JP5333977B2 - 複数のトランジスタゲートの形成方法、および少なくとも二つの異なる仕事関数を有する複数のトランジスタゲートの形成方法 - Google Patents

複数のトランジスタゲートの形成方法、および少なくとも二つの異なる仕事関数を有する複数のトランジスタゲートの形成方法 Download PDF

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Description

本明細書で開示された実施形態は、少なくとも二つの異なる仕事関数を有するか、または有しない複数のトランジスタゲートの形成方法に関する。
電界効果トランジスタは、集積回路作製において使用される電子コンポーネントの１タイプである。電界効果トランジスタは、その間に支持されたチャネル領域を有するソース／ドレイン領域の対を含む。ゲートは、チャネル領域近傍に支持され、ゲート誘電体によってチャネル領域から分離される。トランジスタのゲートに対して適切な電圧を印加することによって、チャネル領域は導電性を有するようになる。したがって、トランジスタは、ゲートに対して適切な閾値電圧を印加することによって、非導電性状態から導電性状態へと切り替わる。トランジスタの閾値電圧は小さくなるように、また、トランジスタの電力消費は低くなるように維持することが望ましい。閾値電圧を決定づけるようなゲートの重要な特性の一つは仕事関数である。チャネル領域のドーピングレベルとともに電界効果トランジスタデバイスの閾値電圧を決定するのは、ゲートの仕事関数である。トランジスタの閾値電圧を小さく維持し、電力消費を低く維持するためには、ゲート材料の仕事関数が、チャネル領域の材料の仕事関数とほぼ等しいことが望ましい。
通常、集積回路の全てのトランジスタが、同一の構造もしくは同一の材料であるとは限らない。したがって、異なるトランジスタゲートが少なくとも二つの異なる仕事関数を有するように作製されることがあり、それはしばしば望ましいことである。異なる仕事関数を提供する一方法は、異なる材料で形成された異なるゲート電極を提供することである。例えば、導電性ポリシリコンに対しては、導電性を高める異なるドーパントおよび濃度の使用によって、異なるトランジスタに対する異なる仕事関数を提供する可能性がある。金属ゲートに対しては、異なる金属の使用、もしくは金属合金における異なる金属量の使用が、完成したデバイスにおける仕事関数に対して影響を与えることが知られている。
本発明の一実施形態に従うプロセスにおける、基板の切断図である。 図１に示された後の処理ステップにおける図１の基板の図である。 図２に示された後の処理ステップにおける図２の基板の図である。 図3に示された後の処理ステップにおける図３の基板の図である。 図４に示されたものとは別の処理ステップにおける図３の基板の図である。 本発明の一実施形態に従うプロセスにおける、別の基板の切断図である。 図６によって示された後の処理ステップにおける図６の基板の図である。 図７によって示された後の処理ステップにおける図７の基板の図である。 図８によって示された後の処理ステップにおける図８の基板の図である。 本発明の一実施形態に従うプロセスにおける、別の基板の切断図である。 図１０によって示された後の処理ステップにおける図１０の基板の図である。 図１１によって示された後の処理ステップにおける図１１の基板の図である。 図１２によって示された後の処理ステップにおける図１２の基板の図である。 図１３によって示された後の処理ステップにおける図１３の基板の図である。 図１４によって示された後の処理ステップにおける図１４の基板の図である。 本発明の一実施形態に従うプロセスにおける、別の基板の切断図である。 図１６によって示された後の処理ステップにおける図１６の基板の図である。 図１７によって示された後の処理ステップにおける図１７の基板の図である。
少なくとも二つの異なる仕事関数を有する複数のトランジスタゲートを形成する第一の例示的な方法は、図１−図４を参照して記述される。図１を参照すると、半導体基板である可能性がある基板は、概して参照番号１０で示される。本文書の文脈においては、“半導体基板”もしくは“半導電性基板”という用語は、（単独もしくはその上に他の材料を含むアセンブリのいずれかの）半導電性ウェーハおよび（単独もしくは他の材料を含むアセンブリのいずれかの）半導電性材料層などのバルク半導電性材料を含むが、そのいずれにも限定はされない、半導電性材料を含むあらゆる構造を意味するものとして定義される。“基板”という用語は、上述された半導電性基板を含むがそのいずれにも限定はされないあらゆる支持構造を称する。基板１０は、（図示されていない）ソース／ドレインおよびチャネル領域がその中に作製された、もしくは作製されるであろう半導電性領域１２を含む。例示的な材料１２は、一つ以上の導電性を高める不純物を一つ以上の濃度で適切にドープされた単結晶シリコンである。基板１０は、本開示に対して具体的な材料は示されていないが、例えば（図示されていない）トレンチ分離などの他の層もしくは領域を含んでもよい。
