本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件制造的方法和處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電子工業(yè)經(jīng)歷了對(duì)更小且更快的電子器件的日益增加的需求，它們同時(shí)能夠支持更多數(shù)量的越來(lái)越復(fù)雜和尖端的功能。相應(yīng)地，半導(dǎo)體工業(yè)中的持續(xù)趨勢(shì)為制造低成本、高性能和低功耗的集成電路(ic)。到目前為止，已經(jīng)通過(guò)按比例縮小半導(dǎo)體ic尺寸(如，最小部件尺寸)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)并且從而提高了生產(chǎn)效率并且降低了相關(guān)成本。然而，這種按比例縮小也引起了半導(dǎo)體制造工藝的復(fù)雜程度的增加。因此，半導(dǎo)體ic和器件的持續(xù)進(jìn)步的實(shí)現(xiàn)還需要半導(dǎo)體制造工藝和技術(shù)中的類(lèi)似進(jìn)步。

例如，隨著金屬柵電極和高k柵極電介質(zhì)已經(jīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)多晶硅柵電極和二氧化硅電介質(zhì)，關(guān)鍵挑戰(zhàn)的一個(gè)是找到具有適當(dāng)?shù)墓档慕饘匐姌O層。為此，具有多種功函值的多種金屬電極層(例如，靠近導(dǎo)帶邊緣、靠近價(jià)帶邊緣或靠近中間間隙)以及它們的組合已經(jīng)研究了在各種電子類(lèi)型(例如，2d和/或3dn-型/p-型fet)中的應(yīng)用。一般地，更多的關(guān)注已經(jīng)致力于各種功函調(diào)節(jié)技術(shù)。然而，在至少一些現(xiàn)有工藝中，給定金屬層的有效功函數(shù)受到適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)旋鈕的缺乏的限制。一些傳統(tǒng)的功函數(shù)調(diào)節(jié)方法僅調(diào)整金屬層的厚度。例如，較厚的金屬層有時(shí)可以用于努力克服功函金屬負(fù)載效應(yīng)。此外，在一些現(xiàn)有工藝中，較差的金屬層沉積可能引起金屬層中的間隙或空隙，不利地影響了器件性能。

因此，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)證明不是在所有方面都已完全令人滿(mǎn)意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件制造的方法，包括：在襯底上方形成柵極介電層；在所述柵極介電層上方沉積功函金屬層；實(shí)施第一原位工藝，所述第一原位工藝包括所述功函金屬層的預(yù)處理工藝，其中，所述預(yù)處理工藝去除了所述功函金屬層的氧化層以形成處理的功函金屬層；以及在實(shí)施所述第一原位工藝之后，實(shí)施第二原位工藝，所述第二原位工藝包括在所述處理的功函金屬層上方的另一金屬層的沉積工藝。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件制造的方法，包括：在排空的處理系統(tǒng)的第一室中，在襯底上方形成柵極介電層；當(dāng)保持處理系統(tǒng)的真空條件時(shí)，在所述排空的處理系統(tǒng)的第二室中在所述柵極介電層上方沉積功函金屬層；當(dāng)保持所述排空的處理系統(tǒng)的真空條件時(shí)，將所述襯底轉(zhuǎn)移至所述排空的處理系統(tǒng)的第三室，并且在所述第三室中實(shí)施所述功函金屬層的預(yù)處理工藝，從而形成處理的功函金屬層；以及當(dāng)保持所述排空的處理系統(tǒng)的真空條件時(shí)，將所述襯底轉(zhuǎn)移至所述排空的處理系統(tǒng)的第四室，并且可以在所述第四室中在所述處理的功函金屬層上方沉積隨后的金屬層。

本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種處理系統(tǒng)，包括：多個(gè)處理室，所述多個(gè)處理室的每個(gè)均鄰接包括轉(zhuǎn)移臂的晶圓處理室，所述轉(zhuǎn)移臂將襯底從所述多個(gè)處理室的一個(gè)轉(zhuǎn)移至另一個(gè)；真空系統(tǒng)，連接至所述多個(gè)處理室和所述晶圓處理室，其中，所述真空系統(tǒng)保持所述多個(gè)處理室的每個(gè)和所述晶圓處理室的真空條件；所述多個(gè)處理室的第一室，配置為在所述襯底上方沉積柵極介電層；所述多個(gè)處理室的第二室，配置為在所述柵極介電層上方沉積功函金屬層；所述多個(gè)處理室的第三室，配置為實(shí)施所述功函金屬層的預(yù)處理工藝并且從而形成處理的功函金屬層；以及所述多個(gè)處理室的第四室，配置為在所述處理的功函金屬層上方沉積隨后的金屬層。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該指出，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1a是根據(jù)一些實(shí)施例的mos晶體管的截面圖；

圖1b是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的finfet器件的實(shí)施例的立體圖；

圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的實(shí)施功函層的預(yù)沉積處理的方法的流程圖；

圖3a示出了根據(jù)一些實(shí)施例的根據(jù)示例性金屬柵極沉積工藝處理的第一器件的截面圖；

圖3b示出了根據(jù)一些實(shí)施例的根據(jù)示例性金屬柵極沉積工藝處理的第二器件的截面圖；

圖4a示出了根據(jù)一些實(shí)施例的根據(jù)包括原位預(yù)沉積處理的示例性金屬柵極沉積工藝處理的第一器件的截面圖；

圖4b示出了根據(jù)一些實(shí)施例的根據(jù)包括原位預(yù)沉積處理的示例性金屬柵極沉積工藝處理的第二器件的截面圖；

圖5a是根據(jù)一些實(shí)施例的示例性多室處理系統(tǒng)的示意性頂視圖；

圖5b是根據(jù)一些實(shí)施例的用于圖5a的處理系統(tǒng)的每個(gè)處理室的可能的配置的示例性列表，以及可以原位實(shí)施的示例性工藝流程；以及

圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的示出作為各種處理?xiàng)l件的函數(shù)的平帶電壓(vfb)的圖。

具體實(shí)施方式

以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗Ｏ旅婷枋隽私M件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)施例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)原件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，而本文使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。

應(yīng)該注意，本發(fā)明呈現(xiàn)了柵極堆疊件形成的方法和相關(guān)的柵極堆疊件結(jié)構(gòu)的形式的實(shí)施例，柵極堆疊件結(jié)構(gòu)可以在任何各種類(lèi)型器件中采用。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以用于形成柵極堆疊件，該柵極堆疊件適用于平面塊狀金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)、諸如finfet器件的多柵極晶體管(平面或垂直)、全環(huán)柵(gaa)器件、歐米加?xùn)?ω-柵極)器件或pi-柵極(π-柵極)器件以及應(yīng)變的半導(dǎo)體器件、絕緣體上硅(soi)器件、部分耗盡的soi器件、全耗盡的soi器件或本領(lǐng)域中已知的其它器件。此外，此處公開(kāi)的實(shí)施例可以在p-型和/或n-型器件的形成中采用。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以意識(shí)到可能從本發(fā)明的方面受益的半導(dǎo)體器件的其它實(shí)施例。例如，此處描述的一些實(shí)施例可以應(yīng)用于接觸件、通孔或互連件的形成。

參照?qǐng)D1a的實(shí)例，此處示出了mos晶體管100，提供了可以包括本發(fā)明的實(shí)施例的僅一個(gè)器件類(lèi)型的實(shí)例。應(yīng)該明白，示例性晶體管100不意味著以任何方式限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將意識(shí)到本發(fā)明的實(shí)施例可以同樣適用于任何各種其它器件類(lèi)型，諸如以上描述的。晶體管100在襯底102上制造并且包括柵極堆疊件104。襯底102可以是諸如硅襯底的半導(dǎo)體襯底。襯底102可以包括包含在襯底102上形成的導(dǎo)電或絕緣層的各個(gè)層。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，襯底102可以包括本領(lǐng)域中已知的各種摻雜配置。襯底102也可以包括諸如鍺、碳化硅(sic)、硅鍺(sige)或金剛石的其它半導(dǎo)體?？蛇x地，襯底102可以包括化合物半導(dǎo)體和/或合金半導(dǎo)體。此外，在一些實(shí)施例中，襯底102可以包括外延層(epi層)，襯底102可以是應(yīng)變的以用于性能增強(qiáng)，襯底102可以包括絕緣體上硅(soi)結(jié)構(gòu)，和/或襯底102可以具有其它合適的增強(qiáng)部件。

