СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ ЗАТВОРНОЙ СТРУКТУРЫ И ЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК H01L21/3205 B82B3/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области производства полупроводниковых приборов. В частности, оно относится к получению многослойной затворной структуры (затворного стека) из металла и материала с высоким значением диэлектрической постоянной k для полевого транзистора, и ее устройству.

Уровень техники

В области производства полупроводниковых приборов активные полупроводниковые приборы обычно производятся с помощью технологий транзисторной части маршрута изготовления интегральных схем (front end of the line - FEOL). Такими активными полупроводниковыми приборами являются, например, транзисторы, такие как полевые транзисторы (ПТ), и в частности, полевые транзисторы на комплементарных структурах "металл-оксид-полупроводник" (КМОП-ПТ). Среди различных типов КМОП-ПТ могут встречаться КМОП-ПТ p-типа (p-ПТ) и n-типа (n-ПТ). Различные типы КМОП-ПТ могут быть сформированы или изготовлены на обычной подложке или структуре из полупроводникового кристалла или полупроводниковой пластинки.

В стремлении к достижению дальнейшего улучшения свойств КМОП-ПТ транзисторов и приборов на их основе в последнее время для формирования слоев многослойной затворной структуры КМОП-ПТ транзисторов стали использоваться диэлектрические материалы с высоким значением диэлектрической постоянной, обычно называемой коэффициентом k диэлектрического материала. Кроме того, другие технологии для улучшения свойств могут включать в себя использование металлических материалов затвора вместо традиционных материалов, таких, например, как поликремний, для лучшей подгонки порогового напряжения и подвижности носителей заряда в канале. А именно, с использованием металлического материала затвора поверх диэлектрического материала затвора с высоким значением диэлектрической постоянной (high k) может быть достигнуто лучшее экранирование фононного рассеяния в диэлектрике, что, благодаря меньшим дефектам в соединении металла с традиционной поликремниевой/диэлектрической поверхностью с высоким значением диэлектрической постоянной, создает улучшенную подвижность электронов и уменьшает пиннинг уровня Ферми, что в совокупности способствует достижению желаемого порогового напряжения КМОП-ПТ транзисторов и приборов, изготовленных из этих транзисторов.

В течение обычного процесса формирования многослойных затворных структур для защиты материалов затворных структур, полученных на подложке в областях, где, в конечном счете, планируется или рассчитывается получить многослойные затворные структуры, обычно используются жесткие маски. Жесткие маски используются таким образом, что материалы затворной структуры в тех областях, где многослойные затворные структуры не формируются, могут быть удалены или вытравлены посредством процесса формирования рисунка, такого как травление в растворах. В связи с этим одной из наиболее часто используемых жестких масок является, например, комбинация аморфного кремния и диоксида кремния (SiO₂).

Как общеизвестно из уровня техники, для травления кремния в растворах, как правило, используются растворы аммония. Тем не менее, обычные растворы аммония в большинстве своем селективны в отношении оксида кремния, что означает, что обычные растворы аммония не протравят оксид или диоксид кремния, или, по меньшей мере, не способны обеспечить их эффективное травление. По этой причине, в целях обеспечения возможности использования в этом процессе накладываемых жестких масок, изготовленных из аморфного кремния и диоксида кремния, может возникнуть необходимость использования сильно концентрированных растворов аммония в целях пробивания защитного слоя оксида кремния, расположенного на слое аморфного кремния, перед травлением нижнего слоя аморфного кремния и формированием рисунка. И все же, хотя сильно концентрированные растворы аммония способны пробить защитный слой оксида кремния с целью нанесения рисунка на нижележащий слой аморфного кремния, они также известны своей способностью к созданию дефектов в кремнии, таких как посторонние примеси, вытравленные из кремния, приводящие к изнашиванию приборов, изготавливаемых в этом процессе. По этой причине, в современном уровне техники существует необходимость в улучшенных и/или альтернативных процессах и/или способах получения многослойной затворной структуры при изготовлении транзисторов с затворами из металла и материала с высоким значением k (HK-MG).