ゲート誘電体１４は基板１２上に形成される。ゲート誘電体１４に対する例示的な厚さは、約３ナノメートルから約１０ナノメートルであり、具体的な実施例としては約５ナノメートルである。第一のトランジスタゲート１６および第二のトランジスタゲート１８は、基板１２／１４上に形成される。第一のゲート１６は第一の幅１７を有し、第二のゲート１８は第二の幅１９を有し、第一の幅１７は第二の幅１９よりも狭い。示された実施形態においては、複数の第一のゲート１６および複数の第二のゲート１８は基板１２／１４上に形成され、第一のゲート１６は第一の領域２０内に形成され、第二のゲート１８は、異なる第二の領域２２内に形成される。第一の領域２０内に作製された全てのゲートが必ずしも同一の材料、サイズ、もしくは形状である必要はなく、第二の領域２２内に作製された全てのトランジスタゲートが必ずしも同一の材料、サイズ、もしくは形状である必要はない。例示的な第一の幅１７は、約２０ナノメートルから約７５ナノメートルであり、具体的な実施例として約５０ナノメートルである。例示的な幅１９は、約４０ナノメートルから約２００ナノメートルであり、具体的な実施例として約１５０ナノメートルである。
本文書の文脈においては、“ゲート”もしくは“トランジスタゲート”は、単独では、電界効果トランジスタゲート構造の導電性部分のことを称し、ゲート構造は、絶縁性側壁スペーサ、絶縁性キャップおよび／もしくはゲート誘電体などの付加材料を含んでもよい。例示的なゲート１６、１８は、その上もしくはその周囲に絶縁性スペーサもしくはキャップを有しないものとして示され、導電性領域２４を含む。しかしながら、絶縁性キャップおよび／もしくはスペーサが提供されてもよい。さらには、フラッシュおよび他のゲート構造が使用されてもよい。したがって、導電性領域２４はトランジスタの制御ゲート領域もしくは浮遊ゲート領域を含んでもよい。導電性領域２４は、均質であっても不均質であってもよい。例示的材料は、ドープされた導電性ポリシリコン、導電性金属化合物、複数の元素形態金属の合金を含む、一つ以上の元素形態金属を含む。例示的な金属は、プラチナ、コバルト、イリジウム、チタン、タングステン、タンタル、アルミニウム、鉄、ジルコニウム、バナジウムおよびハフニウムを含む。
トランジスタゲート１６および１８は、いかなる既存の方法、もしくは未開発の方法によって形成されてもよい。一技術は、フォトリソグラフィーパターン化およびエッチングを含み、図１はゲート誘電体１４に対して選択的に実施された材料２４のエッチングを示し、ゲート誘電体１４は半導電性材料１２上の隣接する導電性ゲート間の範囲にある。または、処理は選択的ではないように実施されてもよいか、または、ゲート間の基板材料１２上に支持されたものから幾つかのもしくは全てのゲート誘電体１４を除去するようにエッチングが続けられる。さらには、図１は、トランジスタゲートが同一の厚さを有するように作製された一実施例を示すが、複数の厚さおよび／もしくは構造が使用されてもよい。導電性領域２４に対する例示的な厚さは、約１０ナノメートルから約１００ナノメートルであり、具体的な実施例としては約７５ナノメートルである。さらには、図１はトランジスタの配向が平面もしくは水平であるように図示している。垂直トランジスタおよび／もしくはトレンチ内に形成されたトランジスタなど別の構造が検討されてもよく、それは既存のものか未開発のものである。
図２を参照すると、材料２８は其々、第一および第二のゲート１６、１８を含む基板１０上に堆積される。材料２８は、絶縁性、導電性（導電性を有するようにドープされた半導電性材料を含む）、もしくは半導電性、を有してもよく、これらのあらゆる組み合わせを含んでもよい。実施例は、二酸化シリコン、シリコン窒化物、ポリシリコン、炭素、窒化チタン、窒化タンタルおよび窒化タングステンを含む。材料２８は、第一および第二のゲート１６、１８の各々よりも小さい、それと同一の、もしくはそれよりも大きい厚さまで堆積されてもよい。とにかく、材料２８は、第一および第二のゲートの各々の上に実質的にコンフォーマルに、もしくは非コンフォーマルに堆積されてもよく、平坦な、もしくは平坦でない最外部表面を有するように堆積されてもよい。図２は、材料２８が平坦でない最外部表面２９を有するように、ならびに、第一および第二のゲート１６、１８の各々よりも小さい厚さまで実質的にコンフォーマルに堆積された一実施例を示す。幾つかの実施形態においては、材料２８は、トランジスタゲート１６、１８の導電性領域２４の最外部とは異なる組成である。
図３を参照すると、基板１０はエッチングチャンバー内に配置され、材料２８は第一のゲート１６と第二のゲート１８の両方の上からエッチングされる。材料２８のエッチングは、第一のゲート１６の導電性材料を露出し、かつ、第二のゲート１８をまだ材料２８によって被覆したまま残すように、第二のゲート１８上の材料２８の厚さを減少させるのに効果的である。例示的な目的のためにのみ、適切なエッチングチャンバーの実施例は、高温プラズマエッチャーを含み、高温プラズマエッチャーは少なくとも３００℃の基板温度を達成することが可能であり、例えば、Santa Clara, CaliforniaのApplied Materialsによって販売されているDPSH G3 HTプラズマエッチングリアクタのエッチングチャンバー、およびFremont, CaliforniaのLam Research Corporationによって販売されている2300 Kiyo プラズマエッチングリアクタのエッチングチャンバーである。これらは理想的には、３００℃以上の基板温度を提供するプラズマエッチングを可能にするが、他のリアクタが使用されてもよい。
