[发明专利]具有金属替换栅极的晶体管及其制造方法

说明书

背景技术

晶体管是种类繁多的集成电路中常见的半导体器件。晶体管基本上是开关。当对晶体管栅极施加大于阈值电压的电压时，该开关导通，电流流过晶体管。当栅极上的电压小于阈值电压时，该开关关断，电流不会流过晶体管。

传统上，晶体管栅极为多晶硅栅极。具有多晶硅栅极的晶体管相对容易制造，并且具有多晶硅栅极的晶体管的运行效果是公知的。但是，由于包括晶体管的集成电路的功耗和运行速度被优化，因此，最近晶体管已为金属栅极。

具有金属栅极的晶体管可通过两种一般方法制造。可以先制造多晶硅栅极，然后在后续半导体处理期间用金属栅极替换该多晶硅栅极。此方法被称为“后栅极（gate last）”法，并且在金属栅极替换多晶硅栅极的情况下，金属栅极被视为镶嵌栅极或替换栅极。第二种方法制造金属栅极而不先制造多晶硅栅极，该方法被称为“先栅极（gate first）”法。

发明内容

本发明的一个实施例的方法用于制造晶体管。所述方法去除衬底的掺杂区之上的多晶硅栅极并在所述衬底之上形成掩模层，以便通过所述掩模层内的孔暴露所述掺杂区。所述方法在所述掩模层的顶表面和侧表面上以及在通过所述孔暴露的所述掺杂区的顶表面上沉积界面层。所述方法在所述界面层上沉积适于以下中的一者或多者的层：降低所述晶体管的阈值电压以及减小所述晶体管的反型层（inversion layer）的厚度。所述方法在所述掩模层的所述孔内形成导电插塞（plug）。所述界面层、所述界面层上的所述层，以及所述导电插塞一起作为所述晶体管的替换栅极。

本发明的另一实施例的方法也用于制造晶体管。所述方法去除衬底的p掺杂区之上的第一多晶硅栅极，去除所述衬底的n掺杂区之上的第二多晶硅栅极，并在所述衬底上形成掩模层，以便通过所述掩模层内的孔暴露所述p掺杂区和所述n掺杂区。所述方法用第一临时层覆盖所述掩模层内的使所述n掺杂区暴露的所述孔。在用所述第一临时层覆盖所述掩模层内的使所述n掺杂区暴露的所述孔的同时，所述方法在所述掩模层的顶表面和侧表面上以及在通过所述孔暴露的所述p掺杂区的顶表面上沉积第一界面层。在用所述第一临时层覆盖所述掩模层内的使所述n掺杂区暴露的所述孔的同时，所述方法还在所述第一界面层上沉积适于以下中的一者或多者的第一层：降低所述晶体管的阈值电压以及减小所述晶体管的反型层的厚度。所述方法去除所述第一临时层，并用第二临时层覆盖所述掩模层内的使所述p掺杂区暴露的所述孔。

在用所述第二临时层覆盖所述掩模层内的使所述p掺杂区暴露的所述孔的同时，所述方法在所述掩模层的顶表面和侧表面上以及在通过所述孔暴露的所述n掺杂区的顶表面上沉积第二界面层。在用所述第二临时层覆盖所述掩模层内的使所述p掺杂区暴露的所述孔的同时，所述方法还在所述第二界面层上沉积适于以下中的一者或多者的第二层：降低所述晶体管的阈值电压以及减小所述晶体管的反型层的厚度，所述第二层不同于所述第一层。所述方法去除所述第二临时层，并在所述掩模层的每个孔内形成导电插塞。所述第一界面层、所述第一界面层上的所述第一层以及使所述p掺杂区暴露的所述孔内的所述导电插塞作为所述晶体管的用于所述p掺杂区的第一替换栅极。所述第二界面层、所述第二界面层上的所述第二层以及使所述n掺杂区暴露的所述孔内的所述导电插塞作为所述晶体管的用于所述n掺杂区的第二替换栅极。

本发明的又一实施例的方法也用于形成晶体管。所述方法在掺杂区之上的多晶硅栅极的侧表面上形成垂直间隔物（spacer）。所述方法用硅化物替换所述掺杂区的这样的一部分，该部分位于从所述掺杂区的顶表面开始的每个垂直间隔物的一侧。所述方法在所述衬底之上以及在所述多晶硅栅极之上形成掩模层，所述掩模层包括氮化物。所述方法蚀刻所述掩模层以暴露所述多晶硅栅极，并去除所述多晶硅栅极。所述方法在所述掩模层的顶表面和侧表面上以及在通过所述孔暴露的所述掺杂区的顶表面上沉积界面层。所述方法在所述界面层上沉积适于以下中的一者或多者的层：降低所述晶体管的阈值电压以及减小所述晶体管的反型层的厚度。所述方法在所述掩模层的所述孔内沉积功函数金属，并在所述掩模层的所述孔内的所述功函数金属之上沉积第二金属。所述功函数金属和所述第二金属为导电插塞。所述界面层、所述界面层上的所述层，以及所述导电插塞一起作为所述晶体管的替换栅极。