[发明专利]用于高-k金属栅极器件的自对准绝缘膜有效

专利信息
申请号: 201210057487.8 申请日: 2012-03-06
公开(公告)号: CN102983105A 公开(公告)日: 2013-03-20
发明(设计)人: 黄仁安;张启新;杨仁盛;林大为;罗仕豪;叶志扬;林慧雯;高荣辉;涂元添;林焕哲;彭治棠;郑培仁;杨宝如;庄学理 申请(专利权)人: 台湾积体电路制造股份有限公司
主分类号: H01L21/8238 分类号: H01L21/8238;H01L21/28;H01L29/49
代理公司: 北京德恒律师事务所 11306 代理人: 陆鑫;房岭梅
地址: 中国台*** 国省代码: 中国台湾;71
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摘要:
搜索关键词: 用于 金属 栅极 器件 对准 绝缘
【说明书】:

本申请要求于2011年9月2日提交的美国临时专利申请第61/530,845号的优先权,其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及半导体领域,更具体地,本发明涉及一种用于高-k金属栅极器件的自对准绝缘膜。

背景技术

半导体器件的制造包括许多不同的工艺,每个工艺都具有相关的周期时间和成本要求。降低成本和减少周期时间是对器件制造的持续要求。另外,在半导体制造中,减少次品的数量和提高产量是对半导体制造的持续要求。其中,有待改进的一个方面是制造具有高介电常数(高-k)金属栅极的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件。本发明提供了对此类器件制造的改进。

发明内容

本发明提供了许多不同的制造集成电路器件的方法的实施例。在一个实施例中,一种制造集成电路的方法包括:提供半导体衬底和在该衬底上形成栅极电介质(如,高-k电介质)。将金属栅极结构形成在半导体衬底和栅极电介质上,将薄电介质膜形成在该金属栅极结构上。该薄电介质膜包含与金属栅极的金属相结合的氮氧化物。该方法还包括:在金属栅极结构的侧面上提供层间电介质(ILD)。

在另一个实施例中,一种制造集成电路的方法包括:提供具有高-k电介质高的衬底和在高-k电介质的上方提供多晶硅栅极结构。在该多晶硅栅极结构的顶面上形成硬掩模并且在该多晶硅栅极结构的侧面上形成侧壁结构。在硬掩模形成之后,对邻近多晶硅栅极结构的衬底实施掺杂工艺。在该掺杂工艺之后,去除硬掩模和多晶硅栅极结构,保留至少部分侧壁结构,以形成沟槽。利用至少一种金属材料(例如,铜、铝、钛、和/或钽)填充该沟槽,以形成金属栅极。然后,在金属栅极的顶面上形成薄电介质层,并将该薄电介质层与金属栅极的顶面自对准,该薄电介质层包含金属材料。

本发明还提供了许多不同的集成电路器件的实施例。在一个实施例中,一种集成电路包括:半导体衬底和该衬底上方的栅极电介质(如高-k电介质)。金属栅极结构形成在该半导体衬底和该栅极电介质的上方,并且电介质膜形成在该金属栅极结构上。该电介质膜包含与金属栅极的金属相结合的氮氧化物。层间电介质(ILD)形成在金属栅极结构的各个侧面上。

为了解决现有技术中所存在的问题,根据本发明的一个方面,提供了一种制造集成电路的方法,所述方法包括:提供半导体衬底;在所述衬底的上方形成栅极电介质;在所述半导体衬底和所述栅极电介质的上方形成金属栅极结构;在所述金属栅极结构上形成薄电介质膜,所述薄电介质膜包含与所述金属栅极的金属相结合的氮氧化物;以及提供层间电介质(ILD),位于所述金属栅极结构的各个侧面上。

在该方法中,所述栅极电介质是高-k电介质。

在该方法中,所述金属栅极结构包括多个包含铜和钛的金属层。

在该方法中,所述薄电介质膜与铜相结合形成了氮氧化铜并且与钛相结合形成了氮氧化钛。

在该方法中,形成所述薄电介质膜包括:使用氧等离子体。

在该方法中,形成所述薄电介质膜进一步包括:使用氨等离子体。

在该方法中,形成所述薄电介质膜进一步包括:使用氮等离子体。

在该方法中,所述薄电介质层的厚度小于大约10nm。

根据本发明的另一方面,提供了一种集成电路,包括:半导体衬底;栅极电介质,位于所述衬底上方;金属栅极结构,位于所述半导体衬底和所述栅极电介质上方;电介质膜,位于所述金属栅极结构上,所述电介质膜包含与所述金属栅极的金属相结合的氮氧化物;以及层间电介质(ILD),位于所述金属栅极结构的各个侧面上。

在该集成电路中,所述栅极电介质是高-k电介质。

在该集成电路中,所述电介质膜的厚度小于大约10nm。

在该集成电路中,所述金属包括铜,所述电介质膜包含氮氧化铜。

在该集成电路中,所述金属包括由铜、钛、钽、和铝所构成的组中的至少两种。

在该集成电路中,所述电介质膜包含由氮氧化铜、氮氧化钛、氮氧化钽、氮氧化铝、和氮氧化钛铝所构成的组中的至少两种。

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