このようなリアクタが、一実施形態において、図３の実施例によって示される結果をもたらすように動作可能である。図３の実施例のエッチング作用は、より広い幅のトランジスタゲート１８と比較してより狭い幅のトランジスタゲート１６上に支持された材料２８を完全に除去し、より狭い幅のトランジスタゲート１６の露出時もしくは露出直後に停止する。適切な条件およびエッチングケミストリは、トランジスタゲートの幅、ならびにトランジスタゲート１６、１８上に支持された材料２８の組成および構造に依存して技術者によって選択される。エッチングは、理想的には、相当高いバイアスを伴うプラズマエッチングおよび部分的に物理的に駆動されるエッチングとして実施されることで、ファセットが、隣接した狭い幅のゲート１６を効率的に形成して、より大きい幅のゲート１８よりも迅速にこのようなフィーチャを露出するのに役立つ。例えば、材料２８が本質的に炭素から成る場合、例示的な条件は約２５０℃から約４００℃の基板温度、約２０ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒのチャンバー圧力、約１００Ｗから約５００Ｗの誘導電力、および約２００Ｗから約６００Ｗのバイアス電力を含む。例示的なエッチングガスは、０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍのＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、およびＸｅのうちの一つもしくはその組み合わせと、約５０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍのＮ２と、約２５０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍのＯ２とを含み、Ｎ２とＯ２の体積比率は理想的には少なくとも２：１である。材料２８に対する炭素以外の材料に対する、代替の条件およびケミストリもしくは重複する条件およびケミストリは技術者によって決定することができる。エッチング作用は、隣接するトランジスタゲート間の範囲から材料２８を除去してもよいし、しなくてもよい。図３の示す実施例では、材料２８のうちのいくらかの厚さは、隣接するトランジスタゲート間の範囲にあるままである。
図４を参照すると、エッチングチャンバー内のその場で（in situ）、図３のエッチング後に、基板１０は少なくとも３００℃の基板温度において、金属を含むプラズマに対して暴露され、第二のゲート１８の仕事関数と比較して、第一のゲート１６の仕事関数を改変するために、前記金属を第一のゲート１６へと拡散させる。本文書の文脈においては、“その場”で行なうことは、エッチングが行われたのとまさに同一のチャンバー内で、かつ、エッチングと、金属を含むプラズマへの暴露との間に、エッチングチャンバーから基板を取り出すことなく、上記の暴露を行うことを必要とする。プラズマからの金属は、拡散開始時にはプラズマ状態であってもよいし、そうでなくてもよい。したがって、その代わりに気体状態であってもよい。図４は、点描で描くことによって導電性領域２４に対する金属拡散を示しており、各点は拡散された金属を示す。金属を含むプラズマに対する暴露前に導電性領域２４が均質であったかどうかに関わらず、このような拡散は、導電性領域２４の全体にわたって、均質に金属を分布させてもよいし、そうでなくてもよい。図４は、第一のゲート１６の導電性領域２４内の金属拡散が領域２４の全体にわたって均質ではない一実施例を示す。このような場合には、プラズマから導電性領域２４中への金属の拡散は、ゲートの仕事関数に対して顕著な影響を与えるように、図示されたゲート誘電体１４の上部表面までの少なくとも約１０ナノメートル中への拡散である。さらには、基板が暴露されるプラズマは、一つ以上の異なる金属が第一のゲート１６の導電性領域２４中へと拡散するように、一つ以上の異なる金属を含んでもよい。拡散する金属の量は、ゲートの仕事関数に対して望まれる影響に依存して、技術者によって選択し決定することができる。さらには、拡散する金属の量は、プラズマ組成、プラズマ状態、プラズマに対する暴露時間、金属が拡散する導電性領域の組成などの要因に基づいて影響される可能性がある。
