[发明专利]场效应晶体管的金属栅电极

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造，具体而言，涉及具有金属栅电极的场效应晶体管。

背景技术

在大量的诸如计算机、移动电话及其他的电子器件中使用半导体器件。半导体器件包括在半导体晶圆上形成的集成电路(IC)，通过在半导体晶圆上方沉积很多类型的材料薄膜，并图案化材料薄膜来形成IC。IC包括场效应晶体管(FET)，比如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

随着技术节点的缩小，在一些IC设计中，一直期望用金属栅电极替换通常所用的多晶硅栅电极来改进部件尺寸减小的器件性能。形成金属栅电极的一个工艺被称为“后栅极”工艺，在该工艺中，在所有其他的晶体管元件之后最后制造金属栅电极，该工艺实现了后续工艺数量的减少，该后续工艺包括必须在栅极形成之后实施的高温处理。

然而，在互补金属氧化物半导体(CMOS)制造中实施这些部件和工艺仍然存在众多挑战。随着栅极长度和器件之间的间隔的减小，加剧了这些问题。例如，在“后栅极”制造工艺中，对FET难以实现低栅电阻，因为在用于高纵横比沟槽的间隙填充的金属层沉积之后在金属栅电极中生成空隙，从而增加了器件不稳定和/或器件故障的可能性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于场效应晶体管的金属栅电极，包括：下部，由第一金属材料形成，其中，所述下部具有凹部、底部和侧壁部，其中每个所述侧壁部具有第一宽度，以及上部，由第二金属材料形成，其中，所述上部具有突出部和本体部，其中所述本体部具有第二宽度，其中所述突出部延伸至所述凹部内，其中所述第二宽度与所述第一宽度的比值是约5至10。

在上述金属栅电极中，其中，所述下部基本上是U形的。

在上述金属栅电极中，其中，所述下部的最大高度与所述上部的最小高度的比值是0.1至0.9。

在上述金属栅电极中，其中，所述第一金属材料包括选自TiN、TaN和WN的组的材料。

在上述金属栅电极中，其中，所述上部基本上是T形的。

在上述金属栅电极中，其中，所述第二金属材料包括N型功函数金属。

在上述金属栅电极中，其中所述第二金属材料包括N型功函数金属，并且其中所述N型功函数金属包括选自Ti、Ag、Al、TiAl、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn和Zr的组的金属。

在上述金属栅电极中，其中所述第二金属材料包括N型功函数金属，其中，所述第二金属材料进一步包括位于所述N型功函数金属上方的信号金属。

在上述金属栅电极中，其中，所述第二金属材料包括功函数金属，其中所述功函数金属包括底部和侧壁部，所述底部具有第一厚度，所述侧壁部具有小于所述第一厚度的第二厚度。

在上述金属栅电极中，其中所述第二金属材料包括功函数金属，其中所述功函数金属包括底部和侧壁部，所述底部具有第一厚度，所述侧壁部具有小于所述第一厚度的第二厚度，其中所述第二厚度与所述第一厚度的比值是0.5至0.9。

在上述金属栅电极中，其中所述第二金属材料包括P型功函数金属。

在上述金属栅电极中，其中所述第二金属材料包括P型功函数金属，其中所述P型功函数金属包括选自TiN、WN、TaN和Ru的组的金属。

在上述金属栅电极中，其中所述第二金属材料包括P型功函数金属，其中所述第二金属材料进一步包括位于所述P型功函数金属上方的信号金属。

在上述金属栅电极中，其中所述第二金属材料包括功函数金属，其中所述功函数金属包括底部和侧壁部，所述底部具有第一厚度，所述侧壁部具有基本上等于所述第一厚度的第二厚度。