具有雙重功函數(shù)柵疊層的半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟：在襯底之上形成柵介質(zhì)層；在該柵介質(zhì)層之上形成含金屬層，該含金屬層含有有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)；在該含金屬層之上形成抗反應(yīng)層；增大該含金屬層中所含的該有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的量；以及通過刻蝕該抗反應(yīng)層、該含金屬層與該柵介質(zhì)層而在該襯底上形成柵疊層。
【專利說明】具有雙重功函數(shù)柵疊層的半導(dǎo)體器件及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請主張2012年12月27日提出的申請?zhí)枮?0-2012-0154941的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全文并入于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及具有雙重功函數(shù)柵疊層的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]當(dāng)為了改善性能而縮小晶體管尺度時(shí)，柵極漏電增大，同時(shí)柵介質(zhì)層的厚度減小。為了解決這一類問題，已經(jīng)以具有比SiO2較大的介電常數(shù)的高k材料取代柵介質(zhì)層。高k材料可以包括含有鉿、鋯之類的金屬氧化物。隨著采用高k材料，出現(xiàn)了新的問題，即費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)。費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)由高k材料與多晶硅柵電極之間的接觸所導(dǎo)致。費(fèi)米能級(jí)釘扎為多晶硅柵電極與金屬氧化物之間的界限處的基本特性，并增大晶體管的閾值電壓。
[0005]在晶體管中，柵電極需要用于導(dǎo)通溝道的閾值電壓(Vth)。根據(jù)CMOS器件的工藝，可以制造出N溝道晶體管和P溝道晶體管兩種。閾值電壓受有效功函數(shù)影響。一般而言，柵疊層包括柵介質(zhì)層和柵電極，且柵介質(zhì)層和柵電極確定柵疊層的有效功函數(shù)。此外，柵極工藝可以影響柵疊層的有效功函數(shù)。有效功函數(shù)有別于功函數(shù)。柵疊層的有效功函數(shù)為可以通過柵介質(zhì)層材料、柵電極材料以及柵疊層形成工藝來調(diào)節(jié)的參數(shù)。另一方面，柵電極的功函數(shù)是材料的特定屬性。一般而言，特定材料(也就是金屬層)的功函數(shù)對(duì)應(yīng)于當(dāng)電子在初始階段位處費(fèi)米能級(jí)時(shí)從材料原子將材料內(nèi)的電子排放至真空中所需的能量值。功函數(shù)所具有的單位為eV。一般而言，N溝道晶體管的柵電極具有低于中間能隙功函數(shù)的N型功函數(shù)，且P溝道晶體管的柵電極具有高于中間能隙功函數(shù)的P型功函數(shù)。
[0006]近來，為了解決費(fèi)米能級(jí)釘扎問題，已采用包括高k材料和金屬柵電極的柵疊層。不過，在用于制造CMOS器件的工藝期間，難以形成具有需要適用于各晶體管的閾值電壓的N型功函數(shù)或P型功函數(shù)的金屬柵電極。此外，雖然形成了具有適用于各晶體管的功函數(shù)的金屬柵電極，柵疊層的有效功函數(shù)可以由于與金屬柵電極接觸的柵介質(zhì)層的材料和柵疊層的形成工藝(例如，刻蝕工藝和高溫?zé)峁に?所導(dǎo)致的各種因素而改變。此外，CMOS器件可以通過使用雙重功函數(shù)金屬柵電極來制造。在此情況下，必須選擇性地去除雙重功函數(shù)金屬柵電極的其中之一。因此，實(shí)質(zhì)復(fù)雜度增大，且制造成本增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]—種示例性半導(dǎo)體器件及其制造方法。所述示例性半導(dǎo)體器件包括雙重功函數(shù)柵疊層，所述雙重功函數(shù)柵疊層能夠獨(dú)立地控制N溝道晶體管和P溝道晶體管的閾值電壓。
[0008]一種示例性半導(dǎo)體器件及其制造方法。所述示例性半導(dǎo)體器件包括雙重功函數(shù)柵疊層，所述雙重功函數(shù)柵疊層能夠防止柵疊層的有效功函數(shù)在后續(xù)工藝期間改變。
