[發明專利]雙金屬柵極CMOS器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201210129587.7
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN103378008A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 殷華湘;付作振;徐秋霞;陳大鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L27/092;H01L29/49
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙) 11370
• 代理人: 朱海波

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種雙金屬柵極CMOS器件及其制造方法。

背景技術

從45nm?CMOS集成電路工藝開始，隨著器件特征尺寸的不斷縮小，為了抑制短溝道效應，柵介質層的等效氧化層厚度(EOT)必須同步減少。然后，超薄的常規氧化層或氮化氧化層產生嚴重的柵漏電。因此，傳統的poly-Si/SiON體系不再適用。

高K柵介質層的出現，有效地改善了器件柵漏電現象。但是，poly-Si與高K結合產生費米能級釘扎效應，不適用于MOS器件的閾值調節。所以，poly-Si柵極逐步被金屬柵極所替代。

對于不同MOS器件(即PMOS器件和NMOS器件)來說，需要不同功函數的金屬柵極來調節閾值。形成不同功函數的金屬柵極的方法有多種，其中最優方法是采用不同金屬材料的形成柵極，即NMOS需要導帶金屬，PMOS需要價帶金屬。這種方法雖然是最優的，但是需要多種不同的金屬柵極材料與復雜的集成工藝。而采用單一金屬后工藝調節方法，其調節范圍又非常有限。

因此，目前最常用的形成不同功函數金屬柵極的方法是：首先，如圖1(a)所示，在襯底10上形成第一偽柵堆疊和第二偽柵堆疊，源/漏擴展區1?2a、12b，源漏/區13a、13b，其中，所述第一偽柵堆疊和第二偽柵堆疊中的每個至少包括偽柵極21a、21b，所述第一偽柵堆疊用于形成第一類型器件的柵極，所述第二偽柵堆疊用于形成第二類型器件的柵極；接著，如圖1(b)所示，在整個半導體結構上形成接觸刻蝕停止層30以及第一層間介質層40；然后，如圖1(c)所示，去除部分第一層間介質層40以及部分接觸刻蝕停止層30，以暴露出偽柵極21a、21b，并去除所述偽柵極21a、21b，形成相應的第一柵極凹陷40a和第二柵極凹陷40b；而后，如圖1(d)所示，在第一柵極凹陷40a和第二柵極凹陷40b中形成第一類型金屬層功函數調節層41；接著，如圖1(e)所示，去除位于第一柵極凹陷40a內的第一類型金屬層功函數調節層41；然后如圖1(f)所示，在第一柵極凹陷40a和第二柵極凹陷40b沉積第二類型金屬層功函數調節層42；然后，如圖1(g)和1(h)所示，在第一柵極凹陷40a和第二柵極凹陷40b內填充金屬材料43，執行平坦化后，分別形成第一柵極43a和第二柵極43b；最后，如圖1(i)所示，按照常規工藝步驟，形成蓋層50、第二層間介質層60以及接觸塞70。

但是，上述方法仍然存在一定的不足之處：

(1)由于不同MOS器件對應不同功函數的金屬材料，所以，在CMOS集成工藝中，需要在整個器件區域沉積第一類型金屬層功函數調節層，然后對其進行選擇性腐蝕，以去除位于第二類型器件區域中的第一類型金屬層功函數調節層。但是，選擇性腐蝕容易造成對第二類型器件表面高K材料的損傷。通過加入刻蝕阻擋層可以防止對高K材料的損傷，但會相應造成工藝復雜度的提高，同時還會削弱金屬柵極功函數調節器件閾值的能力；

(2)后淀積的第二類型金屬層功函數調節層，由于同時沉積在了第一類型器件上，所以對第一類型器件的閾值調節產生一定的負面影響。

因此，希望提出一種克服上述不足的雙金屬柵極CMOS器件及其制造方法。

發明內容

本發明提供了一種可以解決上述問題的雙金屬柵極CMOS器件及其制造方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種雙金屬柵極CMOS器件的制造方法，該制造方法包括以下步驟：

a)在第一柵極凹陷和第二柵極凹陷內形成第一類型金屬功函數調節層，其中，所述第一柵極凹陷用于形成第一類型器件的柵極，所述第二柵極凹陷用于形成第二類型器件的柵極；

b)在所述第一柵極凹陷和第二柵極凹陷內形成第二類型功函數金屬擴散源層；

c)在第一柵極凹陷和第二柵極凹陷中形成間隙填充金屬；

d)形成遮蔽第一類型器件所在區域的加熱隔離層；

e)對所述第一類型器件和第二類型器件所在區域進行熱退火，使位于所述第二類型器件所在區域內的第二類型功函數金屬擴散源層中的金屬離子擴散至第一類型金屬功函數調節層中，將第一類型金屬功函數調節層轉化為第二類型金屬功函數調節層。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種雙金屬柵極CMOS器件，包括：

襯底，以及位于該襯底之上的第一柵堆疊和第二柵堆疊，其中：

所述第一柵堆疊自下而上依次包括柵介質層、第一類型金屬功函數調節層以及第一柵極；