金属碳化物栅极结构和制造方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体器件比如包括至少一个ＦＥＴ的互补金属氧化物半导体（ＣＭＯＳ）和制造方法，该ＦＥＴ包括栅电极，该栅电极包括金属碳化物。ＣＭＯＳ包括双功函数的金属栅电极，其中通过金属和金属的碳化物提供该双功函数。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括金属碳化物的栅极结构。本专利技术在并入了双功函数金属栅电极的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件中找到了特殊 应用。更具体地说，本专利技术涉及双功函数金属栅极，其中双功函数由 金属和金属碳化物提供。本专利技术也涉及一种制造本专利技术的金属栅极器件的方法。
技术介绍
高级的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件越来越多地利用金 属栅电极来避免通过掺杂的多晶硅(poly-Si)的传统栅电极观测的 多晶硅耗尽和硼穿透效应。用于栅极材料的特定金属的选择基于 多方面的考虑，包括栅极所需的功函数和电阻率、预计栅极金属继续 存在的热平衡、栅极电介质的类型(高-k的或常规的)和无损害的 栅极金属淀积处理的存在。虽然中间能隙的金属(比如钨)可用于在 CMOS中的n型场效应晶体管(nFET )和p型FET ( pFET)，但理 想的是，在称为双金属/双功函数CMOS的设计方法中使用适合于 pFET的一个(高功函数)栅极金属和适合于nFET的另一 (低功函 数)栅极金属。如果两种不同的金属要求不同的淀积和构图处理，则这种双金属 /双功函数设计方案可能非常复杂。在负向地构图时特别是这样的，因 为要淀积的第二种金属必须被清除而且不能损坏第一种金属。这种用 于CMOS金属栅极的双金属/双功函数方案的复杂性导致单金属/双 功函数，，方案更加受到关注，在单金属/双功函数方案中单种栅极材料 被淀积在nFET和pFET器件区域上，然后修改以使它在nFET器件 区域中具有nFET适合的功函数和在pFET器件区域中具有pFET适 合的功函数。在文献中已经描述过单金属/双功函数，，方法。 一种方法〔v.Misra等人，IEEE Electron Device Letters 23 354 ( 2002 )和H. Zhong 等人，IEDM Tech. Dig,467 ( 2001 )〕建议在n-FET和pFET器件区 域上淀积具有nFET功函数的Ru-Ta合金层，然后通过淀积附加的 Ru并退火将Ru-Ta合金转化为具有pFET功函数的富含Ru的Ru -Ta合金(在pFET器件区域中)。在另 一方法中，通过氮的离子注入〔P.Ranade等人，Mat. Res. Soc. Proc. 670K5.2 ( 2001 ) ;R. Lin等人，IEEE Electron Device Letters 23 49( 2002 )〕或者氮从富含N的TiN叠层的固态扩散/反应〔R丄P丄ander 等人，Mat.Res.Soc. Symp. Proc. 716B5.11 (2002)〕，将具有pFET 功函数的金属比如Mo淀积在n-FET和pFET器件区域上并转化为具 有nFET功函数的Mo氮化物(在n-FET器件区域中)。氮化物离子注入方法的缺陷在于它可能损坏下面的栅极电介质〔T.Amada等人，Mat. Res. Soc. Symp. Proc.716B7.5 ( 2002 )〕。氮 从TiN的固态扩散产生更少的损坏，但不能提供足够的功函数的变化(针对Si02上的Mo达到 0.5eV，要求 -0.75eV) 。 Ru - Ta合金 方法的缺陷包括钽与栅极电介质反应的可能，并且缺乏用于Ru-Ta 合金的化学汽相淀积(CVD)方法(因为CVD是无需电介质损坏的 带电颗粒轰击的少数淀积方法中的一种)。
技术实现思路
本专利技术涉及提供形成用于CMOS的单金属/双功函数栅电极的替 代方法。本专利技术解决了上述问题。本专利技术涉及一种包含源漏极/区和栅极区的半导体器件，其中至 少一个栅电极包括通过使金属和含碳层反应获得的金属碳化物。本专利技术的另一方面涉及一种双功函数互补金属氧化物半导体 (CMOS)电路，这种电路包括具有由导电材料形成的栅电极的至少 一个FET和具有包括通过使金属和含碳层反应获得的金属碳化物的栅电极的至少一个FET，其中该金属不同于该导电材料。本专利技术还涉及一种双功函数互补金属氧化物半导体(CMOS)电路，这种电路包括具有由第一金属形成的栅电极的至少一个FET，和 具有由所说的第一金属的碳化物形成的栅电极的至少一个FET。 本专利技术的另一方面涉及一种形成用于FET的栅极的方法，该方法包括提供衬底、在所说的衬底上淀积金属和含碳层并使所说的金属和含碳层反应以形成用于提供栅电极的金属碳化物。本专利技术的进一方面涉及一种在衬底上形成双功函数CMOS器件的方法。该方法包括在第一和第二组栅极区上淀积金属层；提供与所说的第一和第二组栅极区中的一组接触但不在所说的 第一和第二组栅极区中的另一组上的含碳层，所说的含碳层与在所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的金属层直接接触；使在所说的第 一 和第二组栅极区中的所述一 组上的所说的含碳 层与在所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所述金属反应以 形成金属碳化物。通过下文的详细描述，本专利技术的其它目的和优点对于本领域普通 技术人员来说是显然的，其中仅仅通过对实施本专利技术的最佳模式的示 例来描述本专利技术的优选实施例。正如下文所实现，本专利技术能够以其它 的不同的实施例实施，它的多种细节能够在不同方面进行修改而不脱 离本专利技术。因此，本专利技术的描述是示例性的而不是限制性的。