專利名稱：半導(dǎo)體器件的金屬柵結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本披露涉及集成電路制造，尤其涉及金屬柵結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
由于在一些集成電路(IC)設(shè)計(jì)中技術(shù)節(jié)點(diǎn)縮小，希望用金屬柵電極代替典型的多晶硅柵電極，以改善具有減小的特征尺寸的器件性能。形成金屬柵結(jié)構(gòu)的一種工藝被稱為“后柵極”工藝，其中，“最后”制造最終的柵結(jié)構(gòu)，這允許減少在形成柵極之后必須執(zhí)行的隨后工藝的數(shù)量，包括高溫工藝。然而，對(duì)于在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q制造中實(shí)現(xiàn)這種特征和工藝是具有挑戰(zhàn)性的。隨著器件之間的柵極長(zhǎng)度和間距減小，加重了這些問題。例如，由于鄰近柵極之間的原子擴(kuò)散導(dǎo)致CMOS器件的閾值電壓轉(zhuǎn)移，很難實(shí)現(xiàn)用于所有CMOS器件的穩(wěn)定閾值電壓，從而增加了器件不穩(wěn)定性和/或器件故障的可能性。從而，需要一種閾值電壓對(duì)工藝變化不太敏感的金屬柵結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的金屬柵結(jié)構(gòu)，該金屬柵結(jié)構(gòu)對(duì)工藝變化不太敏感。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，該器件包括基板，包括第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、以及插入所述第一有源區(qū)和所述第二有源區(qū)之間具有第一寬度的隔離區(qū)； P-金屬柵電極，在所述第一有源區(qū)之上并且延伸超過所述隔離區(qū)的所述第一寬度的至少 2/3 ；以及N-金屬柵電極，在所述第二有源區(qū)之上并且延伸不超過所述第一寬度的1/3，所述N-金屬柵電極電連接至所述隔離區(qū)之上的所述P-金屬柵電極。優(yōu)選地，第一寬度的范圍從0. 1 μ m至0. 3 μ m。優(yōu)選地，P-金屬柵電極包括P-功函數(shù)金屬層。優(yōu)選地，P-功函數(shù)金屬層的厚度范圍從30埃至80埃。優(yōu)選地，P-功函數(shù)金屬層為TiN。優(yōu)選地，P-功函數(shù)金屬層包括選自TiN、WN、TaN、或Ru組中的材料。優(yōu)選地，P-金屬柵電極進(jìn)一步包括在P-功函數(shù)金屬層之上的第一信號(hào)金屬層。優(yōu)選地，P-金屬柵電極進(jìn)一步包括插入P-功函數(shù)金屬層和第-信號(hào)金屬層之間的N-功函數(shù)金屬層。優(yōu)選地，P-金屬柵電極進(jìn)一步包括圍繞P-功函數(shù)金屬層的第一勢(shì)壘層。優(yōu)選地，N-金屬柵電極包括N-功函數(shù)金屬層。優(yōu)選地，N-功函數(shù)金屬層的厚度范圍從30埃至80埃。優(yōu)選地，N-功函數(shù)金屬層為TiAl。優(yōu)選地，N-功函數(shù)金屬層包括選自Ti、Ag、Al、TiAl、TiAlN, TaC, TaCN, TaSiN, Mn、 或^ 組中的材料。
優(yōu)選地，N-金屬柵電極進(jìn)一步包括在N-功函數(shù)金屬層之上的第二信號(hào)金屬層。優(yōu)選地，N-金屬柵電極進(jìn)一步包括圍繞N-功函數(shù)金屬層的第二勢(shì)壘層。優(yōu)選地，P-金屬柵電極包括第一信號(hào)金屬層，N-金屬柵電極包括第二信號(hào)金屬層，其中，第一信號(hào)金屬層的第一厚度小于第二信號(hào)金屬層的第二厚度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種在基板之上制造金屬柵結(jié)構(gòu)的方法，該基板包括第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、以及插入第一有源區(qū)和第二有源區(qū)之間具有第一寬度的隔離區(qū)，該方法包括在第一有源區(qū)之上的電介質(zhì)層中形成第一開口，述第一開口延伸超過隔離區(qū)的第一寬度的至少2/3 ；用P-功函數(shù)金屬層部分地填充第一開口 ；在第二有源區(qū)之上鄰近電介質(zhì)層中的第一開口形成第二開口，第二開口延伸不超過隔離區(qū)的第一寬度的 1/3 ；在第一開口和第二開口中沉積N-功函數(shù)金屬層，從而，N-功函數(shù)金屬層在第一開口中的P-功函數(shù)金屬層之上；在第一開口和第二開口中的N-功函數(shù)金屬層之上沉積信號(hào)金屬層；以及平面化信號(hào)金屬層。優(yōu)選地，第一寬度的范圍從0. 1 μ m至0. 3 μ m。優(yōu)選地，P-功函數(shù)金屬層包括選自TiN、WN、TaN、或Ru組中的材料。優(yōu)選地，N-功函數(shù)金屬層包括選自Ti、Ag、Al、TiAl、TiAlN, TaC, TaCN, TaSiN, Mn、 或^ 組中的材料。


