(57)【要約】【課題】  置換金属ゲートを有するトランジスタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板のドープ領域の上のポリシリコン・ゲートを除去し、基板の上にマスク層を形成して、ドープ領域がマスク層内で孔を通して露出されるようにすることにより、トランジスタが製造される。界面層が、マスク層の上面及び側面上、並びに、ドープ領域の上面上に堆積される。界面層上に、トランジスタの閾値電圧を低減させる及び／又はトランジスタの反転層の厚さを低減させるように適合された層が堆積される。この層は、界面層内に拡散する、アルミニウム又はランタンなどの金属を含み、酸化ハフニウムなどの酸化物も含む。マスク層の孔内に、金属プラグなどの導電性プラグが形成される。界面層、界面層上の層、及び導電性プラグが、トランジスタの置換ゲートとなる。【選択図】      図１
2013541196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタを製造する方法であって、
基板のドープ領域の上のポリシリコン・ゲートを除去することと、
前記基板の上にマスク層を形成して、前記ドープ領域が前記マスク層内で孔を通して露出されるようにすることと、
前記マスク層の上面及び側面上、並びに、前記孔を通して露出される前記ドープ領域の上面上に界面層を堆積させることと、
前記界面層上に、前記トランジスタの閾値電圧の低減及び前記トランジスタの反転層の厚さの低減の１つ又は複数に適合された層を堆積させることと、
前記マスク層の前記孔内に導電性プラグを形成することと、
を含み、
前記界面層、前記界面層上の前記層、及び前記導電性プラグが合わせて前記トランジスタの置換ゲートとなる、方法。
【請求項２】
前記界面層上に前記層を堆積させることは、
前記界面層上に金属層又は金属酸化物層を堆積させることであって、前記金属層又は前記金属酸化物層からの金属は前記界面層内に拡散させるためのものである、堆積させることと、
前記金属層又は前記金属酸化物層上に高ｋ誘電体層を堆積させることと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記界面層上に前記層を堆積させることは、
前記界面層上に高ｋ誘電体層を堆積させることと、
前記高ｋ誘電体層上に金属層又は金属酸化物層を堆積させることであって、前記金属層又は前記金属酸化物層からの金属は前記界面層内に拡散させるためのものである、堆積させることと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記界面層上に前記層を堆積させることは、
前記界面層上に、金属が混合された高ｋ誘電体層を堆積させることであって、前記金属は前記界面層内に拡散させるためのものである、堆積させること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記界面層上に前記層を堆積させることにより、金属が前記界面層内に拡散し、前記金属は、ランタン、ルテチウム及びアルミニウムの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記マスク層の前記孔内に前記導電性プラグを形成することは、
前記マスク層の前記孔内に仕事関数金属を堆積させることと、
前記マスク層の前記孔内の前記仕事関数金属の上にもう１つの金属を堆積させることと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
基板のｐ−ドープ領域の上の第１のポリシリコン・ゲートを除去することと、
前記基板のｎ−ドープ領域の上の第２のポリシリコン・ゲートを除去することと、
前記基板の上にマスク層を形成し、前記ｐ−ドープ領域及び前記ｎ−ドープ領域が前記マスク層内で孔を通して露出されるようにすることと、
前記マスク層内で前記ｎ−ドープ領域を露出させる前記孔を第１の一時層で覆うことと、
前記マスク層内で前記ｎ−ドープ領域を露出させる前記孔を前記第１の一時層で覆う間、前記マスク層の上面及び側面上、及び、前記孔を通して露出される前記ｐ−ドープ領域の上面上に第１の界面層を堆積させ、前記第１の界面層上に、前記トランジスタの閾値電圧の低減及び前記トランジスタの反転層の厚さの低減の１つ又は複数に適合された第１の層を堆積させることと、
前記第１の一時層を除去することと、
