本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝,具體而言涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子裝置。
背景技術(shù):
在下一代集成電路的制造工藝中,對(duì)于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的柵極的制作,通常采用高k-金屬柵極工藝。對(duì)于具有較小數(shù)值工藝節(jié)點(diǎn)的CMOS而言,所述高k-金屬柵極工藝通常為后柵極工藝,其實(shí)施過程為先高k介電層后金屬柵極和后高k介電層后金屬柵極兩種。前者的實(shí)施過程包括:在半導(dǎo)體襯底上形成偽柵極結(jié)構(gòu),所述偽柵極結(jié)構(gòu)由自下而上層疊的界面層、高k介電層、覆蓋層(capping layer)和犧牲柵極材料層構(gòu)成;在偽柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)壁結(jié)構(gòu),之后去除偽柵極結(jié)構(gòu)中的犧牲柵極材料層,在側(cè)壁結(jié)構(gòu)之間留下的溝槽內(nèi)依次沉積阻擋層(barrier layer)、功函數(shù)金屬層(workfunction metal layer)和浸潤層(wetting layer);進(jìn)行金屬柵極材料(通常為鋁)的填充。后者的實(shí)施過程包括:在半導(dǎo)體襯底上形成偽柵極結(jié)構(gòu),所述偽柵極結(jié)構(gòu)由自下而上層疊的犧牲介電層和犧牲柵極材料層構(gòu)成;在偽柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)壁結(jié)構(gòu),之后去除偽柵極結(jié)構(gòu)中的犧牲介電層和犧牲柵極材料層,在側(cè)壁結(jié)構(gòu)之間留下的溝槽內(nèi)依次沉積界面層、高k介電層、覆蓋層、阻擋層、功函數(shù)金屬層和浸潤層;進(jìn)行金屬柵極材料(通常為鋁)的填充。隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷縮減,實(shí)施后高k介電層后金屬柵極工藝時(shí),在去除犧牲介電層和犧牲柵極材料層之后進(jìn)行金屬柵極材料的填充之前,需要依次沉積界面層、高k介電層、覆蓋層、阻擋層、功函數(shù)金屬層和浸潤層,所述沉積的工藝窗口受到偽柵極結(jié)構(gòu)特征尺寸的極大限制,將會(huì)引發(fā)NMOS功函數(shù)的上翹(roll-up)現(xiàn)象。去除偽柵極結(jié)構(gòu)后形成的溝槽側(cè)壁依次形成有高k介電層、覆蓋層和阻擋層,其中,覆蓋 層和阻擋層的功函數(shù)接近于PMOS功函數(shù),這將會(huì)使形成的NMOS功函數(shù)設(shè)定金屬層不能覆蓋整個(gè)溝道區(qū)的上方,隨著溝道長度的減小,NMOS的閾值電壓將會(huì)升高,進(jìn)而造成NMOS功函數(shù)的上翹。
因此,需要提出一種方法,以解決上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法,包括:a)提供具有NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的半導(dǎo)體襯底,在所述半導(dǎo)體襯底上形成有包括自下而上層疊的犧牲柵介電層和犧牲柵電極層的偽柵極結(jié)構(gòu);b)在所述半導(dǎo)體襯底上形成層間介電層,以填充所述偽柵極結(jié)構(gòu)之間的間隙;c)去除所述偽柵極結(jié)構(gòu),形成溝槽;d)在所述溝槽底部形成界面層,在所述溝槽的側(cè)壁和界面層的頂部依次形成高k介電層和覆蓋層;e)在所述覆蓋層上依次形成阻擋層和第一功函數(shù)設(shè)定金屬層;f)去除位于所述NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層;g)在所述溝槽中依次形成第二功函數(shù)設(shè)定金屬層和金屬柵極材料層,其中,在步驟a)和步驟b)之間、步驟d)和步驟e)之間、步驟e)和步驟f)之間以及步驟f)和步驟g)之間任選其一、其二、其三或者全選實(shí)施使所述第二功函數(shù)設(shè)定金屬層完全覆蓋所述NMOS區(qū)的溝道區(qū)的處理步驟。
在一個(gè)示例中,在步驟a)和步驟b)之間實(shí)施的所述處理步驟為對(duì)所述NMOS區(qū)實(shí)施大角度的離子注入,以擴(kuò)大形成的輕摻雜漏極的位于所述偽柵極結(jié)構(gòu)下方的一端的延伸距離。
在一個(gè)示例中,實(shí)施所述離子注入時(shí),將所述半導(dǎo)體襯底旋轉(zhuǎn)4次,每次旋轉(zhuǎn)的角度均為90度,所述離子注入的能量為1keV-10keV,入射角度為20度-40度,注入元素為磷或砷,劑量大于1.0×e13atoms/cm2。
在一個(gè)示例中,在步驟d)和步驟e)之間實(shí)施的所述處理步驟包括:在所述層間介電層上形成犧牲層;蝕刻所述犧牲層,以僅在位于所述溝槽底部的覆蓋層上留有所述犧牲層;通過干法蝕刻、濕法蝕刻或者二者的結(jié)合去除未被所述犧牲層遮蔽的覆蓋層;通過剝離工藝去除所述犧牲層。
在一個(gè)示例中,蝕刻所述犧牲層后,在位于所述溝槽底部的覆蓋層上留有的所述犧牲層的厚度為50埃-200埃。
在一個(gè)示例中,在步驟e)和步驟f)之間實(shí)施的所述處理步驟包括:在所述層間介電層上依次形成另一犧牲層和圖案化的光刻膠層;以所述光刻膠層為掩膜,蝕刻所述另一犧牲層,以僅在位于所述溝槽底部的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層上留有所述另一犧牲層。
在一個(gè)示例中,蝕刻所述另一犧牲層后,位于所述溝槽底部的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層上留有的所述另一犧牲層的厚度為50埃-200埃。
在一個(gè)示例中,在步驟e)和步驟f)之間實(shí)施所述處理步驟后,實(shí)施步驟f)的過程包括:通過干法蝕刻、濕法蝕刻或者二者的結(jié)合去除未被所述另一犧牲層遮蔽的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層、阻擋層和覆蓋層;通過剝離工藝去除位于所述NMOS區(qū)的殘余的所述另一犧牲層;通過干法蝕刻、濕法蝕刻或者二者的結(jié)合去除位于所述NMOS區(qū)的殘余的所述第一功函數(shù)設(shè)定金屬層;通過剝離工藝去除所述光刻膠層和位于所述光刻膠層下方的所述另一犧牲層。
在一個(gè)示例中,在步驟f)和步驟g)之間實(shí)施的所述處理步驟為對(duì)所述NMOS區(qū)實(shí)施離子注入,使所述覆蓋層和所述阻擋層的功函數(shù)接近于后續(xù)形成的所述第二功函數(shù)設(shè)定金屬層的功函數(shù)。