[0009]一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟:在襯底之上形成柵介質(zhì)層；在所述柵介質(zhì)層之上形成含金屬層，所述含金屬層含有有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)；在所述含金屬層之上形成抗反應(yīng)層；增大所述含金屬層中所含的所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的量；以及通過刻蝕所述抗反應(yīng)層、所述含金屬層與所述柵介質(zhì)層而在所述襯底上形成柵疊層。
[0010]一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟:在襯底的整個(gè)表面上形成柵介質(zhì)層，所述襯底包括第一區(qū)和第二區(qū)；在所述柵介質(zhì)層之上形成富氮的第一金屬氮化物層；在所述第一金屬氮化物層之上形成抗反應(yīng)層；將有效功函數(shù)增大物質(zhì)注入至所述富氮的第一金屬氮化物層中；從所述第二區(qū)去除所述抗反應(yīng)層和所述富氮的第一金屬氮化物層；在包括形成于所述第二區(qū)中的所述柵介質(zhì)層的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上形成富金屬的第二金屬氮化物層；通過刻蝕所述富金屬的第二金屬氮化物層、所述抗反應(yīng)層、所述富氮的第一金屬氮化物層以及所述柵介質(zhì)層而在所述第一區(qū)中形成第一柵疊層；以及通過刻蝕所述第二金屬氮化物和所述柵介質(zhì)層而在所述第二區(qū)中形成第二柵疊層。
[0011]一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟:在襯底的整個(gè)表面上形成柵介質(zhì)層，所述襯底包括第一區(qū)和第二區(qū)；形成第一含金屬層，所述第一含金屬層含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)；在所述柵介質(zhì)層之上形成抗反應(yīng)層；增大所述第一含金屬層中所含的所述第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的量；從所述第二區(qū)去除所述抗反應(yīng)層和所述第一含金屬層；在包括形成于所述第二區(qū)中的所述柵介質(zhì)層的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上形成第二含金屬層，所述第二含金屬層含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)；通過刻蝕所述第二含金屬層、所述抗反應(yīng)層、所述第一含金屬層以及所述柵介質(zhì)層而在所述第一區(qū)中形成第一柵疊層；以及通過刻蝕所述第二含金屬層和所述柵介質(zhì)層而在所述第二區(qū)中形成第二柵疊層。
[0012]一種半導(dǎo)體器件，包括:襯底，其包括第一區(qū)和第二區(qū)；第一柵疊層，其形成在所述第一區(qū)之上，所述第一柵疊層包括含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一含金屬柵電極、以及形成在所述第一含金屬柵電極之上的抗反應(yīng)層；以及第二柵疊層，其形成在所述第二區(qū)之上，所述第二柵疊層包括含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的第二含金屬柵電極。
[0013]所述第一柵疊層可以進(jìn)一步包括含金屬層，所述含金屬層形成在所述抗反應(yīng)層之上，所述含金屬層包括與所述第二含金屬柵電極的材料相同的材料。所述抗反應(yīng)層可以包括多晶硅。
[0014]所述第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以包括氮。所述第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以包括鈦。所述第一含金屬柵電極可以包括氮化鈦(TiN)，所述氮化鈦包括高于化學(xué)計(jì)量的氮鈦之比的較高比例的氮。所述第二含金屬柵電極可以包括氮化鈦(TiN)，所述氮化鈦包括高于化學(xué)計(jì)量的鈦氮之比的較高比例的鈦。