前記マスク層内で前記ｐ−ドープ領域を露出させる前記孔を前記第２の一時層で覆う間、前記マスク層の上面及び側面上、及び、前記孔を通して露出される前記ｎ−ドープ領域の上面上に第２の界面層を堆積させ、前記第２の界面層上に、前記トランジスタの閾値電圧の低減及び前記トランジスタの反転層の厚さの低減の１つ又は複数に適合された第２の層を堆積させることであって、前記第２の層は前記第１の層とは異なる、堆積させることと、
前記第２の一時層を除去することと、
前記マスク層の各孔内に導電性プラグを形成することと、
を含み、
前記第１の界面層、前記第１の界面層上の前記第１の層、及び前記ｐ−ドープ領域を露出させる前記孔内の導電性プラグは、前記トランジスタの前記ｐ−ドープ領域のための第１の置換ゲートであり、
前記第２の界面層、前記第２の界面層上の前記第２の層、及び前記ｎ−ドープ領域を露出させる前記孔内の導電性プラグは、前記トランジスタの前記ｎ−ドープ領域のための第２の置換ゲートである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の層はアルミニウムを含み、前記第２の層はランタン及びルテチウムの１つを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の界面層上に前記第１の層を堆積させることは、
前記第１の界面層上に金属層又は金属酸化物層を堆積させることであって、前記金属層又は前記金属酸化物層からの金属は前記第１の界面層内に拡散させるためのものである、堆積させることと、
前記金属層又は金属酸化物層上に高ｋ誘電体層を堆積させることと、
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の界面層上に前記第１の層を堆積させることは、
前記第１の界面層上に高ｋ誘電体層を堆積させることと、
前記高ｋ誘電体層上に金属層又は金属酸化物層を堆積させることであって、前記金属層又は前記金属酸化物層からの金属は前記第１の界面層内に拡散させるためのものである、堆積させることと、
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の界面層上に前記第１の層を堆積させることは、
前記第１の界面層上に、金属が混合された高ｋ誘電体層を堆積させることであって、前記金属は前記第１の界面層内に拡散させるためのものである、堆積させることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の界面層上に前記第２の層を堆積させることは、
前記第２の界面層上に金属層又は金属酸化物層を堆積させることであって、前記金属層又は前記金属酸化物層からの金属は前記第２の界面層内に拡散させるためのものである、堆積させることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の界面層上に前記第２の層を堆積させることは、
前記第２の界面層上に高ｋ誘電体層を堆積させることと、
前記高ｋ誘電体層上に金属層又は金属酸化物層を堆積させることであって、前記金属層又は前記金属酸化物層からの金属は前記第２の界面層内に拡散させるためのものである、堆積させることと、
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の界面層上に前記第２の層を堆積させることは、
前記第２の界面層上に、金属が混合された高ｋ誘電体層を堆積させることであって、前記金属は前記第２の界面層内に拡散させるためのものである、堆積させることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
トランジスタを製造する方法であって、
基板のドープ領域の上のポリシリコン・ゲートの側面上に垂直スペーサを形成することと、
前記ドープ領域の上面で始まる各垂直スペーサの側における前記ドープ領域の一部分をシリサイドに置き換えることと、
前記基板の上及び前記ポリシリコン・ゲートの上に、窒化物を含むマスク層を形成することと、
前記マスク層をエッチングして前記ポリシリコン・ゲートを露出させることと、
前記ポリシリコン・ゲートを除去することと、
前記マスク層の上面及び側面上、並びに、前記孔を通して露出される前記ドープ領域の上面上に界面層を堆積させることと、
前記界面層上に、前記トランジスタの閾値電圧の低減及び前記トランジスタの反転層の厚さの軽減の１つ又は複数に適合された層を堆積させることと、
前記マスク層の前記孔内に仕事関数金属を堆積させることと、
前記マスク層の前記孔内の前記仕事関数金属の上にもう１つの金属を堆積させることであって、前記仕事関数金属及び前記もう１つの金属は導電性プラグである、堆積させることと、
を含み、