在一個(gè)示例中,實(shí)施所述離子注入時(shí),將所述半導(dǎo)體襯底旋轉(zhuǎn)4次,每次旋轉(zhuǎn)的角度均為90度,所述離子注入的能量小于2keV,入射角度為10度-30度,注入元素為鋁、砷、氟、氧或氮,劑量大于1.0×e14atoms/cm2。
在一個(gè)實(shí)施例中,本發(fā)明還提供一種采用上述方法制造的半導(dǎo)體器件。
在一個(gè)實(shí)施例中,本發(fā)明還提供一種電子裝置,所述電子裝置包括所述半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明,可以使形成的所述第二功函數(shù)設(shè)定金屬層覆蓋整個(gè)溝道區(qū)的上方,避免造成NMOS功函數(shù)的上翹。
附圖說明
本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述,用來解釋本發(fā)明的原理。
附圖中:
圖1A-圖1F為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖;
圖2A-圖2E為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例二的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖;
圖3A-圖3F為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例三的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖;
圖4A-圖4F為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例四的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖;
圖5為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。
具體實(shí)施方式
在下文的描述中,給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而,對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是,本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中,為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆,對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
為了徹底理解本發(fā)明,將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟,以便闡釋本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子裝置。顯然,本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下,然而除了這些詳細(xì)描述外,本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
應(yīng)當(dāng)理解的是,當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí),其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件,但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[示例性實(shí)施例一]
參照?qǐng)D1A-圖1F,其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法 依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖。
首先,如圖1A所示,提供半導(dǎo)體襯底100,半導(dǎo)體襯底100的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例,在本實(shí)施例中,半導(dǎo)體襯底100選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底100中形成有隔離結(jié)構(gòu)101,作為示例,隔離結(jié)構(gòu)101為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。隔離結(jié)構(gòu)101將半導(dǎo)體襯底100分為不同的晶體管區(qū),作為示例,在本實(shí)施例中,隔離結(jié)構(gòu)101將半導(dǎo)體襯底100分為PMOS區(qū)和NMOS區(qū)。在半導(dǎo)體襯底100中還形成有各種阱(well)結(jié)構(gòu),為了簡化,圖示中予以省略。
在半導(dǎo)體襯底100上形成有偽柵極結(jié)構(gòu)102,作為一個(gè)示例,偽柵極結(jié)構(gòu)102可包括自下而上層疊的犧牲柵介電層102a和犧牲柵電極層102b。犧牲柵介電層102a的材料優(yōu)選氧化物,例如二氧化硅。犧牲柵電極層102b的材料包括多晶硅或無定形碳,特別優(yōu)選的是多晶硅。犧牲柵介電層102a和犧牲柵電極層102b的形成方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的任何現(xiàn)有技術(shù),優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法(CVD),如低溫化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
此外,作為示例,在偽柵極結(jié)構(gòu)102的兩側(cè)形成有側(cè)壁結(jié)構(gòu)103,其中,側(cè)壁結(jié)構(gòu)103至少包括氧化物層和/或氮化物層。形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)103的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知,在此不再加以贅述。
接著,如圖1B所示,對(duì)NMOS區(qū)實(shí)施大角度的離子注入,以擴(kuò)大形成的輕摻雜漏極(LDD)110的位于偽柵極結(jié)構(gòu)102下方的一端的延伸距離。實(shí)施所述離子注入時(shí),將半導(dǎo)體襯底100旋轉(zhuǎn)4次,每次旋轉(zhuǎn)的角度均為90度。所述離子注入的能量為1keV-10keV,入射角度為20度-40度,注入元素為磷、砷或者其它適宜的元素,劑量大于1.0×e13atoms/cm2。
