[發明專利]使用金屬/金屬氮化物雙層結構作為自對準強按比例縮放CMOS器件中的柵電極

有效

• 申請號: 200680013110.5
• 申請日: 2006-04-18
• 公開（公告）號: CN101421839A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 艾德華·A.·卡蒂爾;馬修·W.·庫貝爾;布魯斯·B.·多里斯;拉加勞·亞米;金永錫;巴里·P.·林德爾;維加伊·納拉亞南;瓦姆西·K.·帕魯丘里;凱斯·洸·漢·黃
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L21/84
• 分類號: H01L21/84;H01L27/092
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王以平

1.一種互補金屬氧化物半導體結構，包括：

半導體襯底；

位于所述半導體襯底的一個區域上的至少一個nMOS器件；以 及

位于所述半導體襯底的另一個區域上的至少一個pMOS器件，

其中，所述至少一個nMOS器件包括柵疊層，該柵疊層至少含 有具有小于4.2eV的功函數的功函數的低功函數元素金屬和原位金 屬性罩層，

所述至少一個pMOS器件包括柵疊層，該柵疊層至少含有具有 大于4.9eV的功函數的高功函數元素金屬和金屬性罩層，

在所述至少一個pMOS器件的金屬性罩層和所述高功函數元素 金屬之間存在表面氧化物層，并且

在所述至少一個nMOS器件的原位金屬性罩層和所述低功函數 元素金屬之間不存在表面氧化物層。

2.根據權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述半導體襯底包括Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、Ge、GaAs、GaN、 InAs、InP、有機半導體、Si/SiGe、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上 硅鍺(SGOI)或絕緣體上鍺(GOI)。

3.根據權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述半導體襯底包括含Si半導體材料。

4.根據權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述nMOS器件和所述pMOS器件包括位于所述半導體襯底與所述 高、低功函數元素金屬之間的相同的柵電介質層。

5.根據權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述nMOS器件和所述pMOS器件包括位于所述半導體襯底與所述 高、低功函數元素金屬之間的不同的柵電介質層。

6.根據權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體結構，還包括 位于所述半導體襯底與所述高、低功函數元素金屬之間的柵電介質 層，所述柵電介質層包括氧化物、氧氮化物、氮化物、金屬硅酸鹽、 氮化金屬硅酸鹽或者它們的多層。

7.根據權利要求6所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述柵電介質層為SiO₂、氮化SiO₂、Si₃N₄、SiON、電介質常數大于 4.0的除前述以外的其它高k絕緣體或者它們的多層。

8.根據權利要求7所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述柵電介質層為從包括HfO₂、ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂、La₂O₃、SrTiO₃、 LaAlO₃、CeO₂、Y₂O₃及其混合物的組中選出的高k柵電介質。

9.根據權利要求6所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述柵電介質層為SiO₂或包含SiO₂和HfO₂的疊層。

10.根據權利要求6所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述柵電介質層厚度為0.5到10nm。

11.根據權利要求10所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述柵電介質層厚度小于3.0nm。

12.根據權利要求6所述的互補金屬氧化物半導體結構，還包括 位于所述柵電介質與所述高、低功函數元素金屬之間的金屬性穩定 層。

13.根據權利要求12所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述金屬性穩定層厚度小于并且從包括TiN、TaSiN、TaSi和 HfSi的組中選出。

14.根據權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體結構，其中， 所述低功函數元素金屬為選自元素周期表第IIIB、IVB或VB族的金 屬。