プラズマに対する暴露は、第二のゲート１８上に支持された材料２８中へと、プラズマからの金属を拡散させてもよいし、そうでなくてもよい。とにかく、第二のゲート１８上に支持された材料２８は、プラズマに対する暴露の間、あらゆる金属の第二のゲート１８中への拡散から保護してもよいし、しなくてもよい。図４は、幾らかの金属の拡散が材料２８に生じるが、いずれの第二のゲート１８内に対してもいかなる金属を拡散するためにも効果的ではない一実施例を示す。図５は、別の実施形態の基板１０ａを示し、第一に記述された実施形態と類似の参照番号が適切な箇所に使用されているが、添え字“ａ”によって相違が示される。図５のプラズマ暴露においては、金属の拡散は、第二のゲート１８の導電性領域２４の最外部へと材料２８内を通して拡散させるために効果的である。とにかく、第一のゲート１６の仕事関数が、第二のゲート１８に対して生じるか生じないかのあらゆる仕事関数の改変と比較して改変されるように、第二のゲート１８内への金属のあらゆる拡散は、第一のゲート１６に対する拡散よりも顕著に少ない。
仕事関数を本質的に増加させる例示的な金属の拡散は、プラチナ、コバルト、イリジウムを含み、この場合、例えば、第一のゲート１６の導電性領域２４が元素形態の金属もしくは元素形態の金属の合金を含む。さらには、金属拡散前の導電性領域２４がプラチナ、コバルトおよびイリジウムのうちの一つもしくはその組み合わせを含む合金を含む場合には、このような導電性領域へのより多くのプラチナ、コバルト、およびイリジウムの拡散は、仕事関数を増加させる傾向がある。同様に、金属導電性領域における仕事関数を減少させる金属の実施例は、チタン、タングステン、タンタル、アルミニウムおよび鉄を含む。さらには、例えば、導電性領域２４の最外部が導電性を有するようにドープされたポリシリコンを含む場合には、金属の拡散は、導電性金属シリサイドを含むように、導電性領域２４の最外部を形成してもよい。望ましい一実施形態においては、プラズマ内の金属は、有機金属化合物に由来する。実施例は、ニッケルに対するテトラカルボニルニッケル、鉄に対するフェロセン、チタンに対するＴｉ（Ｎ（ＣＨ３）２）４および／もしくはＴｉ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）４、タンタルに対するpentrkisジメチルアミドタンタル、コバルトに対するＣｏ２（Ｃｏ）８、プラチナに対するＰｔ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）（ＣＨ３）３を含む。例えば、ＴｉＣｌ４などの金属ハロゲン化合物などの有機金属以外の化合物が代わりに使用されてもよい。誘導結合高温エッチングリアクタにおける例示的な条件は、３００℃から約４００℃の基板温度、約５ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒのチャンバー圧力、約１００Ｗから約１０００Ｗの誘導／電源電力、０Ｗから約１００Ｗのバイアス電力を含む。金属含有ガスに対する例示的な流速は、約１０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍであり、約０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの適切な不活性キャリアガスは、おそらくプラズマ（すなわち、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅおよび／もしくはＮ２）の均一性および密度を改善する。基板温度は、基板が配置されたサセプタもしくは他の支持体の温度によって制御されてもよい。例えば、上述されたリアクタは、プラズマの条件に依存して、プラズマに対する暴露の間に約１０℃から５０℃高い基板温度になるように、３００℃以上の温度にサセプタを設定してもよい。
図３のエッチングおよび図４もしくは図５のプラズマに対する暴露は、材料２８のいずれかの上に支持されたいずれかのマスクとともに行なわれてもよいし、または、そのようなマスクなしで行なわれてもよく、図示された図３−図５の断面においては、マスクは材料２８のいずれの上にも示されていない／支持されていない。
少なくとも二つの異なる仕事関数を有する複数のトランジスタゲートを形成する方法の別の例示的な実施形態は、基板１０ｂに関して、図６−図１０を参照して説明される。第一に記述された実施形態と類似する参照番号が適切な箇所に使用され、相違は添え字“ｂ”で示されるか、または異なる参照番号で示される。図６を参照すると、導電性領域３３を含む複数のトランジスタゲート３２は基板１２／１４上に形成される。トランジスタゲートは、少なくとも二つの異なる幅を有してもよいし、そうでなくてもよいが、図６においては、ゲート３２は等しい幅を有するものとして示される。図６のトランジスタゲートは、図１におけるゲート１６、１８のうちの一つもしくは他方の例示的な構造を有するか、または他の構造を有する可能性がある。例示的な目的でのみ、導電性領域３３の組成は、第一に記述された実施形態のトランジスタ１６、１８に関連して上述されたものと同一であってもよい。側壁スペーサおよび／もしくはキャップは、トランジスタゲート３２に対して提供されてもよい。
材料３４は、トランジスタゲート３２の導電性領域３３上に提供され、そのような材料は導電性領域３３の最外部とは異なる組成である。さもなければ、例示的な材料および特性は、第一に記述された実施形態における材料２８に関して上述されたあらゆるものを含む。