[0015]所述第一柵疊層可以包括P溝道晶體管的柵疊層。所述第二柵疊層可以包括N溝道晶體管的柵疊層。所述第一柵疊層可以進(jìn)一步包括第一界面層和第一高k材料，他們形成在所述第一含金屬柵電極的下方，且所述第二柵疊層可以進(jìn)一步包括第二界面層和第二高k材料，他們形成在所述第二含金屬柵電極的下方。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為說明示例性半導(dǎo)體器件的示意圖。[0017]圖2A至2H為說明用于制造半導(dǎo)體器件的示例性方法的示意圖。
[0018]圖3為用于解釋其中混雜被防止的狀態(tài)的示意圖。
[0019]圖4A至4C為說明比較性范例的示意圖，與示例性實(shí)施例相比，其中在第一含金屬層之上并無設(shè)置抗反應(yīng)層。
[0020]圖5為說明示例性半導(dǎo)體器件的示意圖。
[0021]圖6為說明示例性半導(dǎo)體器件的示意圖。
[0022]圖7為存儲(chǔ)卡的示意圖。
[0023]圖8為說明電子系統(tǒng)的方塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]各種實(shí)施例將在下文參照所附附圖更詳細(xì)地?cái)⑹?。不過，本發(fā)明可以以不同形式體現(xiàn)，且不應(yīng)理解為受限于此處所提出的實(shí)施例。進(jìn)一步而言，提供這些實(shí)施例，以便此公開將更為充分和完整，并將充分地將本發(fā)明的范圍傳達(dá)予本領(lǐng)域技術(shù)人員。在本公開的全文中，貫穿本發(fā)明的各個(gè)附圖與實(shí)施例，相同的附圖標(biāo)記指的是相同的部件。
[0025]附圖未必依照比例，且在一些例子中，可以夸大比例，以清楚地說明各實(shí)施例的特性。當(dāng)稱第一層位于第二層“上”或位于襯底“上”時(shí)，不僅指的是該第一層直接形成在該第二層或該襯底上的情況，且亦指第三層存在于該第一層與該第二層或該襯底之間的情況。
[0026]圖1為說明示例性半導(dǎo)體器件的示意圖。
[0027]參照圖1，襯底101包括第一和第二區(qū)。襯底101可以包括硅襯底、硅鍺襯底或絕緣體上娃(silicon-on-1nsulator, SOI)襯底。第一和第二區(qū)通過隔離區(qū)102隔離。第一和第二區(qū)可以包括晶體管區(qū)。舉例來說，第一區(qū)可以為形成P溝道晶體管之處(PMOS)，且第二區(qū)可以為形成N溝道晶體管之處(NMOS)。第一柵疊層100P形成在第一區(qū)PMOS的襯底101之上，且第二柵疊層100N形成在第二區(qū)NMOS的襯底101之上。第一源極108P和第一漏極108P形成于第一柵疊層100P兩側(cè)的襯底101中。第二源極108N和第二漏極108N形成于第二疊層100N兩側(cè)的襯底101中。
[0028]第一柵疊層100P可以包括順序?qū)盈B的第一柵介質(zhì)層104P、第一含金屬柵電極105P、抗反應(yīng)層106P和含金屬層107P。第一柵疊層100P可以進(jìn)一步包括形成在第一柵介質(zhì)層104P與襯底101之間的第一界面層103P。第一柵疊層100P可以包括第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以被包含在第一含金屬柵電極105P之中。由于第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第一柵疊層100P具有適用于P溝道晶體管的有效功函數(shù)。
[0029]第二柵疊層100N可以包括順序?qū)盈B的第二柵介質(zhì)層104N和第二含金屬柵電極105N。第二柵疊層100N可以進(jìn)一步包括形成在第二柵介質(zhì)層104N與襯底101之間的第二界面層103N。第二柵疊層100N可以包括第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以被包含在第二含金屬柵電極105N之中。由于第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第二柵疊層100N具有適用于N溝道晶體管的有效功函數(shù)。
[0030]因此，第一區(qū)PMOS包括第一柵疊層100P，其包括具有第一有效功函數(shù)的第一功函數(shù)結(jié)構(gòu)，且第二區(qū)NMOS包括第二柵疊層100N，其包括具有不同于第一有效功函數(shù)的第二有效功函數(shù)的第二功函數(shù)結(jié)構(gòu)。