柵極堆疊件104包括柵極電介質(zhì)106和設(shè)置在柵極電介質(zhì)106上的柵電極108。在一些實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)106可以包括諸如氧化硅層(sio2)或氮氧化硅(sion)的界面層，其中，可以通過(guò)化學(xué)氧化、熱氧化、原子層沉積(ald)、化學(xué)汽相沉積(cvd)和/或其它合適的方法形成這種界面層。在一些實(shí)例中，柵極電介質(zhì)106包括諸如氧化鉿(hfo2)的高k介電層?？蛇x地，高k介電層可以包括其它高k電介質(zhì)，諸如tio2、hfzro、ta2o3、hfsio4、zro2、zrsio2、lao、alo、zro、tio、ta2o5、y2o3、srtio3(sto)、batio3(bto)、bazro、hfzro、hflao、hfsio、lasio、alsio、hftao、hftio、(ba,sr)tio3(bst)、al2o3、si3n4、氮氧化物(sion)、它們的組合或其它合適的材料。如此處使用和描述的高k柵極電介質(zhì)包括具有高介電常數(shù)(例如，大于熱氧化硅(～3.9))的介電材料。仍在其它實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)106可以包括二氧化硅或其它合適的電介質(zhì)?？梢酝ㄟ^(guò)ald、物理汽相沉積(pvd)、氧化和/或其它合適的方法形成柵極電介質(zhì)106。在一些實(shí)施例中，作為前柵極或后柵極(例如，置換柵極)工藝的部分，可以沉積柵電極108。在各個(gè)實(shí)施例中，柵電極108包括諸如w、tin、tan、wn、re、ir、ru、mo、al、cu、co、ni、它們的組合和/或其它合適的組分的導(dǎo)電層。在一些實(shí)例中，柵電極108可以包括用于n-型晶體管的第一金屬材料和用于p-型晶體管的第二金屬材料。因此，晶體管100可以包括雙功函金屬柵極配置。例如，第一金屬材料(例如，用于n-型器件)可以包括具有與襯底導(dǎo)帶的功函數(shù)基本一致的或至少與晶體管100的溝道區(qū)域114的導(dǎo)帶的功函數(shù)基本一致的功函數(shù)的金屬。類(lèi)似地，第二金屬材料(例如，用于p-型器件)可以包括具有與襯底價(jià)帶的功函數(shù)基本一致的或至少與晶體管100的溝道區(qū)域114的價(jià)帶的功函數(shù)基本一致的功函數(shù)的金屬。因此，柵電極108可以提供用于晶體管100(包括n-型和p-型器件)的柵電極。在一些實(shí)施例中，柵電極108可以可選地或額外地包括多晶硅層。在各個(gè)實(shí)例中，可以使用pvd、cvd、電子束(e-beam)蒸發(fā)和/或其它合適的工藝形成柵電極108。在一些實(shí)施例中，在柵極堆疊件104的側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔件。這種側(cè)壁間隔件可以包括諸如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或它們的組合的介電材料。

晶體管100還包括均在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)形成的源極區(qū)域110和漏極區(qū)域112，鄰近于柵極堆疊件104并且在柵極堆疊件104的每側(cè)上。在一些實(shí)施例中，源極區(qū)域110和漏極區(qū)域112包括擴(kuò)散源極/漏極區(qū)域，離子注入源極/漏極區(qū)域，外延生長(zhǎng)區(qū)域或它們的組合。晶體管100的溝道區(qū)域114限定為柵極電介質(zhì)106下方的源極區(qū)域110和漏極區(qū)域112之間并且位于半導(dǎo)體襯底102內(nèi)的區(qū)域。溝道區(qū)域114具有相關(guān)的溝道長(zhǎng)度“l(fā)”和相關(guān)的溝道寬度“w”。當(dāng)將大于晶體管100的閾值電壓(vt)(即，導(dǎo)通電壓)的偏置電壓隨著源極區(qū)域110和漏極區(qū)域112之間同時(shí)施加的偏置電壓一起施加至柵電極108時(shí)，電流(例如，晶體管驅(qū)動(dòng)電流)通過(guò)溝道區(qū)域114在源極區(qū)域110和漏極區(qū)域112之間流動(dòng)。發(fā)展為用于給定偏置電壓(例如，施加至柵電極108或源極區(qū)域110和漏極區(qū)域112之間)的驅(qū)動(dòng)電流的量是用于形成溝道區(qū)域114的材料的遷移率等的函數(shù)。在一些實(shí)例中，溝道區(qū)域114包括硅(si)和/或諸如鍺的高遷移率材料以及本領(lǐng)域中已知的多種化合物半導(dǎo)體或合金半導(dǎo)體的任何半導(dǎo)體。高遷移率材料包括電子遷移率和/或空穴遷移率大于硅(si)的那些材料，該材料室溫(300k)下具有約1350cm²/v-s的本征電子遷移率和約480cm²/v-s的空穴遷移率。

參照?qǐng)D1b，此處示出的是finfet器件150，提供了可以包括本發(fā)明的實(shí)施例的可選器件類(lèi)型的實(shí)例。例如，finfet器件150包括一個(gè)或多個(gè)鰭基、多柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)。finfet器件150包括襯底152、從襯底152延伸的至少一個(gè)鰭元件154、隔離區(qū)域156和設(shè)置在鰭元件154上和周?chē)臇艠O結(jié)構(gòu)158。襯底152可以是諸如硅襯底的半導(dǎo)體襯底。在各個(gè)實(shí)施例中，襯底152可以與如上所述的襯底102基本相同。

鰭元件154，類(lèi)似于襯底152，可以包括硅或另一元素半導(dǎo)體(諸如鍺)；化合物半導(dǎo)體(包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦)；合金半導(dǎo)體(包括sige、gaasp、alinas、algaas、ingaas、gainp、和/或gainasp)；或它們的組合?？梢允褂冒ü饪毯臀g刻工藝的合適的工藝制造鰭154。光刻工藝可以包括形成位于襯底上面(例如，硅層上)的光刻膠層(抗蝕劑)，將光刻膠曝光成圖案，實(shí)施曝光后烘烤工藝，并且顯影光刻膠以形成包括光刻膠的掩模元件。在一些實(shí)施例中，可以使用電子束(e-beam)光刻工藝實(shí)施圖案化光刻膠以形成掩模元件。之后，當(dāng)蝕刻工藝在硅層中形成凹槽時(shí)，該掩模元件可以用于保護(hù)襯底的區(qū)域，從而留下延伸的鰭154?？梢允褂酶晌g刻(例如，化學(xué)氧化物去除)、濕蝕刻和/或其它合適的工藝蝕刻凹槽。也可以使用方法的許多其它實(shí)施例以在襯底152上形成鰭154。

多個(gè)鰭154的每個(gè)也包括源極區(qū)域155和漏極區(qū)域157，其中，源極/漏極區(qū)域155、157形成在鰭154中、上和/或周?chē)?。源極/漏極區(qū)域155、157可以外延生長(zhǎng)在鰭154上方。此外，晶體管的溝道區(qū)域沿著與圖1b的截面aa’限定的平面基本平行的平面設(shè)置在鰭154內(nèi)、柵極結(jié)構(gòu)158下面。在一些實(shí)例中，如上所述，鰭的溝道區(qū)域包括高遷移率材料。

隔離區(qū)域156可以是淺溝槽隔離(sti)部件?？蛇x地，可以在襯底152上和/或內(nèi)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)氧化物、locos部件和/或其他合適的隔離部件。隔離部件156可以由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氟摻雜的硅酸鹽玻璃(fsg)、低k電介質(zhì)、它們的組合和/或本領(lǐng)域中已知的其它合適的材料組成。在實(shí)施例中，隔離部件是sti部件并且通過(guò)在襯底152中蝕刻溝槽形成。之后，該溝槽可以用隔離材料填充，隨后是化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝。然而，其它實(shí)施例是可能的。在一些實(shí)施例中，隔離區(qū)域156可以包括多層結(jié)構(gòu)，例如，具有一個(gè)或多個(gè)襯墊層。