Раскрытие изобретения

В вариантах осуществления настоящего изобретения представлен способ получения многослойных затворных структур для полевых транзисторов. Способ включает в себя следующие стадии: формирование металлсодержащего слоя непосредственно на первом слое нитрида титана (TiN), покрывающем области полупроводниковой подложки, предназначенные для полевых транзисторов первого и второго типов; формирование защитного слоя путем нанесения второго TiN-слоя поверх металлсодержащего слоя; формирование рисунка на втором TiN-слое и металлсодержащем слое для покрытия только первой части первого TiN-слоя, покрывающей область, предназначенную для полевых транзисторов первого типа; вытравливание второй части первого TiN-слоя, оставшейся открытой при формировании рисунка, в то время как первая часть первого TiN-слоя остается защищенной от травления за счет ее закрытия по меньшей мере частью толщины металлсодержащего слоя, на котором сформирован рисунок; и формирование третьего TiN-слоя, покрывающего область полупроводниковой подложки, предназначенную для полевых транзисторов второго типа.

Согласно одному варианту осуществления изобретения формирование металлсодержащего слоя включает в себя формирование слоя силицида металла, содержащего по меньшей мере один из металлических элементов, выбираемых из группы, включающей титан (Ti), кобальт (Со) и никель (Ni).

Согласно другому варианту осуществления изобретения формирование слоя силицида металла включает в себя формирование слоистой структуры из тонких чередующихся слоев металла и аморфного кремния, каждый из которых имеет толщину примерно от 3 до 4 нм, общей толщиной примерно от 12 до 16 нм; и отжиг этой слоистой структуры при температуре, подходящей для образования слоя силицида металла, например, в диапазоне температур от 350 до 500°С в течение периода времени от примерно 5 секунд до примерно 5 минут.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения вытравливание второй части первого TiN-слоя включает в себя нанесение на вторую часть первого TiN-слоя раствора SC1 в виде смеси воды (H₂O), NH₄OH и H₂O₂, селективного в отношении слоя силицида металла. Например, смесь воды (Н₂О), NH₄OH и H₂O₂ может иметь объемное соотношение примерно от 5:1:1 примерно до 50:1:1, и может наноситься в температурном диапазоне примерно от 25 до 65°С, предпочтительно от 45 до 55°С.

Варианты осуществления настоящего изобретения также включают в себя получение третьего TiN-слоя поверх металлсодержащего слоя и формирование многослойной затворной структуры, включающей в себя металлсодержащий слой, представляющий собой слой силицида металла. При этом формирование металлсодержащего слоя включает в себя формирование посредством напыления слоя металла вольфрама (W), имеющего толщину примерно от 4 нм примерно до 20 нм, и его удаление после травления второй части первого слоя в области полупроводниковой подложки, предназначенной для полевых транзисторов второго типа, обнажающего слой оксида гафния. Согласно одному варианту осуществления изобретения удаление слоя металла вольфрама осуществляется посредством нанесения на этот слой химического травильного раствора, селективного как в отношении TiN, так и в отношении HfO₂, с селективной способностью свыше 20:1.

Варианты осуществления настоящего изобретения также включают в себя формирование первого TiN-слоя поверх слоя оксида гафния (HfO₂), сформированного поверх слоя оксида, в качестве которого может использоваться слой диоксида кремния, содержащий азот и покрывающий области полупроводниковой подложки, предназначенные для полевых транзисторов первого и второго типов.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более полно осознанно и понято из последующего подробного описания изобретения, поясняемого сопутствующими чертежами, на которых показано:

на фиг.1-6 - наглядная иллюстрация этапов получения многослойной затворной структуры из металла и материала с высоким значением диэлектрической постоянной k для КМОП-ПТ транзисторов, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг.7-8 - наглядная иллюстрация этапов получения многослойной затворной структуры, следующих за шагом, изображенным на фиг.6, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения; и

на фиг.9 - наглядная иллюстрация этапа получения многослойной затворной структуры, следующего за шагом, изображенным на фиг.6, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Необходимо понимать, что для простоты и ясности иллюстрации нет необходимости изображать элементы на чертежах в масштабе. Например, размеры некоторых элементов могут быть увеличены относительно других элементов в целях ясности.

Осуществление изобретения

В следующем подробном описании, с целью обеспечения полного понимания вариантов осуществления изобретения, изложены многочисленные специфические детали. Однако специалистам в данной области станет понятно, что варианты осуществления изобретения могут быть реализованы без этих специфических деталей. Из соображений ясного преподнесения сущности и/или вариантов осуществления настоящего изобретения в следующем подробном описании процессы выполнения шагов и/или операций, хорошо известных из уровня техники, могут быть объединены вместе для изложения и/или иллюстрации смысла, и в некоторых случаях могут не описываться детально. В других случаях процессы выполнения этапов и/или операций, хорошо известных из уровня техники, могут не описываться вообще. Специалист в данной области примет во внимание то, что следующие описания скорее сфокусированы на отличительных чертах и/или элементах вариантов осуществления настоящего изобретения.

