柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的特征尺寸逐漸變小。而半導(dǎo)體器件特征尺寸的逐漸變小給半導(dǎo)體制造工藝提出了更高的要求。
[0003]以互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件為例，隨著器件本身的尺寸的減小，為了適應(yīng)這種變化，現(xiàn)有技術(shù)中開始應(yīng)用后柵(gate last)金屬柵工藝形成金屬柵極，以獲得性能更為理想的柵極。這種工藝通常先在襯底上形成偽柵(dummy gate)，并通過所述偽柵定義源漏區(qū)；在形成源漏區(qū)之后，在襯底上形成能露出偽柵的介質(zhì)材料層；之后去除偽柵，并在去除偽柵后的開口中形成金屬柵極。
[0004]與此同時，為了與金屬柵極的尺寸減小的趨勢相匹配，柵介質(zhì)材料層的等效氧化層厚度(equivalent oxide thickness,EOT)也需要按照一定比例縮小(scale down),這意味著柵介質(zhì)材料層的制造難度也在增加。
[0005]此外，在制作CMOS器件時，為了使CMOS器件具有較為靈活的閾值電壓(VT)，也就是使CMOS器件中不同的PMOS器件或者NMOS器件具有多種不同的閾值電壓(multi_VT)。以PMOS器件為例，通常的做法是在PMOS器件去除偽柵形成多個開口之后，通過光刻膠或者其它遮蓋層來掩蓋不同部分開口，從而在另一部分未被遮蓋的開口中形成不同金屬層，進(jìn)而在不同開口中形成不同金屬層構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)，并在所述堆疊結(jié)構(gòu)上形成金屬柵極，以形成PM0S。不同金屬層構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)具有不同的功函數(shù)，從而可以使形成的PMOS的閾值電壓也不同。
[0006]但是，上述的方法需要多次形成遮蓋層(例如:光刻膠)以在開口中多次堆疊金屬層。這種方法不僅步驟復(fù)雜，且對遮蓋層以及金屬層的覆蓋性能要求也更高，在實(shí)際制造過程中的操作難度大幅度增加。進(jìn)一步，在形成遮蓋層或者金屬層的過程中更加容易產(chǎn)生缺陷，例如，堆疊金屬層會使開口的深寬比變大，從而導(dǎo)致后續(xù)的金屬層或者遮蓋層在開口中的覆蓋難度進(jìn)一步增加，容易發(fā)生后續(xù)的金屬層或者金屬柵極等在開口中的覆蓋效果不好，甚至產(chǎn)生缺陷的情況。在形成金屬層時，由于覆蓋效果不佳而產(chǎn)生空隙等覆蓋缺陷。此夕卜，對于已采用沉積的方法形成柵介質(zhì)材料層的情況，這種方法需要多次遮蓋層來覆蓋不同的開口，操作過程將變得比較繁瑣和復(fù)雜，采用上述方法調(diào)整器件的閾值電壓的難度增大。另外，反復(fù)堆疊金屬層還會占據(jù)一定的空間體積。為此，如何簡化制造步驟，以較為簡便地形成多閾值電壓的器件，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問題是提供一種柵極及其制作方法，以較為簡便地形成多閾值電壓的器件。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種柵極結(jié)構(gòu)的制作方法，包括:
[0009]提供襯底；
[0010]在所述襯底上形成介質(zhì)材料層以及位于介質(zhì)材料層中的多個偽柵結(jié)構(gòu)；
[0011]去除偽柵結(jié)構(gòu)，形成位于層間介質(zhì)層中且露出所述襯底的多個開口，所述多個開口包括:用于形成第一半導(dǎo)體器件的第一開口，用于形成第二半導(dǎo)體器件的第二開口，用于形成第三半導(dǎo)體器件的第三開口；
[0012]在所述第一開口、第二開口以及第三開口中分別形成第一金屬層；
[0013]對所述第一開口中的第一金屬層進(jìn)行第一處理，以形成處理后第一金屬層，所述處理后第一金屬層的功函數(shù)小于第二開口和第三開口中第一金屬層的功函數(shù)；
[0014]在第一處理的步驟之后，在所述第一開口中的處理后第一金屬層、第二開口和第三開口中的第一金屬層上分別形成第二金屬層；
[0015]對位于所述第二開口中的第二金屬層進(jìn)行第二處理，以形成處理后第二金屬層，所述處理后第二金屬層的功函數(shù)大于第一開口和第三開口中的第二金屬層的功函數(shù)；
[0016]在所述第二開口中的處理后第二金屬層、第一開口和第三開口中的第二金屬層上分別形成金屬柵極。
[0017]可選的，所述第一金屬層的材料為鉭，或者鉭的化合物。
[0018]可選的，所述第一金屬層的材料為鉭、氮化鉭或者鋁化鉭。
[0019]可選的，形成第一金屬層的步驟包括，采用化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積或者原子層沉積形成所述第一金屬層。
[0020]可選的，形成第一金屬層的步驟包括，使所述第一金屬層的厚度在5?20埃的范圍內(nèi)。
[0021]可選的，對第一金屬層進(jìn)行第一處理的步驟包括:在氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w中對所述第一金屬層進(jìn)行熱處理。