柵極結(jié)構(gòu)158包括具有在鰭154的溝道區(qū)域上方形成的界面層160、在界面層160上方形成的柵極介電層162和在柵極介電層162上方形成的金屬層164的柵極堆疊件。在各個(gè)實(shí)施例中，界面層160與描述為柵極電介質(zhì)106的部分的界面層基本相同。在一些實(shí)施例中，柵極介電層162與柵極電介質(zhì)106基本相同并且可以包括與用于柵極電介質(zhì)106類(lèi)似的高k電介質(zhì)。類(lèi)似地，在各個(gè)實(shí)施例中，金屬層164與如上所述的柵電極108基本相同。在一些實(shí)施例中，在柵極結(jié)構(gòu)158的側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔件。側(cè)壁間隔件可以包括諸如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或它們的組合的介電材料。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了超越現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但是，應(yīng)該明白，其它實(shí)施例可以提供不同的優(yōu)勢(shì)，不是所有的優(yōu)勢(shì)都必需在此處討論，沒(méi)有特定的優(yōu)勢(shì)對(duì)所有實(shí)施例都是需要的。例如，此處討論的實(shí)施例包括針對(duì)預(yù)沉積處理(例如，功函層的)和隨后的原子層沉積(ald)工藝(例如，隨后的ald金屬層沉積)以及由此形成的結(jié)構(gòu)的方法和結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，如下所述，原位實(shí)施預(yù)沉積處理和隨后的ald工藝。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“原位”用于描述當(dāng)器件或襯底保持在處理系統(tǒng)(例如，包括負(fù)載鎖室、轉(zhuǎn)移室、處理室或任何其它的流體連接室)內(nèi)時(shí)實(shí)施的工藝，并且其中，例如，處理系統(tǒng)允許襯底保持在真空條件下。因此，術(shù)語(yǔ)“原位”通常也可以用于指工藝，其中，被處理的器件或襯底沒(méi)有暴露于外部環(huán)境(例如，處理系統(tǒng)的外部)。此外，雖然本發(fā)明的實(shí)施例主要參照n-型晶體管討論，但是應(yīng)該明白，此處公開(kāi)的實(shí)施例可以同樣應(yīng)用于p-型晶體管，其中，這種實(shí)施方式可以由本領(lǐng)域中的技術(shù)人員較易地推斷出，例如，通過(guò)以下描述的n-型器件實(shí)施方式的對(duì)稱(chēng)性。

本發(fā)明的至少一些實(shí)施例針對(duì)用于使用10納米或7納米工藝技術(shù)制造的器件的功函數(shù)調(diào)節(jié)，但是應(yīng)該明白，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，此處公開(kāi)的實(shí)施例可以同樣應(yīng)用于其它工藝技術(shù)。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以同時(shí)用于改善間隙填充效果(例如，通過(guò)ald工藝的使用)。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“間隙填充效果”可以用于描述柵極金屬填充的挑戰(zhàn)(例如，在置換金屬柵極工藝中)。在一些現(xiàn)有工藝中，較差的金屬柵極沉積可能引起金屬柵極中的間隙或空隙，不利地影響了器件性能。本發(fā)明的實(shí)施例，有利地使用了用于金屬柵極層沉積的ald工藝，提供了基本無(wú)空隙的高質(zhì)量、共形的金屬柵極層并且從而有效地緩解了與間隙填充效果相關(guān)的潛在問(wèn)題。此外，在至少一些現(xiàn)有工藝(例如，一些10納米工藝或7納米工藝)中，有效功函數(shù)受到適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)旋鈕的缺乏的限制。因此，需要有效功函數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕以進(jìn)一步增強(qiáng)器件性能，例如，超越層厚度調(diào)整的傳統(tǒng)功函數(shù)調(diào)節(jié)方法。例如，在至少一些現(xiàn)有工藝(例如，采用用于柵極堆疊件沉積的ald)中，可以通過(guò)更多ald循環(huán)的沉積實(shí)現(xiàn)功函數(shù)調(diào)節(jié)以減小金屬表面負(fù)載效應(yīng)。

如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)預(yù)沉積處理(例如，功函層的)和隨后的ald工藝，以及從而形成的結(jié)構(gòu)。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“預(yù)沉積處理”可以與術(shù)語(yǔ)“預(yù)處理”、“預(yù)沉積浸泡”或“預(yù)浸泡”互換使用。因此，此處公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例基于通過(guò)使用氯[cl]和/或氟[f]基金屬前體預(yù)浸泡或預(yù)處理工藝清洗氧化表面(例如，功函層的，隨后將在該功函層上沉積ald金屬膜)。通過(guò)采用這種預(yù)浸泡/預(yù)處理工藝，隨后沉積的ald金屬膜的功函數(shù)將不會(huì)依賴(lài)于可以減小ald金屬膜的生長(zhǎng)速率(并且因此減小厚度)的變化的襯底表面或下面的襯底的質(zhì)量(例如，諸如具有氧化層的下面的功函層)，從而產(chǎn)生了改進(jìn)的器件閾值電壓(vt)。因此，本發(fā)明的至少一些優(yōu)勢(shì)包括：在諸如群集工具(例如，室群集在一起的ald群集工具)的處理系統(tǒng)中一同/順序(例如，原位)實(shí)施的適當(dāng)?shù)南乱唤饘賹?例如，另一功函層、阻擋層、覆蓋層或其它適當(dāng)?shù)南乱唤饘賹?的沉積之前，通過(guò)使用[cl]和/或[f]基金屬前體預(yù)浸泡工藝處理功函設(shè)定層(例如，n-型功函層)來(lái)改進(jìn)器件vt，?？梢钥隙ǖ氖?，在一些實(shí)施例中，單獨(dú)的非原位預(yù)處理(例如，功函層的)和隨后的下一金屬層的沉積也可以提供一些優(yōu)勢(shì)(例如，閾值電壓改進(jìn))。

換句話說(shuō)，基于通過(guò)使用[cl]/[f]基金屬前體預(yù)浸泡清洗ald金屬膜表面的氧化表面而引起的無(wú)氧化物，ald金屬膜的下一功函數(shù)將不會(huì)依賴(lài)于不同的襯底以減小它們的厚度增長(zhǎng)速率并且獲得vt改進(jìn)。將通過(guò)使用[cl]/[f]基金屬前體預(yù)浸泡工藝和n-金屬功函層室群集在一起改進(jìn)vt。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施例的實(shí)施預(yù)沉積處理(例如，功函層的)和隨后的ald工藝的方法200。方法200可以在單個(gè)柵極平面器件(諸如參照?qǐng)D1a的以上描述的示例性晶體管100)上，以及多柵極器件(諸如參照?qǐng)D1b的以上描述的finfet器件150)上實(shí)現(xiàn)。因此，參照晶體管100和/或finfet150的以上描述的一個(gè)或多個(gè)方面也可以應(yīng)用于方法200。可以肯定的是，在各個(gè)實(shí)施例中，方法200可以在諸如全環(huán)柵(gaa)器件、歐米加?xùn)?ω-柵極)器件或pi-柵極(π-柵極)器件以及應(yīng)變的半導(dǎo)體器件、絕緣體上硅(soi)器件、部分耗盡的soi器件、全耗盡的soi器件或本領(lǐng)域中已知的其它器件上的其它器件上實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)該明白，參照方法200討論的部分方法200和/或任何示例性晶體管器件可以通過(guò)已知良好的互補(bǔ)金金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)技術(shù)工藝流動(dòng)制造，并且因此一些工藝在此處僅簡(jiǎn)單描述。此外，應(yīng)該明白，此處討論的任何示例性晶體管器件可以包括各個(gè)其它器件和部件，諸如額外的晶體管、雙極結(jié)型晶體管、電阻器、電容器、二極管、熔絲等，但是簡(jiǎn)化以用于更好的理解本發(fā)明的發(fā)明概念。此外，在一些實(shí)施例中，此處公開(kāi)的示例性晶體管器件可以包括多個(gè)半導(dǎo)體器件(例如，晶體管)，該晶體管可以是互連的。此外，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的各個(gè)方面可以應(yīng)用于后柵極工藝或者前柵極工藝的任一種。

此外，在一些實(shí)施例中，此處示出的示例性晶體管器件可以包括工藝的中間階段處的器件的描述，可以在集成電路或它們的部分的處理期間制造，該集成電路可以包括靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(sram)和/或其它邏輯電路、無(wú)源組件(諸如電阻器、電容器和電感器)和有源組件(諸如p-溝道鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(pfet)、n-溝道fet(nfet)、金屬氧化物半導(dǎo)體鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)晶體管、雙極型晶體管、高壓晶體管、高頻晶體管、其它存儲(chǔ)器單元和/或它們的組合)。

首先參照方法200，方法200提供了根據(jù)一些實(shí)施例的用于實(shí)施預(yù)沉積處理(例如，功函層的)和隨后的ald工藝的一般工藝流程。以下將參照?qǐng)D3a/3b和圖4a/4b更詳細(xì)的討論根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工藝和示例性相關(guān)結(jié)構(gòu)的額外的描述。方法200開(kāi)始于塊202，在襯底102上方形成界面層，其中，形成的界面層可以與以上描述為部分柵極電介質(zhì)106的界面層類(lèi)似。方法200進(jìn)入塊204，在界面層上形成高k介電層，其中，高k介電層可以與以上描述為部分柵極電介質(zhì)106的高k介電層基本類(lèi)似。在某些情況下，可以在高k介電層上方形成高k覆蓋層。