接下來,在側(cè)壁結(jié)構(gòu)103兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中形成源/漏區(qū),在位于NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的源/漏區(qū)中分別形成嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層。通常來說,嵌入式碳硅層的橫截面呈U形,嵌入式鍺硅層的橫截面呈∑形,以進(jìn)一步增強(qiáng)NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的溝道區(qū) 的載流子遷移率。形成嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層的工藝過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí),在此不再加以贅述。然后在嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層的頂部形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物,為了簡化,圖示中均予以省略。需要說明的是,也可以選擇在PMOS區(qū)和NMOS區(qū)分別形成第一金屬柵極結(jié)構(gòu)和第二金屬柵極結(jié)構(gòu)之后,再在形成于半導(dǎo)體襯底100上的層間介電層中形成接觸孔之后于接觸孔的底部形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物。
接著,如圖1C所示,在半導(dǎo)體襯底100上形成層間介電層105,覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)102和側(cè)壁結(jié)構(gòu)103。然后,執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨,直至露出偽柵極結(jié)構(gòu)102的頂部。在形成層間介電層105之前,還可以在半導(dǎo)體襯底100上形成接觸孔蝕刻停止層104,覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)102和側(cè)壁結(jié)構(gòu)103。采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝分別形成接觸孔蝕刻停止層104和層間介電層105,例如,采用共形沉積工藝形成接觸孔蝕刻停止層104,采用化學(xué)氣相沉積工藝形成層間介電層105,其中,接觸孔蝕刻停止層104的材料可選擇氮化硅(SiN),層間介電層105的材料可選擇氧化物。
接著,如圖1D所示,去除偽柵極結(jié)構(gòu)102,形成溝槽。作為示例,在本實(shí)施例中,通過實(shí)施干法蝕刻,依次去除犧牲柵電極層102b和犧牲柵介電層102a。所述干法蝕刻的工藝參數(shù)包括:蝕刻氣體HBr的流量為20-500sccm,壓力為2-40mTorr,功率為100-2000W,其中mTorr代表毫毫米汞柱,sccm代表立方厘米/分鐘。在實(shí)施所述干法蝕刻之后,采用濕法蝕刻工藝去除所述干法蝕刻產(chǎn)生的蝕刻殘留物和雜質(zhì)。
接著,如圖1E所示,在溝槽中依次形成界面層106、高k介電層107、覆蓋層108、阻擋層109和第一功函數(shù)設(shè)定金屬層111。界面層106的構(gòu)成材料包括熱氧化物、氮氧化物、化學(xué)氧化物等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者爐內(nèi)處理工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為5埃-10埃。形成界面層106的作用是改善后續(xù)形成的高k介電層與半導(dǎo)體襯底100之間的界面特性。高k介電層107的k值(介電常數(shù))通常為3.9以上,其構(gòu)成材料包括氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鉿鉭、氧化鉿鋯、氮氧化鉿鋯、氧化鉿鑭、氧化鑭、氧化鑭硅、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇 鈦、氧化鍶鈦、氧化鋁、氧化鋁硅,氮化硅、氧氮化物等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為10埃-30埃。覆蓋層108的構(gòu)成材料包括氧化鑭、氧化鋁、氧化鎵、氧化銦、氧化鉬碳化鉭、氧氮碳化鉭、氮化鉭、氮化鈦、氮化鉬、氮化鎢、鉑、釕、銥等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為5埃-20埃。阻擋層109的材料包括氮化鉭,形成阻擋層109的作用是防止后續(xù)形成的金屬柵極結(jié)構(gòu)中的金屬材料向高k介電層107的擴(kuò)散。第一功函數(shù)設(shè)定金屬層111包括一層或多層金屬或金屬化合物,其構(gòu)成材料為適用于PMOS的金屬材料,包括鈦、釕、鈀、鉑、鎢及其合金,還包括上述金屬元素的碳化物、氮化物等,厚度為10埃-580埃。
接著,如圖1F所示,去除位于NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層111,在溝槽中依次形成第二功函數(shù)設(shè)定金屬層112和金屬柵極材料層113。作為示例,去除位于NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層111的步驟包括:在層間介電層105上依次形成犧牲層和圖案化的光刻膠層,犧牲層的材料包括無定形硅、無定形碳、深紫外光吸收氧化物(DUO)等具有良好間隙填充能力且易于通過剝離工藝去除的物質(zhì);以圖案化的光刻膠層為掩膜,蝕刻犧牲層以露出NMOS區(qū);通過干法蝕刻、濕法蝕刻或者二者的結(jié)合去除位于NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層111;通過剝離工藝去除圖案化的光刻膠層和犧牲層,所述剝離工藝可以是干法蝕刻或者濕法蝕刻。第二功函數(shù)設(shè)定金屬層112包括一層或多層金屬或金屬化合物,其構(gòu)成材料為適用于NMOS的金屬材料,包括鈦、鉭、鋁、鋯、鉿及其合金,還包括上述金屬元素的碳化物、氮化物等,厚度為10埃-80埃。金屬柵極材料層113的材料包括鎢、鋁等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì)。