當(dāng)讀取附圖時(shí)，可以從以下詳細(xì)描述最好地理解本披露。需要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，多個(gè)特征不按照比例繪制并且僅用于說明目的。事實(shí)上，為了清楚地說明， 圖中的多個(gè)特征的尺寸可以任意增加或減小。圖1是示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的用于制造包括金屬柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法的流程圖；圖2示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的包括金屬柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的頂視圖；以及圖3至圖10示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的圖2中所示的半導(dǎo)體器件在多個(gè)制造階段的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式應(yīng)該明白，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征，以下披露提供了多個(gè)不同的實(shí)施例或?qū)嵗榱撕?jiǎn)化本披露，以下描述組件和配置的特定實(shí)例。當(dāng)然，存在多個(gè)實(shí)例并且不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中在第二特征之上或上形成第一特征可以包括多個(gè)實(shí)施例，其中，第一特征和第二特征被形成為直接接觸，并且還可以包括附加特征可以形成在第一特征和第二特征之間，使得第一特征和第二特征可以不直接接觸的實(shí)施例。為了簡(jiǎn)單和清楚起見，可以以不同比例任意地繪制多個(gè)特征。而且，本披露可以在多個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)用于簡(jiǎn)化和清楚的目的并且其本身不表示所述的多個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。另外，本披露提供了“后柵極”金屬柵極工藝的實(shí)例，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到到其他工藝的應(yīng)用和/或其他材料的使用。圖1是示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的用于制造包括金屬柵結(jié)構(gòu)210(如圖2和圖 IOC中所示)的半導(dǎo)體器件的方法100。圖2示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的包括金屬柵結(jié)構(gòu)210的半導(dǎo)體器件200的頂視圖。圖3至圖10示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的圖2中所示的半導(dǎo)體器件在多個(gè)制造階段的橫截面圖。標(biāo)記為字符“A”的每個(gè)圖均示出了沿著圖2中的線a-a截取的橫截面圖；標(biāo)記為字符“B”的每個(gè)圖均示出了沿著圖2中的線b_b截取的橫截面圖；以及標(biāo)記為字符“C”的每個(gè)圖均示出了沿著圖2中的線c-c截取的橫截面圖。注意，可以用CMOS技術(shù)處理制造部分半導(dǎo)體器件200。從而，應(yīng)該明白，在圖1的方法100之前、期間、以及之后，可以提供附加工藝，并且在此可以僅簡(jiǎn)單地描述一些其他工藝。而且， 為了更好地理解本披露的發(fā)明思想，簡(jiǎn)化了圖1至圖10C。例如，雖然附圖示出了用于半導(dǎo)體器件200的金屬柵結(jié)構(gòu)210，但是應(yīng)該明白，半導(dǎo)體器件200可以為IC的一部分，IC可以包括包含有電阻器、電容器、電感器、熔絲等的多個(gè)其他器件。