在高k介電層的形成之后，之后，方法200進(jìn)入塊206，在高k介電層上方沉積功函金屬。在一些實(shí)施例中，功函金屬是參照?qǐng)D1a的以上描述的部分柵電極108?？蛇x地，在一些實(shí)施例中，功函金屬是參照?qǐng)D1b的以上描述的部分金屬層164。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“功函金屬”用于描述用于設(shè)定柵電極108的功函值的層。在各個(gè)實(shí)施例中，功函金屬可以包括tin、tan、tialc、tial、tisin、tasi、tialn、它們的組合或其它適當(dāng)?shù)慕饘?。因此，在一些?shí)施例中，沉積在高k介電層上方的功函金屬層可以包括配置為設(shè)定柵電極108的功函值的多個(gè)層。在各個(gè)實(shí)例中，可以使用ald形成功函金屬。例如，可以在約200至600℃的溫度下通過(guò)ald沉積功函金屬。在某些情況下，可以可選地使用pvd、cvd、電子束(e-beam)蒸發(fā)和/或其它合適的工藝形成功函金屬。在一些實(shí)施例中，可以氧化(例如，由于在功函金屬的沉積之后，暴露于外部環(huán)境)沉積的功函金屬(通過(guò)ald沉積)的表面，在功函金屬層上形成ald金屬氧化表面。

在至少一些現(xiàn)有工藝中，功函金屬的氧化(ald金屬氧化表面的形成)可以對(duì)隨后沉積在氧化的功函金屬上的金屬層產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“負(fù)載效應(yīng)”用于描述作為氧化的功函金屬的結(jié)果的沉積至氧化的功函金屬上的金屬層的特性/性質(zhì)的不期望的改變。本發(fā)明的實(shí)施例提供了在隨后的金屬層的沉積之前，功函金屬的氧化層的去除(或基本去除)，從而保存了隨后沉積的金屬層的期望的特性/性質(zhì)。

之后，方法200進(jìn)入塊208，實(shí)施功函金屬的預(yù)處理工藝。在塊208的實(shí)施例中，在功函金屬上方沉積隨后的金屬膜之前，可以通過(guò)預(yù)處理工藝(包括cl基或f基金屬前體)處理ald金屬氧化表面來(lái)去除ald金屬氧化表面(例如，功函金屬的氧化層)。在一些實(shí)施例中，cl基或f基金屬前體包括ticlx、taclx、tifx、hfclx、wfx或wclx，其中，‘x’等于約1至6。在各個(gè)實(shí)施例中，預(yù)處理工藝和隨后的金屬膜沉積是原位工藝，例如，在諸如ald群集工藝的處理系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施。例如，在預(yù)處理工藝期間，在約300至100℃的預(yù)處理工藝溫度下，以及在約100至8000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)的流率下，可以將cl基或f基金屬前體引入至處理系統(tǒng)的處理室(例如，處理室容納具有ald金屬氧化表面的襯底)。在各個(gè)實(shí)例中，選擇預(yù)處理工藝條件(例如，包括cl基或f基金屬前體、預(yù)處理溫度和cl基或f基金屬前體的流率的選擇)以引起cl基或f基金屬前體和ald金屬氧化表面之間的熱化學(xué)反應(yīng)，從而使得將去除或清洗掉功函金屬的氧化層作為預(yù)處理工藝的結(jié)果，從而留下之后非氧化的、清潔的功函金屬表面?？梢钥隙ǖ氖牵谝恍?shí)施例中，單獨(dú)的非原位預(yù)處理(例如，功函層的)和隨后的下一金屬層的沉積也可以提供一些優(yōu)勢(shì)(例如，閾值電壓改進(jìn))。

在預(yù)處理工藝之后，方法200進(jìn)入塊210，在預(yù)處理的功函金屬上方沉積下一(隨后的)金屬層。在一些實(shí)施例中，下一金屬層包括n-金屬層(例如，諸如tialc)和n-金屬層上方的tin層，并且在一些實(shí)例中，可以通過(guò)ald沉積下一金屬層。例如，并且在一些實(shí)施例中，下一金屬層也可以是參照?qǐng)D1a的以上描述的部分柵電極108?？蛇x地，在一些實(shí)施例中，下一金屬層也可以是參照?qǐng)D1b的以上描述的部分金屬層164。此外，在一些實(shí)施例中，沉積在預(yù)處理的功函層上方的下一金屬層可以包括一個(gè)或多個(gè)其它層(例如，除了以上描述的那些)。在某些情況下，沉積在預(yù)處理功函層上方的下一金屬層和任何其它的層也可以用于設(shè)定柵電極108的功函值。特別注意，由于在預(yù)處理工藝期間，清洗/去除了功函金屬的氧化層，如上所述，下一金屬層可以沉積至非氧化的、清潔的功函金屬表面。因此，保存了沉積的下一金屬層的期望的特性/性質(zhì)，如下一金屬層沒(méi)有經(jīng)受下面的功函金屬的負(fù)載效應(yīng)(例如，由于氧化層)。作為進(jìn)一步的結(jié)果，本發(fā)明的實(shí)施例產(chǎn)生了具有改進(jìn)的閾值電壓和改進(jìn)的器件可靠性的器件(例如，晶體管100)。

根據(jù)方法200制造的器件(例如，晶體管100)可以經(jīng)受進(jìn)一步處理以形成本領(lǐng)域中已知的各個(gè)部件和區(qū)域。例如，隨后的處理可以在包括器件的襯底上形成各個(gè)接觸件/通孔/線和多層互連部件(例如，金屬層和層間電介質(zhì))，配置為連接各個(gè)部件以形成可以包括一個(gè)或多個(gè)器件(例如，一個(gè)或多個(gè)晶體管100)的功能電路。在進(jìn)一步的實(shí)例中，多層互連件可以包括諸如通孔或接觸件的垂直互連件以及諸如金屬線的水平互連件。各個(gè)互連部件可以采用包括銅、鎢和/或硅化物的各種導(dǎo)電材料。在一個(gè)實(shí)例中，鑲嵌和/或雙鑲嵌工藝用于形成銅相關(guān)的多層互連結(jié)構(gòu)。此外，可以在方法200之前、期間和之后實(shí)施額外的工藝步驟，并且根據(jù)方法200的各個(gè)實(shí)施例，可以替換或消除以上描述的一些工藝步驟。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3a/3b和圖4a/4b，此處示出了用于示例性金屬柵極沉積工藝的工藝流程。具體地，圖3a和圖3b示出了用于金屬柵極沉積工藝的工藝流程，該金屬柵極沉積工藝沒(méi)有原位實(shí)施功函金屬的預(yù)處理工藝以及預(yù)處理的功函金屬上的下一金屬層(例如，tialc)的沉積?？蛇x地，圖4a和圖4b示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的用于金屬柵極沉積工藝的工藝流程，其中，以原位的方式實(shí)施功函金屬的預(yù)處理工藝和預(yù)處理的功函金屬上的下一金屬層的沉積。應(yīng)該注意，圖3a/3b和圖4a/4b示出了用于堆疊層(例如，用于金屬柵極堆疊件)的示例性組成。這些示例性組成僅提供為用于簡(jiǎn)單參考并且不旨在限制具體要求的范圍。本發(fā)明的范圍內(nèi)的各種組成可以包括(例如，單個(gè)柵極堆疊件內(nèi))一個(gè)或多個(gè)功函層、一個(gè)或多個(gè)阻擋層、一個(gè)或多個(gè)覆蓋層、一個(gè)或多個(gè)金屬填充層、一個(gè)或多個(gè)多晶硅層、一個(gè)或多個(gè)硅化物層、一個(gè)或多個(gè)摻雜層或其它適當(dāng)?shù)膶?包括和/或超越此處具體提及并且對(duì)于給定的技術(shù)或應(yīng)用需要或期望配置的那些層)。此外，在一些實(shí)施例中，對(duì)于給定的柵極堆疊件可以多次重復(fù)預(yù)處理工藝和隨后的金屬層沉積。在一些實(shí)例中，在隨后的金屬層的沉積之前，可以多次重復(fù)預(yù)處理工藝以處理特定的金屬層(例如，特定的功函金屬層)。