[0031]半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)將更詳細(xì)地?cái)⑹鋈缦?。[0032]首先，第一界面層103P和第二界面層103N可以由相同材料構(gòu)成，并可以具有相同的厚度。第一界面層103P或第二界面層103N可以包括氧化硅或氧氮化硅。舉例來說，第一界面層103P或弟二界面層103N可以包括SiO2或SiON。弟一界面層103P和弟二界面層103N用于改善襯底101與第一柵介質(zhì)層104P和第二柵介質(zhì)層104N之間的界面特性，從而增強(qiáng)電子遷移特性。
[0033]第一柵介質(zhì)層104P和第二柵介質(zhì)層104N可以由相同材料構(gòu)成，并可以具有相同的厚度。第一柵介質(zhì)層104P和第二柵介質(zhì)層104N可以包括具有高介電常數(shù)的高k材料。高k材料具有比SiO2的介電常數(shù)(約3.9)較大的介電常數(shù)。此外，相比于SiO2，高k材料具有非常大的物理厚度和較小的等效氧化物厚度(EOT)。相比于第一和第二界面層103P和103N，第一柵介質(zhì)層104P和第二柵介質(zhì)層104N可以具有較大的介電常數(shù)。第一柵介質(zhì)層104P和第二柵介質(zhì)層104N可以包括例如金屬氧化物、金屬硅酸鹽或金屬硅酸鹽氮化物。金屬氧化物可以含有例如鉿(Hf)、鋁(Al)、鑭(La)或鋯(Zr)。金屬氧化物可以包括氧化鉿、氧化招、氧化鑭、氧化錯(cuò)或其組合。舉例來說，金屬氧化物可以包括HfO2、Al203、La203、ZrO2或其組合。金屬硅酸鹽可以含有例如Hf或Zr。舉例來說，金屬硅酸鹽可以包括硅酸鉿(HfSiO)、硅酸鋯(ZrSiO)或其組合。金屬硅酸鹽氮化物可以包括鉿硅酸鹽氮化物(HfSiON)、鋯硅酸鹽氮化物(ZrSiON)或其組合。
[0034]第一含金屬柵電極105P可以含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。由于第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第一柵疊層100P具有適用于P溝道晶體管的有效功函數(shù)。第一含金屬柵電極105P可以包括P型功函數(shù)含金屬層。因此，第一含金屬柵電極105P可以變?yōu)镻型功函數(shù)含金屬柵電極。P型功函數(shù)含金屬柵電極可以包括具有約4.7eV或更大(約4.7eV至約5.1eV)的功函數(shù)的材料。P型功函數(shù)金屬具有與P型多晶硅的功函數(shù)類似的值。相比于硅的中間能隙功函數(shù)，P型功函數(shù)含金屬柵電極具有較大的有效功函數(shù)。第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以包括 有效功函數(shù)增大物質(zhì)，以增大有效功函數(shù)。由于含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)，第一柵疊層100P的有效功函數(shù)增大。就這樣，含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)的第一含金屬柵電極105P可以稱為高有效功函數(shù)材料。
[0035]有效功函數(shù)增大物質(zhì)可以包括氮。第一含金屬柵電極105P可以包括氮來作為第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第一含金屬柵電極105P可以包括含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的金屬氮化物。第一含金屬柵電極105P可以包括富氮的金屬氮化物。此處,氮變?yōu)榈谝挥行Ч瘮?shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。金屬氮化物可以包括氮化鈦。當(dāng)?shù)谝挥行Ч瘮?shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括氮時(shí)，第一含金屬柵電極105P可以包括富氮的氮化鈦。富氮的氮化鈦指的是含有高于化學(xué)計(jì)量的氮鈦之比的較高比例的氮的氮化鈦。此后，將富氮的氮化鈦稱為富氮的TiN(富N的TiN)。依據(jù)鈦對(duì)氮的組分比，TiN具有不同的有效功函數(shù)。舉例來說，富氮的TiN可以具有適用于P溝道晶體管的P型有效功函數(shù)。富氮的TiN可以通過物理氣相沉積(PVD)來形成。因此，可以輕易調(diào)節(jié)TiN內(nèi)的鈦對(duì)氮的組分比。富氮的TiN形成為第一含金屬柵電極105P。當(dāng)形成富氮的TiN時(shí)，可以選擇性地控制氮的流率，以調(diào)節(jié)氮對(duì)鈦的組分比。就這樣，可以控制氮的流率來形成具有P型功函數(shù)的富氮的TiN。富氮的TiN可以通過原子層沉積(ALD)來形成。