前記界面層、前記界面層上の前記層、及び前記導電性プラグは合わせて前記トランジスタの置換ゲートとなる、方法。
【請求項１６】
前記界面層上に前記層を堆積させることは、
前記界面層上に金属層又は金属酸化物層を堆積させることであって、前記金属層又は前記金属酸化物層からの金属は前記界面層内に拡散するためのものである、堆積させることと、
前記金属層又は前記金属酸化物層上に高ｋ誘電体層を堆積させることと、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記界面層上に前記層を堆積させることは、
前記界面層上に高ｋ誘電体層を堆積させることと、
前記高ｋ誘電体層上に金属層又は金属酸化物層を堆積させて、前記金属層又は前記金属酸化物層からの金属が前記界面層内に拡散させるようにすることと、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記界面層上に前記層を堆積させることは、
前記界面層上に、金属が混合された高ｋ誘電体層を堆積させて、前記金属が前記界面層内に拡散するようにすることと、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記界面層上に前記層を堆積させることにより、金属が前記界面層内に拡散し、前記金属は、ランタン、ルテチウム及びアルミニウムの１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
基板と、
前記基板内の、前記基板から露出されるドープ領域と、
前記基板の上のマスク層と、
前記マスク層内及び前記ドープ領域の上の置換金属ゲートと、
を含む半導体トランジスタ・デバイスであって、
前記置換金属ゲートは、
前記マスク層の側面及び前記ドープ領域の上面に隣接した界面層と、
前記トランジスタの閾値電圧の低減及び前記半導体トランジスタ・デバイスの反転層の厚さの低減の１つ又は複数のために、前記界面層内に少なくとも部分的に拡散された層と、
を含む、半導体トランジスタ・デバイス。
【請求項２１】
前記層は、
金属層又は金属酸化物層と、
高ｋ誘電体層と、
を含む、請求項２０に記載の半導体トランジスタ・デバイス。
【請求項２２】
前記金属層はアルミニウム層、ルテチウム層及びランタン層のうちの１つであり、前記金属酸化物層は酸化アルミニウム層、酸化ルテチウム層及び酸化ランタン層の１つであり、高ｋ誘電体層は酸化ハフニウム層、酸化チタン層、酸化チタン層及び酸化ジルコニウム層のうちの１つである、請求項２１に記載の半導体トランジスタ・デバイス。
【請求項２３】
前記層は、金属が混合された高ｋ誘電体材料を含む、請求項２０に記載の半導体トランジスタ・デバイス。
【請求項２４】
前記金属はアルミニウム、ルテチウム及びランタンのうちの１つであり、前記高ｋ誘電体材料は酸化ハフニウム、酸化チタン及び酸化ジルコニウムのうちの１つである、請求項２３に記載の半導体トランジスタ・デバイス。
【請求項２５】
基板と、
前記基板内の、前記基板から露出されるｐ−ドープ領域と、
前記基板内の、前記基板から露出されるｎ−ドープ領域と、
前記基板の上のマスク層と、
を含む半導体トランジスタ・デバイスであって、
前記トランジスタの閾値電圧の減少及び前記半導体トランジスタ・デバイスの反転層の厚さの減少の１つ又は複数のための、前記マスク層の側面及び前記ｐ−ドープ領域の上面に隣接する第１の界面層、及び前記第１の界面層内に少なくとも部分的に拡散された第１の層を含む、前記マスク層内及び前記ｐ−ドープ領域の上の第１の置換金属ゲートと、
前記トランジスタの閾値電圧の減少及び前記半導体トランジスタ・デバイスの反転層の厚さの減少の１つ又は複数のための、前記マスク層の側面及び前記ｎ−ドープ領域の上面に隣接する第２の界面層、及び前記第２の界面層内に少なくとも部分的に拡散される第２の層を含む、前記マスク層内及び前記ｎ−ドープ領域の上の第２の置換金属ゲートと、
を含み、
前記第２の層は前記第１の層とは異なる、半導体トランジスタ・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタ及びその製造方法に関し、特に、置換金属ゲートを有するトランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタは、様々な種類の集積回路内によく見られる半導体デバイスである。トランジスタは基本的にはスイッチである。閾値電圧より大きい電圧がトランジスタのゲートに印加されると、スイッチがオンになり、電流がトランジスタを通って流れる。ゲートにおける電圧が閾値電圧を下回ると、スイッチはオフになり、電流はトランジスタを通って流れない。