從圖3a/3b的示例性工藝開(kāi)始，圖3a示出了用于說(shuō)明性柵極堆疊件的形成的方法302，該方法可以用于第一類(lèi)型的器件(例如，用于n-型超低閾值電壓(n-ulvt)器件)，并且圖3b示出了用于說(shuō)明性柵極堆疊件的形成的方法304，該方法可以用于第二類(lèi)型的器件(例如，用于n-型標(biāo)準(zhǔn)閾值電壓(n-svt)器件)。應(yīng)該明白，參照?qǐng)D3a/3b示出的和描述的說(shuō)明性柵極堆疊件和示例性工藝可以應(yīng)用于任何類(lèi)型的器件，例如，如上所述，采用任何各種不同類(lèi)型的功函金屬層和/或?qū)拥慕M合。

首先參照步驟306，方法302(例如，用于n-ulvt器件)和304(例如，用于n-svt器件)的每個(gè)均可以從高k覆蓋層(hkcap)的形成開(kāi)始，如上所述，可以在高k柵極介電層上方形成高k覆蓋層。在一些實(shí)施例中，hkcap可以包括鑭基氧化物層(例如，laox)。在一些實(shí)例中，hkcap可以包括諸如al2o3層、sio2層、y2o3層、tin層、tisin層、它們的組合或其它合適的覆蓋層的其它層。仍參照步驟306，對(duì)于方法302(例如，用于n-ulvt器件)和304(例如，用于n-svt器件)的每個(gè)，均可以在hkcap上方形成tan層。在各個(gè)實(shí)施例中，如上所述，tan層可以是功函金屬。在各個(gè)實(shí)施例中，tan層可以是分別參照?qǐng)D1a和圖1b的以上描述的柵電極108或金屬層164的部分。

下一步，參照步驟308，對(duì)于方法304(例如，用于n-svt器件)，在tan層上方形成tin層。在各個(gè)實(shí)例中，tin層也可以是分別參照?qǐng)D1a和圖1b的以上描述的柵電極108或金屬層164的部分。在一些實(shí)施例中，可以實(shí)施tin層的形成(例如，在tan層上方)以調(diào)整n-svt器件的閾值電壓和/或以用作額外的功函金屬。在一些實(shí)施例中，可以氧化(例如，由于在功函金屬的沉積之后，暴露于外部環(huán)境)tan層(例如，用于n-ulvt器件)的表面和/或tin層(例如，用于n-svt器件)的表面，形成ald金屬氧化表面。

下一步，參照步驟310，方法302(例如，用于n-ulvt器件)和304(例如，用于n-svt器件)的每個(gè)均可以進(jìn)行至實(shí)施預(yù)處理工藝。如上所述，預(yù)處理工藝可以包括諸如ticlx、taclx、tifx、hfclx、wfx或wclx的cl基或f基金屬前體，其中，‘x’等于約1至6。例如，在預(yù)處理工藝期間，在約300至100℃的預(yù)處理工藝溫度下，以及在約100至8000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)的流率下，可以將cl基或f基金屬前體引入至處理系統(tǒng)的處理室(例如，處理室容納具有ald金屬氧化表面的襯底)。在各個(gè)實(shí)施例中，選擇預(yù)處理工藝條件(例如，包括cl基或f基金屬前體、預(yù)處理溫度和cl基或f基金屬前體的流率的選擇)以引起cl基或f基金屬前體和tan層(例如，用于n-ulvt器件)的表面之間或cl基或f基金屬前體和tin層(例如，用于n-svt器件)的表面之間的熱化學(xué)反應(yīng)。將去除或清洗掉tan層(例如，用于n-ulvt器件)的氧化層和/或tin層(例如，用于n-svt器件)的氧化層作為步驟310的預(yù)處理工藝的結(jié)果。在一些實(shí)施例中，tan層(例如，用于n-ulvt器件)基本可以全部氧化。因此，在一些實(shí)施例中，在某些情況下，步驟310的預(yù)處理工藝可以去除這種全部氧化的tan層(例如，用于n-ulvt器件)，從而暴露下面的hkcap層(例如，用于n-ulvt器件)。

下一步，參照步驟312，在實(shí)施步驟310的預(yù)處理工藝之后，可以從實(shí)施預(yù)處理工藝的處理系統(tǒng)去除每個(gè)器件(例如，n-ulvt器件和n-svt器件)。例如，n-ulvt器件和n-svt器件的每個(gè)可以非原位轉(zhuǎn)移至另一處理系統(tǒng)和/或處理系統(tǒng)的另一處理室以用于隨后處理。作為這個(gè)非原位轉(zhuǎn)移的結(jié)果，可以部分地再氧化先前清洗的tan層(例如，用于n-ulvt器件)和/或tin層(例如，用于n-svt器件)。在一些實(shí)例中，當(dāng)tan層(例如，用于n-ulvt器件)基本全部氧化并且預(yù)處理工藝去除了全部的這種氧化的tan層時(shí)，暴露的和下面的hkcap層(例如，用于n-ulvt器件)可以變成部分地氧化的。在一些實(shí)施例中，如參照?qǐng)D6的更詳細(xì)的討論的，盡管由于非原位工藝的潛在的再氧化，但是預(yù)處理工藝仍可以提供器件性能改進(jìn)(例如，由于改進(jìn)的vt)。之后，仍參照步驟312，如圖3a/3b所示，之后，可以在每個(gè)器件(例如，n-ulvt器件和n-svt器件)上方沉積(例如，通過(guò)ald)tin層/n-金屬層堆疊件(在一些實(shí)例中，tin/tialc堆疊件，其中，例如，n-金屬包括tialc)。在各個(gè)實(shí)例中，tin層/n-金屬層堆疊件可以是分別參照?qǐng)D1a和圖1b的以上描述的柵電極108或金屬層164的部分。在一些實(shí)施例中，由于下面的層的部分再氧化，tin層/n-金屬層堆疊件可以沉積至部分氧化的下面的表面上。因此，沉積的tin層/n-金屬層堆疊件的期望的特性和性質(zhì)可能經(jīng)受一些負(fù)載效應(yīng)。然而，應(yīng)該注意，尤其與沒(méi)有經(jīng)受這種預(yù)處理工藝的器件相比，預(yù)處理工藝仍可以提供器件性能改進(jìn)。因此，在一些實(shí)施例中，例如，與沒(méi)有經(jīng)受這種預(yù)處理工藝的器件相比，根據(jù)方法302/304的實(shí)施例制造的器件(例如，晶體管100)可以顯示改進(jìn)的閾值電壓和改進(jìn)的器件可靠性。

現(xiàn)在參照步驟314，對(duì)于每個(gè)器件(例如，n-ulvt器件和n-svt器件)，可以在tin層/n-金屬層堆疊件的每個(gè)上方沉積(例如，在一些實(shí)例中，通過(guò)ald)膠層。在一些實(shí)例中，膠層包括tinblk層；然而，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，同樣可以使用本領(lǐng)域中已知的其它膠層。在一些實(shí)施例中，可以在膠層上方沉積成核層309(例如，諸如通過(guò)ald沉積的鎢(w)成核層)，并且之后，可以在成核層309上方沉積(例如，通過(guò)ald)鎢(w)填充層。在各個(gè)實(shí)例中，膠層、成核層309和w填充層可以是分別參照如1a和圖1b的以上描述的柵電極108或金屬層164的部分。此外，本發(fā)明的實(shí)施例有利地使用用于金屬柵極層的沉積的ald工藝，可以提供基本無(wú)空隙的高質(zhì)量、共形的金屬柵極層并且從而有效地緩解與間隙填充效果相關(guān)的潛在問(wèn)題。因此，例如以及在一些實(shí)施例中，w填充層可以沉積為基本無(wú)空隙層。

方法302/304的說(shuō)明性器件(例如，n-ulvt器件和n-svt器件)可以經(jīng)受進(jìn)一步處理以形成本領(lǐng)域中已知的各個(gè)部件和區(qū)域。例如，隨后的處理可以在包括n-ulvt器件和n-svt器件的襯底上形成各個(gè)接觸件/通孔/線和多層互連部件(例如，金屬層和層間電介質(zhì))，配置為連接各個(gè)部件以形成可以包括一個(gè)或多個(gè)n-ulvt器件和n-svt器件的功能電路。在進(jìn)一步的實(shí)例中，多層互連件可以包括諸如通孔或接觸件的垂直互連件以及諸如金屬線的水平互連件。各個(gè)互連部件可以采用包括銅、鎢和/或硅化物的各種導(dǎo)電材料。在一個(gè)實(shí)例中，鑲嵌和/或雙鑲嵌工藝用于形成銅相關(guān)的多層互連結(jié)構(gòu)。此外，可以在方法302/304之前、期間和之后實(shí)施額外的工藝步驟，并且根據(jù)方法302/304的各個(gè)實(shí)施例，可以替換或消除以上描述的一些工藝步驟。