至此,完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法實(shí)施的工藝步驟。通過對(duì)NMOS區(qū)實(shí)施大角度的離子注入,擴(kuò)大形成的輕摻雜漏極(LDD)110的位于偽柵極結(jié)構(gòu)102下方的一端的延伸距離,可以使形成的第二功函數(shù)設(shè)定金屬層112覆蓋整個(gè)溝道區(qū)的上方,避免造成NMOS功函數(shù)的上翹。
[示例性實(shí)施例二]
首先,如圖2A所示,提供半導(dǎo)體襯底200,半導(dǎo)體襯底200的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例,在本實(shí)施例中,半導(dǎo)體襯底200選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底200中形成有隔離結(jié)構(gòu)201,作為示例,隔離結(jié)構(gòu)201為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。隔離結(jié)構(gòu)201將半導(dǎo)體襯底200分為不同的晶體管區(qū),作為示例,在本實(shí)施例中,隔離結(jié)構(gòu)201將半導(dǎo)體襯底200分為PMOS區(qū)和NMOS區(qū)。在半導(dǎo)體襯底200中還形成有各種阱(well)結(jié)構(gòu),為了簡化,圖示中予以省略。
在半導(dǎo)體襯底200上形成有偽柵極結(jié)構(gòu)202,作為一個(gè)示例,偽柵極結(jié)構(gòu)202可包括自下而上層疊的犧牲柵介電層202a和犧牲柵電極層202b。犧牲柵介電層202a的材料優(yōu)選氧化物,例如二氧化硅。犧牲柵電極層202b的材料包括多晶硅或無定形碳,特別優(yōu)選的是多晶硅。犧牲柵介電層202a和犧牲柵電極層202b的形成方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的任何現(xiàn)有技術(shù),優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法(CVD),如低溫化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
此外,作為示例,在偽柵極結(jié)構(gòu)202的兩側(cè)形成有側(cè)壁結(jié)構(gòu)203,其中,側(cè)壁結(jié)構(gòu)203至少包括氧化物層和/或氮化物層。形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)203的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知,在此不再加以贅述。
在側(cè)壁結(jié)構(gòu)203兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200中形成有輕摻雜漏極(LDD)和源/漏區(qū),在位于NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的源/漏區(qū)中分別形成有嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層。通常來說,嵌入式碳硅層的橫截面呈U形,嵌入式鍺硅層的橫截面呈∑形,以進(jìn)一步增強(qiáng)NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的溝道區(qū)的載流子遷移率。形成嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層的工藝過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí),在此不再加以贅述。在嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層的頂部形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物,為了簡化,圖示中均予以省略。需要說明的是,也可以選擇在PMOS區(qū)和NMOS區(qū)分別形成第一金屬柵極結(jié)構(gòu)和第二金屬柵極結(jié)構(gòu)之后,再在 形成于半導(dǎo)體襯底200上的層間介電層中形成接觸孔之后于接觸孔的底部形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物。
接下來,在半導(dǎo)體襯底200上形成層間介電層205,覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)202和側(cè)壁結(jié)構(gòu)203。然后,執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨,直至露出偽柵極結(jié)構(gòu)202的頂部。在形成層間介電層205之前,還可以在半導(dǎo)體襯底200上形成接觸孔蝕刻停止層204,覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)202和側(cè)壁結(jié)構(gòu)203。采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝分別形成接觸孔蝕刻停止層204和層間介電層205,例如,采用共形沉積工藝形成接觸孔蝕刻停止層204,采用化學(xué)氣相沉積工藝形成層間介電層205,其中,接觸孔蝕刻停止層204的材料可選擇氮化硅(SiN),層間介電層205的材料可選擇氧化物。
接著,如圖2B所示,去除偽柵極結(jié)構(gòu)202,形成溝槽。作為示例,在本實(shí)施例中,通過實(shí)施干法蝕刻,依次去除犧牲柵電極層202b和犧牲柵介電層202a。所述干法蝕刻的工藝參數(shù)包括:蝕刻氣體HBr的流量為20-500sccm,壓力為2-40mTorr,功率為100-2000W,其中mTorr代表毫毫米汞柱,sccm代表立方厘米/分鐘。在實(shí)施所述干法蝕刻之后,采用濕法蝕刻工藝去除所述干法蝕刻產(chǎn)生的蝕刻殘留物和雜質(zhì)。