【０００３】
従来、トランジスタのゲートはポリシリコン・ゲートであった。ポリシリコン・ゲートを有するトランジスタは、比較的製造が容易であり、ポリシリコン・ゲートを有するトランジスタの動作効果は、よく知られている。しかしながら、トランジスタを含む集積回路の電力消費及び動作速度が最適化されるため、最近では、トランジスタのゲートは金属ゲートになっている。
【０００４】
金属ゲートを有するトランジスタは、２つの一般的な方法で製造することができる。最初にポリシリコン・ゲートを製造し、次に、後の半導体処理の間、これを金属ゲートと置き換えることができる。この手法は、「ゲート・ラスト（gate last）」手法として知られており、金属ゲートがポリシリコンに取って代わる限り、金属ゲートはダマシン又は置換ゲートとみなされる。第２の手法は、最初にポリシリコンを製造することなく、金属ゲートを製造するものであり、「ゲート・ファースト（gate first）」手法として知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
置換金属ゲートを有するトランジスタ及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の方法は、トランジスタを製造するためのものである。この方法は、基板のドープ領域の上のポリシリコン・ゲートを除去し、基板の上にマスク層を形成して、ドープ領域が前記マスク層内の孔を通して露出されるようにする。この方法は、マスク層の上面及び側面上、並びに、孔を通して露出されるドープ領域の上面上に界面層を堆積させる。この方法は、トランジスタの閾値電圧の低減及びトランジスタの反転層の厚さの低減の１つ又は複数に適合された層を堆積させる。この方法は、マスク層の孔内に導電性プラグを形成する。界面層、界面層上の層、及び導電性プラグは合わせてトランジスタの置換ゲートとなる。
【０００７】
本発明の別の実施形態の方法もまた、トランジスタを製造するためのものである。この方法は、基板のｐ−ドープ領域の上の第１のポリシリコン・ゲートを除去し、基板のｎ−ドープ領域の上の第２のポリシリコン・ゲートを除去し、基板の上にマスク層を形成して、ｐ−ドープ領域及びｎ−ドープ領域がマスク層内で孔を通して露出されるようにする。この方法は、マスク層内でｎ−ドープ領域を露出させる孔を第１の一時層で覆う。マスク層内でｎ−ドープ領域を露出させる孔が第１の一時層で覆われる間、この方法は、マスク層の上面及び側面上、並びに、孔を通して露出されるｐ−ドープ領域の上面上に第１の界面層を堆積させる。マスク層内でｎ−ドープ領域を露出させる孔が第１の一時層で覆われる間、この方法はまた、第１の界面層上に、トランジスタの閾値電圧の低減及びトランジスタの反転層の厚さの低減の１つ又は複数に適合された第１の層も堆積させる。この方法は、第１の一時層を除去し、マスク層内でｐ−ドープ領域を露出させる孔を第２の一時層で覆う。
【０００８】
マスク層内でｐ−ドープ領域を露出させる孔が第２の一時層で覆われる間、この方法は、マスク層の上面及び側面上、並びに、孔を通して露出されるｎ−ドープ領域の上面上に第２の界面層を堆積させる。マスク層内でｐ−ドープ領域を露出させる孔が第２の一時層で覆われる間、この方法はまた、第２の界面層上に、トランジスタの閾値電圧の低減及びトランジスタの反転層の厚さの低減の１つ又は複数に適合された第２の層を堆積させる。この方法は、第２の一時層を除去し、マスク層の各孔内に導電性プラグを形成する。第１の界面層、第１の界面層上の第１の層、及びｐ−ドープ領域を露出させる孔内の導電性プラグは、トランジスタのｐ−ドープ領域のための第１の置換ゲートとなる。第２の界面層、第２の界面層上の第２の層、及びｎ−ドープ領域を露出させる孔内の導電性プラグは、トランジスタのｎ−ドープ領域のための第２の置換ゲートとなる。
【０００９】
本発明のさらに別の方法もまた、トランジスタを製造するためのものである。この方法は、ドープ領域の上のポリシリコン・ゲートの側面上に垂直スペーサを形成する。この方法は、ドープ領域の上面で始まる各垂直スペーサの側におけるドープ領域の一部分をシリサイドに置き換える。この方法は、基板の上及びポリシリコン・ゲートの上に、窒化物を含むマスク層を形成する。この方法は、マスク層をエッチングしてポリシリコン・ゲートを露出させ、ポリシリコン・ゲートを除去する。この方法は、マスク層の上面及び側面上、並びに孔を通して露出されるドープ領域の上面上に界面層を堆積させる。この方法は、界面層上に、トランジスタの閾値電圧の低減及びトランジスタの反転層の厚さの軽減の１つ又は複数に適合された層を堆積させる。この方法は、マスク層の孔内に仕事関数金属を堆積させ、マスク層の孔内の仕事関数金属の上に第２の金属を堆積させる。仕事関数金属及び第２の金属は導電性プラグである。界面層、界面層上の層、及び導電性プラグは合わせてトランジスタの置換ゲートとなる。
