【技术实现步骤摘要】
具有金属栅极的半导体器件结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种具有金属栅极的半导体器件结构及其制备方法。
技术介绍
随着半导体制造工艺中的特征尺寸(CriticalDimension，CD)的不断减小，高介电常数金属栅极(HK&MG)已经替换了原有的多晶硅栅极，并普遍应用于45nm和32nm以及更小特征尺寸的工艺节点中。现有的高介电常数金属栅极中，一般采用铝(Al)或钨(W)填充作为导电层。然而，采用铝进行间隙填充形成金属栅极时，由于铝具有较高的功率函数值(4.1eV)，在进行铝填充时，一旦铝扩散到PMOS的功率函数层(Workfunction，WF)，就会严重影响PMOS的功率函数值；因此，需要形成较厚氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)作为屏蔽隔离层以防止铝的扩散，然而，形成较厚的屏蔽隔离层会对金属栅的见习填充窗口及金属栅极的电阻Rs造成不良的影响，从而影响器件的性能；采用钨进行间隙填充形成金属栅极时，反应气体六氟化钨(WF6)中的氟或反应气体中的硼会扩散至NMOS的功率函数层中，这...
【技术保护点】
1.一种具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，所述具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法包括如下步骤：/n1)提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括PMOS区域及NMOS区域；/n2)于所述半导体衬底的表面形成第一伪栅极结构、第二伪栅极结构及介质层；其中，所述第一伪栅极结构位于所述PMOS区域，所述第一伪栅极结构包括由下至上依次叠置的第一栅氧化层、第一栅间介电层及第一牺牲栅材料层；所述第二伪栅极结构位于所述NMOS区域，所述第二伪栅极结构包括由下至上依次叠置的第二栅氧化层、第二栅间介电层及第二牺牲栅材料层；所述介质层覆盖所述PMOS区域及所述NMOS区域；/n3...
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，所述具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法包括如下步骤：
1)提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括PMOS区域及NMOS区域；
2)于所述半导体衬底的表面形成第一伪栅极结构、第二伪栅极结构及介质层；其中，所述第一伪栅极结构位于所述PMOS区域，所述第一伪栅极结构包括由下至上依次叠置的第一栅氧化层、第一栅间介电层及第一牺牲栅材料层；所述第二伪栅极结构位于所述NMOS区域，所述第二伪栅极结构包括由下至上依次叠置的第二栅氧化层、第二栅间介电层及第二牺牲栅材料层；所述介质层覆盖所述PMOS区域及所述NMOS区域；
3)去除所述第一牺牲栅材料层以形成第一沟槽，于所述第一沟槽内依次形成第一功函数金属层及第一隔离层，并于所述第一沟槽内形成第一导电层，所述第一栅氧化层、所述第一栅间介质层、所述第一功率数金属层、所述第一隔离层及所述第一导电层共同构成第一金属栅极；去除所述第二牺牲材料层以形成第二沟槽，于所述第二沟槽内依次形成第二功函数金属层及第二隔离层，并于所述第二沟槽内形成第二导电层，所述第二栅氧化层、所述第二栅间介质层、所述第二功率数金属层、所述第二隔离层及所述第二导电层共同构成第二金属栅极；其中，所述第一导电层的材料及所述第二导电层的材料均包括钴、镍、含钴化合物及含镍化合物中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，步骤3)包括如下步骤：
3-1)去除所述第一牺牲栅极材料层以形成所述第一沟槽；
3-2)于所述第一沟槽内及所述介质层的表面依次形成第一功率数金属材料层及第一隔离材料层；
3-3)于所述第一沟槽内选择性沉积形成第一导电材料层；
3-4)采用化学机械研磨工艺去除位于所述介质层表面上的所述第一功率数金属材料层、所述第一隔离材料层及所述第一导电材料层，以形成所述第一功率数金属层、所述第一隔离层及所述第一导电层；
3-5)去除所述第二牺牲材料层以形成第二沟槽；
3-6)于所述第二沟槽内及所述介质层的表面依次形成第二功率数金属材料层及第二隔离材料层；
3-7)于所述第二沟槽内选择性沉积第二导电材料层；
3-8)采用化学机械研磨工艺去除位于所述介质层表面上的所述第二功率数金属材料层、所述第二隔离材料层及所述第二导电材料层，以形成所述第二功率数金属材料层、所述第二隔离层及所述第二导电层。
3.根据权利要求2所述的具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，
步骤3-2)与步骤3-3)之间还包括如下步骤：
于步骤3-2)所得结构的表面形成第一光刻胶层；
对所述第一光刻胶层进行图形化处理，以于所述第一光刻胶层内形成第一开口，所述第一开口定义出第一互连通孔的形状及位置；
依据所述第一光刻胶层依次刻蚀所述第一隔离材料层、所述第一功率数金属材料层及所述NMOS区域的所述介质层，以形成所述第一互连通孔；
去除所述第一光刻胶层；
步骤3-3)中于所述第一沟槽内选择性沉积形成所述第一导电材料层的同时于所述第一互连通孔内选择性沉积形成第一互连材料层；步骤3-4)中，化学机械研磨工艺过程中还去除位于所述介质层表面上的所述第一互连材料层，以形成第一互连结构；
