CMOS器件的形成方法技术

技术编号:15643766 阅读:114 留言:0更新日期:2017-06-16 18:20
一种CMOS器件的形成方法,包括:提供基底,所述基底表面形成有层间介质层,且位于第一区域的层间介质层内具有第一开口,位于第二区域的层间介质层内具有第二开口;在第一开口底部和侧壁表面、以及第二开口底部和侧壁表面形成栅介质层;在第一开口内填充满填充层;在第二开口内的栅介质层表面形成第一功函数层,第一功函数层还位于填充层表面;在第一功函数层表面形成填充满第二开口的第一栅电极层;去除填充层,暴露出第一开口内的栅介质层表面;在第一开口内的栅介质层表面形成第二功函数层;在第二功函数层表面形成填充满第一开口的第二栅电极层。本发明专利技术使得形成第二栅电极层工艺的填孔性能得到改善,进而提高形成的CMOS器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
CMOS器件的形成方法
本专利技术涉及半导体制作
,特别涉及一种CMOS器件的形成方法。
技术介绍
集成电路尤其超大规模集成电路的主要半导体器件是金属-氧化物-半导体场效应管(MOS晶体管)。随着集成电路制作技术的不断发展,半导体器件技术节点不断减小,半导体器件的几何尺寸遵循摩尔定律不断缩小。当半导体器件尺寸减小到一定程度时,各种因为半导体器件的物理极限所带来的二级效应相继出现,半导体器件的特征尺寸按比例缩小变得越来越困难。其中,在半导体制作领域,最具挑战性的是如何解决半导体器件漏电流大的问题。半导体器件的漏电流大,主要是由传统栅介质层厚度不断减小所引起的。当前提出的解决方法是,采用高k栅介质材料代替传统的二氧化硅栅介质材料,并使用金属作为栅电极,以避免高k材料与传统栅电极材料发生费米能级钉扎效应以及硼渗透效应。高k金属栅的引入,减小了半导体器件的漏电流。尽管高k金属栅极的引入能够在一定程度上改善半导体器件的电学性能,但是现有技术形成的半导体器件的电学性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种CMOS器件的形成方法,形成具有不同功函数的栅极结构,且栅极结构中栅电极层的填孔性能高,从而改善形成的CMOS器件的电学性能。为解决上述问题,本专利技术提供一种CMOS器件的形成方法,包括:提供基底,所述基底包括第一区域和第二区域,且所述第一区域和第二区域的区域类型不同,所述基底表面形成有层间介质层,且位于第一区域的层间介质层内具有第一开口,所述第一开口暴露出第一区域部分基底表面,位于第二区域的层间介质层内具有第二开口,所述第二开口暴露出第二区域部分基底表面;在所述第一开口底部和侧壁表面、以及第二开口底部和侧壁表面形成栅介质层;在形成所述栅介质层之后,在所述第一开口内填充满填充层;在所述第二开口内的栅介质层表面形成第一功函数层,所述第一功函数层还位于填充层表面;在所述第一功函数层表面形成填充满所述第二开口的第一栅电极层;去除高于所述填充层表面的第一栅电极层以及第一功函数层;去除所述填充层,暴露出第一开口内的栅介质层表面;在所述第一开口内的栅介质层表面形成第二功函数层,所述第二功函数层还位于第一栅电极层表面,且所述第二功函数层与第一功函数层的材料功函数类型不同;在所述第二功函数层表面形成填充满第一开口的第二栅电极层;去除高于所述第一栅电极层的第二栅电极层以及第二功函数层。可选的,所述填充层的材料为ODL材料、BARC材料或DUO材料。可选的,采用旋转涂覆工艺形成所述填充层。可选的,采用灰化工艺去除所述填充层。可选的,去除所述填充层的工艺步骤包括:在所述第一栅电极层表面形成掩膜层;接着,去除所述填充层;在去除所述填充层之后,去除所述掩膜层。可选的,所述栅介质层包括界面层以及位于界面层表面的高k栅介质层。可选的,所述界面层的材料为氧化硅;所述高k栅介质层的材料为HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO2或Al2O3。可选的,所述界面层包括热氧化层以及位于热氧化层表面的化学氧化层。可选的,在形成所述填充层之前,还包括步骤:在所述栅介质层表面形成盖帽层。