[发明专利]制造混合高k/金属栅堆叠件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造半导体器件的方法，具体而言，涉及制造混合高k/金属栅极堆叠件的方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业经历了快速发展。由于IC材料和设计的技术改进，产生了若干IC代，每一代与上一代相比都拥有更小和更复杂的电路。但是，这些进步使加工与生产IC变得更复杂。为了实现这些进步，需要IC加工和生产方面的相应发展。当诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的半导体部件通过各种技术节点按比例缩小，使用了若干策略用于提高部件性能，诸如使用高K(HK)介电材料与金属栅级(MG)电极结构、应变工程、3-D栅极晶体管和超薄体(UTB)。这就需要开发工艺整合来提供高级HK/MG和传统多晶硅栅极工艺之间的灵活性和易适性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供带有多个绝缘部件和第一高k(HK)介电材料的半导体衬底；在所述半导体衬底上形成第一多晶硅栅极堆叠件、第二多晶硅栅极堆叠件和第三多晶硅栅极堆叠件；在所述多晶硅栅极堆叠件上形成侧壁间隔件；在所述半导体衬底上形成源极和漏极；在所述半导体衬底上形成层间介电(ILD)层；对ILD层实施化学机械平坦化(CMP)；在所述第一多晶硅栅极堆叠件上形成经图案化的硬掩模以限定所述半导体衬底上的高电阻器；在所述半导体衬底上图案化和限定带有所述第二多晶硅栅极堆叠件的n-型场效应晶体管(NFET)区域和带有所述第三多晶硅栅极堆叠件的p-型场效应晶体管(PFET)区域；实施第一栅极蚀刻以部分地去除位于PFET区域中的所述第三多晶硅栅极堆叠件；所述第一栅极蚀刻完成后，暴露出NFET区域、PFET区域和高电阻器；实施第二栅极蚀刻以部分地去除位于NFET区域中的所述第二多晶硅栅极堆叠件以形成NFET栅极沟槽；以及去除位于PFET区域中的多晶硅以形成PFET栅极沟槽；去除位于所述第一多晶硅栅极堆叠件上的所述经图案化的硬掩模；用第二HK介电材料填充所述PFET栅极沟槽和所述NFET栅极沟槽；在所述PFET栅极沟槽和所述NFET栅极沟槽上的所述第二HK介电材料上沉积p-型功函数(p-WF)金属；在p-WF金属层上沉积填充金属层；实施金属CMP以去除多余的金属层和多余的第二HK介电材料以在所述NFET区域和所述PFET区域中形成HK/金属栅极堆叠件。

在上述方法中，其中所述高电阻器的硬掩模在所述第一栅极蚀刻期间提供高蚀刻电阻。

在上述方法中，其中在沉积所述ILD层之前，通过湿法蚀刻技术将所述侧壁间隔件的厚度减薄。

在上述方法中，其中在所述ILD层和所述半导体衬底之间设置接触蚀刻停止层(CESL)。

在上述方法中，其中在所述第一栅极蚀刻中，NFET中的多晶硅保持完好而PFET中的多晶硅被部分地去除。

在上述方法中，其中在所述第二栅极蚀刻中，PFET中的多晶硅被去除而NFET中的多晶硅被部分去除。

在上述方法中，其中所述第二HK介电层同时在PFET和NFET的栅极沟槽上沉积。

在上述方法中，其中所述p-WF金属同时在PFET和NFET的栅极沟槽上沉积。

在上述方法中，其中所述NFET区域中的所述第二多晶硅栅极堆叠件通过先栅极方法形成。

在上述方法中，其中所述PFET区域中的所述HK/金属栅极堆叠件通过后栅极方法形成。

在上述方法中，其中所述高电阻器的硬掩模通过所述第二栅极蚀刻去除。

根据本发明的另一方面，还提供了一种具有混合HK/金属栅极的半导体器件，包括：包括多个源极和漏极部件的半导体衬底，和多个隔离部件，以将所述半导体衬底分隔成NFET区域和PFET区域；形成在所述半导体衬底上方并设置在所述源极和漏极部件之间的多个栅极堆叠件，其中所述PFET区域中的栅极堆叠件包括：形成在所述半导体衬底上方的界面层；形成在所述界面层上方的高k(HK)介电层；形成在HK介电层顶部上的p-型功函数(p-WF)金属层；形成在p-WF金属层上方的填充金属层；而位于所述NFET区域中的栅极堆叠件包括：形成在所述半导体衬底上方的界面层；形成在所述界面层上方的HK介电层；形成在所述HK介电层上方的保护层；形成在所述保护层上方的多晶硅层；形成在所述多晶硅层的顶部上的p-WF金属层；形成在p-WF层上的金属层。

在上述器件中，还包括形成在所述栅极堆叠件的侧壁上的间隔件，其中所述间隔件包括密封间隔件和主间隔件。

在上述器件中，其中所述密封间隔件包含氮化硅。