接著,如圖2C所示,在溝槽中依次形成界面層206、高k介電層207、覆蓋層208、阻擋層209和第一功函數(shù)設(shè)定金屬層211。界面層206的構(gòu)成材料包括熱氧化物、氮氧化物、化學(xué)氧化物等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者爐內(nèi)處理工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為5埃-10埃。形成界面層206的作用是改善后續(xù)形成的高k介電層與半導(dǎo)體襯底200之間的界面特性。高k介電層207的k值(介電常數(shù))通常為3.9以上,其構(gòu)成材料包括氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鉿鉭、氧化鉿鋯、氮氧化鉿鋯、氧化鉿鑭、氧化鑭、氧化鑭硅、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化鋁、氧化鋁硅,氮化硅、氧氮化物等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為10埃-30埃。覆蓋層208的構(gòu)成材料包括氧化鑭、氧化鋁、氧化鎵、氧化銦、氧化鉬碳化鉭、氧氮碳化鉭、氮化鉭、氮化鈦、氮化 鉬、氮化鎢、鉑、釕、銥等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為5埃-20埃。阻擋層209的材料包括氮化鉭,形成阻擋層209的作用是防止后續(xù)形成的金屬柵極結(jié)構(gòu)中的金屬材料向高k介電層207的擴(kuò)散。第一功函數(shù)設(shè)定金屬層211包括一層或多層金屬或金屬化合物,其構(gòu)成材料為適用于PMOS的金屬材料,包括鈦、釕、鈀、鉑、鎢及其合金,還包括上述金屬元素的碳化物、氮化物等,厚度為10埃-580埃。
接著,如圖2D所示,去除位于NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層211。作為示例,去除位于NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層211的步驟包括:在層間介電層205上依次形成犧牲層214和圖案化的光刻膠層215,犧牲層214的材料包括無定形硅、無定形碳、深紫外光吸收氧化物(DUO)等具有良好間隙填充能力且易于通過剝離工藝去除的物質(zhì);以圖案化的光刻膠層215為掩膜,蝕刻犧牲層214以露出NMOS區(qū);通過干法蝕刻、濕法蝕刻或者二者的結(jié)合去除位于NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層211。
接下來,以圖案化的光刻膠層215為掩膜,實(shí)施離子注入,使覆蓋層208和阻擋層209的功函數(shù)接近于后續(xù)形成的第二功函數(shù)設(shè)定金屬層212的功函數(shù)。實(shí)施所述離子注入時(shí),將半導(dǎo)體襯底200旋轉(zhuǎn)4次,每次旋轉(zhuǎn)的角度均為90度。所述離子注入的能量小于2keV,入射角度為10度-30度,注入元素為鋁、砷、氟、氧、氮或者其它適宜的元素,劑量大于1.0×e14atoms/cm2。
接著,如圖2E所示,通過剝離工藝去除圖案化的光刻膠層215和犧牲層214。然后,在溝槽中依次形成第二功函數(shù)設(shè)定金屬層212和金屬柵極材料層213。第二功函數(shù)設(shè)定金屬層212包括一層或多層金屬或金屬化合物,其構(gòu)成材料為適用于NMOS的金屬材料,包括鈦、鉭、鋁、鋯、鉿及其合金,還包括上述金屬元素的碳化物、氮化物等,厚度為10埃-80埃。金屬柵極材料層213的材料包括鎢、鋁等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì)。
至此,完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例二的方法實(shí)施的工藝步驟。去除位于NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層211之后,通過實(shí) 施離子注入,使覆蓋層208和阻擋層209的功函數(shù)接近于后續(xù)形成的第二功函數(shù)設(shè)定金屬層212的功函數(shù),可以間接使形成的第二功函數(shù)設(shè)定金屬層212覆蓋整個(gè)溝道區(qū)的上方,避免造成NMOS功函數(shù)的上翹。
[示例性實(shí)施例三]
首先,如圖3A所示,提供半導(dǎo)體襯底300,半導(dǎo)體襯底300的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例,在本實(shí)施例中,半導(dǎo)體襯底300選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底300中形成有隔離結(jié)構(gòu)301,作為示例,隔離結(jié)構(gòu)301為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。隔離結(jié)構(gòu)301將半導(dǎo)體襯底300分為不同的晶體管區(qū),作為示例,在本實(shí)施例中,隔離結(jié)構(gòu)301將半導(dǎo)體襯底300分為PMOS區(qū)和NMOS區(qū)。在半導(dǎo)體襯底300中還形成有各種阱(well)結(jié)構(gòu),為了簡化,圖示中予以省略。
在半導(dǎo)體襯底300上形成有偽柵極結(jié)構(gòu)302,作為一個(gè)示例,偽柵極結(jié)構(gòu)302可包括自下而上層疊的犧牲柵介電層302a和犧牲柵電極層302b。犧牲柵介電層302a的材料優(yōu)選氧化物,例如二氧化硅。犧牲柵電極層302b的材料包括多晶硅或無定形碳,特別優(yōu)選的是多晶硅。犧牲柵介電層302a和犧牲柵電極層302b的形成方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的任何現(xiàn)有技術(shù),優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法(CVD),如低溫化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
此外,作為示例,在偽柵極結(jié)構(gòu)302的兩側(cè)形成有側(cè)壁結(jié)構(gòu)303,其中,側(cè)壁結(jié)構(gòu)303至少包括氧化物層和/或氮化物層。形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)303的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知,在此不再加以贅述。
在側(cè)壁結(jié)構(gòu)303兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底300中形成有輕摻雜漏極(LDD)和源/漏區(qū),在位于NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的源/漏區(qū)中分別形成有嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層。通常來說,嵌入式碳硅層的橫截面呈U形,嵌入式鍺硅層的橫截面呈∑形,以進(jìn)一步增強(qiáng)NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的溝道區(qū)的載流子遷移率。形成嵌入式碳硅層和嵌入 式鍺硅層的工藝過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí),在此不再加以贅述。在嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層的頂部形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物,為了簡化,圖示中均予以省略。需要說明的是,也可以選擇在PMOS區(qū)和NMOS區(qū)分別形成第一金屬柵極結(jié)構(gòu)和第二金屬柵極結(jié)構(gòu)之后,再在形成于半導(dǎo)體襯底300上的層間介電層中形成接觸孔之后于接觸孔的底部形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物。