現(xiàn)在參照?qǐng)D4a和圖4b，此處示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于金屬柵極沉積工藝的工藝流程，其中，以原位方式實(shí)施功函金屬的預(yù)處理工藝和預(yù)處理的功函金屬上的下一金屬層(例如，諸如tialc)的沉積。從圖4a/4b開(kāi)始，并且根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，圖4a示出了用于說(shuō)明性柵極堆疊件的形成的方法402，該方法可以用于第一類(lèi)型的器件(例如，用于n-型超低閾值電壓(n-ulvt)器件)，并且圖4b示出了用于說(shuō)明性柵極堆疊件的形成的方法404，該方法用于第二類(lèi)型的器件(例如，用于n-型標(biāo)準(zhǔn)閾值電壓(n-svt)器件)。應(yīng)該明白，參照?qǐng)D4a/4b示出的和描述的說(shuō)明性柵極堆疊件和示例性工藝可以應(yīng)用于任何類(lèi)型的器件，例如，如上所述，采用任何各種不同類(lèi)型的功函金屬層和/或?qū)拥慕M合。此外，應(yīng)該明白，方法402和404的各個(gè)方面分別與參照?qǐng)D3a和圖3b的以上討論的方法302和304基本類(lèi)似。因此，為了更清楚的理解，可能僅簡(jiǎn)單的討論了方法402和404的一些方面。

首先參照步驟406，與方法302/304的步驟306類(lèi)似，方法402(例如，用于n-ulvt器件)和404(例如，用于n-svt器件)的每個(gè)均可以從高k覆蓋層(hkcap)的形成開(kāi)始，hkcap可以包括鑭基氧化物層(例如，laox)、al2o3層、sio2層、y2o3層、tin層、tisin層、它們的組合或其它合適的覆蓋層。仍參照步驟406，對(duì)于方法402(例如，用于n-ulvt器件)和404(例如，用于n-svt器件)的每個(gè)，均可以在hkcap上方形成tan層。在各個(gè)實(shí)施例中，如上所述，tan層可以是功函金屬。在各個(gè)實(shí)施例中，tan層可以是分別參照?qǐng)D1a和圖1b的以上描述的柵電極108或金屬層164的部分。

下一步，參照步驟408，與方法302/304的步驟308類(lèi)似，對(duì)于方法404(例如，用于n-svt器件)，在tan層上方形成tin層。在各個(gè)實(shí)例中，tin層也可以是分別參照?qǐng)D1a和圖1b的以上描述的柵電極108或金屬層164的部分。在一些實(shí)施例中，可以氧化(例如，由于在功函金屬的沉積之后，暴露于外部環(huán)境)tan層(例如，用于n-ulvt器件)的表面和/或tin層(例如，用于n-svt器件)的表面，形成ald金屬氧化表面。

下一步，參照步驟410，方法402和404與以上討論的方法302/304背離。例如，方法302/304提供了用于預(yù)處理工藝和隨后的tin層/n-金屬層堆疊件形成(例如，如單獨(dú)的步驟310和312所示)的非原位工藝，而方法402/404提供了用于預(yù)處理工藝和隨后的tin層/n-金屬層堆疊件形成的原位工藝。例如，方法302/304的兩個(gè)單獨(dú)的步驟310和312結(jié)合成方法402/404的原位步驟410。應(yīng)該注意，元件409用于顯示原位實(shí)施的工藝，如此處描述的，用于每個(gè)方法402/404。

因此，仍參照步驟410，方法402(例如，用于n-ulvt器件)和404(例如，用于n-svt器件)的每個(gè)均可以進(jìn)行至實(shí)施預(yù)處理工藝。如上所述，預(yù)處理工藝可以包括諸如ticlx、taclx、tifx、hfclx、wfx或wclx的cl基或f基金屬前體，其中，‘x’等于約1至6。例如，在預(yù)處理工藝期間，在約300至100℃的預(yù)處理工藝溫度下，以及在約100至8000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)的流率下，可以將cl基或f基金屬前體引入至處理系統(tǒng)的處理室(例如，處理室容納具有ald金屬氧化表面的襯底)。在各個(gè)實(shí)施例中，選擇預(yù)處理工藝條件(例如，包括cl基或f基金屬前體、預(yù)處理溫度和cl基或f基金屬前體的流率的選擇)以引起cl基或f基金屬前體和tan層(例如，用于n-ulvt器件)的表面之間或cl基或f基金屬前體和tin層(例如，用于n-svt器件)的表面之間的熱化學(xué)反應(yīng)。將去除或清洗掉tan層(例如，用于n-ulvt器件)的氧化層和/或tin層(例如，用于n-svt器件)的氧化層作為預(yù)處理工藝的結(jié)果。在一些實(shí)例中，如上所述，tan層(例如，用于n-ulvt器件)基本可以全部氧化。因此，在一些實(shí)施例中，在某些情況下，預(yù)處理工藝可以去除這種全部氧化的tan層(例如，用于n-ulvt器件)，從而暴露下面的hkcap層(例如，用于n-ulvt器件)。

對(duì)于圖4a/4b的原位工藝，在實(shí)施預(yù)處理工藝之后，被處理的襯底可以保持在用于實(shí)施預(yù)處理工藝的處理系統(tǒng)/室內(nèi)，以避免襯底暴露于外部環(huán)境(例如，處理系統(tǒng)的外部)并且避免暴露的層的潛在的再氧化。因此，仍參照步驟410，在實(shí)施預(yù)處理工藝之后，并且如圖4a/4b所示，之后，可以在每個(gè)器件(例如，n-ulvt器件和n-svt器件)上方形成tin層/n-金屬層堆疊件(在一些實(shí)例中，tin/tialc堆疊件)。在各個(gè)實(shí)例中，tin層/n-金屬層堆疊件可以是分別參照?qǐng)D1a和圖1b的以上描述的柵電極108或金屬層164的部分。由于圖4a/4b的方法的原位性質(zhì)，任何下面的層保持非氧化和清潔，tin層/n-金屬層堆疊件可以沉積至非氧化的、清潔的下面的表面上。因此，可以保存tin層/n-金屬層堆疊件的期望的特性和性質(zhì)，如tin層/n-金屬層堆疊件沒(méi)有經(jīng)受下面的層的負(fù)載效應(yīng)(例如，由于氧化層)。作為進(jìn)一步結(jié)果，根據(jù)方法402/404的實(shí)施例制造的器件(例如，晶體管100)將具有改進(jìn)閾值電壓以及改進(jìn)器件可靠性。在一些實(shí)施例中，例如，與以上描述的根據(jù)方法302/304制造的器件相比，根據(jù)方法402/404的實(shí)施例制造的器件可以額外地顯示改進(jìn)的閾值電壓和改進(jìn)的器件可靠性。

現(xiàn)在參照步驟412，與方法302/304的步驟314類(lèi)似，對(duì)于每個(gè)器件(例如，n-ulvt器件和n-svt器件)，之后，可以在tin層/n-金屬層堆疊件的每個(gè)上方沉積(例如，在一些實(shí)例中，通過(guò)ald)膠層。如上所述并且在一些實(shí)例中，膠層包括tinblk層；然而，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，同樣可以使用本領(lǐng)域中已知的其它膠層。在一些實(shí)施例中，可以在膠層上方沉積成核層309(例如，諸如通過(guò)ald沉積的鎢(w)成核層)，并且之后，可以在成核層309上方沉積(例如，通過(guò)ald)鎢(w)填充層。在各個(gè)實(shí)例中，膠層、成核層309和w填充層可以是分別參照如1a和圖1b的以上描述的柵電極108或金屬層164的部分。此外，本發(fā)明的實(shí)施例有利地使用用于金屬柵極層的沉積的ald工藝，可以提供基本無(wú)空隙的高質(zhì)量、共形的金屬柵極層并且從而有效地緩解與間隙填充效果相關(guān)的潛在問(wèn)題。因此，例如以及在一些實(shí)施例中，w填充層可以沉積為基本無(wú)空隙層。

方法402/404的說(shuō)明性器件(例如，n-ulvt器件和n-svt器件)可以經(jīng)受進(jìn)一步處理以形成本領(lǐng)域中已知的各個(gè)部件和區(qū)域。例如，隨后的處理可以在包括n-ulvt器件和n-svt器件的襯底上形成各個(gè)接觸件/通孔/線和多層互連部件(例如，金屬層和層間電介質(zhì))，配置為連接各個(gè)部件以形成可以包括n-ulvt器件和n-svt器件的一個(gè)或多個(gè)的功能電路。在進(jìn)一步的實(shí)例中，多層互連件可以包括諸如通孔或接觸件的垂直互連件以及諸如金屬線的水平互連件。各個(gè)互連部件可以采用包括銅、鎢和/或硅化物的各種導(dǎo)電材料。在一個(gè)實(shí)例中，鑲嵌和/或雙鑲嵌工藝用于形成銅相關(guān)的多層互連結(jié)構(gòu)。此外，可以在方法402/404之前、期間和之后實(shí)施額外的工藝步驟，并且根據(jù)方法402/404的各個(gè)實(shí)施例，可以替換或消除以上描述的一些工藝步驟。

