[发明专利]用于形成取代金属栅极的方法及相关装置

说明书

本发明涉及用于形成取代金属栅极的方法及相关装置，其提供一种方法用以在RMG加工期间排除线空穴及所得装置。数个具体实施例包括形成虚拟栅极于一衬底的PFET区及NFET区上面，各个虚拟栅极有在相对两侧的间隔体，以及填充在间隔体之间的空间的一ILD；移除所述栅极的虚拟栅极材料，形成一空腔于每一对间隔体之间；形成一高k介电层于该ILD及所述间隔体上面且于所述空腔中；形成一金属覆盖层于该高k介电层上面；形成一第一功函数金属层于该金属覆盖层上面；移除该PFET区的该第一功函数金属层；形成一第二功函数金属层于在该PFET区中的该金属覆盖层上面及于在该NFET区中的该第一功函数金属层上面；以及形成一金属层于该第二功函数金属层上面，填充所述空腔。

技术领域

本揭示内容是有关于半导体制造。特别是，本揭示内容有关于在14纳米(nm)技术节点及以下的半导体装置制造的取代金属栅极(replacement metal gates；RMGs)。

背景技术

在当前半导体加工中，随着栅极尺寸持续变小，在金属栅极填充期间可能形成导致不合意装置效能或失效的线空穴(line void)。就14纳米技术节点的当前RMG加工而言，在衬底(substrate)的p型通道场效应晶体管(PFET)区中可能由于填隙边限(gap fillmargin)不足而出现线空穴。特别是，就当前RMG加工而言，n型通道场效应晶体管(NFET)功函数金属，例如碳化钛铝(TiAlC)，无法被PFET金属栅极中的后续阻障金属及栅极填充金属完全覆盖，而留下线空穴。此外，在线空穴中没有阻障金属及栅极填充金属的保护下，TiAlC在化学机械抛光(chemical mechanical polishing；CMP)及原位稀释氢氟酸(dilutehydrofluoric；DHF)/氢氧化铵(NH₄OH)清洗期间会被暴露且被蚀刻去掉，这导致缺陷。此外，就习知RMG加工而言，在退火及图案化步骤期间不合意地暴露及损害高电介质常数(高k)介电层，这降低装置的可靠性。

亟须一种方法及所得装置致能栅极线空穴的减轻及栅极填充要求的有效改善，最小化高k介电层的暴露与装置可靠性的有效改善。

发明内容

本揭示内容的一方面为一种方法，其实质排除在RMG加工期间的线空穴缺陷且改善装置效能。另一方面包括在PFET图案化期间保护高k介电材料以防高k介电质损害。

本揭示内容的其他方面及特征会在以下说明中提出以及部分在本领域一般技术人员审查以下内容或学习本揭示内容的实施后会明白。按照随附权利要求所特别提示，可实现及得到本揭示内容的优点。

根据本揭示内容，有些技术效果部分可用一种方法达成，其包括形成虚拟栅极于一衬底的PFET区及n型通道场效应晶体管(NFET)上面，各个虚拟栅极具有形成于该虚拟栅极的相对两侧上的间隔体，以及在形成于该衬底中的源极/漏极(S/D)区上面的一层间电介质(ILD)，填充在所述间隔体之间的空间；移除所述栅极的虚拟栅极材料，形成一空腔于每一对间隔体之间；形成一高k介电层于该ILD及所述间隔体上面且于所述空腔中；形成一金属覆盖层于该高k介电层上面；形成一第一功函数金属层于该金属覆盖层上面；移除该PFET区的该第一功函数金属层；形成一第二功函数金属层于在该PFET区中的该金属覆盖层上面及于在该NFET区中的该第一功函数金属层上面；以及形成一金属层于该第二功函数金属层上面，填充所述空腔，以及形成数个RMG。