柵導(dǎo)體層及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體制造工藝，更具體地，涉及一種柵導(dǎo)體層及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件的不斷縮小，開始廣泛使用后柵工藝。在后柵工藝中，首先形成犧牲柵堆疊，并以犧牲柵堆疊為基礎(chǔ)來進(jìn)行器件制造，如源/漏注入等。然后，去除犧牲柵堆疊，并在由于犧牲柵堆疊的去除而在柵側(cè)墻的內(nèi)側(cè)留下的溝槽內(nèi)填充真正的柵堆疊，如高K/金屬柵堆疊。但是，隨著半導(dǎo)體器件的尺寸進(jìn)一步縮小，難以向越來越小的溝槽中進(jìn)行填充。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述問題，本公開提供了一種制造柵導(dǎo)體層的方法。
[0004]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種制造柵導(dǎo)體層的方法，包括:向由柵側(cè)墻限定的溝槽中填充導(dǎo)電材料粉末；以及對(duì)填充的導(dǎo)電材料粉末進(jìn)行激光退火，以形成導(dǎo)電材料層，所述導(dǎo)電材料層形成所述柵導(dǎo)體層。
[0005]根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種柵導(dǎo)體層，包括實(shí)質(zhì)上無空洞和毛孔的導(dǎo)電材料。例如，導(dǎo)電材料可以包括熔融后再結(jié)晶的導(dǎo)電材料。
[0006]根據(jù)本公開的實(shí)施例，可以通過填充導(dǎo)電材料粉末并進(jìn)行激光退火來形成柵導(dǎo)體層。由于粉末的填充要比金屬膜的填充容易，從而可以相對(duì)容易地制造柵導(dǎo)體層。此外，可以提供更緊密、沒有空洞和毛孔的填充效果。
【附圖說明】
[0007]通過以下參照附圖對(duì)本公開實(shí)施例的描述，本公開的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中:
[0008]圖1-6是示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的制造柵導(dǎo)體層的流程中一些階段的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下，將參照附圖來描述本公開的實(shí)施例。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本公開的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本公開的概念。
[0010]在附圖中示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的各種結(jié)構(gòu)示意圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚表達(dá)的目的，放大了某些細(xì)節(jié)，并且可能省略了某些細(xì)節(jié)。圖中所示出的各種區(qū)域、層的形狀以及它們之間的相對(duì)大小、位置關(guān)系僅是示例性的，實(shí)際中可能由于制造公差或技術(shù)限制而有所偏差，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際所需可以另外設(shè)計(jì)具有不同形狀、大小、相對(duì)位置的區(qū)域/層。
[0011]在本公開的上下文中，當(dāng)將一層/元件稱作位于另一層/元件“上”時(shí)，該層/元件可以直接位于該另一層/元件上，或者它們之間可以存在居中層/元件。另外，如果在一種朝向中一層/元件位于另一層/元件“上”，那么當(dāng)調(diào)轉(zhuǎn)朝向時(shí)，該層/元件可以位于該另一層/元件“下”。
[0012]根據(jù)本公開的實(shí)施例，提供了一種制造柵導(dǎo)體層的方法。該方法可以包括向由柵側(cè)墻限定的溝槽中填充導(dǎo)電材料粉末，并對(duì)填充的導(dǎo)電材料粉末進(jìn)行激光退火。激光可以使粉末熔化/融化，并形成致密的導(dǎo)電材料層，得到的導(dǎo)電材料層可以形成柵導(dǎo)體層。由于粉末的尺寸較小，從而可以相對(duì)容易地填充到溝槽中。此外，可以提供更緊密、沒有空洞和毛孔的填充效果。
[0013]溝槽可以通過后柵工藝得到。具體地，可以在襯底上形成犧牲柵堆疊，并在犧牲柵堆疊的側(cè)壁上形成柵側(cè)墻?？梢誀奚鼥哦询B(以及柵側(cè)墻)為基礎(chǔ)，進(jìn)行器件制造，例如，源/漏注入等。然后，可以在形成有犧牲柵堆疊的襯底上形成電介質(zhì)層，并對(duì)電介質(zhì)層進(jìn)行平坦化處理如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，以露出犧牲柵堆疊。可以去除露出的犧牲柵堆疊，從而在柵側(cè)墻內(nèi)側(cè)留下待填充的溝槽。
[0014]可以逐層來形成這樣的導(dǎo)電材料層。例如，可以分多次向溝槽中填充導(dǎo)電材料粉末，且在每次填充后進(jìn)行激光退火，直至形成的導(dǎo)電材料層填滿溝槽。每次填充的導(dǎo)電材料粉末可以大致均勻地分布于溝槽中，從而退火后形成厚度大致均勻的導(dǎo)電材料層。各導(dǎo)電材料層彼此連續(xù)而成一體，從而構(gòu)成柵導(dǎo)體層。此外，每次填充的導(dǎo)電材料粉末可以包括不同的成分。