圖2示出包括由“后柵極”工藝制造的金屬柵結(jié)構(gòu)210的半導(dǎo)體器件200的頂視圖?；?02包括第一有源區(qū)204p、第二有源區(qū)20如、以及插入第一有源區(qū)204p和第二有源區(qū)20 之間具有第一寬度W的隔離區(qū)206。半導(dǎo)體器件200包括ρ-型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(pMOSFET) 200p和η-型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(nMOSFET) 200η。pMOSFET 200p由P-金屬柵電極210p疊加在第一有源區(qū)204p的溝道區(qū)之上形成。 P-金屬柵電極210p可以包括但是不限于P-功函數(shù)金屬層212p和第一信號(hào)金屬層214p。 在一個(gè)實(shí)施例中，P-金屬柵電極210p在第一有源區(qū)204p的外部延伸并且與nMOSFET 200η 的N-金屬柵電極210η電接觸。在本實(shí)施例中，P-金屬柵電極2IOp延伸超過隔離區(qū)206的第一寬度W的至少2/3的距離Wp。在一個(gè)實(shí)施例中，第一寬度在0. 1至0. 3μπι的范圍內(nèi)。nMOSFET 200η由N-金屬柵電極210η疊加在第二有源區(qū)20 的溝道區(qū)之上形成。 N-金屬柵電極210η可以包括但不限于N-功函數(shù)金屬層212η和第二信號(hào)金屬層21如。在一個(gè)實(shí)施例中，N-金屬柵電極210η在第二有源區(qū)20 的外部延伸并且與P-金屬柵電極 2IOp電接觸。在本實(shí)施例中，N-金屬柵電極2IOn延伸的距離不超過隔離區(qū)206的第一寬度W的1/3。P-金屬柵電極210p和N-金屬柵電極210η的結(jié)合以下被稱為金屬柵結(jié)構(gòu) 210。在本實(shí)施例中，P-金屬柵電極210ρ可以進(jìn)一步包括插入P-功函數(shù)金屬層212ρ和第一信號(hào)金屬層214ρ之間的N-功函數(shù)金屬層212η，從而由于N-功函數(shù)金屬層212η的插入，P-金屬柵電極210ρ可以容納與N-金屬柵電極210η相比更少的信號(hào)金屬材料。在本實(shí)施例中，第一信號(hào)金屬層214ρ和第二信號(hào)金屬層21 包括相同的低阻抗導(dǎo)電材料。如果P-金屬柵電極210p和N-金屬柵電極210η延伸隔離區(qū)206的第一寬度W的約1/2并且在隔離區(qū)206之上相互電接觸，第一信號(hào)金屬層214ρ和第二信號(hào)金屬層21 之間的濃度梯度(concentration gradient)可以將具有更多信號(hào)金屬材料的第二信號(hào)金屬層21 驅(qū)動(dòng)至P-功函數(shù)金屬層212p，從而改變P-功函數(shù)金屬層212p的功函數(shù)，導(dǎo)致pMOSFET 200p 的閾值電壓不穩(wěn)定。在本實(shí)施例中，P-金屬柵電極2IOp超過隔離區(qū)206的第一寬度W的至少2/3延伸一段距離Wp，其比隔離區(qū)206的第一寬度W的1/2更長(zhǎng)。與延伸第一寬度W的1/2的配置相比，P-金屬柵電極210p的延伸距離Wp可以更加有效地防止從第二信號(hào)金屬層21 到 P-功函數(shù)金屬層212p的原子擴(kuò)散降低pMOSFET 220p的性能。從而，申請(qǐng)人的半導(dǎo)體器件及制造半導(dǎo)體器件200的方法可以幫助P-金屬柵電極210p保持其原始功函數(shù)，從而保持 pMOSFET 200p的閾值電壓，并且從而增強(qiáng)器件性能。
而且，圖3-圖10示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的圖2中所示的半導(dǎo)體器件在多個(gè)制造階段的橫截面圖。用字符“A”標(biāo)記的圖示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的在多個(gè)制造階段沿著圖2中的線a-a截取的pMOSFET 200p的示意性橫截面圖；用字符“B”標(biāo)記的圖示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的在多個(gè)制造階段沿著圖2的線b-b截取的nMOSF ET200n的示意性橫截面圖；以及用字符“C”標(biāo)記的圖示出根據(jù)本披露的多個(gè)方面的在多個(gè)制造階段沿著圖 2的線c-c截取的金屬柵結(jié)構(gòu)210的示意性橫截面圖。參考圖3A、圖;3B和圖3C，該方法100開始于步驟102，其中，提供基板202。基板 202可以包括硅基板。