[發明專利]CMOS半導體裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 200810080578.7
• 申請日: 2008-02-22
• 公開（公告）號: CN101257023A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 丁英洙;丁炯碩;許成;白賢錫
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L27/092
• 分類號: H01L27/092;H01L21/8238
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司
• 代理人: 郭鴻禧;馮敏

技術領域

示例實施例涉及一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)半導體裝置和一種制造該CMOS半導體裝置的方法，例如，涉及一種雙金屬柵極(dual?metalgate)CMOS半導體裝置和一種制造該CMOS半導體裝置的方法。

背景技術

為了滿足對于CMOS半導體裝置的更高的集成度和更快的操作速度的需要，可以將柵極絕緣層和柵電極做薄。可以開發介電常數高于SiO₂的介電常數的高k柵極絕緣層，從而改進物理特性和/或由于使SiO₂絕緣層變薄所引入的制造工藝。高k柵極絕緣材料可以用于使絕緣層變厚至大于有效氧化物的厚度，并且可以降低絕緣層的漏電流。由于一些因素，例如，與多晶硅的兼容性問題、固定電荷的基礎的缺乏、界面控制困難、遷移率的降低、更高的柵極耗盡層以及其它的許多因素，導致難以將高k材料用作柵極絕緣層。

在現有技術中的具有金屬插入多晶硅堆疊(metal?inserted?poly-Sistack)(MIPS)結構的MOS晶體管中，耗盡層不會形成在柵極中，并且摻雜物不會滲透到絕緣層中。通過插入的金屬引起的摻雜物的注入會導致難以調節逸出功(work?function)。因此，在CMOS半導體裝置的示例中，具有不同的逸出功的柵極結構或柵極材料可以用于nMOS晶體管和pMOS晶體管。

相關技術還公開了一種采用用于nMOS區域的具有n+逸出功的金屬和用于pMOS區域的具有p+逸出功的金屬的雙金屬柵極。

相關技術還提出一種使用可以附加地將金屬層插入到nMOS區域或pMOS區域中的方法來形成雙金屬柵極的方法。

發明內容

示例實施例涉及一種包括由均質材料形成在nMOS區域和pMOS區域中的金屬柵極的互補金屬氧化物半導體(CMOS)半導體裝置，該CMOS半導體裝置可以簡化制造工藝并提高產量。示例實施例還涉及一種制造該COMS半導體裝置的方法。

一種可以包括nMOS區域和pMOS區域的CMOS半導體裝置，包括：柵極，在nMOS區域和pMOS區域中；多晶硅覆蓋層；金屬氮化物層，在多晶硅覆蓋層之下。一種CMOS半導體裝置還可以包括柵極之下的柵極絕緣層，并且nMOS區域和pMOS區域的金屬氮化物層可以由相同類型的材料形成，并具有不同的逸出功。例如，由于摻雜物密度之間的差異會導致金屬氮化物層的逸出功的差異。

例如，柵極絕緣層可以由HfO₂形成，金屬氮化物層可以包含作為摻雜物的C、Cl、F、N、O，并可以包含N和/或Ti、Ta、W、Mo、Al、Hf、Zr。

nMOS區域和pMOS區域的金屬氮化物層可以具有不同的厚度，并且至少一個金屬氮化物層可以包括多個單位金屬氮化物層。厚的金屬氮化物層的多個單位金屬氮化物層可以包含不同密度的摻雜物。

示例實施例還提供一種制造CMOS半導體裝置的方法，并可以包括：在包括nMOS區域和pMOS區域的硅基底上形成柵極絕緣層。一種制造CMOS半導體裝置的方法包括在柵極絕緣層上形成柵極。柵極可以包括與nMOS區域和pMOS區域相對應的金屬氮化物層和形成在金屬氮化物層上的多晶硅覆蓋層。nMOS區域和pMOS區域的金屬氮化物層可以由相同類型的材料形成，并且在金屬氮化物層之間的摻雜物的差異可以被調節，使得金屬氮化物層具有不同的逸出功。

可以通過利用臭氧氣體或臭氧水清潔硅基底來在所述硅基底上形成界面層，界面層的厚度可以為1.5nm或更薄。

例如，可以通過調節金屬氮化物層的沉積溫度來調節金屬氮化物層之間的摻雜物差異。pMOS區域的金屬氮化物層可以厚于nMOS區域的金屬氮化物層，并且pMOS區域的金屬氮化物層的逸出功可以高于nMOS區域的金屬氮化物層的逸出功。

柵極的形成可以包括：在柵極絕緣層上形成第一金屬氮化物層；從第一金屬氮化物層去除與nMOS區域相對應的部分；在第一金屬氮化物層和nMOS區域上形成第二金屬氮化物層。柵極的形成還可以包括：在第二金屬氮化物層上形成多晶硅覆蓋層；將堆疊在柵極絕緣層上的層圖案化，以在硅基底上形成與nMOS區域和pMOS區域相對應的柵極。

可以在不同的處理溫度下形成第一金屬氮化物層和第二金屬氮化物層。第一金屬氮化物層的處理溫度可以比所述第二氮化物層的處理溫度低大約100℃或更低。例如，第一金屬氮化物層的處理溫度可以為大約450℃，第二金屬氮化物層的處理溫度可以為大約680℃。