【００１０】
本発明の実施形態の半導体トランジスタ・デバイスは、基板と、基板内の、これを通して露出されるドープ領域と、基板の上のマスク層と、マスク層内及びドープ領域の上の置換金属ゲートとを含む。置換金属ゲートは、マスク層の側面及びドープ領域の上面に隣接した界面層を含む。置換金属ゲートはまた、トランジスタの閾値電圧の低減及び半導体トランジスタ・デバイスの反転層の厚さの低減の１つ又は複数のために、界面層内に少なくとも部分的に拡散された層も含む。
【００１１】
本発明の別の実施形態の半導体トランジスタ・デバイスは、基板と、基板内の基板を通して露出されるｐ−ドープ領域と、基板内の基板を通して露出されるｎ−ドープ領域と、基板の上のマスク層とを含む。半導体トランジスタ・デバイスはまた、マスク層内及びｐ−ドープ領域の上の第１の置換金属ゲートと、マスク層内及びｎ−ドープ領域の上の第２の置換金属ゲートとも含む。第１の置換金属ゲートは、トランジスタの閾値電圧の減少及び半導体トランジスタ・デバイスの反転層の厚さの減少の１つ又は複数のための、マスク層の側面及びｐ−ドープ領域の上面に隣接する第１の界面層と、第１の界面層内に少なくとも部分的に拡散される第１の層とを含む。第２の置換金属ゲートは、トランジスタの閾値電圧の減少及び半導体トランジスタ・デバイスの反転層の厚さの減少の１つ又は複数のための、マスク層の側面及びｎ−ドープ領域の上面に隣接する第２の界面層と、第２の界面層内に少なくとも部分的に拡散される第２の層とを含む。第２の層は第１の層とは異なる。
【００１２】
ここで、本発明の実施形態を、単なる例として、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による、置換金属ゲートを有するトランジスタを製造するための方法の第１の部分のフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態による、置換金属ゲートを有するトランジスタを製造するための方法の第２の部分のフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態による、図１の部分１０２が実施された後の代表的なトランジスタの図である。
【図４】本発明の実施形態による、図１の部分１０６、１０８及び１１０が実施された後の代表的なトランジスタの図である。
【図５】本発明の実施形態による、図１の部分１１２及び１１４が実施された後の代表的なトランジスタの図である。
【図６】本発明の実施形態による、図１の部分１１６、１１８及び１１９が実施された後の代表的なトランジスタの図である。
【図７】本発明の実施形態による、図２の部分１２６、１２８、１３０及び１３２が実施された後の代表的なトランジスタの図である。
【図８】本発明の実施形態による、図２の部分１４０及び１４２が実施された後の代表的なトランジスタの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明において、その一部を形成する添付図面が参照され、ここにおいて、本発明を実施することができる特定の例示的な実施形態が例証として示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるように十分に詳細に説明される。他の実施形態を利用することもでき、本発明の思想又は範囲から逸脱することなく、論理的変更、機械的変更、及びその他の変更をなすこともできる。従って、以下の詳細な説明は限定する意味で受けとられるべきものではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ定められる。
【００１５】
背景セクションにおいて述べられるように、最近では、ポリシリコン・ゲートの代わりに金属ゲートを有するトランジスタが製造され始めている。金属ゲートを有するトランジスタの製造は、一般に、ポリシリコン・ゲートを有するトランジスタの製造よりも困難である。より特定的には、置換金属ゲートを有するトランジスタの製造は、ポリシリコン・ゲートを有するトランジスタの製造より困難である。
【００１６】