[0036]第二含金屬柵電極105N可以含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。由于第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第二柵疊層100N具有適用于N溝道晶體管的有效功函數(shù)。第二含金屬柵電極105N可以包括N型功函數(shù)含金屬層。因此，第二含金屬柵電極105N可以變?yōu)镹型功函數(shù)含金屬柵電極。N型功函數(shù)含金屬柵電極可以包括具有約4.3eV或更小的功函數(shù)的材料。N型功函數(shù)具有與N型多晶硅的功函數(shù)類似的值。N型功函數(shù)含柵電極具有比硅的中間能隙功函數(shù)較小的功函數(shù)。第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以包括有效功函數(shù)減小物質(zhì)，以減小有效功函數(shù)。由于含有有效功函數(shù)減小物質(zhì)，第二柵疊層IOON的有效功函數(shù)減小。就這樣，含有有效功函數(shù)減小物質(zhì)的第二含金屬柵電極105N可以稱為低有效功函數(shù)材料。
[0037]有效功函數(shù)減小物質(zhì)可以包括金屬。第二含金屬柵電極105N可以包括金屬來作為第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第二含金屬柵電極105N可以包括含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的金屬氮化物。第二含金屬柵電極105N可以包括富金屬的金屬氮化物。此處,金屬變?yōu)榈诙行Ч瘮?shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。
[0038]作為第二含金屬柵電極105N的金屬氮化物可以包括TiN。當(dāng)?shù)诙行Ч瘮?shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)含有鈦時(shí)，第二含金屬柵電極105N可以包括富鈦的氮化鈦。富鈦的氮化鈦指的是含有高于化學(xué)計(jì)量的鈦氮之比的較高比例的鈦的氮化鈦。依據(jù)鈦對(duì)氮的組分比，TiN具有不同的功函數(shù)。舉例來說，富鈦的TiN可以具有適用于N溝道晶體管的N型有效功函數(shù)。富鈦的TiN可以通過PVD來形成。因此，可以輕易調(diào)節(jié)TiN內(nèi)的鈦對(duì)氮的組分比。富鈦的TiN形成為第二含金屬柵電極105N。當(dāng)形成富鈦的TiN時(shí)，可以選擇性地控制氮的流率，以調(diào)節(jié)鈦對(duì)氮的組分比。就這樣，可以控制氮的流率來形成具有N型有效功函數(shù)的富鈦的TiN。富鈦的TiN可以通過ALD來形成。
[0039]形成在第一含金屬柵電極105P之上的抗反應(yīng)層106P和含金屬層107P可以作為抗氧化層，以在后續(xù)工藝期間阻擋氧被引入第一含金屬柵電極105P和第一柵介質(zhì)層104P?？狗磻?yīng)層106P可以用于防止第一含金屬柵電極105P與含金屬層107P之間的混雜(inter-mixing)?？狗磻?yīng)層106P含有含娃層?？狗磻?yīng)層106P可以包括多晶娃。
[0040]含金屬層107P可以由與第二含金屬柵電極105N相同的材料構(gòu)成。因此,含金屬層107P可以包括富金屬的金屬氮化物。也就是說，含金屬層107P可以包括富鈦的TiN。雖然含金屬層107P包括高有效功函數(shù)材料，第一含金屬柵電極105P的功函數(shù)并未因抗反應(yīng)層106P而減小。第一柵疊層100P的有效功函數(shù)通過第一含金屬柵電極105P進(jìn)行支配性地調(diào)節(jié)。雖然有下文中的描述，但是含金屬層107P可以在形成第二含金屬柵電極105N時(shí)同時(shí)形成，且在后續(xù)工藝期間并未去除。