在一些實(shí)施例中，基板202可以可選地包括硅鍺、砷化鎵、或其他合適的半導(dǎo)體材料?；?02可以進(jìn)一步包括其他特征，諸如多個(gè)摻雜區(qū)域、埋層、和/或外延層。而且，基板202可以為絕緣體上半導(dǎo)體，諸如絕緣體上硅(SOI)。在其他實(shí)施例中，半導(dǎo)體基板202可以包括摻雜的外延層、梯度半導(dǎo)體層、和/或可以進(jìn)一步包括疊加在不同類型的另一半導(dǎo)體層之上的半導(dǎo)體層，諸如在硅鍺層上的硅層。在其他實(shí)例中，化合物半導(dǎo)體基板可以包括多層硅結(jié)構(gòu)，或者硅基板可以包括多層化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體基板202可以包括用于pM0SFET200p的第一有源區(qū)204p、用于nMOSFET 200η的第二有源區(qū)20如、以及插入第一有源區(qū)204ρ和第二有源區(qū)20 之間且具有第一寬度W的隔離區(qū)206。有源區(qū)204p、2(Mn根據(jù)多種設(shè)計(jì)需求可以包括多種摻雜配置。例如，第一有源區(qū)204p摻雜有η-型雜質(zhì)，諸如磷或砷；第二有源區(qū)20 摻雜有ρ-型雜質(zhì)，諸如硼或BF2。隔離區(qū)206可以形成在基板202上，以相互隔離多個(gè)有源區(qū)204ρ、204η。隔離區(qū) 206可以利用隔離技術(shù)，諸如硅的局部氧化(LOCOS)或淺溝槽隔離(STI)，以限定和電隔離多個(gè)有源區(qū)204ρ、204η。在本實(shí)施例中，隔離區(qū)206包括STI。隔離區(qū)206可以包括多種材料，諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、摻氟的硅酸鹽玻璃(FSG)、低-k電介質(zhì)材料、和/或其結(jié)合。在本實(shí)施例中，隔離區(qū)206和STI可以由任何合適的工藝形成。作為一個(gè)實(shí)例，STI的形成可以包括通過光刻工藝圖案化半導(dǎo)體基板202，在基板202中蝕刻溝槽(例如，通過使用干蝕刻、濕蝕刻、和/或等離子體蝕刻工藝)，以及用電介質(zhì)材料填充溝槽(例如，通過使用化學(xué)氣相沉積工藝)。在一些實(shí)施例中，填充后的溝槽可以具有多層結(jié)構(gòu)，諸如填充有氮化硅或氧化硅的熱氧化物襯層。 還參考圖3A、圖;3B和圖3C，柵極電介質(zhì)層208可以在基板202之上形成。在一些實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)層208可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或高-k電介質(zhì)。高_(dá)k電介質(zhì)包括特定金屬氧化物。用于高_(dá)k電介質(zhì)的金屬氧化物的實(shí)例包括Li、Be、Mg、Ca、Sr、 Sc、Y、Zr、Hf、Al、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 的氧化物、或其混合物。在本實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)層208為包括HfOx的高-k電介質(zhì)層，具有在約10埃至30 埃范圍內(nèi)的厚度。柵極電介質(zhì)層208可以使用合適的工藝形成，諸如原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、熱氧化、UV-臭氧氧化、或其結(jié)合。柵極電介質(zhì)層 208可以進(jìn)一步包括界面層(未示出)，以減小柵極電介質(zhì)層208和基板202之間的損害。 界面層可以包括氧化硅。 在后柵極工藝中，虛擬柵電極層308隨后形成在柵極電介質(zhì)層208之上。在一些實(shí)施例中，虛擬柵電極層308可以包括單層或多層結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，虛擬柵電極層308 可以包括多晶硅(poly-silicon)。而且，虛擬柵電極層308可以為摻雜的多晶硅，具有均一或梯度摻雜。虛擬柵電極層308可以具有在約30nm至約60nm范圍內(nèi)的厚度。虛擬柵電極層308可以使用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)工藝形成。在一個(gè)實(shí)施例中，LPCVD工藝可以使用硅烷(SiH4)或二氯硅烷(SiH2Cl2)作為硅氣體源，以約580°C至650°C的溫度以及約 200毫托至1托的壓力，在標(biāo)準(zhǔn)LPCVD熔爐中執(zhí)行。