本发明专利技术是在栅极替代工艺(Replacement?gate或Gate?last)制备CMOS晶体管过程中，在NMOS器件区域和PMOS器件区域形成高k栅介质层后，分别形成属于NMOS区域的第一功函数调节介质层和属于PMOS区域的第二功函数调节介质层，以分别调节NMOS器件、PMOS器件的阈值电压，而且由于采用介质材料形成，其更容易选择性刻蚀，有利于进行工艺控制，而且也缓解了对双金属栅材料研究的压力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术通常涉及，具体来说，涉及一种基于栅极替代工艺的高k栅介质/金属栅器件及其制造方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，具有更高性能和更强功能的集成电路要求更大的元件密度，而且各个部件、元件之间或各个元件自身的尺寸、大小和空间也需要进一步缩小。22纳米及以下工艺集成电路核心技术的应用已经成为集成电路发展的必然趋势，也是国际上主要半导体公司和研究组织竞相研发的课题之一。以“高k栅介质/金属栅”技术为核心的 CMOS器件栅工程研究是22纳米及以下技术中最有代表性的核心工艺，与之相关的材料、工艺及结构研究已在广泛的进行中。目前，针对高k栅介质/金属栅技术的研究可大概分为两个方向，即前栅工艺和栅极替代工艺，前栅工艺的栅极的形成在源、漏极生成之前，栅极替代工艺的栅极的形成则在源、漏极生成之后，此工艺中栅极不需要承受很高的退火温度。在传统栅极替代工艺中，典型的工艺包括形成多晶硅或氮化硅的假栅，并当源/ 漏极形成后，将假栅刻蚀掉以形成栅沟槽，之后在栅沟槽中依次沉积高k栅介质和双金属栅电极材料，对于双金属栅电极材料，需要在nMOS和pMOS器件的栅沟槽区域形成不同功函数的金属用以调节器件的阈值电压，但由于金属刻蚀工艺上的复杂性，为CMOS集成工艺集成带来了难度。因此，需要提出基于后栅工艺的、能有效调节器件的阈值电压，且其工艺集成相对简单的半导体器件。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供了一种半导体器件，所述器件包括具有NMOS区域和 PMOS区域的半导体衬底；形成于所述半导体衬底中分别属于NMOS区域和PMOS区域的源极区和漏极区；形成于所述NMOS区域上的第一栅堆叠和形成于所述PMOS区域上的第二栅堆叠；其中，所述第一栅堆叠包括第一界面层；形成于所述第一界面层上的第一高k栅介质层；形成于所述第一高k栅介质层上的第一功函数调节介质层；形成于所述第一功函数调节介质层上的第一金属栅电极；所述第二栅堆叠包括第二界面层；形成于所述第二界面层上的第二高k栅介质层；形成于所述第二高k栅介质层上的第二功函数调节介质层；形成于所述第二功函数调节介质层上的第二金属栅电极；其中所述第一功函数调节介质层和第二功函数调节介质层由不同材料形成，用以分别调节所述NMOS器件和PMOS器件的功函数。本专利技术还提供了上述半导体器件的制造方法，所述方法包括提供具有NMOS区域和PMOS区域的半导体衬底；在所述半导体衬底上，形成属于NMOS区域的第一界面层、假栅及其侧墙，形成属于PMOS区域的第二界面层、假栅及其侧墙，以及在所述半导体衬底中分别形成属于NMOS区域和PMOS区域的源极区和漏极区，并覆盖所述NMOS和PMOS区域的源极区、漏极区形成层间介质层；去除所述NMOS区域和PMOS区域的假栅，以形成第一开口和第二开口 ；在所述第一开口中形成覆盖所述第一界面层的第一高k栅介质层，并在所述第二开口中形成覆盖所述第二界面层的第二高k栅介质层；在所述第一高k栅介质层上形成第一功函数调节介质层，在第二高k栅介质层上形成第二功函数调节介质层；在所述第一功函数调节介质层上形成填满所述第一开口的第一金属栅电极，在所述第二功函数调节介质层上形成填满所述第二开口的第二金属栅电极；对所述器件进行加工，以分别形成属于 NMOS区域的第一栅堆叠和属于PMOS区域的第二栅堆叠，其中所述第一和第二功函数调节介质层由不同材料形成，用以分别调节所述NMOS器件和PMOS器件的功函数。