現(xiàn)在參照?qǐng)D5a，此處示出了示例性多室處理系統(tǒng)500的示意性頂視圖。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)500可以等效地稱(chēng)為“群集工具”。系統(tǒng)500通?？梢园ㄘ?fù)載鎖室502、504、晶圓處理室506和多個(gè)處理室1至6。在各個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載鎖室502、504提供為用于將襯底轉(zhuǎn)移入系統(tǒng)500內(nèi)和從系統(tǒng)500轉(zhuǎn)移出襯底。在各個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)500在真空下(例如，由可以包括機(jī)械泵、渦輪分子泵、低溫泵、或其他適當(dāng)?shù)恼婵毡玫恼婵障到y(tǒng)提供)，并且負(fù)載鎖室502、504可以“泵下”引入至系統(tǒng)500的襯底(例如，通過(guò)真空系統(tǒng)的方式)。在一些實(shí)施例中，負(fù)載鎖室502、504可以適應(yīng)于接收單個(gè)晶圓或多個(gè)晶圓(例如，載入暗盒)。例如，當(dāng)負(fù)載鎖室502、504的一個(gè)或兩個(gè)排氣時(shí)，負(fù)載鎖室502、504可以通過(guò)閘閥的方式與晶圓處理室506分隔開(kāi)，以允許晶圓處理室506保持在真空下。

在各個(gè)實(shí)施例中，晶圓處理室506配備有自動(dòng)化的轉(zhuǎn)移臂507(例如，機(jī)械轉(zhuǎn)移臂)，轉(zhuǎn)移臂507可以沿著任何水平、垂直和/或旋轉(zhuǎn)軸平滑地移動(dòng)以在負(fù)載鎖室502、504和任何襯底處理室1至6之間轉(zhuǎn)移襯底。每個(gè)處理室1至6均可以配置為實(shí)施許多襯底處理操作(諸如原子層沉積(ald)、cvd、pvd、蝕刻、預(yù)處理/預(yù)浸泡、脫氣、退火)以及許多計(jì)量操作(諸如xps分析、afm分析和/或其它合適的工藝或計(jì)量操作)。在各個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)500可以具有更多和更少的處理室，例如，必要時(shí)通過(guò)系統(tǒng)500實(shí)施特定的處理。

參照?qǐng)D5b的實(shí)例，此處示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于圖5a的系統(tǒng)500的每個(gè)處理室1至6的可能的配置的示例性列表。例如，在一些實(shí)施例中，處理室1可以配置為用于高k介電層(例如，作為柵極電介質(zhì)106的部分)的沉積；處理室2可以配置為用于tin、tisin以及hkcap層的沉積(或用于包括tin/tisin堆疊件的hkcap層的沉積)；處理室3可以配置為用于tan的沉積；處理室4可以配置為實(shí)施[cl]和/或氟[f]基金屬前體預(yù)浸泡或預(yù)處理工藝；處理室5可以配置為用于n-金屬層(例如，諸如tialc)的沉積；并且處理室6可以配置為用于tin或tin/co的沉積。應(yīng)該明白，這些處理室配置僅是示例性的，并且不意味著以任何方式限制。通過(guò)說(shuō)明的方式，以上描述的原位工藝可以包括在給定的處理室(例如，處理室1至6)內(nèi)實(shí)施的工藝，或可以包括以下工藝：在第一處理室中實(shí)施第一工藝，以及將襯底轉(zhuǎn)移至第二處理室(例如，經(jīng)由晶圓處理室506)，在第二處理室中實(shí)施第二工藝。不管原位工藝的實(shí)施方式，此處描述的原位工藝可以包括當(dāng)器件或襯底保持在系統(tǒng)500(例如，包括負(fù)載鎖室502、504、晶圓處理室506和/或任何處理室1至6)內(nèi)時(shí)實(shí)施的工藝，并且例如，系統(tǒng)500保持在真空下。

圖5b也通過(guò)箭頭510、512、514、516、518的方式示出了可以原位實(shí)施的一些示例性工藝流程。例如，參照箭頭510并且在一些說(shuō)明性實(shí)例中，[cl]和/或氟[f]基金屬前體預(yù)處理工藝(室4)和n-金屬層沉積(室5)都可以原位實(shí)施(并且在某些情況下，按順序)。例如，參照箭頭512并且在一些說(shuō)明性實(shí)例中，[cl]和/或氟[f]基金屬前體預(yù)處理工藝(室4)、n-金屬層沉積(室5)和tin或tin/co沉積(室6)可以全部原位實(shí)施(并且在某些情況下，按順序)。參照箭頭514并且在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，tan層沉積(室3)、[cl]和/或氟[f]基金屬前體預(yù)處理工藝(室4)、n-金屬層沉積(室5)和tin或tin/co沉積(室6)可以全部原位實(shí)施(并且在某些情況下，按順序)。參照箭頭516并且在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，hkcap層沉積(室2)、tan層沉積(室3)、[cl]和/或氟[f]基金屬前體預(yù)處理工藝(室4)、n-金屬層沉積(室5)和tin或tin/co沉積(室6)可以全部原位實(shí)施(并且在某些情況下，按順序)。參照箭頭518并且在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，高k介電層沉積(室1)、hkcap層沉積(室2)、tan層沉積(室3)、[cl]和/或氟[f]基金屬前體預(yù)處理工藝(室4)、n-金屬層沉積(室5)和tin或tin/co沉積(室6)可以全部原位實(shí)施(并且在某些情況下，按順序)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D6，此處示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示出用作各個(gè)處理?xiàng)l件的函數(shù)的平帶電壓的圖600，并且進(jìn)一步說(shuō)明了處理的器件有益于器件閾值電壓(vt)。為了清楚的討論，應(yīng)該注意，晶體管閾值電壓(vt)和平帶電壓(vfb)通?？梢员硎緸椋?/p>

從用于vt和vfb的這兩個(gè)表達(dá)式，可以清楚vt受到平帶電壓的變化的影響。作為參考，考慮包括位于tan層上方的tialc層和位于tialc層上方的tin層的器件602、604和606。在某些情況下，tan層可以是以上描述的功函層，tialc層可以是以上描述的n-金屬層，并且tin層可以是以上描述的下一金屬層(可以包括tialc和tin的堆疊件)的部分。例如并且在一些實(shí)施例中，tan層可以具有約15埃的厚度，并且tin層可以具有約10埃的厚度。此外，應(yīng)該注意，如上所述，對(duì)于器件602、604和606的每個(gè)，元件608、610和612分別用于顯示可以原位實(shí)施的工藝。此外，閃電符號(hào)(也用于圖3a/3b和圖4a/4b)用于顯示對(duì)給定器件(604和606)實(shí)施預(yù)處理工藝。

因此，從器件602開(kāi)始，應(yīng)該注意，沒(méi)有實(shí)施此處描述的預(yù)處理工藝。在tan層的沉積之后，可以在tan層上方依次原位沉積tialc層和tin層。制造的具有器件602的最終器件測(cè)量為具有等于約-380mv的平帶電壓(vfb)。

下一步，參照器件604，在tan層的沉積之后，例如，如參照方法302/304的以上描述的，可以實(shí)施非原位預(yù)處理工藝。在圖6的實(shí)例中，應(yīng)用于器件604的tan層的預(yù)處理工藝可以包括wcl5氣體處理。然而，如上所述，其它的[cl]和/或氟[f]基金屬前體可以用于實(shí)施此處描述的預(yù)處理工藝。之后，可以在預(yù)處理的tan層上方依次原位沉積tialc層和tin層。制造的具有器件604的最終器件測(cè)量為具有等于約-560mv的平帶電壓(vfb)。因此，與沒(méi)有經(jīng)受預(yù)處理工藝的器件602相比，用于器件604的wcl5氣體處理產(chǎn)生了約-180mvvfb偏移。換句話說(shuō)，用于器件604的wcl5氣體處理對(duì)tan層產(chǎn)生了約～180mv帶邊偏移。在一些實(shí)施例中，“帶邊偏移”可以用于描述導(dǎo)帶邊緣偏移(例如，用于nmos晶體管)或價(jià)帶邊緣偏移(例如，用于pmos晶體管)，從而使得預(yù)處理工藝可以表述為已經(jīng)調(diào)節(jié)功函層(例如，tan層)的功函數(shù)。