本発明の実施形態は、置換金属ゲートを有するトランジスタの製造に向けられる。本発明の実施形態は、結果として得られるトランジスタの閾値電圧、及び、結果として得られるトランジスタの反転層の厚さの両方が低減される、こうした製造プロセスを提供する。従って、本発明のトランジスタを用いる集積回路は、消費電力がより少なく、既存のトランジスタを用いる相当する集積回路よりも高い周波数で動作する。
【００１７】
図１及び図２は、それぞれ、本発明の実施形態による、半導体トランジスタ・デバイスを製造するための方法１００の第１の部分及び第２の部分を示す。内部にｐ−ドープ領域及びｎ−ドープ領域があり、上にポリシリコン・ゲートがある基板を準備する（１０２）。一実施形態においては、基板自体がポリシリコンであってもよい。ゲートは、トランジスタのためのものである。ドープ領域と、ドープ領域の上のポリシリコン・ゲートとを含む基板は、通常の方法で形成することができる。一実施形態においては、ゲートと基板との間にエッチング停止層がさらに存在する。
【００１８】
図３は、本発明の実施形態による、部分１０２を実施した後の代表的なトランジスタ２００の一部分を示す。トランジスタ２００は、半導体トランジスタ・デバイスと呼ぶこともできる。トランジスタ２００は、基板２０２と、基板２０２内のｐ−ドープ領域２０４及びｎ−ドープ領域２０６とを含む。ｐ−ドープ領域２０４の上にポリシリコン・ゲート２０８があり、ｎ−ドープ領域２０６の上にポリシリコン・ゲート２１０がある。さらに、ポリシリコン・ゲート２０８及び２１０と基板２０２との間にはエッチング停止層２１１がある。一実施形態において、エッチング停止層２１１は、酸化シリコン又は窒化シリコンとすることができる。
【００１９】
再び図１を参照すると、基板からポリシリコン・ゲートを除去し、基板の上にマスク層を形成し、ドープ領域がマスク層内で対応する孔を通して露出されるようにする（１０４）。一実施形態において、部分１０４は、次のように実施することができる。ポリシリコン・ゲートの側面上に垂直スペーサを形成する（１０６）。垂直スペーサは、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化シリコン、又は別の材料とすることができるが、垂直スペーサ及びエッチング停止層は、異なる材料のものにしなければならない。垂直スペーサは、基板及びポリシリコン・ゲートの上に層を堆積させ、その層をエッチングして、ポリシリコン・ゲートの側面上の層だけが残るようにすることによって形成することができる。
【００２０】
スペーサの両側において、ドープ領域の一部分をシリサイドに置き換える（１０８）。シリサイドの目的は、トランジスタのソース及びドレインと後で形成されるコンタクトとの間の接触抵抗を低くすることである。部分１０８では、露出されたドープ領域をエッチングし、生成されたスペーサ内にシリサイドを堆積させることができる。次に、基板の上及びポリシリコン・ゲートの上にマスク層を形成し（１１０）、形成されたトランジスタに化学機械平坦化（ＣＭＰ）を施して、ポリシリコン・ゲートの上面からマスク層を除去する（１１２）。マスク層は、酸化シリコン又は窒化シリコンとすることができる。次に、ポリシリコン・ゲート及びエッチング停止層を除去する（１１４）。
【００２１】
図４は、本発明の実施形態による、部分１０６、１０８及び１１０が実施された後のトランジスタ２００の一部分を示す。垂直スペーサ２１２が、ポリシリコン・ゲート２０８及び２１０の側面上に形成された。スペーサ２１２の側におけるｐ−ドープ領域２０４及びｎ−ドープ領域２０６の部分がシリサイドに置き換えられた。窒化物などのマスク層２１６が、基板２０２及びポリシリコン・ゲート２０８及び２１０の上に堆積された。
【００２２】
図５は、本発明の実施形態による、部分１１２及び１１４が実施された後のトランジスタ２００の一部分を示す。トランジスタ２００にＣＭＰを施して、ポリシリコン・ゲート２１０を露出させ、エッチング停止層２１１に達するまでエッチングなどにより、ポリシリコン・ゲート２０８及び２１０を除去した。ポリシリコン・ゲート２０８及び２１０があった場所に孔２１８及び２２０を形成する。孔２１８は、ｐ−ドープ領域２０４に対応し、マスク層２１６を通してｐ−ドープ領域２０４を露出させ、孔２２０は、ｎ−ドープ領域２０６に対応し、マスク層２１６を通してｎ−ドープ領域２０６を露出させる。もはやエッチング停止層２１１を必要としないので、孔２１８及び２２０内に露出されたエッチング停止層２１１を除去する。
【００２３】