通过采用本专利技术所述器件，所述器件分别在NMOS器件区域和PMOS器件区域上形成高k介质层，并在其上引入不同材料的功函数调节介质层，这样不仅有效调节了 NMOS器件和PMOS器件的阈值电压，而且功函数调节介质层由不同的介质材料形成，其更容易选择性刻蚀，有利于进行工艺控制，而且也缓解了对双金属栅材料研究的压力，此外，由于高k 栅介质层选择高温下较稳定的介质材料，因此其材料中金属原子在一定的退火温度下不会因扩散问题对器件的沟道载流子迁移率产生明显的退化效应。附图说明图1-11示出了根据本专利技术的实施例的半导体器件各个制造阶段的示意图。 具体实施例方式本专利技术通常涉及。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。参考图11，图11示出了根据本专利技术实施例的半导体器件的结构示意图。如图11 所示，所述器件包括具有NMOS区域204和PMOS区域206的半导体衬底202 ；形成于所述半导体衬底202中分别属于NMOS区域204和PMOS区域206的源极区和漏极区214、216 ； 形成于所述NMOS区域204上的第一栅堆叠300和形成于所述PMOS区域206上的第二栅堆叠400 ；其中，所述第一栅堆叠300包括第一界面层208 ；在所述第一界面层208上的第一高k栅介质层224 ；在所述第一高k栅介质层2M上的第一功函数调节介质层226 ；形成于所述第一功函数调节介质层2 上的第一金属栅电极230 ；所述第二栅堆叠400包括第二界面层208 ；在所述第二界面层208上的第二高k栅介质层224 ；在所述第二高k栅介质层 2M上的第二功函数调节介质层228 ；形成于所述第二功函数调节介质层2 上的第二金属栅电极230 ；其中所述第一 2 和第二功函数调节介质层2 采用不同材料形成，用以分别调节NMOS器件和PMOS器件的功函数。优选地，所述第一和第二高k栅介质层224选择高温下较稳定的高k介质材料， 其材料中的金属原子在一定的退火温度下不会因扩散问题对器件的沟道载流子迁移率产生明显的退化效应，可以从包含下列元素的组中选择元素来形成Hf02、HfSiOx, HfONx, HfZrOx, HfSiONx, HfLaOx, LaAlOx或其组合，这仅是示例，本专利技术不局限于此。所述第一和第二高k栅介质层224的厚度为大约l-3nm。所述第一功函数调节介质层226与其下面的层224间形成负偶极子或大量带正电的电荷，以起到调节有效功函数的作用，所述第一功函数调节介质层包括=MgOx，稀土和类稀土金属元素的氧化物或其硅化物、氮化物，或其他们的组合，所述第一功函数调节介质层的例子包括=La2O3，Sc2O3，Gd2O3，MgOx,或他们的硅化物、氮化物，或其他稀土氧化物或其硅化物、氮化物等，这仅是示例，本专利技术不局限于此。所述第二功函数调节介质层228与其下面的层224间形成一个正偶极子或大量带负电的电荷，以起到调节有效功函数的作用，所述第二功函数调节介质层包括除稀土和类稀土金属元素以外的其他活性金属元素的氧化物或其硅化物、氮化物，所述第二功函数调节介质层228的例子本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种半导体器件，包括：具有ＮＭＯＳ区域和ＰＭＯＳ区域的半导体衬底；形成于所述半导体衬底中分别属于ＮＭＯＳ区域和ＰＭＯＳ区域的源极区和漏极区；形成于所述ＮＭＯＳ区域衬底上的第一栅堆叠和形成于所述ＰＭＯＳ区域衬底上的第二栅堆叠；其中，所述第一栅堆叠包括：第一界面层；形成于所述第一界面层上的第一高ｋ栅介质层；形成于所述第一高ｋ栅介质层上的第一功函数调节介质层；形成于所述第一功函数调节介质层上的第一金属栅电极；所述第二栅堆叠包括：第二界面层；形成于所述第二界面层上的第二高ｋ栅介质层；形成于所述第二高ｋ栅介质层上的第二功函数调节介质层；形成于所述第二功函数调节介质层上的第二金属栅电极；其中所述第一和第二功函数调节介质层由不同材料形成，用以分别调节所述ＮＭＯＳ器件和ＰＭＯＳ器件的功函数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王文武，韩锴，王晓磊，马雪丽，陈大鹏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。