然后，虛擬柵電極層308和柵極電介質(zhì)層208被圖案化，以產(chǎn)生圖3A至圖3C中所示的結(jié)構(gòu)。一層光刻膠(未示出)通過適當(dāng)工藝(諸如旋涂)形成在虛擬柵電極層308之上，并且通過光刻圖案化方法被圖案化，以在虛擬柵電極層308之上形成圖案化的光刻膠特征。圖案化光刻膠圖案的寬度在約15nm至45nm的范圍內(nèi)。然后，圖案化光刻膠特征可以使用干蝕刻工藝被轉(zhuǎn)印至下層(即，柵極電介質(zhì)層208和虛擬柵極電介質(zhì)層308)，以形成 P-虛擬柵極疊層3IOp和N-虛擬柵極疊層310η。隨后，剝除光刻膠層。在另一實(shí)例中，硬膜層(未示出)形成在虛擬柵電極層308之上；圖案化光刻膠層形成在硬膜層上；光刻膠層的圖案被轉(zhuǎn)印至硬膜層，然后被轉(zhuǎn)印至虛擬柵電極層308和柵極電介質(zhì)層208，以形成P-虛擬柵極疊層310ρ或N-虛擬柵極疊層310η。硬膜層包括氧化硅。在一些可選實(shí)施例中，硬膜層可以選擇性地包括氮化硅、和/或氮氧化硅，并且可以使用諸如CVD或PVD的方法形成。硬膜層具有在約100埃至800埃范圍內(nèi)的厚度。應(yīng)該注意，半導(dǎo)體器件200可以經(jīng)過其他“后柵極”工藝和其他CMOS技術(shù)處理，以形成半導(dǎo)體器件200的多個(gè)特征。這樣，在此僅簡(jiǎn)單地描述多個(gè)特征?？梢栽凇昂髺艠O”工藝中，在形成P-金屬柵電極212p和N-金屬柵電極212η之前形成半導(dǎo)體器件200的多個(gè)部件。多個(gè)部件可以包括輕摻雜的源極區(qū)/漏極區(qū)(ρ-型和η-型LDD)302p、302n和在有源區(qū)204p、2(Mn中并且在P-虛擬柵極疊層310p和N-虛擬柵極疊層310η的相對(duì)側(cè)上的源極區(qū)/漏極區(qū)(P-型和η-型S/D) 304p、304n。P-型LDD 302ρ和S/D 304ρ區(qū)可以摻雜有 B或化，并且η-型LDD 302η和S/D 30 區(qū)可以摻雜有P或As。多個(gè)特征可以進(jìn)一步包括在P-虛擬柵極疊層310p和N-虛擬柵極疊層310η的相對(duì)側(cè)壁上的柵極隔離物306和層間電介質(zhì)(ILD)層310。柵極隔離物306可以由氧化硅、氮化硅或其他合適材料形成。ILD 層310可以包括由高縱深比工藝(HARP)和/或高密度等離子體(HDP)沉積工藝形成的氧化物。通過步驟104繼續(xù)圖1中的方法100，其中，圖4Α、圖4Β和圖4C中的結(jié)構(gòu)通過在第一有源區(qū)204ρ之上的電介質(zhì)層(即，在柵極隔離物306之間)中形成第一開口 320ρ來生成，其延伸超過隔離區(qū)206的第一寬度W的至少2/3。在本實(shí)施例中，使用柵極隔離物306 作為硬膜，去除P-虛擬柵極疊層310ρ的虛擬柵電極層308，以在柵極隔離物306中形成第一開口 320ρ，同時(shí)N-虛擬柵極疊層310η的虛擬柵電極層308由圖案化的光刻膠層覆蓋。 柵極隔離物306之間的第一開口 320ρ在第一有源區(qū)204ρ之上并且延伸超過隔離區(qū)206的第一寬度W的至少2/3的距離Wp。可以使用干蝕刻工藝去除P-虛擬柵極疊層310p的虛擬柵電極層308。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用Cl2、HBr和He作為蝕刻氣體，在約650W至800W 的電源功率下，在約100W至120W的偏置功率、以及約60毫托至200毫托的壓力下執(zhí)行干蝕刻工藝。通過步驟106繼續(xù)圖1中的方法100，其中，圖6A、圖6B和圖6C中的結(jié)構(gòu)通過用 P-功函數(shù)金屬層212p部分地填充第一開口 320p生成。P-功函數(shù)金屬層212p包括選自 TiN、WN、TaN、Ru或其結(jié)合的組中的材料。P-功函數(shù)金屬層212p可以通過CVD、PVD、或其他合適的技術(shù)形成。P-功函數(shù)金屬層212p具有從約30埃至80埃范圍的厚度、。在一些實(shí)施例中，在P-功函數(shù)金屬層212p沉積之前，可以沉積可選第一勢(shì)壘層 (未示出)，以減小信號(hào)金屬層214p、214n(如圖2和圖10中所示)到柵極電介質(zhì)層208的擴(kuò)散。從而，在第一開口 320p中，第一勢(shì)壘層圍繞P-功函數(shù)金屬層212p并且第一勢(shì)壘層的底部在P-功函數(shù)金屬層212p和柵極電介質(zhì)層208之間。第一勢(shì)壘層包括選自TaN和WN 組成的組中的材料。第一勢(shì)壘層具有5埃至15埃范圍的厚度。第一勢(shì)壘層可以通過CVD、 PVD或其他適當(dāng)技術(shù)形成。從而，第一勢(shì)壘層和P-功函數(shù)金屬層212p可以在隔離區(qū)206之上相互電接觸。