接下來,在半導(dǎo)體襯底300上形成層間介電層305,覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)302和側(cè)壁結(jié)構(gòu)303。然后,執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨,直至露出偽柵極結(jié)構(gòu)302的頂部。在形成層間介電層305之前,還可以在半導(dǎo)體襯底300上形成接觸孔蝕刻停止層304,覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)302和側(cè)壁結(jié)構(gòu)303。采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝分別形成接觸孔蝕刻停止層304和層間介電層305,例如,采用共形沉積工藝形成接觸孔蝕刻停止層304,采用化學(xué)氣相沉積工藝形成層間介電層305,其中,接觸孔蝕刻停止層304的材料可選擇氮化硅(SiN),層間介電層305的材料可選擇氧化物。
接著,如圖3B所示,去除偽柵極結(jié)構(gòu)302,形成溝槽。作為示例,在本實(shí)施例中,通過實(shí)施干法蝕刻,依次去除犧牲柵電極層302b和犧牲柵介電層302a。所述干法蝕刻的工藝參數(shù)包括:蝕刻氣體HBr的流量為20-500sccm,壓力為2-40mTorr,功率為100-2000W,其中mTorr代表毫毫米汞柱,sccm代表立方厘米/分鐘。在實(shí)施所述干法蝕刻之后,采用濕法蝕刻工藝去除所述干法蝕刻產(chǎn)生的蝕刻殘留物和雜質(zhì)。
接著,如圖3C所示,在溝槽的底部形成界面層306,在溝槽的底部和側(cè)壁依次形成高k介電層307、覆蓋層308、阻擋層309和第一功函數(shù)設(shè)定金屬層311。界面層306的構(gòu)成材料包括熱氧化物、氮氧化物、化學(xué)氧化物等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者爐內(nèi)處理工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為5埃-10埃。形成界面層306的作用是改善后續(xù)形成的高k介電層與半導(dǎo)體襯底300之間的界面特性。高k介電層307的k值(介電常數(shù))通常為3.9以上,其構(gòu)成材料包括氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鉿鉭、氧化鉿鋯、氮氧化鉿鋯、氧化鉿鑭、氧化鑭、氧化鑭硅、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、 氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化鋁、氧化鋁硅,氮化硅、氧氮化物等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為10埃-30埃。覆蓋層308的構(gòu)成材料包括氧化鑭、氧化鋁、氧化鎵、氧化銦、氧化鉬碳化鉭、氧氮碳化鉭、氮化鉭、氮化鈦、氮化鉬、氮化鎢、鉑、釕、銥等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為5埃-20埃。阻擋層309的材料包括氮化鉭,形成阻擋層309的作用是防止后續(xù)形成的金屬柵極結(jié)構(gòu)中的金屬材料向高k介電層307的擴(kuò)散。第一功函數(shù)設(shè)定金屬層311包括一層或多層金屬或金屬化合物,其構(gòu)成材料為適用于PMOS的金屬材料,包括鈦、釕、鈀、鉑、鎢及其合金,還包括上述金屬元素的碳化物、氮化物等,厚度為10埃-580埃。
接著,如圖3D所示,在層間介電層305上依次形成犧牲層314和圖案化的光刻膠層315,犧牲層314的材料包括無定形硅、無定形碳、深紫外光吸收氧化物(DUO)等具有良好間隙填充能力且易于通過剝離工藝去除的物質(zhì)。然后,以圖案化的光刻膠層315為掩膜,蝕刻犧牲層314,對(duì)于NMOS區(qū)而言,所述蝕刻結(jié)束之后,僅在位于溝槽底部的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層311上留有犧牲層314,其厚度為50埃-200埃。
接下來,通過干法蝕刻、濕法蝕刻或者二者的結(jié)合去除未被犧牲層314遮蔽的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層311、阻擋層309和覆蓋層308。
接著,如圖3E所示,通過剝離工藝去除位于NMOS區(qū)的殘余的犧牲層314。然后,通過干法蝕刻、濕法蝕刻或者二者的結(jié)合去除位于NMOS區(qū)的殘余的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層311。所述蝕刻為過蝕刻,以盡可能地?cái)U(kuò)大后續(xù)形成的第二功函數(shù)設(shè)定金屬層312與位于溝槽側(cè)壁的高k介電層307之間的接觸面積。然后,通過剝離工藝去除圖案化的光刻膠層315及其下方的犧牲層314。
接著,如圖3F所示,在溝槽中依次形成第二功函數(shù)設(shè)定金屬層312和金屬柵極材料層313。第二功函數(shù)設(shè)定金屬層312包括一層或多層金屬或金屬化合物,其構(gòu)成材料為適用于NMOS的金屬材料,包括鈦、鉭、鋁、鋯、鉿及其合金,還包括上述金屬元素的碳化物、 氮化物等,厚度為10埃-80埃。金屬柵極材料層313的材料包括鎢、鋁等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì)。
至此,完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例三的方法實(shí)施的工藝步驟。通過形成犧牲層314并實(shí)施回蝕刻以在NMOS區(qū)形成掩膜,使后續(xù)的蝕刻可以去除位于溝槽側(cè)壁的絕大部分阻擋層309和覆蓋層308,進(jìn)而使后續(xù)形成的第二功函數(shù)設(shè)定金屬層312覆蓋整個(gè)溝道區(qū)的上方,避免造成NMOS功函數(shù)的上翹。