図７を参照すると、マスク３６は、トランジスタゲート３２のうちの幾つかを被覆するように形成され、マスク３６によって被覆されていないトランジスタゲート３２のうちの他の部分をそのまま残す。あらゆる適切な既存のもしくは未開発のマスクが使用されてもよく、例えば、このようなマスクは全体、もしくは部分的に犠牲的である。例示的な材料は、一つ以上の反射防止層を有する、もしくは有しないフォトレジストを含む。
図８を参照すると、適切なエッチングチャンバー内であって、かつ、マスク３６を形成後、材料３４は、マスク３６によって被覆されていないトランジスタゲート３２上に支持されたものからエッチングされる。例示的なチャンバー、ケミストリおよび条件は図３の基板を生成するための処理に関連して上述されたあらゆるものを含む。材料３４は、マスク３６によって被覆されていない露出された隣接するトランジスタゲート３２間の範囲よりも十分に小さくエッチングされてもよいし、そうでなくてもよい。図８は、エッチング後に露出された隣接するゲート３２間の範囲の幾つかの材料３４を示す。または、マスク３６によって被覆されていない全ての材料３４が除去される可能性がある。
図９を参照すると、図８のエッチング後にエッチングチャンバー内のその場で、基板１０ｂは、少なくとも３００℃の基板温度で金属を含むプラズマに暴露される。プラズマに対する暴露は、マスク３６によって被覆されていないトランジスタゲート３２の導電性領域へとプラズマからの金属を拡散させるのに効果的であり、マスク３６によって被覆されたトランジスタゲート３２の仕事関数と比較して、被覆されていないトランジスタゲート３２の仕事関数を改変する。理想的には、マスク３６は、プラズマ由来のあらゆる金属が、被覆された／マスクされたトランジスタゲート３２の導電性領域３３へと拡散することから保護する。例示的な処理条件およびケミストリは、図４および図５の実施形態に関連して上述されたものと同一である。したがって、導電性領域３３は、プラズマに対する暴露前、ならびに暴露後に均質であってもよいし、そうでなくてもよい。金属は、マスク３６によって被覆されていないトランジスタゲート３２の仕事関数に対して影響を与え、それを改変するために、導電性領域３３に均一にもしくは部分的にのみ拡散してもよい。
複数のトランジスタゲートを形成する方法の実施形態は、結果として、異なるゲートに対して少なくとも二つの異なる仕事関数をもたらしてもよいし、そうでなくてもよい。上述された例示的な実施形態は、異なるゲートに対して少なくとも二つの異なる仕事関数を結果としてもたらした。少なくとも二つの異なる仕事関数を結果としてもたらすとは限らない一実施形態の一例は、図１０−図１５における基板１０ｃに関連して示される。第一に記述された実施形態と類似する参照番号が適切な箇所に使用され、相違は、添え字“ｃ”もしくは異なる参照番号で示される。図１０を参照すると、導電性領域４２を有する複数のトランジスタゲート４０は、基板１２／１４上に形成される。例示的な材料および構造は、図１−図９の実施形態に関して上述されたあらゆるものを含む。第一の材料４４は、隣接するトランジスタゲート４０間の上の範囲を含む基板１２／１４上に堆積される。第一の材料４４は、トランジスタゲート４０の導電性領域４２の最外部のものとは異なる組成から成る。例示的な材料および特性は、材料２８／３４に関して上述されたあらゆるものを含む。したがって、例示的な目的で、第一の材料４４は、平坦な最外部表面を有してもよいし、そうでなくてもよく、図１０には、平坦でない最外部表面が示されている。
図１１を参照すると、第一の材料４４がエッチングされて、隣接するトランジスタゲート４０間の範囲から第一の材料４４が除去されるが、トランジスタゲート４０の上部および側壁を被覆する第一の材料４４はそのまま残すようにエッチングされる。
図１２を参照すると、第二の材料４６は、隣接するトランジスタゲート４０間の上の範囲を含む基板上に堆積される。第二の材料４６は、第一の材料４４の最外部と同一もしくは異なる組成であってもよい。さらには、第二の材料４６は、平坦な最外部表面もしくは平坦でない最外部表面を有してもよく、図１２には、平坦な最外部表面が示されている。実施例は、材料２８に対して上述されたあらゆる実施例を含む。第二の材料４６は、トランジスタゲート４０の厚さよりも小さい、それと等しい、もしくはそれよりも大きい厚さまで堆積されてもよい。
図１３を参照すると、第二の材料４６は、トランジスタゲート４０のうちの少なくとも幾つかの上に支持されたものからエッチングされるが、隣接するトランジスタゲート４０間の範囲はそのまま残す。図１３は、全トランジスタゲート４０の上に支持されたものから第二の材料４６がエッチングされる一実施形態を示す。このような実施形態は、マスキングとともに実施されてもよいし、マスキングなしで実施されてもよい。
