栅极耦合到沟道。金属栅极包括非晶态金属层。

在另一个特定的方面，一种制造半导体器件的方法包括在衬底上形成金属栅极。金属栅极包括非晶态金属层。此外，所述方法还包括在衬底的源极区和漏极区上沉积第二材料。沉积第二材料，使得非晶态金属层保持非晶态。

在另一个特定的方面，通过包括在衬底上形成金属栅极的工艺来制造半导体器件。金属栅极包括非晶态金属层。此外，所述工艺还包括在衬底的源极区和漏极区上沉积第二材料。沉积第二材料，使得非晶态金属层保持非晶态。

所公开的实施例中的至少一个所提供的一个特定优点是具有非晶态金属层的金属栅极。非晶态金属层可以导致减小的功函数变化、更低的供电电压(Vdd)和降低的功耗。