可选的,所述第一功函数层位于第二开口的盖帽层表面;在去除所述填充层之后、形成所述第二功函数层之前,去除所述第一开口内的盖帽层。可选的,在去除所述第一开口内的盖帽层之后、形成所述第二功函数层之前,在所述第一开口内的栅介质层表面形成保护层。可选的,所述保护层的材料为TiN或TaN;所述盖帽层的材料为TiN或TaN;所述第一区域为NMOS区域,所述第二区域为PMOS区域,所述保护层的厚度小于盖帽层的厚度。可选的,采用化学机械抛光工艺,研磨去除高于所述填充层表面的第一栅电极层以及第一功函数层;采用化学机械研磨工艺,研磨去除高于所述第一栅电极层表面的第二栅电极层以及第二功函数层。可选的,所述第一栅电极层的材料为TiAl、Ti、Cu、Co、Al或W中的一种或多种;所述第二栅电极层的材料为TiAl、Ti、Cu、Co、Al或W中的一种或多种。可选的,所述第一功函数层的材料为N型功函数材料或P型功函数材料;所述第二功函数层的材料为N型功函数材料或P型功函数材料。可选的,所述第一区域为NMOS区域,所述第一功函数层的材料为N型功函数材料;所述第二区域为PMOS区域,所述第二功函数层的材料为P型功函数材料。可选的,所述第一功函数层的材料为TiAl、Mo、MoN、AlN或TiAlC;所述第二功函数层的材料为TiN、TaN、TaSiN、TiSiN、TaAlN或TiAlN。可选的,所述第一栅电极层的材料为Al、Cu、W、Ag、Au、Pt、Ni或Ti中的一种或多种;所述第二栅电极层的材料为Al、Cu、W、Ag、Au、Pt、Ni或Ti中的一种或多种。可选的,所述基底包括:衬底;位于衬底表面的分立的鳍部;位于所述衬底表面的隔离层,所述隔离层覆盖鳍部的部分侧壁表面,且所述隔离层顶部低于鳍部顶部。与现有技术相比,本专利技术的技术方案具有以下优点:本专利技术提供的CMOS器件的形成方法的技术方案中,在第一开口底部和侧壁表面、以及第二开口底部和侧壁表面形成栅介质层之后,在第一开口内填充满填充层,所述填充层占据后续形成第二功函数层和第二栅电极层的空间位置;接着,在第二开口内的栅介质层表面形成第一功函数层,在第一功函数层表面形成填充满第二开口的第一栅电极层,由于第一开口被填充层占据,使得形成的第一功函数层不会位于第一开口内;然后,去除所述填充层,在第一开口内的栅介质层表面形成第二功函数层,在第二功函数层表面形成填充满第一开口的第二栅电极层;去除高于第一栅电极层的第二栅电极层以及第二功函数层。由于在形成第二栅电极层之前,所述第一开口内未形成第一功函数层,与第一开口内具有第一功函数层再形成第二栅电极层相比,本专利技术中第二栅电极层需要填充的开口尺寸更大,从而提高了形成第二栅电极层的工艺窗口,有利于提高形成的第二栅电极层的质量,使得第二栅电极层与第二功函数层之间接触紧密,进而改善CMOS器件的电学性能和可靠性。进一步,所述填充层的材料为ODL材料、BARC材料或DUO材料,使得能够选择性的仅在第一开口内填充满填充层,且能够采用灰化工艺去除所述填充层。进一步,在形成所述填充层之前,还在栅介质层表面形成盖帽层,且第一功函数层位于第二开口的盖帽层表面,所述盖帽层能够起到保护栅介质层的作用,防止第一栅电极层内的金属离子扩散至栅介质层内。更进一步,在去除第一开口的盖帽层之后,在第一开口内的栅介质层表面形成保护层,且保护层的厚度小于盖帽层的厚度,所述保护层能够起到保护第一区域的栅介质层的作用,防止第二栅电极层内的金属离子扩散至栅介质层内。附图说明图1是一实施例提供的CMOS器件的剖面结构示意图;图2至图12为本专利技术一实施例提供的形成CMOS器件过程的剖面结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知,现有技术形成的半导体器件的电学性能有待提高。CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)器件为半导体器件的主要元件之一。经研究发现,为了同时满足CMOS器件中NMOS管和PMOS管改善阈值电压(ThresholdVoltage)的要求,本文档来自技高网
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CMOS器件的形成方法