[0015]在填充導(dǎo)電材料粉末時(shí)，可以使導(dǎo)電材料粉末僅處于溝槽中。例如，在填充時(shí)，可以去除位于溝槽外部的導(dǎo)電材料粉末。這種去除可以通過膠帶來實(shí)現(xiàn)。
[0016]在退火時(shí)，激光可以無圖案地施加。由于導(dǎo)電材料粉末可以僅處于溝槽內(nèi)，從而只有溝槽內(nèi)形成導(dǎo)電材料層。或者，激光可以局限于溝槽所在的區(qū)域。例如，可以根據(jù)溝槽的形成圖案，來施加激光。于是，所形成的導(dǎo)電材料層可以局限于溝槽中。
[0017]本公開的技術(shù)可以多種方式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。
[0018]參照?qǐng)D1，提供襯底102。襯底102可以是各種形式的合適襯底，例如體半導(dǎo)體襯底如 S1、Ge 等，化合物半導(dǎo)體襯底如 SiGe、GaAs、GaSb、AlAs、InAs、InP、GaN、SiC、InGaAs、InSb、InGaSb等，絕緣體上半導(dǎo)體襯底(SOI)等。在此，以體硅襯底及硅系材料為例進(jìn)行描述。但是需要指出的是，本公開不限于此。
[0019]在襯底102上，可以形成犧牲柵堆疊。犧牲柵堆疊可以包括犧牲柵介質(zhì)層104和犧牲柵導(dǎo)體層106。犧牲柵介質(zhì)層104可以包括氧化物(如，氧化硅)，厚度為約3-20nm ;犧牲柵導(dǎo)體層106可以包括多晶娃，厚度為約30-100nm。這種犧牲柵堆疊例如可以通過在襯底102上依次淀積氧化物層和多晶硅層，并將它們構(gòu)圖如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)為例如條形來獲得。
[0020]在犧牲柵堆疊的側(cè)壁上，可以形成柵側(cè)墻108。柵側(cè)墻108可以包括氮化物(如，氮化娃)，厚度為約l_20nm。柵側(cè)墻108例如可以通過在形成有犧牲柵堆疊的襯底上大致共形地淀積一層氮化物，然后對(duì)其進(jìn)行各向異性刻蝕如RIE來獲得。
[0021]可以犧牲柵堆疊(以及柵側(cè)墻)為基礎(chǔ)來進(jìn)行器件制造，例如進(jìn)行源/漏注入等。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道多種方式來進(jìn)行這些工藝，在此不再贅述。
[0022]在襯底102上，可以通過例如淀積，形成電介質(zhì)層110。電介質(zhì)層110可以包括氧化物，并可以完全覆蓋犧牲柵堆疊和柵側(cè)墻?？梢詫?duì)電介質(zhì)層110進(jìn)行平坦化如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。CMP可以停止于柵側(cè)墻108，從而露出犧牲柵堆疊。
[0023]接著，如圖2所示，可以通過選擇性刻蝕，去除犧牲柵堆疊。例如，可以通過TMAH溶液，選擇性去除犧牲柵導(dǎo)體層106。另外，可以通過例如RIE，選擇性去除犧牲柵介質(zhì)層104。于是，在柵側(cè)墻108內(nèi)側(cè)，留下了溝槽112。之后，可以在溝槽112內(nèi)填充真正的柵堆疊，例如高K/金屬柵堆疊。
[0024]然后，如圖3所示，可以通過例如淀積，在圖2所示的結(jié)構(gòu)上形成柵介質(zhì)層114。柵介質(zhì)層114可以包括高K柵介質(zhì)如HfO2，厚度為約2-4nm。另外，還可以通過例如淀積，在柵介質(zhì)層114上形成功函數(shù)調(diào)節(jié)層116。功函數(shù)調(diào)節(jié)層116可以包括TiN，厚度為約3-10nm。
[0025]隨后，如圖4所示，可以通過例如淀積，在填充有柵介質(zhì)層114和功函數(shù)調(diào)節(jié)層116后的溝槽112內(nèi)填充導(dǎo)電材料粉末118。導(dǎo)電材料粉末118可以包括金屬，如TiN、W、Al和Cu中至少之一。在填充過程中，可以使導(dǎo)電材料粉末118局限于溝槽112內(nèi)。例如，可以通過膠帶等方法，去除溝槽112外可能存在的粉末。
[0026]接著，如圖5所示，可以對(duì)填充的導(dǎo)電材料粉末118進(jìn)行激光退火，使其熔化/融化，然后冷卻再結(jié)晶從而在溝槽內(nèi)形成致密的導(dǎo)電材料層120。該導(dǎo)電材料層120用作柵導(dǎo)體層。
[0027]激光可以在圖4所示的結(jié)構(gòu)上無圖案的施加，例如掃描通過圖4所示結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面。由于導(dǎo)電材料粉末118僅位于溝槽內(nèi)，所以通過退火形成的導(dǎo)電材料層120也位于溝槽內(nèi)。
[0028]或者，激光可以根據(jù)溝槽的形成圖案來施加，從而退火局限于溝槽所在的區(qū)域。在這種情況下，甚至可以在激光退火之后再去除溝槽外的導(dǎo)電材料粉末。
[0029]在以上示例中，在一次填充操作中就向溝槽內(nèi)淀積了足夠的粉末。但是，本公開不限于此。例如，可以多次填充粉末，每次填充的粉末為較薄的一層。這有助于避免由于在溝槽中一次填充過多粉末而可能存在孔洞等缺陷。每次填充的導(dǎo)電材料粉末可以大致均勻?？梢栽诿看翁畛渲筮M(jìn)行激光退火，以將填充的導(dǎo)電材料粉末轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電材料層。這樣的操作可以重復(fù)直至所形成所需大小的導(dǎo)電材料層，例如大致填滿溝槽。這些導(dǎo)電材料層彼此連續(xù)而成一體，從而形成柵導(dǎo)體。