參照器件606，在tan層的沉積之后，例如，如參照方法402/404的以上描述的，可以實(shí)施原位預(yù)處理工藝。在圖6的實(shí)例中，應(yīng)用于器件604的tan層的預(yù)處理工藝可以包括wcl5氣體處理。然而，如上所述，其它的[cl]和/或氟[f]基金屬前體可以用于實(shí)施此處描述的預(yù)處理工藝。在實(shí)施預(yù)處理工藝(例如，用于器件606的tan層)之后，被處理的襯底可以保持在用于實(shí)施預(yù)處理工藝的處理系統(tǒng)/室內(nèi)，以避免襯底暴露于外部環(huán)境(例如，處理系統(tǒng)的外部)并且避免暴露的層(例如，tan層的)的潛在的再氧化。因此，在實(shí)施預(yù)處理工藝之后，可以在預(yù)處理的tan層上方依次原位沉積tialc層和tin層。制造的包括器件606的最終器件測(cè)量為具有等于約-587mv的平帶電壓(vfb)。因此，與實(shí)施非原位預(yù)處理的器件604相比，用于器件606的結(jié)合原位的wcl5氣體處理和tialc和tin層的依次沉積產(chǎn)生了約-27mvvfb偏移。換句話說(shuō)，與器件604相比，用于器件606的結(jié)合原位的wcl5氣體處理和tialc和tin層的依次沉積對(duì)tan層產(chǎn)生了約額外的～27mv帶邊偏移。

此處描述的各個(gè)實(shí)施例提供了超越現(xiàn)有技術(shù)的若干優(yōu)勢(shì)。應(yīng)該明白，不是所有優(yōu)勢(shì)都有必要已經(jīng)在此處討論，沒(méi)有特定優(yōu)勢(shì)對(duì)于所有實(shí)施例都是需要的，并且其他實(shí)施例可以提供不同的優(yōu)勢(shì)。例如，此處討論的實(shí)施例包括針對(duì)預(yù)沉積處理(例如，功函層的)以及在預(yù)處理的層上方的隨后的原子層沉積(ald)工藝(例如，隨后的ald金屬層沉積)的方法和結(jié)構(gòu)。此外，如上所述，可以有效地采用本發(fā)明的實(shí)施例以完成功函調(diào)節(jié)。在各個(gè)實(shí)施例中，預(yù)沉積處理工藝(預(yù)處理工藝)包括通過(guò)使用氯[cl]和/或氟[f]基金屬前體預(yù)浸泡或預(yù)處理工藝清洗氧化表面(例如，功函層的)。此處描述的預(yù)處理工藝可以有效地緩解金屬表面負(fù)載效應(yīng)(例如，功函層的)，從而產(chǎn)生改進(jìn)的器件閾值電壓(vt)。因此，本發(fā)明的至少一些優(yōu)勢(shì)包括：在諸如群集工具(例如，ald群集工具，其中，室群集在一起)的處理系統(tǒng)中一同/順序?qū)嵤?例如，原位)的適當(dāng)?shù)南乱唤饘賹?例如，另一功函層、阻擋層、覆蓋層或其它適當(dāng)?shù)南乱唤饘賹?的沉積之前，通過(guò)使用[cl]和/或氟[f]基金屬前體預(yù)浸泡工藝處理功函設(shè)定層(例如，n-型功函層)來(lái)改進(jìn)器件vt。如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例可以同時(shí)用于改善間隙填充效果(例如，通過(guò)ald工藝的使用)?？梢钥隙ǖ氖?，在一些實(shí)施例中，單獨(dú)的非原位預(yù)處理(例如，功函層的)和隨后的下一金屬層的沉積也可以提供一些優(yōu)勢(shì)(例如，閾值電壓改進(jìn))。

因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例描述了用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，該方法包括在襯底上方形成柵極介電層，并且在柵極介電層上方沉積功函金屬層。在一些實(shí)施例中，實(shí)施包括功函金屬層的預(yù)處理工藝的第一原位工藝。例如，預(yù)處理工藝去除了功函金屬層的氧化層以形成處理的功函金屬層。在一些實(shí)施例中，在實(shí)施第一原位工藝之后，實(shí)施包括在處理的功函金屬層上方的另一金屬層的沉積工藝的第二原位工藝。

在上述方法中，其中，在處理系統(tǒng)的第一室中實(shí)施所述第一原位工藝，并且其中，在所述處理系統(tǒng)的第二室中實(shí)施所述第二原位工藝。

在上述方法中，其中，在處理系統(tǒng)的第一室中實(shí)施所述第一原位工藝，并且其中，在所述處理系統(tǒng)的第二室中實(shí)施所述第二原位工藝，當(dāng)保持所述處理系統(tǒng)的真空條件時(shí)，實(shí)施所述第一原位工藝和所述第二原位工藝。

在上述方法中，其中，所述預(yù)處理工藝包括選自由ticlx、taclx、tifx、hfclx、wfx和wclx組成的組中的前體，其中，x在1和6之間。

在上述方法中，其中，所述功函金屬層包括tin、tan、tialc、tial、tisin、tasi和tialn的至少一種。

在上述方法中，其中，在200攝氏度至600攝氏度的溫度下沉積所述功函金屬層。

在上述方法中，其中，在300攝氏度至1000攝氏度的溫度下實(shí)施所述預(yù)處理工藝。

在上述方法中，其中，所述預(yù)處理工藝包括選自由ticlx、taclx、tifx、hfclx、wfx和wclx組成的組中的前體，其中，x在1和6之間，所述前體的流率在100sccm和8000sccm之間。

在上述方法中，其中，通過(guò)原子層沉積來(lái)沉積所述功函金屬層和所述另一金屬層。

在上述方法中，其中，所述另一金屬層包括tialc層。

在上述方法中，其中，所述另一金屬層包括tialc層，還包括實(shí)施第三原位工藝，所述第三原位工藝包括在所述tialc層上方沉積tin層。

在上述方法中，其中，所述預(yù)處理工藝偏移了所述功函金屬層的帶邊。

在另一實(shí)施例中，討論了在排空的處理系統(tǒng)的第一室中在襯底上方形成柵極介電層的方法。之后，當(dāng)保持處理系統(tǒng)的真空條件時(shí)，在排空的處理系統(tǒng)的第二室中在柵極介電層上方沉積功函金屬層。在一些實(shí)施例中，當(dāng)保持排空的處理系統(tǒng)的真空條件時(shí)，該襯底轉(zhuǎn)移至排空的處理系統(tǒng)的第三室，并且在第三室中實(shí)施功函金屬層的預(yù)處理工藝，從而形成處理的功函金屬層。例如，之后，當(dāng)保持排空的處理系統(tǒng)的真空條件時(shí)，該襯底可以轉(zhuǎn)移至排空的處理系統(tǒng)的第四室，并且可以在第四室中在處理的功函金屬層上方沉積隨后的金屬層。

在上述方法中，其中，所述預(yù)處理工藝從所述功函金屬層的頂面去除氧化層。

在上述方法中，其中，所述功函金屬層包括n-型功函金屬層。

在上述方法中，其中，所述隨后的金屬層包括tialc層。

在上述方法中，還包括在所述tialc層上方沉積tin層。

在又另一實(shí)施例中，討論了包括具有在其上形成的柵極堆疊件的襯底的器件。例如，該器件還包括設(shè)置在襯底上方的柵極介電層、設(shè)置在柵極介電層上方的具有非氧化表面的預(yù)處理的功函金屬層以及設(shè)置在預(yù)處理的功函金屬層的非氧化表面上方的隨后的金屬層。在各個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)保持多室處理系統(tǒng)的真空條件時(shí)，預(yù)處理的功函金屬層和隨后的金屬層包括依次在多室處理系統(tǒng)內(nèi)形成的原子層沉積(ald)沉積的層。

在上述處理系統(tǒng)中，其中，所述預(yù)處理工藝包括在預(yù)處理溫度和流率下，將前體引入至所述第三室，其中，所述前體包括ticlx、taclx、tifx、hfclx、wfx和wclx的至少一種，其中，“x”等于1至6，其中，所述預(yù)處理溫度為300℃至1000℃，并且其中，所述流率為100sccm至8000sccm。

在上述處理系統(tǒng)中，其中，所述隨后的金屬層包括tialc層。

上面概述了若干實(shí)施例的特征，使得本領(lǐng)域人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改用于實(shí)施與本人所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢(shì)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。