[發明專利]半導體CMOS器件的制作方法

在審

• 申請號: 201711110992.3
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107910298A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 徐秋霞;許高博;陶桂龍;李俊峰;陳大鵬;葉甜春
• 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
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本公開屬于半導體技術領域，涉及一種半導體CMOS器件的制作方法。

背景技術

在集成N型和P型MOSFET的CMOS應用中，為了獲得合適的閾值電壓，N型MOSFET的有效功函數應當在Si的導帶底附近(4.1eV左右)，P型MOSFET的有效功函數應當在Si的價帶頂附近(5.2eV左右)。

現有的處理方法是針對N型MOSFET和P型MOSFET分別選擇不同的金屬柵和高K柵介質的組合以實現所需的閾值電壓。結果，需要在一個芯片上形成雙金屬柵和雙高K柵介質。在半導體器件的制作期間，分別針對N型和P型MOSFET的金屬柵和高K柵介質執行各自的光刻和蝕刻步驟，如此導致用于制作包括雙金屬柵和雙柵介質的半導體器件的方法工藝復雜，不適合批量生產，更進一步導致成本高昂。另外在現有技術中，通過利用離子注入的方法在第一金屬柵層中進行摻雜并通過隨后的退火過程調節摻雜離子在柵疊層中的分布，以調節MOSFET的閾值電壓，但是，現有的離子注入的方法進行摻雜存在其固有的缺點，包括：離子注入陰影效應；在小能量注入時的能量污染問題及生產效率低下的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種半導體CMOS器件的制作方法，極好地解決了以上所遇到的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種半導體CMOS器件的制作方法，包括：在襯底上形成由淺溝槽隔離區分隔開的N型MOSFET和P型MOSFET的一部分，包括：位于襯底中的源/漏區、在襯底上方位于源/漏區之間的假柵疊層、以及圍繞假柵疊層的柵極側墻；去除N型MOSFET和P型MOSFET中假柵疊層以在柵極側墻內側形成各自的柵極開口，使襯底的表面露出；在N型MOSFET和P型MOSFET各自的柵極開口處依次形成界面氧化物層、高K柵介質層和第一金屬柵層；分別對N型MOSFET和P型MOSFET中的一個進行掩蔽，對另一個利用各向同性的等離子體摻雜在第一金屬柵層中摻雜離子，并控制等離子體的能量，使得摻雜離子僅僅分布在第一金屬柵層中，并根據期望的閾值電壓控制離子注入的劑量；在摻雜后的第一金屬柵層上形成第二金屬柵層以填充柵極開口；以及進行退火處理使摻雜離子擴散并聚積在高K柵介質層與第一金屬柵層之間的上界面處以及高K柵介質層與界面氧化物層之間的下界面處，并且在該上界面處、下界面處通過界面反應均形成電偶極子。

在本公開的一些實施例中，等離子體摻雜的能量介于0.1keV-20keV之間。

在本公開的一些實施例中，離子注入的劑量介于1E13-5E15cm^-2之間。

在本公開的一些實施例中，N型MOSFET的摻雜離子為N型摻雜劑，該N型摻雜劑為能夠減小有效功函數的摻雜劑；P型MOSFET的摻雜離子為P型摻雜劑，該P型摻雜劑為能夠增加有效功函數的摻雜劑。

在本公開的一些實施例中，N型摻雜劑包括：磷和砷的氫化物、氟化物，為如下材料中的一種或其組合：磷烷，砷烷，五氟化磷，三氟化磷，五氟化砷或三氟化砷；和/或P型摻雜劑包括：硼的氫化物、氟化物或氯化物，為如下材料中的一種或其組合：B₂H₆、B₄H₁₀、B₆H₁₀、B₁₀H₁₄、B₁₈H₂₂、BF₃或BCl₃。

在本公開的一些實施例中，高K柵介質層的材料為如下材料的一種或其組合：ZrO₂、ZrON、ZrSiON、HfZrO、HfZrON、HfON、HfO₂、HfAlO、HfAlON、HfSiO、HfSiON、HfLaO或HfLaON；和/或第一金屬柵層的材料為如下材料中的一種或其組合：TiN、TaN、MoN、WN、TaC或TaCN；和/或第二金屬柵層包括多層金屬材料，其中緊靠第一金屬柵層的金屬材料選擇吸氧性能好的金屬，包括：Ti，TiAl，Ta中的至少一種；然后是勢壘阻擋層金屬，包括：TiN，TaN，Ta，MoN，A1N，WN中的一種或兩種；最后是填充金屬，包括：W，Al，TiAl，Mo中的一種或兩種。

在本公開的一些實施例中，高K柵介質層的厚度介于1.5nm-5nm之間；和/或第一金屬柵層的厚度介于1nm-10nm之間。