В индустрии производства полупроводниковых приборов с применением хорошо известных технологий выполнения транзисторной части маршрута изготовления интегральных схем становится возможным создание различных типов активных полупроводниковых приборов, таких как транзисторы, в том числе КМОП-ПТ n-типа (n-ПТ) и/или p-типа (p-ПТ), на единой полупроводниковой подложке. Хорошо известные технологии выполнения транзисторной части маршрута изготовления интегральных схем могут охватывать выполнение, среди прочих, таких шагов и/или операций как осаждение покрытий, формирование фоторезистивной маски, фотолитография, формирование жесткой маски, травление в растворах, реактивное ионное травление (РИТ), ионное легирование и химико-механическое полирование (ХМП), и это лишь небольшая часть списка. В течение и/или после процесса формирования транзисторов на различные типы транзисторов, например, n-ПТ и p-ПТ, для улучшения производительности прибора, могут быть выборочно нанесены деформирующие вещества (stress liners) одного и того же или различных типов.

В следующем подробном описании хорошо известные методики и/или технологические операции производства приборов в целях ясного изложения сущности настоящего изобретения, подробно описываемого ниже, могут подробно не описываться и, в некоторых случаях, могут ссылаться на другие печатные статьи или патентные заявки.

На фиг.1-6 наглядно изображены этапы получения многослойной затворной структуры из металла и материала с высоким значением диэлектрической постоянной к для КМОП-ПТ транзисторов, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В частности, на фиг.1 изображен этап процесса формирования многослойной затворной структуры на полупроводниковой подложке 100. Полупроводниковая подложка 100 может состоять из первой области 100А и второй области 100 В, на которых в итоге могут быть получены различные типы КМОП-ПТ транзисторов и приборов.

Например, p-ПТ (или n-ПТ) транзистор может быть сформирован в области 100А, а n-ПТ (или p-ПТ) транзистор - в области 100 В. Тем не менее, в целях ясного изложения сущности настоящего изобретения, следующее описание будет сосредоточено на способе формирования многослойных затворных структур n-ПТ и p-ПТ, а некоторые детали получения самих транзисторов и структур из них (таких как исток, сток, и т.д.) будут опущены в описании и не будут изображены как на фиг.1, так и на последующих фигурах, поскольку они сочтены несущественными в данном изобретении. Более того, специалисту в данной области будет ясно, что формирование, например, канала, истока и/или стока приборов на ПТ, p-ПТ или n-ПТ, может быть произведено как до, так и после формирования многослойной затворной структуры, что более детально будет описано ниже.

Как показано на фиг.1, согласно настоящему изобретению, один из вариантов осуществления способа может включать в себя получение сперва поверхностного слоя 101 оксида на подложке 100, а затем - слоя 102 оксида гафния (HfO₂) поверх слоя 101 оксида. Слой оксида 101 может представлять собой слой диоксида кремния и содержать азот. Являясь поверхностным, слой 101 оксида может иметь толщину примерно от 0,5 нм до 2 нм, и может быть получен, например, как жидкостным способом в растворе, содержащем озон, так и посредством высокотемпературного оксидирования в окружающей среде при температуре от 600 до 1000°С, и может обеспечивать высококачественное пассивирование активной поверхности, находящейся ниже. Слой 102 оксида гафния также может быть удален другим диэлектриком на основе гафния, таким, например, как силикат гафния, оксинитрид гафния, кремниевый оксинитрид гафния. К тому же многослойная структура из слоев 101 оксида и HfO₂-слоев 102 может служить оксидным слоем затвора для различных полевых транзисторов, имеющих слой 102 оксида гафния с высоким значением диэлектрической постоянной (high-k), как правило, большей 4 и обычно принимающей значения примерно от 15 примерно до 35, для улучшения свойств приборов, например, для уменьшения тока утечки затвора.

Далее, варианты осуществления метода могут включать в себя получение слоя 103 нитрида титана (TiN) поверх HfO₂-слоя 102, покрывающего обе области 100А и 100 В, относящиеся или предназначенные для формирования первого и второго типов полевых транзисторов, как описано выше. TiN-слой 103 может быть слоем нитрида титана первого типа, либо слоем первого типа нитрида титана, и может быть конкретно предназначен для первого типа приборов на ПТ, например, для дальнейшего формирования в области 100А. TiN-слой 103 может быть частью проводящего металлического слоя затвора приборов на ПТ первого типа. TiN-слой 103 может иметь толщину примерно от 1 нм примерно до 10 нм, предпочтительно примерно от 2 нм примерно до 7 нм, и может быть получен посредством различных процессов, таких, например, как физическое или химическое осаждение из газовой фазы (ФОГФ, ХОГФ) и/или процесс атомно-слоевого химического осаждения из газовой фазы (АСО).