図１４を参照すると、第二の材料４６のエッチング後にエッチングチャンバー内で、第一の材料４４は、トランジスタゲート４０のうちの少なくとも幾つかの上に支持されたものからエッチングされ、図１４は、全トランジスタゲート４０上に支持されたものから第一の材料４４がエッチングされる一実施例を示す。このようなエッチングは、第一の材料４４とは異なる組成から成り、図１４に示されるように選択的エッチングが実施される第二の材料４６に対して選択的に実施されてもよいし、そうでなくてもよい。とにかく、一実施形態においては、図１３に示されるような第二の材料４６のエッチングは、図１４によって示されたエッチングと同一のエッチングチャンバー内で実施されてもよい。さらには、一実施形態においては、図１４に示されるような、トランジスタゲート４０のうちの少なくとも幾つかの上に支持されたものからの第一の材料４４のエッチングは、図１３の第二の材料のエッチング後にその場で行われてもよい。図１４における第一の材料４４の例示的なエッチングは、例えば、図３および図８の実施形態のうちのいずれかに関連して上述されたように実施されてもよい。
図１５を参照すると、基板１０ｃは少なくとも３００℃の基板温度で、金属を含むプラズマに対して暴露され、トランジスタゲート４０の仕事関数を改変するためにトランジスタゲート４０の導電性領域４２中へとプラズマからの金属を拡散させる。このような暴露／露出は、図１４で示されたような、トランジスタゲート４０のうちの少なくとも幾つかの上に支持されたものからの第一の材料４４のエッチング後に、エッチングチャンバー内のその場で実施される。例示的な処理は、図４、図５および図９の実施形態のうちのいずれかに関して上述されたように実施されてもよい。図１４および図１５によって示されたように、プラズマに対する暴露の間に全トランジスタゲートが露出される場合、全トランジスタゲート４０の仕事関数が改変される。図１６−図１８は、プラズマに対する暴露の間にトランジスタゲートのうちの幾つかの上に、第二の材料のうちの幾つかが残る結果の一部として、少なくとも二つの異なる仕事関数が結果として生じる別の例示的な一実施形態を示す。
具体的には、図１６−図１８は、別の一実施形態の基板１０ｄに対する処理を示す。上述された実施形態と類似する参照番号が適切な箇所に使用され、相違は、添え字“ｄ”もしくは異なる参照番号で示される。図１６は、図１２の実施形態の後の第二の材料４６ｄに関して基板１０ｄの処理を示す。図１６においては、（マスクは図示されていないが）第二の材料４６ｄはマスクされるが、第二の材料４６ｄのうちの幾つかは、外側に露出され、トランジスタゲート４０のうちの（図１６においては、具体的には左側の三つのゲートとして示される）幾つかの高さ方向上方のみに支持されたものからエッチングされる。
図１７は、その後の処理を示し、その後の処理によって、第一の材料４４は露出されたものの上に支持されたものからエッチングされ、それによって、トランジスタゲート４０の幾つかの上のみがエッチングされる。図１８は、その後の処理を示し、図１７のエッチングが行われるエッチングチャンバー内のその場で、基板１０ｄは上述されたような金属含有プラズマに対して暴露され、左側の３つに示されたトランジスタゲート４０の導電性領域４２へと金属を拡散させる。
一実施形態においては、一方法は、基板上に導電性領域を含む複数のトランジスタゲートを形成するステップを包含する。トランジスタゲートは、少なくとも二つの異なる幅を有してもよいし、そうでなくてもよい。図１、図６もしくは図１６で上述され、示された複数のトランジスタゲートのうちのいずれも、このようなトランジスタゲートの実施例である。材料は、トランジスタゲートの導電性領域上に提供され、このような材料は、トランジスタゲートの導電性領域の最外部の材料とは異なる組成から成る。材料２８、３４、４４および４６のうちのいずれか一つもしくはそれらの組み合わせは、このような材料の実施例である。さらには、例えば、第一の材料４４および第二の材料４６の組み合わせもまた、第一の材料４４がトランジスタゲート４０間の範囲に及ばないように除去されるかどうかに関わらず、このような材料の一実施例である。したがって、ここで使用される、ならびに、本文書の別の個所で使用される“材料”とは、均質性を必要とせず、複数の異なる組成および／もしくは密度からなる領域および／もしくは層を含んでもよい。
エッチングチャンバー内で、材料は、トランジスタゲートの導電性領域上に支持されたものからブランケットエッチング（全面エッチング）される。例示的なチャンバー、ケミストリ、および条件は、材料２８、３４および４４のうちのいずれかのエッチングとともに上述されたものと同一である。例示的な目的でのみ、図１３から図１４へと進行する処理は、このような一実施形態を示すものと考えられ、それによって、材料４４は、ゲート４０の導電性領域４２上に支持されたものからブランケットエッチングされるものとして示される。または、例示的な目的でのみ、図２および図６の基板は、図示された全トランジスタゲートの導電性領域上に支持されたものから、材料２８および３４を其々除去するために、ブランケットエッチングされてもよい。
