[发明专利]具有金属栅电极的半导体器件及其制造方法

说明书

本发明提供了一种方法，该方法包括提供衬底，在该衬底上具有第一开口和第二开口。在第一开口中形成阻挡层。在第二开口中形成第二金属栅电极，而阻挡层位于第一开口中。然后，从第一开口中去除阻挡层，并形成第一金属栅电极。在实施例中，这样提供了具有第二栅电极的器件，第二栅电极包括第二功函数层而不包括第一功函数层，并且第一栅电极包括第一功函数层而不包括第二功函数层。本发明还提供了一种具有金属栅电极的半导体器件及其制造方法。

本申请是于2012年07月12日提交的申请号为201210242462.5的名称为“具有金属栅电极的半导体器件及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

一般来说，本发明涉及在衬底上形成半导体器件，更具体而言，涉及形成半导体器件的栅极结构。

背景技术

半导体器件的几何结构在尺寸上持续显著降低。现今的制造工艺常规生产具有小于65nm的部件尺寸的器件。然而，持续满足器件需求的同时解决与实施新工艺和设备技术相关的问题已变得更具有挑战性。例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管通常形成具有多晶硅栅电极。多晶硅具有有利的热电阻性质并能够实现自对准源极/漏极结构的形成。

然而，为了持续满足性能需求，一直期望用金属栅电极替换多晶硅栅电极。实现金属栅极的一个工艺被称为“后栅极”或“替换栅极”方法。在这种工艺中，首先形成伪(例如，牺牲)多晶硅栅极，实施与半导体器件相关的各种工艺，随后去除伪栅极，并用金属栅极替换伪栅极。然而，在工艺期间必须小心为得到的金属栅极提供足够的功函数。然而，通常由于加工限制，一个或多个所得器件包括p型功函数金属和n型功函数金属两种类型。例如，NMOSFET含有p型功函数金属以及n型功函数金属。这可能是不利的，这是因为功函数金属的平带电压受到具有相反功函数的金属的影响。因此，期望的是通过选择功函数金属实现阈值电压可控性的半导体器件和/或其制造方法。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，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，包括：提供具有第一区和第二区的衬底；在所述第一区中形成第一栅电极；以及在所述第二区中形成第二栅电极，其中，所述第二栅电极包括第二功函数层而不包括第一功函数层，并且，所述第一栅电极包括所述第一功函数层而不包括所述第二功函数层。

在该方法中，还包括：在所述衬底的所述第一区中形成第一伪栅极结构，并且在所述衬底的所述第二区中形成第二伪栅极结构；以及去除所述第一伪栅极结构和所述第二伪栅极结构，以在所述衬底上设置的层中形成第一开口和第二开口，其中，所述第一栅电极和所述第二栅电极分别形成在所述第一开口和所述第二开口中。

在该方法中，所述第一功函数层是n型功函数层，所述第二功函数层是p型功函数层。

在该方法中，形成所述第一栅电极包括：形成所述第一功函数层，所述第一功函数层具有选自由Ti、Ag、Al、TaAl、TaAlC、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、和Zr所构成的组的材料。

在该方法中，形成所述第二栅电极包括：形成所述第二功函数层，所述第二功函数层具有选自由TiN、TaN、Ru、Mo、WN、ZrSi₂、MoSi₂、TaSi₂、NiSi₂、和WN所构成的组的材料。

在该方法中，在所述第二区中形成所述第二栅电极，包括：直接在栅极介电层上形成所述第二功函数层；以及直接在所述第二功函数层上形成第一填充金属层。

在该方法中，在所述第一区中形成所述第一栅电极，包括：直接在所述栅极介电层上形成所述第一功函数层；以及直接在所述第一功函数层上形成第二填充金属层。

在该方法中，所述第一填充金属层和所述第二填充金属层可具有相同的组分。