[示例性實(shí)施例四]
首先,如圖4A所示,提供半導(dǎo)體襯底400,半導(dǎo)體襯底400的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例,在本實(shí)施例中,半導(dǎo)體襯底400選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底400中形成有隔離結(jié)構(gòu)401,作為示例,隔離結(jié)構(gòu)401為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。隔離結(jié)構(gòu)401將半導(dǎo)體襯底400分為不同的晶體管區(qū),作為示例,在本實(shí)施例中,隔離結(jié)構(gòu)401將半導(dǎo)體襯底400分為PMOS區(qū)和NMOS區(qū)。在半導(dǎo)體襯底400中還形成有各種阱(well)結(jié)構(gòu),為了簡化,圖示中予以省略。
在半導(dǎo)體襯底400上形成有偽柵極結(jié)構(gòu)402,作為一個(gè)示例,偽柵極結(jié)構(gòu)402可包括自下而上層疊的犧牲柵介電層402a和犧牲柵電極層402b。犧牲柵介電層402a的材料優(yōu)選氧化物,例如二氧化硅。犧牲柵電極層402b的材料包括多晶硅或無定形碳,特別優(yōu)選的是多晶硅。犧牲柵介電層402a和犧牲柵電極層402b的形成方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的任何現(xiàn)有技術(shù),優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法(CVD),如低溫化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
此外,作為示例,在偽柵極結(jié)構(gòu)402的兩側(cè)形成有側(cè)壁結(jié)構(gòu)403,其中,側(cè)壁結(jié)構(gòu)403至少包括氧化物層和/或氮化物層。形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)403的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知,在此不再加以贅述。
在側(cè)壁結(jié)構(gòu)403兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底400中形成有輕摻雜漏極 (LDD)和源/漏區(qū),在位于NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的源/漏區(qū)中分別形成有嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層。通常來說,嵌入式碳硅層的橫截面呈U形,嵌入式鍺硅層的橫截面呈∑形,以進(jìn)一步增強(qiáng)NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的溝道區(qū)的載流子遷移率。形成嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層的工藝過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí),在此不再加以贅述。在嵌入式碳硅層和嵌入式鍺硅層的頂部形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物,為了簡化,圖示中均予以省略。需要說明的是,也可以選擇在PMOS區(qū)和NMOS區(qū)分別形成第一金屬柵極結(jié)構(gòu)和第二金屬柵極結(jié)構(gòu)之后,再在形成于半導(dǎo)體襯底400上的層間介電層中形成接觸孔之后于接觸孔的底部形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物。
接下來,在半導(dǎo)體襯底400上形成層間介電層405,覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)402和側(cè)壁結(jié)構(gòu)403。然后,執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨,直至露出偽柵極結(jié)構(gòu)402的頂部。在形成層間介電層405之前,還可以在半導(dǎo)體襯底400上形成接觸孔蝕刻停止層404,覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)402和側(cè)壁結(jié)構(gòu)403。采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝分別形成接觸孔蝕刻停止層404和層間介電層405,例如,采用共形沉積工藝形成接觸孔蝕刻停止層404,采用化學(xué)氣相沉積工藝形成層間介電層405,其中,接觸孔蝕刻停止層404的材料可選擇氮化硅(SiN),層間介電層405的材料可選擇氧化物。
接著,如圖4B所示,去除偽柵極結(jié)構(gòu)402,形成溝槽。作為示例,在本實(shí)施例中,通過實(shí)施干法蝕刻,依次去除犧牲柵電極層402b和犧牲柵介電層402a。所述干法蝕刻的工藝參數(shù)包括:蝕刻氣體HBr的流量為20-500sccm,壓力為2-40mTorr,功率為100-2000W,其中mTorr代表毫毫米汞柱,sccm代表立方厘米/分鐘。在實(shí)施所述干法蝕刻之后,采用濕法蝕刻工藝去除所述干法蝕刻產(chǎn)生的蝕刻殘留物和雜質(zhì)。
接著,如圖4C所示,在溝槽的底部形成界面層406,在溝槽的底部和側(cè)壁依次形成高k介電層407和覆蓋層408。界面層406的構(gòu)成材料包括熱氧化物、氮氧化物、化學(xué)氧化物等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者爐內(nèi)處理工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為5埃-10埃。形成界面層406的作用是改善后續(xù)形成的高k介電層與半導(dǎo)體襯 底400之間的界面特性。高k介電層407的k值(介電常數(shù))通常為3.9以上,其構(gòu)成材料包括氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鉿鉭、氧化鉿鋯、氮氧化鉿鋯、氧化鉿鑭、氧化鑭、氧化鑭硅、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化鋁、氧化鋁硅,氮化硅、氧氮化物等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為10埃-30埃。覆蓋層408的構(gòu)成材料包括氧化鑭、氧化鋁、氧化鎵、氧化銦、氧化鉬碳化鉭、氧氮碳化鉭、氮化鉭、氮化鈦、氮化鉬、氮化鎢、鉑、釕、銥等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì),厚度為5埃-20埃。