[0022]可選的，對第一金屬層進(jìn)行第一處理的步驟包括:使所述氧氣與氮?dú)獾幕旌媳仍?:1?1:50的范圍內(nèi)，并使熱處理時的溫度在400?1000攝氏度的范圍內(nèi)。
[0023]可選的，所述熱處理采用快速熱氧化、尖峰退火或者激光退火。
[0024]可選的，形成第二金屬層的步驟包括:形成材料為氮化鈦、碳化鉭或者氮化鑰的第二金屬層。
[0025]可選的，對第二金屬層進(jìn)行第二處理的步驟包括:在氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w中或在氨氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w中對所述第二金屬層進(jìn)行熱處理，或者，采用氮離子對所述第二金屬層進(jìn)行離子轟擊處理。
[0026]可選的，使所述氧氣與氮?dú)獾幕旌媳仍?:1?1:50的范圍內(nèi)，并使退火溫度在400?1000攝氏度的范圍內(nèi)。
[0027]可選的，使所述氨氣與氮?dú)獾幕旌媳仍?:1?20:1的范圍內(nèi)，并使退火溫度在400?1000攝氏度的范圍內(nèi)。
[0028]可選的，所述熱處理采用快速熱氧化、尖峰退火或者激光退火。
[0029]可選的，所述氮離子轟擊第二金屬層時，使氮?dú)獾牧髁吭?000?15000標(biāo)準(zhǔn)毫升每分，并使溫度在400攝氏度以下；離子轟擊設(shè)備的功率在1000瓦以下。
[0030]可選的，在形成多個開口的步驟之后，形成第一金屬層的步驟之前，還包括以下步驟:[0031 ] 在所述第一開口、第二開口和第三開口露出的襯底上依次形成柵介質(zhì)材料層、高K介質(zhì)材料層以及蓋帽層。
[0032]可選的，在形成第一金屬層的步驟之后，對第一開口中的第一金屬層進(jìn)行第一處理的步驟之前，還包括:在所述第二開口、第三開口中形成覆蓋于所述第一金屬層上的第一犧牲層，以在第一處理的過程中遮擋第二開口和第二開口中的第一金屬層；
[0033]對第一開口中的第一金屬層進(jìn)行第一處理的步驟之后，形成第二金屬層的步驟之前，還包括:去除所述第一犧牲層；
[0034]在形成第二金屬層的步驟之后，對第二金屬層進(jìn)行第二處理的步驟之前，還包括:在所述第一、第三開口中形成覆蓋于所述第二金屬層上的第二犧牲層，以在第二處理的過程中遮擋第一開口和第三開口中的第二金屬層；
[0035]在對第二金屬層進(jìn)行第二處理的步驟之后，形成金屬柵極的步驟之前，還包括:去除所述第二犧牲層。
[0036]可選的，形成金屬柵極的步驟包括:采用化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積，形成鋁或者鎢材料的金屬柵極。
[0037]此外，本發(fā)明還提供一種柵極結(jié)構(gòu)，包括:
[0038]襯底；
[0039]位于所述襯底上的層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層中設(shè)置有露出所述襯底的多個開口，所述多個開口包括:用于形成第一半導(dǎo)體器件的第一開口，用于形成第二半導(dǎo)體器件的第二開口，用于形成第三半導(dǎo)體器件的第三開口 ；
[0040]形成于所述第二開口、第三開口中的第一金屬層，形成于所述第一開口中的處理后第一金屬層，所述處理后第一金屬層的功函數(shù)小于第二開口和第三開口中第一金屬層的功函數(shù)；
[0041]形成于第一開口中處理后第一金屬層上、第三開口中第一金屬層上的第二金屬層，形成于所述第二開口中第一金屬層上的處理后第二金屬層，所述處理后第二金屬層的功函數(shù)大于第一開口和第三開口中第二金屬層的功函數(shù)；形成于所述第二開口中處理后第二金屬層、第一開口中第二金屬層上和第三開口中第二金屬層上的金屬柵極。
[0042]可選的，所述第一金屬層的材料包括:鉭、氮化鉭或者鋁化鉭。
[0043]可選的，所述第二金屬層的材料包括:氮化鈦、碳化鉭或者氮化鑰。
[0044]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0045]通過形成第一金屬層，并對位于第一開口中的第一金屬層進(jìn)行第一處理以降低所述第一金屬層在第一開口的功函數(shù)，并對位于第二開口中的第二金屬層進(jìn)行第二處理，以提高位于第二開口中的第二金屬層的功函數(shù)，從而使位于第一、第二以及第三開口中的第一金屬層以及第二金屬層相疊加的功函數(shù)各不相同，從而獲得多閾值電壓的器件。本發(fā)明直接對選定的第一開口中的第一金屬層、第二開口中的第二金屬層進(jìn)行處理，以調(diào)整位于選定開口中第一或者第二金屬層的功函數(shù)，然后形成金屬柵極，不需要額外覆蓋或堆疊新的金屬層來改變功函數(shù)，既簡化了步驟又節(jié)省了空間，也減少了額外覆蓋或堆疊金屬層產(chǎn)生的覆蓋缺陷的問題。
[0046]進(jìn)一步，采用鉭，或者鉭的化合物作為所述第一金屬層的材料，使第一金屬層還可以在形成金屬柵極后作為金屬柵極的擴(kuò)散阻擋層，無需再形成一層擴(kuò)散阻擋層，進(jìn)一步簡化了工藝步驟。