再び図１を参照すると、マスク層内でｎ−ドープ領域を露出させる孔を第１の一時層（temporary layer）で覆う（１１６）。次に、第１の界面層が、マスク層の上面及び側面上、並びに、その対応する孔を通して露出されるｐ−ドープ領域の上面上に形成される（１１８）。界面層は、酸化シリコン、酸窒化シリコン、又は別の材料とすることができる。界面層は、熱酸化、プラズマ窒化又は堆積のような基板表面処理プロセスの際に形成することができる。次に、第１の界面層上に第１の層が堆積される（１１９）。
【００２４】
部分１１９において、３つの異なる方法で、第１の界面層上に第１の層を堆積させることができる。最初に、第１の界面層上に、金属層又は金属酸化物層、続いて高ｋ誘電体層を堆積させることができる。金属層又は金属酸化物層及び高ｋ誘電体層は合わせて、第１の界面層上に堆積される第１の層とみなされる。金属層又は金属酸化物層は、他の金属及び他の金属酸化物の中でも、ランタン、ルテチウム、酸化ランタン、又は酸化ルテチウムとすることができ、高ｋ誘電体層は、他の高ｋ誘電体の中でも、酸化ハフニウム、酸化チタン、又は酸化ジルコニウムとすることができる。
【００２５】
第２に、第１の界面上に、高ｋ誘電体層、続いて金属層又は金属酸化物層を堆積させることができる、高ｋ誘電体層及び金属層又は金属酸化物層は合わせて、第１の界面層上に堆積される第１の層とみなされる。既に述べたように、金属層又は金属酸化物層は、他の金属及び他の金属酸化物の中でも、ランタン、ルテチウム、酸化ランタン、又は酸化ルテチウムとすることができ、高ｋ誘電体層は、他の高ｋ誘電体の中でも、酸化ハフニウム、酸化チタン、又は酸化ジルコニウムとすることができる。
【００２６】
第３に、第１の界面上に、金属が混合された高ｋ誘電体層を堆積させることができる。既に述べたように、金属は、他の金属の中でも、ランタン又はルテチウムとすることができ、金属が混合される高ｋ誘電体層は、他の高ｋ誘電体の中でも、酸化ハフニウム、酸化チタン、又は酸化ジルコニウムとすることができる。この３つの方法全てにおいて、金属は第１の界面層内に拡散する。
【００２７】
第１の界面層内に拡散される金属は、結果として得られるより低い閾値電圧及びより薄い反転層を有する半導体トランジスタ・デバイスをもたらす。第１の界面層の上に金属層を堆積させること又は第１の界面層の上に金属酸化物層を堆積させることによって、金属が界面層内に拡散し、結果として得られる金属含浸界面層は、半導体デバイスの閾値電圧及び反転層の厚さが低減されたものとなる。
【００２８】
図６は、本発明の実施形態による、部分１１６、１１８及び１１９が実施された後のトランジスタ２００の一部分を示す。孔２２０は、酸化シリコンとすることができる第１の一時層２２２で覆われる。層２２４は、第１の界面層、及び第１の界面層上に堆積された第１の層の両方を表す。従って、層２２４は、金属が内部に拡散された界面層、並びに高ｋ誘電体層を含む。
【００２９】
図２を参照すると、エッチングなどによって、第１の一時層が除去され（１２６）、マスク層内でｐ−ドープ領域を露出させる孔が、第２の一時層で覆われる（１２８）。次に、第２の界面層が、マスク層の上面及び側面上、並びにその対応する孔を通して露出されるｎ−ドープ領域の上面上に堆積される（１３０）。第２の界面層は、部分１１８に関連して上述されたような、第１の界面層と同じ材料から、これと同じ方法で形成することができる。次に、第２の界面層上に第２の層が堆積される（１３２）。
【００３０】
上述されたように、部分１１９において第１の界面層上に第１の層を堆積させることができる同じ３つの異なる方法のいずれかで、部分１３２において、第２の界面上に第２の層を堆積させることができる。従って、第２の界面層上に、第１の金属層又は金属酸化物層、続いて高ｋ誘電体層を堆積させることができる。金属層又は金属酸化物層、及び高ｋ層は合わせて、第２の界面層上に堆積された第２の層とみなされる。金属層又は金属酸化物層は、他の金属及び他の金属酸化物の中でも、アルミニウム又は酸化アルミニウムとすることができ、高ｋ誘電体層は、他の高ｋ誘電体の中でも、酸化ハフニウム、酸化チタン、又は酸化ジルコニウムとすることができる。
【００３１】
第２に、第２の界面層上に、高ｋ誘電体層、続いて金属層又は金属酸化物層を堆積させることができる、高ｋ誘電体層及び金属層又は金属酸化物層は合わせて、第２の界面層上に堆積された第２の層とみなされる。既に述べたように、金属層又は金属酸化物層は、他の金属及び他の金属酸化物の中でも、アルミニウム又は酸化アルミニウムとすることができ、高ｋ誘電体層は、他の高ｋ誘電体の中でも、酸化ハフニウム、酸化チタン、又は酸化ジルコニウムとすることができる。
【００３２】