從而，第一勢(shì)壘層和N-功函數(shù)金屬層212η可以在隔離區(qū)206之上相互電接觸。在本實(shí)施例中，P-功函數(shù)金屬層212ρ首先沉積在柵極電介質(zhì)層208、柵極隔離物 306、以及ILD 310層之上，以部分地填充第一開口 320ρ。下一步是在P-功函數(shù)金屬層212ρ 之上沉積犧牲層312 (如圖5Α、圖5Β和圖5C所示)，以基本填充第一開口 320ρ。犧牲層312 可以包括但不限于多晶硅、光刻膠(P 或旋涂玻璃(SOG)。犧牲層312可以通過CVD、PVD、 ALD、旋涂或其他合適技術(shù)來形成。然后，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，以去除第一開口 320外部的部分犧牲層312 和P-功函數(shù)金屬層212p。從而，當(dāng)達(dá)到ILD層310時(shí)，CMP工藝可以停止，從而提供基本平坦的表面。最后，第一開口 320p中剩余的犧牲層312可以通過干蝕刻工藝和/或濕蝕刻工藝去除，以暴露P-功函數(shù)金屬層212p (如圖6A、圖6B和圖6C中所示)。例如，如果犧牲層 312包括多晶硅、PR或S0G，則干/濕蝕刻化學(xué)產(chǎn)品可以包括F、Cl、以及Br基蝕刻劑，以選擇性地去除第一開口 320p中的剩余犧牲層312。通過步驟108繼續(xù)圖1中的方法100，其中，圖7A、圖7B和圖7C中的結(jié)構(gòu)通過在第二有源區(qū)20 之上鄰近電介質(zhì)層中的第一開口 320p( S卩，在柵極隔離物306之間)形成第二開口 320η，其延伸不超過隔離區(qū)206的第一寬度W的1/3。在一個(gè)實(shí)施例中，使用柵極隔離物306和剩余P-功函數(shù)金屬層212ρ作為硬掩膜，去除N-虛擬柵極疊層310η的虛擬柵電極層308，以在柵極隔離物306中形成第二開口 320η。柵極隔離物306之間的第二開口 320η在第二有源區(qū)20 之上并且延伸不超過隔離區(qū)206的第一寬度W的1/3的距離 Wn?？梢允褂脻裎g刻和/或干蝕刻工藝去除N-虛擬柵極疊層310η的虛擬柵電極層308。 在一個(gè)實(shí)施例中，濕蝕刻工藝包括暴露包含氫氧化銨、稀釋的HF、去離子水和/或其他適當(dāng)蝕刻劑溶液的氫氧化銨溶液。在另一實(shí)施例中，可以使用Cl2、HBr和He作為蝕刻氣體，在約650W至800W的電源功率、約100W至120W的偏置功率、以及約60毫托至200毫托的壓力下，執(zhí)行干蝕刻工藝。通過步驟110繼續(xù)圖1中的方法100，其中，圖8A、圖8B和圖8C中的結(jié)構(gòu)通過在第一開口 320p和第二開口 320η中沉積N-功函數(shù)金屬層212η來生成，其中，N-功函數(shù)金屬層212η在第一開口 320ρ中的P-功函數(shù)金屬層212ρ之上。N-功函數(shù)金屬層212η包括選自 Ti、Ag、Al、TiAl、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、MnjP Zr 組中的材料。N-功函數(shù)金屬層 212η 具有從約30埃至80埃范圍的厚度t2。N-功函數(shù)金屬層212η可以通過CVD、PVD或其他合適技術(shù)形成。從而，N-功函數(shù)金屬層212η和P-功函數(shù)金屬層212ρ在隔離區(qū)206之上相互電接觸。而且，N-功函數(shù)金屬層212η在第一開口 320ρ中的P-功函數(shù)金屬層212ρ之上。在一些實(shí)施例中，可以在N-功函數(shù)金屬層212η沉積之前沉積可選第二勢(shì)壘層(未示出)，以減少信號(hào)金屬層214p、214n(如圖2和圖10所示)到柵極電介質(zhì)層208的擴(kuò)散。在第一開口 320p中，第二勢(shì)壘層在N-功函數(shù)金屬層212η和P-功函數(shù)金屬層212p之間。而且，在第二開口 320η中，第二勢(shì)壘層圍繞N-功函數(shù)金屬層212η，并且第二勢(shì)壘層的底部在N-功函數(shù)金屬層212η和柵極電介質(zhì)層208之間。第二勢(shì)壘層包括選自TaN、WN或其結(jié)合的組中的材料。第二勢(shì)壘層具有從5埃至15埃范圍的厚度。第二勢(shì)壘層可以通過 CVD, PVD或其他合適技術(shù)形成。從而，第二勢(shì)壘層和P-功函數(shù)金屬層212p可以在隔離區(qū) 206之上相互電接觸；第二勢(shì)壘層和N-功函數(shù)金屬層212η可以在隔離區(qū)206之上相互電接觸；以及第二勢(shì)壘層和第一勢(shì)壘層可以在隔離區(qū)206之上相互電接觸。