На фиг.2 изображен этап способа получения многослойной затворной структуры, следующий за этапом, изображенным на фиг.1. А именно, варианты осуществления способа могут включать в себя получение металлсодержащего слоя 104 непосредственно поверх TiN-слоя 103, покрывающего обе области 100А и 100 В полупроводниковой подложки 100. Согласно одному варианту осуществления изобретения, металлсодержащий слой 104 может представлять собой слой силицида металла, содержащий по меньшей мере один металлический элемент, а именно может представлять собой слой силицида титана, слой силицида кобальта или слой силицида никеля. Согласно другому варианту осуществления изобретения металлсодержащий слой 104 может представлять собой слой металла, например, вольфрама (W) или какого-либо другого подходящего металла.

Если слоем 104 является слой силицида металла, его формирование может включать в себя формирование на первой стадии многослойной структуры из тонких чередующихся слоев металла и аморфного кремния, толщина каждого из которых составляет обычно примерно 2-5 нм, предпочтительно 3-4 нм. Получение многослойной структуры из тонких чередующихся слоев металла и аморфного кремния может быть выполнено, например, с помощью распыления и/или физического, химического, либо атомно-слоевого химического осаждения из газовой фазы (ФОГФ, ХОГФ или АСО). Многослойная структура может иметь общую толщину примерно 4-20 нм, предпочтительно примерно 12-16 нм. Многослойная структура изготавливается такой толщины, что получающийся впоследствии из нее посредством отжига слой силицида металла, как более подробно описано ниже, может иметь толщину, достаточную для защиты нижнего TiN-слоя 103 при травлении обнаженной части TiN-слоя 103.

Многослойная структура из тонких чередующихся слоев металла и аморфного кремния может быть подвергнута впоследствии процессу отжига в диапазоне температур, например, от 300 до 600°C. Процесс отжига может длиться в течение периода времени примерно от 5 до 300 секунд в зависимости от типа металла и образованного силицида. Например, получение силицида кобальта может проводиться в температурном диапазоне примерно от 400 до 500°C в течение периода времени примерно от 30 секунд до 5 минут (300 секунд), предпочтительно примерно от 30 до 120 секунд. А получение силицида никеля, например, может проводиться в температурном диапазоне примерно от 350 до 450°C в течение периода времени примерно от 5 секунд до 2 минут (120 секунд). Отжиг многослойной структуры может проводиться в вакуумной камере, либо в среде инертных газов, таких как аргон или азот. Как описано выше, металлический элемент, используемый при формировании силицида, может быть Ti, Co, Ni, и/или любым другим подходящим металлом или комбинацией из них.

Если слоем 104 является слой металла, он может представлять собой слой вольфрама, который может быть осажден на слой 103 TiN посредством, например, физического осаждения из газовой фазы (ФОГФ).

Как показано на фиг.2, варианты осуществления способа могут включать в себя последующее формирование поверх металлсодержащего слоя 104 защитного слоя 105, который может представлять собой слой нитрида титана (TiN) второго типа, такого же, либо отличного от типа первого слоя 103. Защитный TiN-слой 105 может быть получен при подготовке к следующему этапу формирования рисунка на металлсодержащем слое 104. Защитный TiN-слой 105 предотвращает возможное окисление некоторых чувствительных к кислороду материалов, таких как кобальт, присутствующий в металлсодержащем слое 104, в течение сопутствующих процессов, таких как извлечение из осаждающего приспособления.

На фиг.3 изображен этап способа получения многослойной затворной структуры, следующий за этапом, изображенным на фиг.2. А именно, непосредственно поверх защитного TiN-слоя 105 может быть нанесен слой 106 фоторезистивного материала для формирования рисунка на первой части, соответствующей области, предназначенной или рассчитанной на формирование первого типа приборов на ПТ. Например, фоторезистивный слой 106 может покрывать область 100А. Фоторезистивный материал 106, в зависимости от используемой в процессе схемы фотоэкспонирования, может являться позитивным или негативным резистом. Свойства фоторезистивного материала 106 могут быть выбраны так, чтобы он мог выдерживать процесс реактивного ионного травления (РИТ) и обеспечивал достаточную защиту приборам/материалам, находящимся ниже.