第３に、第２の界面上に、金属が混合された高ｋ誘電体材料の層を堆積させることができる。既に述べたように、金属は、他の金属の中でもアルミニウムとすることができ、金属が混合される高ｋ誘電体層は、他の高ｋ誘電体の中でも、酸化ハフニウム、酸化チタン、又は酸化ジルコニウムとすることができる。この３つの方法全てにおいて、金属は第２の界面層内に拡散する。
【００３３】
部分１３２において第２の界面上に堆積された第２の層の部分である金属は、部分１１９において第１の界面上に堆積された第１の層の部分である金属とは異なることに留意されたい。例えば、ｐ−ドープ領域の上の第１の界面層上に堆積される金属は、ランタン又はルテニウムとすることができ、ｎ−ドープ領域の上の第２の界面層上に堆積される金属はアルミニウムとすることができる。これは、ｎ−電界効果トランジスタ（ｎ−ＦＥＴ）及びｐ−ＦＥＴは、その閾値電圧を低減させるために反対の電荷極性をもたなければならないためである。
【００３４】
図７は、本発明の実施形態による、部分１２６、１２８、１３０及び１３２が実施された後のトランジスタ２００の一部分を示す。第１の一時層２２２が除去され、孔２１８が、酸化シリコンとすることができる第２の一時層２２６で覆われている。層２２８は、部分１３０において堆積された第２の界面層及び部分１３２において第２の界面上に堆積された第２の層の両方を表す。従って、層２２８は、金属が内部に拡散された界面層、並びに高ｋ誘電体層を含む。
【００３５】
図２を参照すると、第２の一時層が除去され（１４０）、各々のドープ領域の上の孔内に導電性プラグが形成される（１４２）。一実施形態において、各々の孔内に仕事関数金属を堆積させること（１４４）、次いで仕事関数金属の上に、アルミニウムなどの金属を堆積させること（１４６）によって、各々の孔内に導電性プラグが形成される。部分１４４と部分１４６との間に、反応性イオン・エッチング又は別のタイプのエッチングを実施することができる。部分１４６の後で、化学機械研磨などによって、半導体トランジスタ・デバイスを平坦化することができる。仕事関数金属は窒化チタンとすることができ、仕事関数金属の上に堆積される金属はアルミニウムとすることができる。仕事関数金属の目的は、ｎ−ＦＥＴ及びｐ−ＦＥＴについての閾値電圧を調整することである。仕事関数金属の結果もたらされる閾値電圧の調整が、界面層内の金属拡散の結果もたらされる閾値電圧の調整に付加される。
【００３６】
導電性プラグは、界面層、並びに界面層上に堆積された第１の層及び第２の層と共に、方法１００により形成される半導体トランジスタ・デバイスの置換ゲートを構成する。上述したように、界面層上に第１及び第２の層を堆積した結果として、界面層内に拡散された金属の存在は、半導体トランジスタ・デバイスに特定の特性をもたらす。これらの特性とは、すなわち、低減した閾値電圧及び低減した反転層の厚さである。
【００３７】
図８は、本発明の実施形態による、部分１４０及び１４２が実施された後のトランジスタ２００を示す。第２の一時層２２６が除去されている。ｐ−ドープ領域２０４の上の孔２１８内に、導電性プラグ２３０が形成されている。同様に、ｎ−ドープ領域２０６の上の孔２２０内に、導電性プラグ２３２が形成されている。
【００３８】
２つの金属置換ゲートを有する半導体トランジスタ・デバイスを製造する方法１００が説明された。しかしながら、本発明の他の実施形態においては、１つだけの置換ゲートを有する半導体トランジスタを製造することができる。つまり、上に置換ゲートがある２つのドープ領域を有する代わりに、上に置換ゲートがある１つだけのドープ領域が存在し得る。
【００３９】
最後に、特定の実施形態がここで示され、説明されたが、同じ目的を達成するために考えられるいずれの構成も、示される特定の実施形態と置き換え得ることが、当業者により理解されるであろう。従って、本出願は、本発明の実施形態のいずれの適合又は変形もカバーすることが意図される。従って、本発明は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ制限されることが明白に意図される。
【符号の説明】
【００４０】
２００：トランジスタ
２０２：基板
２０４：ｐ−ドープ領域
２０６：ｎ−ドープ領域
２０８、２１０：ポリシリコン・ゲート
２１１：エッチング停止層
２１２：垂直スペーサ
２１６：マスク層
２１８、２２０：孔
２２２：第１の一時層
２２６：第２の一時層
２３０、２３２：導電性プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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