附图说明附图1A-1E所示为以剖视图的方式示出了用于制造CMOS栅电极的本专利技术方法的基本步骤；附图2A-2D所示为附图1的方法的第一种变型； 附图3A-3D所示为附图1的方法的第二种变型； 附图4A-4D所示为附图1的方法的第三种变型；附图5A - 5H所示为适合于替换栅极处理流程的附图1的方法的变型；附图6A-6C比较对应于本专利技术三种实施例的试样的几何结构的 Mo碳化物的形成；和附图7所示为用于确定mo和Mo2C电容器电极的功函数的电容 -电压(C-V)测量。具体实施方式本专利技术涉及包括具有栅电极的至少一个FET的半导体结构。为 了便于理解本专利技术，下文的详细描述涉及单金属双功函数金属栅极 的优选方面。根据优选方面，本专利技术提供一种单金属/双功函数金属栅极的 新方法，其中双功函数通过金属和金属的碳化物提供。因此，本专利技术的一方面涉及一种双功函数互补金属氧化物半导体 (CMOS)电路，这种电路包括具有由第一金属和至少一种附加元素形成的栅电极的至少一个FET,和具有由所说的第一金属的碳化物形成的栅电极的至少一个FET。 本专利技术也提供一种双功函数CMOS电路，这种电路包括 具有由第一金属和至少一种附加元素形成的栅电极的至少一个 FET，和具有由所说的第一金属的碳化物形成的栅电极的至少一个FET。 根据本专利技术的双功函数CMOS结构可以通过如下方式制造在 nFET和pFET器件区域上淀积具有第一功函数的金属，然后与在所 选择的区域中的含碳层反应以形成具有不同于第一功函数的第二功函 数的金属碳化物。为本专利技术的目的，术语碳化物，，被定义为碳与比碳 更加正电性的一种或多种元素的化合物或混合物。根据本专利技术在衬底上制造双功函数CMOS结构的一种处理技术包括-淀积具有第一功函数的金属层；-对金属层进行构图以形成第一和第二组栅极状结构；-形成经构图的含碳的材料层以使含碳的材料淀积在衬底上栅极状结构的第 一和第二组中的 一组上但没有淀积在栅极状结构的第一和第二组中的另一组上；—在经构图的含碳的材料和金属都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括至少一个场效应晶体管（ＦＥＴ），该晶体管具有通过使金属层和含碳层反应获得的金属碳化物栅电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-11-28 10/722,5571.一种半导体结构，包括至少一个场效应晶体管(FET)，该晶体管具有通过使金属层和含碳层反应获得的金属碳化物栅电极。2. 权利要求1所述的半导体结构，其中金属碳化物包括Mo或 Mo-Ru合金的碳化物。3. 权利要求l所述的半导体结构，其中半导体结构包括双功函 数的CMOS,该双功函数的CMOS包括具有由栅极金属形成的栅极 的至少一个FET和具有由金属的碳化物形成的栅极的至少一个FET。4. 权利要求3所述的半导体结构，其中所说的碳化物的金属不 同于所述栅极金属。5. 权利要求4所述的半导体结构，其中所说的碳化物的金属包 括Mo或Mo-Ru合金。6. —种双功函数CMOS器件，包括 具有由第一栅极金属形成的栅极的至少一个FET,和 具有由所说的第一栅极金属的碳化物形成的栅极的至少一个FET。7. 权利要求6的CMOS器件，所说的第一金属从包含如下的金 属的组中选择Al, Ba， Be, Bi， Co， Cr, Cu， Dy， Fe， Ga， Gd， Ir, Hf, Mg， Mo， Mn, Nb， Ni， Pd， Pt, Ir， La， Os, Pr， Nb， Rh， Re， Ru, Sc， Sn, Ta, Ti， V, W， Y， Zn和Zr;这些金属或其合金的导电氮化物、硅化物、锗化物和硅氮化物；这些金属的导 电合金或化合物，其中包含附加的非金属元素或者没有附加的非金属 元素。8. 权利要求6所述的CMOS器件，其中所说的第一金属包括 Mo或Mo - Ru合金。9. 一种双功函数CMOS电路，包括具有由第一金属和至少一种附加元素形成的栅电极的至少一个 FET,和具有由所说的第一金属的碳化物形成的栅电极的至少一个FET。10. —种形成用于FET的栅极的方法，包括提供衬底、在所说的用于提供栅电极的金属碳化物。11，权利要求10的方法，其中所说的金属包括Mo或Mo-Ru合金。12. —种在衬底上形成双功函数CMOS器件的方法，包括 在第一和第二组栅极区上淀积金属层；提供与所说的第一和第二组栅极区中的一组接触但不在所说的 第一和第二组栅极区中的另一组上的含碳层，所说的含碳层与在所说的第 一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的金属层直接接触；使在所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的含碳 层与在所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的金属反应 以形成金属碳化物。13. 权利要求12的方法，其中所说的提供含碳层的步骤包括淀积 含碳层；以及通过从所说的第一和第二组的栅极区中的一组中有选择 地清除含碳层同时在所说的第一和第二组的栅极区中的另一组上保留 含碳层，从而对所说的含碳层进行构图。14. 权利要求12的方法，其中所说的提供含碳层的步骤包括淀积 光致抗蚀剂层并对之构图，在所说的光致抗蚀剂层上淀积所说的含碳 层，然后连同位于所说的光致抗蚀剂顶上的所说的含碳层一起清除所 说的光致抗蚀剂，同时保留未在所说的光致抗蚀剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：小西里尔卡布拉尔，克里斯托弗德塔沃尼尔，拉贾劳加米，凯瑟琳L萨恩格，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]