[0030]在此需要指出的是，各次填充的導(dǎo)電材料粉末的成分不必相同。
[0031]在形成柵導(dǎo)體層120之后，可以按常規(guī)工藝進(jìn)行。例如，如圖6所示，可以對(duì)圖5所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行平坦化處理如CMP。CMP可以停止于柵側(cè)墻，以去除柵介質(zhì)層114和功函數(shù)調(diào)節(jié)層116位于溝槽外的部分。這樣，在溝槽內(nèi)形成了最終的真正柵堆疊，包括柵介質(zhì)層116'、功函數(shù)調(diào)節(jié)層116'和柵導(dǎo)體層120。
[0032]在以上的描述中，對(duì)于各層的構(gòu)圖、刻蝕等技術(shù)細(xì)節(jié)并沒有做出詳細(xì)的說明。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以通過各種技術(shù)手段，來形成所需形狀的層、區(qū)域等。另外，為了形成同一結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以設(shè)計(jì)出與以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，盡管在以上分別描述了各實(shí)施例，但是這并不意味著各個(gè)實(shí)施例中的措施不能有利地結(jié)合使用。
[0033]以上對(duì)本公開的實(shí)施例進(jìn)行了描述。但是，這些實(shí)施例僅僅是為了說明的目的，而并非為了限制本公開的范圍。本公開的范圍由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。不脫離本公開的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出多種替代和修改，這些替代和修改都應(yīng)落在本公開的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造柵導(dǎo)體層的方法，包括: 向由柵側(cè)墻限定的溝槽中填充導(dǎo)電材料粉末；以及 對(duì)填充的導(dǎo)電材料粉末進(jìn)行激光退火，以形成導(dǎo)電材料層，所述導(dǎo)電材料層形成所述柵導(dǎo)體層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，分多次向溝槽中填充導(dǎo)電材料粉末，且在每次填充后進(jìn)行激光退火。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，每次填充的導(dǎo)電材料粉末包括不同成分。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在填充導(dǎo)電材料粉末之前，該方法還包括: 向溝槽中填充柵介質(zhì)層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括: 向溝槽中填充功函數(shù)調(diào)節(jié)層，其中功函數(shù)調(diào)節(jié)層設(shè)于柵介質(zhì)層上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在形成柵導(dǎo)體層之后，該方法還包括: 進(jìn)行平坦化處理，以去除溝槽外存在的柵介質(zhì)層部分和功函數(shù)調(diào)節(jié)層部分。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，導(dǎo)電材料粉末包括TiN、W、Al和Cu中至少之一。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:去除溝槽外存在的導(dǎo)電材料粉末。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，利用膠帶進(jìn)行去除。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，激光退火局限于溝槽所在的區(qū)域。11.一種柵導(dǎo)體層，包括實(shí)質(zhì)上無空洞和毛孔的導(dǎo)電材料。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的柵導(dǎo)體層，其中，所述導(dǎo)電材料包括熔融后再結(jié)晶的導(dǎo)電材料。
【專利摘要】本公開提供了一種柵導(dǎo)體層及其制造方法。一示例方法可以包括：向由柵側(cè)墻限定的溝槽中填充導(dǎo)電材料粉末；以及對(duì)填充的導(dǎo)電材料粉末進(jìn)行激光退火，以形成導(dǎo)電材料層，所述導(dǎo)電材料層形成所述柵導(dǎo)體層。
【IPC分類】H01L29/49, H01L21/28, H01L21/283
【公開號(hào)】CN105632910
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510147801
【發(fā)明人】鐘匯才
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院微電子研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日