[發(fā)明專利]具有金屬柵電極的半導(dǎo)體器件及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210242462.5
• 申請(qǐng)日: 2012-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103066021A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李達(dá)元;許光源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/8238
• 分類號(hào): H01L21/8238;H01L21/28;H01L27/092;H01L29/49
• 代理公司: 北京德恒律治知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術(shù)領(lǐng)域

一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及在襯底上形成半導(dǎo)體器件，更具體而言，涉及形成半導(dǎo)體器件的柵極結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體器件的幾何結(jié)構(gòu)在尺寸上持續(xù)顯著降低。現(xiàn)今的制造工藝常規(guī)生產(chǎn)具有小于65nm的部件尺寸的器件。然而，持續(xù)滿足器件需求的同時(shí)解決與實(shí)施新工藝和設(shè)備技術(shù)相關(guān)的問(wèn)題已變得更具有挑戰(zhàn)性。例如，金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管通常形成具有多晶硅柵電極。多晶硅具有有利的熱電阻性質(zhì)并能夠?qū)崿F(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)源極/漏極結(jié)構(gòu)的形成。

然而，為了持續(xù)滿足性能需求，一直期望用金屬柵電極替換多晶硅柵電極。實(shí)現(xiàn)金屬柵極的一個(gè)工藝被稱為“后柵極”或“替換柵極”方法。在這種工藝中，首先形成偽(例如，犧牲)多晶硅柵極，實(shí)施與半導(dǎo)體器件相關(guān)的各種工藝，隨后去除偽柵極，并用金屬柵極替換偽柵極。然而，在工藝期間必須小心為得到的金屬柵極提供足夠的功函數(shù)。然而，通常由于加工限制，一個(gè)或多個(gè)所得器件包括p型功函數(shù)金屬和n型功函數(shù)金屬兩種類型。例如，NMOSFET含有p型功函數(shù)金屬以及n型功函數(shù)金屬。這可能是不利的，這是因?yàn)楣瘮?shù)金屬的平帶電壓受到具有相反功函數(shù)的金屬的影響。因此，期望的是通過(guò)選擇功函數(shù)金屬實(shí)現(xiàn)閾值電壓可控性的半導(dǎo)體器件和/或其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括：提供具有第一區(qū)和第二區(qū)的襯底；在所述第一區(qū)中形成第一柵電極；以及在所述第二區(qū)中形成第二柵電極，其中，所述第二柵電極包括第二功函數(shù)層而不包括第一功函數(shù)層，并且，所述第一柵電極包括所述第一功函數(shù)層而不包括所述第二功函數(shù)層。

在該方法中，還包括：在所述襯底的所述第一區(qū)中形成第一偽柵極結(jié)構(gòu)，并且在所述襯底的所述第二區(qū)中形成第二偽柵極結(jié)構(gòu)；以及去除所述第一偽柵極結(jié)構(gòu)和所述第二偽柵極結(jié)構(gòu)，以在所述襯底上設(shè)置的層中形成第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，其中，所述第一柵電極和所述第二柵電極分別形成在所述第一開(kāi)口和所述第二開(kāi)口中。

在該方法中，所述第一功函數(shù)層是n型功函數(shù)層，所述第二功函數(shù)層是p型功函數(shù)層。

在該方法中，形成所述第一柵電極包括：形成所述第一功函數(shù)層，所述第一功函數(shù)層具有選自由Ti、Ag、Al、TaAl、TaAlC、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、和Zr所構(gòu)成的組的材料。

在該方法中，形成所述第二柵電極包括：形成所述第二功函數(shù)層，所述第二功函數(shù)層具有選自由TiN、TaN、Ru、Mo、WN、ZrSi₂、MoSi₂、TaSi₂、NiSi₂、和WN所構(gòu)成的組的材料。

在該方法中，在所述第二區(qū)中形成所述第二柵電極，包括：直接在柵極介電層上形成所述第二功函數(shù)層；以及直接在所述第二功函數(shù)層上形成第一填充金屬層。

在該方法中，在所述第一區(qū)中形成所述第一柵電極，包括：直接在所述柵極介電層上形成所述第一功函數(shù)層；以及直接在所述第一功函數(shù)層上形成第二填充金屬層。

在該方法中，所述第一填充金屬層和所述第二填充金屬層可具有相同的組分。

在該方法中，還包括：用硬掩模材料填充所述襯底的所述第二區(qū)中的開(kāi)口，其中，在所述第一區(qū)中形成所述第一柵電極期間，用所述硬掩模材料填充所述開(kāi)口；在形成所述第一柵電極之后，從所述開(kāi)口中去除所述硬掩模材料；以及在去除所述硬掩模材料之后，在所述開(kāi)口中形成所述第二柵電極的所述第二功函數(shù)層。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，包括：提供襯底；在所述襯底上形成第一開(kāi)口和第二開(kāi)口；在所述第一開(kāi)口中形成阻擋層；在所述阻擋層位于所述第一開(kāi)口中時(shí)，在所述第二開(kāi)口中形成第二金屬柵電極；從所述第一開(kāi)口中去除所述阻擋層；以及在去除所述阻擋層之后，在所述第一開(kāi)口中形成第一金屬柵電極。

在該方法中，形成所述第一開(kāi)口和所述第二開(kāi)口包括：形成第一偽柵極結(jié)構(gòu)和第二偽柵極結(jié)構(gòu)；形成介于所述第一偽柵極結(jié)構(gòu)和所述第二偽柵極結(jié)構(gòu)之間的介電層；去除所述第一偽柵極結(jié)構(gòu)，以形成所述第一開(kāi)口；以及去除所述第二偽柵極結(jié)構(gòu)，以形成所述第二開(kāi)口。

在該方法中，在所述第一開(kāi)口中形成所述阻擋層包括：沉積多晶硅、非晶硅、旋涂玻璃、二氧化硅、和氮化硅(Si₃N₄)中的至少一種。

在該方法中，形成所述阻擋層包括：沉積硬掩模材料并且對(duì)所述硬掩模材料實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。