步骤3-6)与步骤3-7)之间还包括如下步骤：
于步骤3-6)所得结构的表面形成第二光刻胶层；
对所述第二光刻胶层进行图形化处理，以于所述第二光刻胶层内形成第二开口，所述第二开口定义出第二互连通孔的形状及位置；
依据所述第二光刻胶层依次刻蚀所述第二隔离材料层、所述第二功率数金属材料层及所述PMOS区域的所述介质层，以形成所述第二互连通孔；
去除所述第二光刻胶层；
步骤3-7)中于所述第二沟槽内选择性沉积第二导电材料层的同时于所述第二互连通孔内选择性沉积形成第二互连材料层；步骤3-8)中，化学机械研磨工艺过程中还去除位于所述介质层表面上的所述第二互连材料层，以形成第二互连结构。
4.根据权利要求2所述的具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，
步骤3-2)与步骤3-3)之间还包括如下步骤：
于步骤3-2)所得结构的表面形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行图形化处理，以于所述光刻胶层内形成第一开口及第二开口，所述第一开口定义出第一互连通孔的形状及位置，所述第二开口定义出第二互连通孔的形状及位置；
依据所述光刻胶层依次刻蚀所述第一隔离材料层、所述第一功率数金属材料层及所述NMOS区域与所述PMOS区域的所述介质层，以形成所述第一互连通孔及所述第二互连通孔；
去除所述光刻胶层；
步骤3-3)中于所述第一沟槽内选择性沉积形成所述第一导电材料层的过程中，同时于所述第一互连通孔内及所述第二互连通孔内分别选择性沉积形成第一互连材料层及第二互连材料层；步骤3-4)中，化学机械研磨工艺过程中还去除位于所述介质层表面上的所述第一互连材料层及所述第二互连材料层，以形成第一互连结构及所述第二互连结构。
5.根据权利要求2所述的具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，
步骤3-6)与步骤3-7)之间还包括如下步骤：
于步骤3-6)所得结构的表面形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行图形化处理，以于所述光刻胶层内形成第一开口及第二开口，所述第一开口定义出第一互连通孔的形状及位置，第二开口定义出第二互连通孔的形状及位置；
依据所述光刻胶层依次刻蚀所述第二隔离材料层、所述第二功率数金属材料层及所述NMOS区域与所述PMOS区域的所述介质层，以形成所述第一互连通孔及所述第二互连通孔；
去除所述光刻胶层；
步骤3-7)中于所述第二沟槽内选择性沉积第二导电材料层的过程中，同时于所述第一互连通孔内及所述第二互连通孔内选择性沉积形成第一互连材料层及第二互连材料层；步骤3-8)中，化学机械研磨工艺过程中还去除位于所述介质层表面上的所述第一互连材料层及所述第二互连材料层，以形成第一互连结构及第二互连结构。
6.根据权利要求2所述的具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，
步骤3-7)与步骤3-8)之间还包括如下步骤：
于步骤3-7)所得结构的表面形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行图形化处理，以于所述光刻胶层内形成第一开口及第二开口，所述第一开口定义出第一互连通孔的形状及位置，第二开口定义出第二互连通孔的形状及位置；
依据所述光刻胶层依次刻蚀所述第二隔离材料层、所述第二功率数金属材料层及所述NMOS区域与所述PMOS区域的所述介质层，以形成所述第一互连通孔及所述第二互连通孔；
去除所述光刻胶层；
于所述第一互连通孔内选择性沉积形成第一互连材料层，并于所述第二互连通孔内选择性沉积形成第二互连材料层；
步骤3-8)中，化学机械研磨工艺过程中还去除位于所述介质层表面上的所述第一互连材料层及所述第二互连材料层，以形成第一互连结构及第二互连结构。
7.根据权利要求2所述的具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，步骤3-1)中，去除所述第一牺牲栅极材料层后，还包括去除所述第一栅间介质层及所述第一栅氧化层的步骤，步骤3-2)中，形成所述第一功率数金属材料层之前还包括于所述第一沟槽底部再次依次形成第一栅氧化层及第一栅间介质层的步骤；步骤3-5)中，去除所述第二牺牲材料层后，还包括去除所述第二栅间介质层及所述第二栅氧化层的步骤，步骤3-6)中，形成所述第二功率数金属材料层之前还包括于所述第二沟槽底部再次依次形成第二栅氧化层及第二栅间介质层的步骤。
8.根据权利要求2所述的具有金属栅极的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，步骤3-3)中，于所述第一沟槽内选择性沉积形成第一导电材料层之前还包括于所述第一沟槽内形成第一黏附层的步骤，所述第一导电材料层形成于所述第一黏附层的表面；步骤3-7)中，于所述第二沟槽内选择性沉积形成第二导电材料层之前还包括于所述第二沟槽内形成第二黏附层的步骤，所述第二导电材料层形成于所述第二黏附层的表面。
技术研发人员：平延磊，杨瑞鹏，肖德元，
申请(专利权)人：芯恩青岛集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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