その後、ブランケットエッチング後のエッチングチャンバー内のその場で、基板は、少なくとも３００℃の基板温度で、金属を含むプラズマに対して暴露され、トランジスタゲートの仕事関数を改変するために、トランジスタゲートの導電性領域中へとプラズマからの金属を拡散させる。これらを実施するための例示的な技術、条件およびケミストリは、図４、図５、図９、図１５および図１８のうちのいずれかの処理に関して上述されたものと同一であってもよい。

Claims (21)

  1. 少なくとも二つの異なる仕事関数を有する複数のトランジスタゲートを形成する方法であって、
    基板上に第一および第二のトランジスタゲートを形成するステップであって、前記第一のゲートは第一の幅を有し、前記第二のゲートは第二の幅を有し、前記第一の幅は前記第二の幅よりも狭い、ステップと、
    前記第一および第二のゲート上を含む前記基板上に材料を堆積するステップと、
    エッチングチャンバー内で、前記材料をエッチングして、前記第一のゲートの導電性材料を露出し、かつ、前記第二のゲート上に前記材料を残すステップと、
    前記エッチングするステップの後に前記エッチングチャンバー内のその場で、少なくとも３００℃の基板温度でプラズマ相の金属もしくは気体相の金属に前記基板を暴露して、前記第一のゲート中へ前記金属を拡散させることで、前記第二のゲートの仕事関数と比較して前記第一のゲートの仕事関数を改変するステップと、
    を含む、ことを特徴とする方法。
  2. 前記エッチングするステップは、前記第二のゲート上に支持された前記材料の厚さを減少させる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記第二のゲート上に支持された前記材料は、前記暴露するステップの間、前記金属のうちのいずれかが前記第二のゲート中へ拡散することから保護する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記暴露するステップは、前記第二のゲート上に支持された前記材料中へも前記金属を拡散させる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記第二のゲート上に支持された前記材料は、前記暴露するステップの間、前記金属のうちのいずれかが前記第二のゲート中へ拡散することから保護する、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 前記金属のうちの幾つかは、前記第二のゲート中へも拡散する、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
  7. 前記エッチングするステップおよび前記暴露するステップは、前記材料のうちのいずれかの上に支持されたいかなるマスクをも用いずに行なわれる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 少なくとも二つの異なる仕事関数を有する複数のトランジスタゲートを形成する方法であって、
    基板上に複数のトランジスタゲートを形成するステップであって、前記複数のトランジスタゲートは導電性領域を含む、ステップと、
    前記複数のトランジスタゲートの前記導電性領域上に材料を提供するステップであって、前記材料は、前記複数のトランジスタゲートの前記導電性領域の最外部とは異なる組成を有する、ステップと、
    前記材料を提供するステップの後、マスクを形成して、前記複数のトランジスタゲートのうちの一部のトランジスタゲートを被覆し、かつ、前記複数のトランジスタゲートのうちの他のトランジスタゲートを前記マスクによって被覆しないまま残すステップと、
    エッチングチャンバー内で、かつ、前記マスクを形成するステップの後、前記材料を、前記マスクによって被覆されていない前記複数のトランジスタゲート上に支持されたものからエッチングするステップと、
    前記エッチングするステップの後に前記エッチングチャンバー内のその場で、少なくとも３００℃の基板温度でプラズマ相の金属もしくは気体相の金属に前記基板を暴露して、前記マスクによって被覆されていない前記複数のトランジスタゲートの前記導電性領域中へ前記金属を拡散させることで、前記マスクによって被覆された前記複数のトランジスタゲートの仕事関数と比較して、前記マスクによって被覆されていない前記複数のトランジスタゲートの仕事関数を改変するステップと、
    を含む、ことを特徴とする方法。
  9. 前記マスクは、前記金属のうちのいずれかが、前記マスクによって被覆された前記複数のトランジスタゲートの前記導電性領域中へ拡散することから保護する、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記導電性領域のうちの少なくとも前記最外部は、元素形態金属もしくは元素形態金属の合金のうちの少なくとも一方を含む、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  11. 前記導電性領域の全てが、一つ以上の元素形態金属もしくは元素形態金属の合金から成る、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 前記導電性領域のうちの少なくとも前記最外部は、導電性を有するようにドープされたポリシリコンを含み、前記暴露するステップは、前記導電性領域内に導電性金属シリサイドを形成する、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  13. 複数のトランジスタゲートを形成する方法であって、