На фиг.4 изображен еще один этап способа получения многослойной затворной структуры, следующий за этапом, изображенным на фиг.3. А именно, варианты осуществления способа могут включать в себя избирательное травление части защитного TiN-слоя 105, обнаженного и непокрытого фоторезистивным слоем 106, и последующее травление в один или несколько этапов обнаженной после удаления части защитного TiN-слоя 105 части металлсодержащего слоя 104. Травление может быть осуществлено посредством процесса реактивного ионного травления (РИТ) и может проводиться во множество различных этапов и в различных условиях РИТ. Например, для травления защитного TiN-слоя 105 в качестве условий РИТ может быть выбрано травление в плазме в присутствии фторсодержащего соединения и аргона с соотношением (фтор:аргон) от 1:5 до 1:1, которое может проводиться в камере высокого давления при давлении примерно от 10 мТ примерно до 150 мТ, под действием высокочастотного поля мощностью примерно от 100 до 1000 Вт. РИТ при формировании рисунка на металлсодержащем слое 104, либо на металлическом слое 104, например, может предусматривать использование галогенных газов в смеси с аргоном или гелием (Не), с соотношением (галоген:аргон или галоген:гелий) от 1:5 до 1:1, и проводиться в подобной камере высокого давления и при таких же условиях ВЧ поля, как и при травлении защитного слоя 105.

Имея наглядные примеры травления защитного слоя 105 и металлсодержащего слоя 104, специалист в данной области примет во внимание, что настоящее изобретение не ограничивается этими методами, и для поверхностного формирования рисунка посредством удаления защитного слоя 105 и металлсодержащего слоя 104, не покрытых фоторезистом 106, могут быть использованы другие существующие и/или развивающиеся технологии. Процесс травления металлсодержащего слоя 104 может быть проконтролирован и остановлен на травлении первого типа TiN-слоя 103, что позволяет оставить часть второго типа TiN-слоя 105 (которая может быть первой частью 105А TiN-слоя 105) и часть металлсодержащего слоя (которая может быть первой частью 104А металлсодержащего слоя 104) покрывающими область 100А, предназначенную или относящуюся к первому типу приборов на ПТ.

На фиг.5 изображен этап способа получения многослойной затворной структуры, следующий за этапом, изображенным на фиг.4. Варианты осуществления способа могут впоследствии включать в себя удаление, либо снятие слоя фоторезиста 106 для обнажения защитного слоя 105А, на котором сформирован рисунок. По желанию защитный слой 105А может быть удален на этой стадии, но это необязательно. Теперь защитный слой 105А (если не удален) и металлсодержащий слой 104А, на которых сформирован рисунок, вместе с обнаженной второй частью первого типа TiN-слоя 103 готовы к дальнейшей обработке.

На фиг.6 изображен еще один этап способа получения многослойной затворной структуры, следующий за этапом, изображенным на фиг.5. А именно, на данном этапе обнаженная вторая часть TiN-слоя 103 может быть подвергнута травлению в растворе SC1 (раствор первого класса чистоты, как известно из уровня техники) в температурном диапазоне примерно от 25 до 65°С, предпочтительно от 45 до 55°С, в течение периода времени примерно от 120 до 600 секунд. Согласно одному варианту осуществления изобретения, металлсодержащий слой 104А может представлять собой слой силицида металла, а раствор SC1 может представлять собой раствор в виде смеси воды (H₂O), NH₄OH и H₂O₂, имеющей объемное соотношение примерно от 5:1:1 примерно до 50:1:1. Иначе говоря, NH₄OH и H₂O₂ могут быть смешаны в одинаковом соотношении с водой (Н₂О), объем которой больше в 5-50 раз. Поэтому раствор SC1 может быть избирательным, или может быть сделан избирательным в отношении слоя 104А силицида металла, покрывающего и, таким образом, защищающего нижний TiN-слой 103, и не оказывать на него травящего воздействия или, по меньшей мере, не оказывать существенного травящего воздействия. В то же время обнаженный TiN-слой 103 может быть удален или вытравлен. Согласно другому варианту осуществления изобретения металлсодержащий слой 104А может представлять собой металлический слой вольфрама (W), и такой же или другой раствор SC1 в виде смеси воды (H₂O), NH₄OH и H₂O₂ могут быть использованы в равной мере. В этом случае, несмотря на то, что раствор SC1 не совсем избирателен в отношении вольфрама, скорость травления и/или толщина слоя 104А вольфрама, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, может быть выполнена такой, что даже после удаления обнаженной второй части TiN-слоя 103, как показано на фиг.6, для обнажения нижнего HfO₂-слоя 102 по меньшей мере часть слоя 104А вольфрама останется.

