具有金属栅电极的半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种方法，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。本发明专利技术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。

Semiconductor device having metal gate electrode and method of manufacturing the same

The present invention provides a method comprising providing a substrate having a first opening and a second opening on the substrate. A barrier layer is formed in the first opening. A second metal gate electrode is formed in the second opening, and the barrier layer is located in the first opening. Then, the barrier layer is removed from the first opening and a first metal gate electrode is formed. In an embodiment, this provides a device with second gate electrode, a gate electrode second includes second function layer and does not include the first function layer, and a first gate electrode includes a first layer of work function and does not include the second function layer. The invention also provides a semiconductor device having a metal gate electrode and a method for manufacturing the same.

【技术实现步骤摘要】
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”的专利技术专利申请的分案申请。
一般来说，本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本专利技术的一个方面，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。在该方法中，还包括：用硬掩模材料填充所述衬底的所述第二区中的开口，其中，在所述第一区中形成所述第一栅电极期间，用所述硬掩模材料填充所述开口；在形成所述第一栅电极之后，从所述开口中去除所述硬掩模材料；以及在去除所述硬掩模材料之后，在所述开口中形成所述第二栅电极的所述第二功函数层。根据本专利技术的另一方面，提供了一种方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成第一开口和第二开口；在所述第一开口中形成阻挡层；在所述阻挡层位于所述第一开口中时，在所述第二开口中形成第二金属栅电极；从所述第一开口中去除所述阻挡层；以及在去除所述阻挡层之后，在所述第一开口中形成第一金属栅电极。在该方法中，形成所述第一开口和所述第二开口包括：形成第一伪栅极结构和第二伪栅极结构；形成介于所述第一伪栅极结构和所述第二伪栅极结构之间的介电层；去除所述第一伪栅极结构，以形成所述第一开口；以及去除所述第二伪栅极结构，以形成所述第二开口。在该方法中，在所述第一开口中形成所述阻挡层包括：沉积多晶硅、非晶硅、旋涂玻璃、二氧化硅、和氮化硅(Si3N4)中的至少一种。在该方法中，形成所述阻挡层包括：沉积硬掩模材料并且对所述硬掩模材料实施化学机械抛光(CMP)。在该方法中，还包括：与在所述第一开口中形成所述阻挡层的同时在所述第二开口中形成所述阻挡层；在所述第一开口中的所述阻挡层上形成掩模元件；以及当所述掩模元件设置在所述第一开口中的所述阻挡层上时，去除所述第二开口中的所述阻挡层。在该方法中，形成所述第二金属栅电极包括：形成n型功函数层和填充层。在该方法中，形成所述第一金属栅电极包括：形成p型功函数层。在该方法中，形成所述第二金属栅电极包括：形成n型功函数层而不形成p型功函数层，并且形成覆盖所述n型功函数层的填充层。在该方法中，形成所述第一金属栅电极包括：形成p型功函数层而不形成n型功函数层。根据本专利技术的又一方面，提供了一种半导体器件，包括：半导体衬底；第一栅极结构，包括第一栅电极；以及第二栅极结构，包括第二栅电极；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，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。在该半导体器件中，所述第一栅极结构包括栅极介电层和直接设置在所述栅极介电层上的所述第一功函数层；并且所述第二栅极结构包括所述栅极介电层和直接设置在所述栅极介电层上的所述第二功函数层。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。图1a和图1b提供了示出根据本专利技术的一个或多个方面制造半导体器件的方法的实施例的流程图。图2至图16示出了对应于图1的方法的一个或多个步骤的半导体器件的实施例的横截面图。具体实施方式应当了解为了实施本专利技术的不同部件，以下公开内容提供了许多不同的实施例或实例。在下面描述元件和布置的特定实例以简化本专利技术。当然这些仅仅是实例并不打算限定。再者，在下面的描述中第一部件在第二部件上方或者在第二部件上的形成可以包括其中第一和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可以包括其中可以形成介入第一和第二部件中的额外的部件，使得第一和第二部件可以不直接接触的实施例。类似地，提供空间相对位置术语，如“上方”或“下方”等仅仅是用于简化描述，而不预期用于提供绝对的方位(例如，可以翻转器件以使“顶部”变成“底部”)。为了简明和清楚，可以任意地以不同的比例绘制各种部件。参考图1，示出了根据本专利技术的一个或多个方面的采用后栅极方法制造半导体器件的方法100。图2至图16是根据图1的方法的实施例在各个制造阶段的半导体器件200的横截面图。方法100可以提供包括半导体器件的器件，该半导体器件具有用于一种或多种栅极结构的单一类型的功函数金属。例如，方法100可以用于制造包括在其栅极结构中具有n型功函数金属(而不具有p型功函数金属)的n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)和在其栅极结构中具有p型功函数金属(而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其中所述第一区包括第一开口并且所述第二区包括第二开口；以阻挡材料填充所述第二开口，其中所述阻挡材料包括非晶硅、旋涂玻璃、二氧化硅、和氮化硅(Si

【技术特征摘要】
2011.10.19 US 13/276,8591.一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，其中所述第一区包括第一开口并且所述第二区包括第二开口；以阻挡材料填充所述第二开口，其中所述阻挡材料包括非晶硅、旋涂玻璃、二氧化硅、和氮化硅(Si3N4)中的至少一种；当所述阻挡材料填充所述第二开口时，在所述第一开口中形成第一栅电极，其中在所述第一开口中形成所述第一栅电极包括：直接在栅极介电层上形成第一功函数层；直接在所述第一功函数层上形成第一填充金属层；以及平坦化所述第一填充金属层使得其顶面与所述第二开口中的所述阻挡材料的顶面共面；在形成所述第一栅电极之后去除所述阻挡材料；以及在所述第二开口中形成第二栅电极，其中，所述第二栅电极包括第二功函数层并且不包括所述第一功函数层，并且所述第一栅电极包括所述第一功函数层并且不包括所述第二功函数层，并且其中，在所述第二开口中形成所述第二栅电极包括：直接在所述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二填充金属层。2.根据权利要求1所述的方法，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，以形成所述第一开口和所述第二开口，其中，所述第一开口和所述第二开口形成在设置于所述衬底上的层中。3.根据权利要求1所述的方法，其中，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。4.根据权利要求1所述的方法，其中，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。5.根据权利要求4所述的方法，其中，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。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一填充金属层和所述第二填充...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达元，许光源，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71