    基板上に複数のトランジスタゲートを形成するステップであって、前記トランジスタゲートは導電性領域を含む、ステップと、
    前記複数のトランジスタゲート上および隣接するトランジスタゲート間の範囲を含む前記基板上に第一の材料を堆積するステップであって、前記第一の材料は、前記複数のトランジスタゲートの前記導電性領域の最外部とは異なる組成を有する、ステップと、
    前記第一の材料をエッチングして、前記複数の隣接するトランジスタゲート間の範囲から前記第一の材料を除去するが、前記複数のトランジスタゲートの上部および側壁を被覆する前記第一の材料を残すステップと、
    前記第一の材料をエッチングするステップの後に、前記複数のトランジスタゲート上および隣接するトランジスタゲート間の範囲を含む前記基板上に第二の材料を堆積するステップと、
    前記複数のトランジスタゲートのうちの少なくとも一部の上に支持されたものから前記第二の材料をエッチングするステップであって、前記隣接する複数のトランジスタゲート間の範囲をそのまま残す、ステップと、
    エッチングチャンバー内で、かつ、前記第二の材料をエッチングするステップの後に、前記複数のトランジスタゲートのうちの前記少なくとも一部の上に支持されたものから前記第一の材料をエッチングするステップと、
    前記エッチングチャンバー内のその場で、前記複数のトランジスタゲートのうちの前記少なくとも一部の上に支持されたものから前記第一の材料を前記エッチングするステップの後に、少なくとも３００℃の基板温度で、プラズマ相の金属もしくは気体相の金属に前記基板を暴露して、前記複数のトランジスタゲートのうちの前記少なくとも一部の前記導電性領域中へ前記金属を拡散させることで、前記複数のトランジスタゲートのうちの前記少なくとも一部の仕事関数を改変するステップと、
    を含む、ことを特徴とする方法。
  14. 前記第二の材料をエッチングするステップは、前記チャンバー内で行なわれ、前記複数のトランジスタゲートのうちの前記少なくとも一部の上に支持されたものから前記第一の材料を前記エッチングするステップは、その後にその場で行なわれる、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 少なくとも二つの異なる幅を有するように、前記複数のトランジスタゲートを形成するステップを含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  16. 複数のトランジスタゲートを形成する方法であって、
    基板上に複数のトランジスタゲートを形成するステップであって、前記トランジスタゲートは導電性領域を含む、ステップと、
    前記複数のトランジスタゲートの前記導電性領域上に材料を提供するステップであって、前記材料は、前記複数のトランジスタゲートの前記導電性領域の最外部とは異なる組成である、ステップと、
    エッチングチャンバー内で、前記材料をブランケットエッチングして、前記複数のトランジスタゲートの前記導電性領域の上面を露出させるステップと、
    前記エッチングチャンバー内のその場で、前記エッチングするステップの後、少なくとも３００℃の基板温度で、プラズマ相の金属もしくは気体相の金属に前記基板を暴露して、前記複数のトランジスタゲートの前記導電性領域中へ前記金属を拡散させることで、前記複数のトランジスタゲートの仕事関数を改変するステップと、
    を含む、ことを特徴とする方法。
  17. 前記導電性領域の組成は、前記暴露するステップの後に均質ではない、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. 前記導電性領域の組成は、前記暴露するステップの前に均質である、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  19. 前記導電性領域の組成は、前記暴露するステップの前と後に均質である、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  20. 前記暴露は、プラズマ相の金属への暴露である、ことを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記暴露は、気体相の金属への暴露である、ことを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
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