На фиг.7 изображен этап способа получения многослойной затворной структуры, следующий за этапом, изображенным на фиг.3, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления изобретения металлсодержащий слой 104А может представлять собой металлический слой вольфрама, либо другого подходящего металла. Однако металлический слой 104А может быть использован в качестве жертвенной металлической жесткой маски. На этапе, изображенном на фиг.7, металлический слой 104А может быть удален, например, с помощью раствора перекиси водорода или другого химического травильного раствора, селективного в отношении TiN и HfO₂, в окружающей среде комнатной температуры, например, от 25 до 30°С. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения может использоваться раствор перекиси водорода, поскольку его селективность в отношении TiN-слоя 103 и нижнего HfO₂-слоя 102 превышает селективность в отношении подвергаемого травлению металлического слоя 104А в 20 раз. По этой причине при удалении металлического слоя 104А TiN-слой 103 и HfO₂-слой 102 получают минимальные повреждения, вызванные процессом удаления, и если получают, то ограниченные.

На фиг.8 изображен этап способа получения многослойной затворной структуры, следующий за этапом, изображенным на фиг.7. После удаления металлического слоя 104А на обнаженную область HfO₂-слоя 102 и на оставшийся TiN-слой 103А может быть нанесен еще один слой 107 нитрида титана. TiN-слой 107 может являться третьим типом TiN-слоя или иметь ссылки на себя как на третий тип TiN-слоя, и свойства TiN-слоя 107, включая толщину, могут быть подогнаны или рассчитаны так, чтобы быть подходящими в частности для второго типа ПТ, формирующегося в области 100 В полупроводниковой подложки 100. Например, третий TiN-слой 107 может быть получен также с применением известных процессов физического, химического, либо атомно-слоевого химического осаждения из газовой фазы (ФОГФ, ХОГФ или АСО), но такие свойства третьего TiN-слоя 107 как толщина могут быть настроены отличными от свойств первого TiN-слоя 103. Тем не менее, TiN-слой 107 может также быть выполнен одинаковым с TiN-слоем 103.

После получения первого типа TiN-слоя 103А на области 100А, относящейся к первому типу ПТ, и второго типа TiN-слоя 107 на области 100В, относящейся ко второму типу ПТ, для завершения формирования различных типов КМОП-ПТ на подложке 100 могут применяться любые существующие или принятые, либо развивающиеся технологии получения затвора из металла и материала с высоким значением диэлектрической постоянной k, для полевых транзисторов.

На фиг.9 изображен другой этап способа получения многослойной затворной структуры, следующий за этапом, изображенным на фиг.6, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления изобретения металлсодержащий слой 104А может представлять собой слой силицида металла, как например, силицид титана, силицид кобальта или силицид никеля, и может являться металлической частью многослойной затворной структуры. Иначе говоря, нет необходимости в удалении слоя 104А силицида металла на отдельном этапе согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Поэтому, вслед за удалением обнаженной второй части TiN-слоя 103, на обнаженную область HfO₂-слоя 102 и поверх слоя 104А силицида металла может быть нанесен еще один слой 107 нитрида титана. TiN-слой 107 может являться третьим типом TiN-слоя, и его свойства могут быть подогнаны или рассчитаны при необходимости так, чтобы быть подходящими в частности для второго типа ПТ, формируемого в области 100 В полупроводниковой подложки 100.

Изобретение относится к получению многослойной затворной структуры для полевого транзистора. Сущность изобретения: способ получения многослойной затворной структуры для полевых транзисторов включает формирование металлсодержащего слоя непосредственно на первом слое нитрида титана TiN, покрывающем области полупроводниковой подложки, предназначенные для первого и второго типов полевых транзисторов, формирование защитного слоя путем нанесения второго TiN-слоя поверх металлсодержащего слоя, формирование рисунка на втором TiN-слое и металлсодержащем слое для покрытия только первой части первого TiN-слоя, покрывающей область, предназначенную для полевых транзисторов первого типа, вытравливание второй части первого TiN-слоя, оставшейся открытой при формировании рисунка, в то время как первая часть первого TiN-слоя остается защищенной от травления за счет ее закрытия по меньшей мере частью толщины металлсодержащего слоя, на котором сформирован рисунок, и формирование третьего TiN-слоя, покрывающего область полупроводниковой подложки, предназначенную для второго типа полевых транзисторов. Изобретение обеспечивает усовершенствование технологии получения многослойной затворной структуры. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ получения многослойных затворных структур для полевых транзисторов, включающий:
- формирование металлсодержащего слоя (104) непосредственно на первом слое (103) нитрида титана (TiN), покрывающем области полупроводниковой подложки, предназначенные для полевых транзисторов первого и второго типов (фиг.2);
- формирование защитного слоя путем нанесения второго TiN-слоя (105) поверх металлсодержащего слоя;
- формирование рисунка на втором TiN-слое и металлсодержащем слое для покрытия только первой части первого TiN-слоя (фиг.4), покрывающей область, предназначенную для полевых транзисторов первого типа (100А);
- вытравливание второй части первого TiN-слоя, оставшейся открытой при формировании рисунка (фиг.6), в то время как первая часть первого TiN-слоя остается защищенной от травления за счет ее закрытия по меньшей мере частью толщины металлсодержащего слоя, на котором сформирован рисунок; и
- формирование третьего TiN-слоя (107), покрывающего область полупроводниковой подложки (фиг.8), предназначенную для полевых транзисторов второго типа (100В).