通過步驟112繼續(xù)圖1中的方法100，其中，圖9Α、圖9Β和圖9C中的結(jié)構(gòu)通過在第一開口 320ρ和第二開口 320η中的N-功函數(shù)金屬層212η之上沉積信號(hào)金屬層214來生成。信號(hào)金屬層214包括選自Al、Cu、W或其結(jié)合的組中的材料。信號(hào)金屬層214可以通過 CVD, PVD或其他合適技術(shù)形成。在一些實(shí)施例中，可以在沉積信號(hào)金屬層214之前沉積可選第三勢(shì)壘層(未示出)，以減少信號(hào)金屬層214p、214n(如圖2和圖10中所示)到柵極電介質(zhì)層208的擴(kuò)散。 從而，第三勢(shì)壘層在N-功函數(shù)金屬層212η和信號(hào)金屬層214之間。第三勢(shì)壘層包括選自 TiN、TaN、WN或其結(jié)合的組中的材料。第三勢(shì)壘層具有從20埃至40埃范圍的厚度。第三勢(shì)壘層可以通過CVD、PVD或其他合適技術(shù)形成。通過步驟114繼續(xù)圖1中的方法，其中，圖2、圖10A、圖IOB和圖IOC中的結(jié)構(gòu)通過平面化信號(hào)金屬層214來生成。執(zhí)行CMP，以去除第一開口 320p和第二開口 320η外部的信號(hào)金屬層214和N-功函數(shù)金屬層212η。從而，當(dāng)達(dá)到ILD層310時(shí)，CMP工藝可以停止，從而提供基本平坦的表面。第一開口 320ρ中的信號(hào)金屬層214被稱為第一信號(hào)金屬層 214ρ，以及第二開口 320η中的信號(hào)金屬層214被稱為第二信號(hào)金屬層214η。在本實(shí)施例中，第一信號(hào)金屬層214ρ的最大厚度t3小于第二信號(hào)金屬層21 的最大厚度t4。例如， 第一信號(hào)金屬層214p具有從350埃至450埃范圍的最大厚度t3，并且第二信號(hào)金屬層21 具有從380埃至500埃范圍的最大厚度t4。從而，P-金屬柵電極210p可以包括但不限于P-功函數(shù)金屬層212p、N_功函數(shù)金屬層212η和第一信號(hào)金屬層214p。N-金屬柵電極210η可以包括但不限于N-功函數(shù)金屬層212η和第二信號(hào)金屬層214n。P-金屬柵電極210ρ和N-金屬柵電極210η的結(jié)合被稱為金屬柵結(jié)構(gòu)210。雖然第二信號(hào)金屬層21 的厚度增加可以產(chǎn)生濃度梯度以將具有更多信號(hào)金屬材料的第二信號(hào)金屬層21 驅(qū)至P-功函數(shù)金屬層212p，P-金屬柵電極210p的延伸距離 Wp更長(zhǎng)，可以更有效地避免第二信號(hào)金屬層21 到P-功函數(shù)金屬層212p的原子擴(kuò)散。從而，申請(qǐng)人的制造半導(dǎo)體器件200的方法可以制造保持其功函數(shù)的P-金屬柵電極210p，從而不改變pMOSFET 200p的閾值電壓，并且因此增強(qiáng)器件性能。應(yīng)該明白，半導(dǎo)體器件200可以經(jīng)過進(jìn)一步的CMOS工藝，以形成多個(gè)特征，諸如接點(diǎn)/通孔、互連金屬層、電介質(zhì)層、鈍化層等。可以看出，改進(jìn)后的P-金屬柵電極210P提供穩(wěn)定的功函數(shù)，以保持pMOSFET 200p的穩(wěn)定閾值電壓，從而增強(qiáng)器件性能。上述多個(gè)實(shí)施例的特征使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本披露的多個(gè)方面。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可以容易地使用本披露作為設(shè)計(jì)或修改用于實(shí)現(xiàn)與在此介紹的實(shí)施例的目的和/或優(yōu)點(diǎn)相同的其他工藝和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，這種等效結(jié)構(gòu)不脫離本披露的精神和范圍，并且在不脫離本披露的精神和范圍的情況下，在此可以作出多種改變、替換和修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括基板，包括第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、以及插入所述第一有源區(qū)和所述第二有源區(qū)之間具有第一寬度的隔離區(qū)；P-金屬柵電極，在所述第一有源區(qū)之上并且延伸超過所述隔離區(qū)的所述第一寬度的至少2/3 ；以及N-金屬柵電極，在所述第二有源區(qū)之上并且延伸不超過所述第一寬度的1/3，所述 N-金屬柵電極電連接至所述隔離區(qū)之上的所述P-金屬柵電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一寬度的范圍從0.