【技术保护点】
一种CMOS器件的形成方法,其特征在于,包括:提供基底,所述基底包括第一区域和第二区域,且所述第一区域和第二区域的区域类型不同,所述基底表面形成有层间介质层,且位于第一区域的层间介质层内具有第一开口,所述第一开口暴露出第一区域部分基底表面,位于第二区域的层间介质层内具有第二开口,所述第二开口暴露出第二区域部分基底表面;在所述第一开口底部和侧壁表面、以及第二开口底部和侧壁表面形成栅介质层;在形成所述栅介质层之后,在所述第一开口内填充满填充层;在所述第二开口内的栅介质层表面形成第一功函数层,所述第一功函数层还位于填充层表面;在所述第一功函数层表面形成填充满所述第二开口的第一栅电极层;去除高于所述填充层表面的第一栅电极层以及第一功函数层;去除所述填充层,暴露出第一开口内的栅介质层表面;在所述第一开口内的栅介质层表面形成第二功函数层,所述第二功函数层还位于第一栅电极层表面,且所述第二功函数层与第一功函数层的材料功函数类型不同;在所述第二功函数层表面形成填充满第一开口的第二栅电极层;去除高于所述第一栅电极层的第二栅电极层以及第二功函数层。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS器件的形成方法,其特征在于,包括:提供基底,所述基底包括第一区域和第二区域,且所述第一区域和第二区域的区域类型不同,所述基底表面形成有层间介质层,且位于第一区域的层间介质层内具有第一开口,所述第一开口暴露出第一区域部分基底表面,位于第二区域的层间介质层内具有第二开口,所述第二开口暴露出第二区域部分基底表面;在所述第一开口底部和侧壁表面、以及第二开口底部和侧壁表面形成栅介质层;在形成所述栅介质层之后,在所述第一开口内填充满填充层;在所述第二开口内的栅介质层表面形成第一功函数层,所述第一功函数层还位于填充层表面;在所述第一功函数层表面形成填充满所述第二开口的第一栅电极层;去除高于所述填充层表面的第一栅电极层以及第一功函数层;去除所述填充层,暴露出第一开口内的栅介质层表面;在所述第一开口内的栅介质层表面形成第二功函数层,所述第二功函数层还位于第一栅电极层表面,且所述第二功函数层与第一功函数层的材料功函数类型不同;在所述第二功函数层表面形成填充满第一开口的第二栅电极层;去除高于所述第一栅电极层的第二栅电极层以及第二功函数层。2.如权利要求1所述CMOS器件的形成方法,其特征在于,所述填充层的材料为有机材料。3.如权利要求2所述CMOS器件的形成方法,其特征在于,所述有机材料包括ODL材料、BARC材料或DUO材料。4.如权利要求1或2所述CMOS器件的形成方法,其特征在于,采用旋转涂覆工艺形成所述填充层。5.如权利要求1或2所述CMOS器件的形成方法,其特征在于,采用灰化工艺去除所述填充层。6.如权利要求1所述CMOS器件的形成方法,其特征在于,去除所述填充层的工艺步骤包括:在所述第一栅电极层表面形成掩膜层;接着,去除所述填充层;在去除所述填充层之后,去除所述掩膜层。7.如权利要求1所述CMOS器件的形成方法,其特征在于,所述栅介质层包括界面层以及位于界面层表面的高k栅介质层。8.如权利要求7所述CMOS器件的形成方法,其特征在于,所述界面层的材料为氧化硅;所述高k栅介质层的材料为HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO2或Al2O3。9.如权利要求7所述CMOS器件的形成方法,其特征在于,所述界面层包括热氧化层以及位于热氧化层表面的化学氧化层。10.如权利要求1所述CMOS器件的形成方法,其特征在于,在形成所述填充层之前,还包括步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:李勇
申请(专利权)人:中芯国际集成电路制造上海有限公司中芯国际集成电路制造北京有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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