2. Способ по п.1, в котором формирование металлсодержащего слоя включает в себя формирование слоя (104) силицида металла, содержащего по меньшей мере один из металлических элементов, выбираемых из группы, включающей титан (Ti), кобальт (Со) и никель (Ni).

3. Способ по п.2, в котором формирование слоя силицида металла включает в себя:
- формирование слоистой структуры из тонких чередующихся слоев металла и аморфного кремния и
- отжиг этой слоистой структуры при температуре, подходящей для образования слоя силицида металла.

4. Способ по п.3, в котором формирование слоя силицида металла включает в себя формирование слоя силицида кобальта, для чего:
- формируют слоистую структуру из тонких чередующихся слоев кобальта и аморфного кремния, каждый из которых имеет толщину примерно от 3 до 4 нм, общей толщиной примерно от 12 до 16 нм; и
- производят отжиг слоистой структуры в диапазоне температур от 400°C до 500°C в течение периода времени от 30 с до 5 мин.

5. Способ по п.3, в котором формирование слоя силицида металла включает в себя формирование слоя силицида никеля, для чего:
- формируют слоистую структуру из тонких чередующихся слоев никеля и аморфного кремния, каждый из которых имеет толщину примерно от 3 до 4 нм, общей толщиной примерно от 12 до 16 нм; и
- производят отжиг слоистой структуры в диапазоне температур от 350°C до 450°C в течение периода времени от 5 с до 2 мин.

6. Способ по п.1, в котором указанное травление включает в себя нанесение на вторую часть первого TiN-слоя раствора SCl в виде смеси воды (Н₂О), NH₄OH и Н₂О₂, селективного в отношении слоя силицида металла.

7. Способ по п.6, в котором в растворе SCl, используемом при травлении второй части первого TiN-слоя, объемное соотношение воды (Н₂О), NH₄OH и Н₂O₂ составляет примерно от 5:1:1 примерно до 50:1:1.

8. Способ по п.7, в котором раствор SCl в виде смеси воды (Н₂О), NH₄OH и Н₂O₂ наносят на вторую часть первого TiN-слоя в температурном диапазоне примерно от 25°C до 65°C.

9. Способ по п.8, в котором раствор SC1 в виде смеси воды (Н₂O), NH₄OH и Н₂O₂ наносят на вторую часть первого TiN-слоя в температурном диапазоне примерно от 45°C до 55°C.

10. Способ по п.1, включающий формирование третьего TiN-слоя поверх металлсодержащего слоя и получение многослойной затворной структуры, включающей в себя металлсодержащий слой, представляющий собой слой силицида металла.

11. Способ по п.1, характеризующийся тем, что металлсодержащий слой формируют посредством напыления слоя металла вольфрама (W), имеющего толщину примерно от 4 нм примерно до 20 нм.

12. Способ по п.11, в котором после травления второй части первого TiN-слоя в области полупроводниковой подложки, предназначенной для полевых транзисторов второго типа, удаляют слой металла вольфрама и таким образом обнажают нижележащий слой оксида гафния (НfO₂).

13. Способ по п.12, в котором слой металла вольфрама удаляют посредством нанесения на этот слой химического травильного раствора, селективного как в отношении TiN, так и в отношении НfO₂, с селективной способностью свыше 20:1.

14. Способ по п.13, в котором на вольфрам для его удаления и обнажения первой части первого TiN-слоя, покрывающей область, предназначенную для полевых транзисторов первого типа, наносят в диапазоне температур примерно от 25°C до 30°C химический травильный раствор, представляющий собой раствор перекиси водорода.