Ιμπι至 0. 3 μ m，其中，所述P-金屬柵電極包括P-功函數(shù)金屬層，其中，所述P-功函數(shù)金屬層的厚度范圍從30埃至80埃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述P-功函數(shù)金屬層為TiN。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述P-功函數(shù)金屬層包括選自TiN、WN、 TaN、或Ru組中的材料，其中，所述P-金屬柵電極進(jìn)一步包括在所述P-功函數(shù)金屬層之上的第一信號(hào)金屬層，其中，所述P-金屬柵電極進(jìn)一步包括插入所述P-功函數(shù)金屬層和所述第一信號(hào)金屬層之間的N-功函數(shù)金屬層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述P-金屬柵電極進(jìn)一步包括圍繞所述 P-功函數(shù)金屬層的第一勢(shì)壘層，其中，所述N-金屬柵電極包括N-功函數(shù)金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述N-功函數(shù)金屬層的厚度范圍從30埃至80埃，其中，所述N-功函數(shù)金屬層為TiAl。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述N-功函數(shù)金屬層包括選自Ti、Ag、 Al、TiAl、TiAIN、TaC, TaCN, TaSiN, Mn、或&組中的材料，其中，所述N-金屬柵電極進(jìn)一步包括在所述N-功函數(shù)金屬層之上的第二信號(hào)金屬層，其中，所述N-金屬柵電極進(jìn)一步包括圍繞所述N-功函數(shù)金屬層的第二勢(shì)壘層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述P-金屬柵電極包括第一信號(hào)金屬層， 以及所述N-金屬柵電極包括第二信號(hào)金屬層，其中，所述第一信號(hào)金屬層的第一厚度小于所述第二信號(hào)金屬層的第二厚度。
9.一種在基板之上制造金屬柵結(jié)構(gòu)的方法，所述基板包括第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、以及插入所述第一有源區(qū)和所述第二有源區(qū)之間具有第一寬度的隔離區(qū)，所述方法包括在所述第一有源區(qū)之上的電介質(zhì)層中形成第一開口，所述第一開口延伸超過所述隔離區(qū)的所述第一寬度的至少2/3 ；用P-功函數(shù)金屬層部分地填充所述第一開口 ；在所述第二有源區(qū)之上鄰近所述電介質(zhì)層中的所述第一開口形成第二開口，所述第二開口延伸不超過所述隔離區(qū)的所述第一寬度的1/3 ；在所述第一開口和所述第二開口中沉積N-功函數(shù)金屬層，從而，所述N-功函數(shù)金屬層在所述第一開口中的所述P-功函數(shù)金屬層之上；在所述第一開口和所述第二開口中的所述N-功函數(shù)金屬層之上沉積信號(hào)金屬層；以及平面化所述信號(hào)金屬層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一寬度的范圍從0.ιμπι至·0. 3 μ m，其中，所述P-功函數(shù)金屬層包括選自TiN、WN、TaN、或Ru組中的材料，其中，所述 N-功函數(shù)金屬層包括選自Ti、Ag、Al、TiAl、TiAlN,TaC, TaCN,TaSiN、Mn、或rLr組中的材料。
全文摘要
本申請(qǐng)披露了一種半導(dǎo)體器件，包括基板，具有第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、以及插入第一有源區(qū)和第二有源區(qū)之間具有第一寬度的隔離區(qū)；P-金屬柵電極，在第一有源區(qū)之上并且延伸隔離區(qū)的第一寬度的至少2/3；以及N-金屬柵電極，在第二有源區(qū)之上并且延伸不超過第一寬度的1/3。N-金屬柵電極電連接至隔離區(qū)之上的P-金屬柵電極。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102437185SQ20111006122
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者周漢源, 莊學(xué)理, 張立偉, 朱鳴, 楊寶如 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司