接下來,在層間介電層405上形成犧牲層410,犧牲層410的材料包括無定形硅、無定形碳、深紫外光吸收氧化物(DUO)等具有良好間隙填充能力且易于通過剝離工藝去除的物質(zhì)。然后,蝕刻犧牲層410,所述蝕刻結(jié)束之后,僅在位于溝槽底部的覆蓋層408上留有犧牲層410,其厚度為50埃-200埃。
接著,如圖4D所示,通過干法蝕刻、濕法蝕刻或者二者的結(jié)合去除未被犧牲層410遮蔽的覆蓋層408。所述蝕刻為過蝕刻,以盡可能地?cái)U(kuò)大后續(xù)形成的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層411與位于溝槽側(cè)壁的高k介電層407之間的接觸面積。
接著,如圖4E所示,通過剝離工藝去除殘余的犧牲層410。然后,在溝槽的底部形成阻擋層409,在溝槽的底部和側(cè)壁形成第一功函數(shù)設(shè)定金屬層411。由于僅在溝槽的底部留有覆蓋層408,因此,通過沉積工藝不會(huì)在溝槽的側(cè)壁形成阻擋層409。阻擋層309的材料包括氮化鉭,形成阻擋層409的作用是防止后續(xù)形成的金屬柵極結(jié)構(gòu)中的金屬材料向高k介電層407的擴(kuò)散。第一功函數(shù)設(shè)定金屬層411包括一層或多層金屬或金屬化合物,其構(gòu)成材料為適用于PMOS的金屬材料,包括鈦、釕、鈀、鉑、鎢及其合金,還包括上述金屬元素的碳化物、氮化物等,厚度為10埃-580埃。
接下來,在層間介電層405上依次形成另一犧牲層414和圖案化的光刻膠層415,另一犧牲層414的材料包括無定形硅、無定形碳、深紫外光吸收氧化物(DUO)等具有良好間隙填充能力且易于通過 剝離工藝去除的物質(zhì)。然后,以圖案化的光刻膠層415為掩膜,蝕刻另一犧牲層414,以露出NMOS區(qū)。
接著,如圖4F所示,通過干法蝕刻、濕法蝕刻或者二者的結(jié)合去除位于NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層411。然后,通過剝離工藝去除圖案化的光刻膠層415和犧牲層414。然后,在溝槽中依次形成第二功函數(shù)設(shè)定金屬層412和金屬柵極材料層413。第二功函數(shù)設(shè)定金屬層412包括一層或多層金屬或金屬化合物,其構(gòu)成材料為適用于NMOS的金屬材料,包括鈦、鉭、鋁、鋯、鉿及其合金,還包括上述金屬元素的碳化物、氮化物等,厚度為10埃-80埃。金屬柵極材料層413的材料包括鎢、鋁等可以通過化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或者物理氣相沉積工藝形成的適宜的物質(zhì)。
至此,完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例四的方法實(shí)施的工藝步驟。通過形成犧牲層410并實(shí)施回蝕刻以在NMOS區(qū)形成掩膜,使后續(xù)的蝕刻可以去除位于溝槽側(cè)壁的絕大部分覆蓋層308,進(jìn)而使后續(xù)形成的第二功函數(shù)設(shè)定金屬層412覆蓋整個(gè)溝道區(qū)的上方,避免造成NMOS功函數(shù)的上翹。
上述四個(gè)實(shí)施例中所分別描述的避免造成NMOS功函數(shù)的上翹的四種方法可以任選其一或者相互結(jié)合使用,不僅適用于后高k介電層后金屬柵極工藝,也適用于先高k介電層后金屬柵極工藝。
參照?qǐng)D5,其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖,用于簡要示出制造工藝的流程。
在步驟501中,提供具有NMOS區(qū)和PMOS區(qū)的半導(dǎo)體襯底,在半導(dǎo)體襯底上形成有包括自下而上層疊的犧牲柵介電層和犧牲柵電極層的偽柵極結(jié)構(gòu);
在步驟502中,在半導(dǎo)體襯底上形成層間介電層,以填充偽柵極結(jié)構(gòu)之間的間隙;
在步驟503中,去除偽柵極結(jié)構(gòu),形成溝槽;
在步驟504中,在溝槽底部形成界面層,在溝槽的側(cè)壁和界面層的頂部依次形成高k介電層和覆蓋層;
在步驟505中,在覆蓋層上依次形成阻擋層和第一功函數(shù)設(shè)定金屬層;
在步驟506中,去除位于NMOS區(qū)的第一功函數(shù)設(shè)定金屬層;
在步驟507中,在溝槽中依次形成第二功函數(shù)設(shè)定金屬層和金屬柵極材料層,其中,在步驟501和步驟502之間、步驟504和步驟505之間、步驟505和步驟506之間以及步驟506和步驟507之間任選其一、其二、其三或者全選實(shí)施使第二功函數(shù)設(shè)定金屬層完全覆蓋NMOS區(qū)的溝道區(qū)的處理步驟。
接下來,可以通過后續(xù)工藝完成整個(gè)半導(dǎo)體器件的制作,包括:在層間介電層上形成另一層間介電層,覆蓋金屬柵極材料層的頂部;在所述層間介電層中形成接觸孔,露出金屬柵極材料層的頂部以及形成于半導(dǎo)體襯底中的源/漏區(qū)的頂部;填充金屬(通常為鎢)于接觸孔中形成連接后續(xù)形成的互連金屬層與所述自對(duì)準(zhǔn)硅化物的接觸塞;形成多個(gè)互連金屬層,通常采用雙大馬士革工藝來完成;形成金屬焊盤,用于后續(xù)實(shí)施器件封裝時(shí)的引線鍵合。
本發(fā)明還提供一種電子裝置,其包括根據(jù)本發(fā)明上述示例性實(shí)施例的方法制造的半導(dǎo)體器件。所述電子裝置可以是手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、游戲機(jī)、電視機(jī)、VCD、DVD、導(dǎo)航儀、照相機(jī)、攝像機(jī)、錄音筆、MP3、MP4、PSP等任何電子產(chǎn)品或設(shè)備,也可以是任何包括所述半導(dǎo)體器件的中間產(chǎn)品。所述電子裝置,由于使用了所述半導(dǎo)體器件,因而具有更好的性能。
本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明,但應(yīng)當(dāng)理解的是,上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的,而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是,本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例,根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改,這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。