15. Способ по п.1, в котором перед формированием металлсодержащего слоя поверх первого TiN-слоя формируют первый TiN-слой поверх слоя оксида гафния (HfO₂), покрывающего области полупроводниковой подложки, предназначенные для полевых транзисторов первого и второго типов.

16. Способ по п.15, в котором перед формированием первого TiN-слоя формируют НfO₂-слой поверх слоя оксида, представляющего собой слой диоксида кремния, содержащего азот и покрывающего области полупроводниковой подложки, предназначенные для полевых транзисторов первого и второго типов.

17. Способ по п.16, в котором слой оксида формируют непосредственно поверх упомянутых областей полупроводниковой подложки, НfO₂-слой формируют непосредственно поверх слоя оксида, а первый TiN-слой формируют непосредственно поверх HfO₂-слоя.

18. Способ по п.1, в котором свойства третьего TiN-слоя приспосабливают иначе, чем свойства первого TiN-слоя, для использования в качестве многослойной затворной структуры для полевых транзисторов второго типа.

19. Способ по п.1, в котором полевыми транзисторами первого типа являются полевые транзисторы р-типа (р-ПТ), а полевыми транзисторами второго типа являются полевые транзисторы n-типа (n-ПТ).

20. Способ по п.1, в котором полевыми транзисторами первого типа являются полевые транзисторы n-типа (n-ПТ), а полевыми транзисторами второго типа являются полевые транзисторы р-типа (р-ПТ).

21. Способ получения многослойных затворных структур для полевых транзисторов, включающий:
- формирование слоя (104) силицида металла на первом слое (103) нитрида титана (TiN), покрывающем области полупроводниковой подложки (100), относящиеся к первому и второму типам полевых транзисторов (фиг.2);
- формирование защитного слоя путем нанесения второго TiN-слоя (105) поверх слоя силицида металла;
- формирование рисунка на втором TiN-слое и и слое силицида металла для покрытия только первой части первого TiN-слоя (фиг.4), покрывающей область, относящуюся к полевым транзисторам первого типа (100А);
- вытравливание второй части первого TiN-слоя, оставленной открытой при формировании рисунка (фиг.6), для обнажения нижележащего слоя (102) оксида гафния (НfO₂); и
- формирование третьего TiN-слоя (107), покрывающего обнаженный НfO₂-слой, в качестве многослойной затворной структуры для полевых транзисторов второго типа (100В) (фиг.8).

22. Способ по п.21, в котором перед формированием первого TiN-слоя формируют НfO₂-слой поверх слоя оксида, представляющего собой слой диоксида кремния, содержащего азот и покрывающего области полупроводниковой подложки, относящиеся к полевым транзисторам первого и второго типов.

23. Способ по п.22, в котором перед формированием НfO₂-слоя формируют слой оксида, имеющий толщину примерно от 0,5 до 2 нм и формируемый в химическом растворе, содержащем озон.

24. Способ получения многослойных затворных структур для полевых транзисторов, включающий:
- формирование металлического слоя (104) на первом слое (103) нитрида титана (TiN), покрывающем области полупроводниковой подложки (100), относящиеся к первому и второму типам полевых транзисторов (фиг.2);
- формирование защитного слоя путем нанесения второго TiN-слоя (105) поверх металлического слоя;
- формирование рисунка на втором TiN-слое и металлическом слое для покрытия только первой части первого TiN-слоя (фиг.4), покрывающей область, относящуюся к полевым транзисторам первого типа (100А);
- вытравливание второй части первого TiN-слоя, оставленной открытой при формировании рисунка (фиг.6), для обнажения нижележащего гафнийсодержащего слоя (102); и
- формирование третьего TiN-слоя (107), покрывающего обнаженный гафнийсодержащий слой, в качестве многослойной затворной структуры для полевых транзисторов второго типа (100 В) (фиг.8).

25. Способ по п.24, в котором перед формированием третьего TiN-слоя с первой части первого TiN-слоя удаляют металлический слой.

26. Способ по п.25, в котором металлический слой представляет собой слой вольфрама, гафнийсодержащий слой представляет собой оксида гафния (HfO₂), а удаление металлического слоя осуществляют посредством нанесения на вольфрам химического травильного раствора, селективного как в отношении TiN, так и в отношении НfO₂, с селективной способностью свыше 20:1.

27. Способ по п.24, в котором материал гафнийсодержащего слоя выбирают из группы, включающей в себя оксид гафния, силикат гафния, оксинитрид гафния и кремниевый оксинитрид гафния.