[0041]第一含金屬柵電極105P和抗反應(yīng)層106P可以進(jìn)行退火。退火可以在含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的氣氛中執(zhí)行。退火可以在含氮?dú)夥障聢?zhí)行。氮是有效功函數(shù)增大物質(zhì)。舉例來說，退火可以在NH3氣氛中于約700°C的溫度下持續(xù)執(zhí)行約一小時(shí)。由于退火在含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)的氣氛中執(zhí)行，因此有效功函數(shù)增大物質(zhì)可以被注入第一含金屬柵電極105P。因此，可以進(jìn)一步增大第一含金屬柵電極105P中所含的有效功函數(shù)增大物質(zhì)的含量。結(jié)果，進(jìn)一步增大第一柵疊層100P的有效功函數(shù)。此外，抗反應(yīng)層106P通過退火來被結(jié)晶。由于形成結(jié)晶的抗反應(yīng)層106P因此進(jìn)一步改善防止氧引入的效應(yīng)和防止反應(yīng)的效應(yīng)。
[0042]第一源極108P和第一漏極108P可以包括P型源極與漏極,且第二源極108N和第二漏極108N可以包括N型源極與漏極。
[0043]參照圖1，由于第一柵疊層100P包括為了增大有效功函數(shù)而含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一含金屬柵電極105P，因此第一柵疊層IOOP可以獲得適用于P溝道晶體管的高有效功函數(shù)。因此，閾值電壓可以沿著正方向偏移。此外，隨著通過退火將有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)注入第一含金屬柵電極105P，可以進(jìn)一步增大第一柵疊層100P的有效功函數(shù)。此夕卜，由于抗反應(yīng)層106P形成在第一含金屬柵電極105P之上，因此可以防止第一含金屬柵電極105P的功函數(shù)在后續(xù)工藝期間減小。
[0044]此外，由于第二柵疊層100N包括為了減小有效功函數(shù)而含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的第二含金屬柵電極105N，因此第二柵疊層100N可以獲得適用于N溝道晶體管的低有效功函數(shù)。因此，閾值電壓可以沿著負(fù)方向偏移。
[0045]參照圖1，在CMOS器件的整合工藝期間，可以獨(dú)立地控制N溝道晶體管和P溝道晶體管的閾值電壓。
[0046]圖1的示例性半導(dǎo)體器件可以包括CMOS器件。不過，示例性半導(dǎo)體器件并未受限于CMOS器件。示例性半導(dǎo)體器件可以包括在其中形成N溝道晶體管和P溝道晶體管的任何半導(dǎo)體器件。P溝道晶體管可以包括例如PM0SFET或PMISFET。N溝道晶體管可以包括例如NM0SFET或匪ISFET。第一柵疊層100P和第二柵疊層100N具有高k金屬柵極(HKMG)結(jié)構(gòu)，其包括高k材料和含金屬的柵電極。
[0047]圖2A至2H為說明制造半導(dǎo)體器件的示例性方法的示意圖。此后，將敘述制造示例性CMOS器件的方法。不過，該示例性方法并未受限于制造CMOS器件的方法，而可以應(yīng)用至在其中形成N溝道晶體管和P溝道晶體管的任何半導(dǎo)體器件。此外，該示例性方法可以分別應(yīng)用至用于制造N溝道晶體管的方法和用于制造P溝道晶體管的方法。P溝道晶體管可以包括PM0SFET，且N溝道晶體管可以包括NM0SFET。
[0048]參照圖2A，準(zhǔn)備襯底21。襯底21可以包括在其中形成晶體管的多個(gè)區(qū)。多個(gè)區(qū)可以包括第一區(qū)PMOS和第二區(qū)NM0S。襯底21可以包括半導(dǎo)體材料。襯底21可以包括半導(dǎo)體襯底。襯底21可以包括硅襯底、硅鍺襯底或絕緣體上硅(SOI)襯底。
[0049]在襯底21中形成隔離區(qū)22。隔離區(qū)22可以通過淺溝槽隔離(STI)工藝形成。舉例來說，在襯底21之上形成焊墊層，并使用隔離掩模(未示出)刻蝕該焊墊層和襯底21。因此，形成溝槽。在形成溝槽之后，以絕緣體填充溝槽，以形成隔離區(qū)22。隔離區(qū)22可以包括順序地形成于其中的壁氧化物、內(nèi)襯以及填充介質(zhì)。該內(nèi)襯可以通過層疊氮化硅和氧化硅來形成。氮化硅可以包括Si3N4，且氧化硅可以包括Si02。該填充介質(zhì)可以包括旋涂式介質(zhì)(S0D)?；蛘?，隔離區(qū)22可以包括氮化硅作為填充介質(zhì)。
[0050]雖然沒有示出，但可以執(zhí)行典型的阱形成工藝和典型的溝道形成工藝。在第二區(qū)NMOS中形成P型阱，并在第一區(qū)PMOS中形成N型阱。為了形成P型阱，可以注入例如硼(B)或BF2的P型雜質(zhì)。此外，為了形成N型阱，可以注入例如磷(P)或砷(As)的N型雜質(zhì)。在阱形成工藝之后，可以通過典型的溝道形成工藝形成N溝道和P溝道。N溝道可以形成在第二區(qū)NMOS中，且P溝道可以形成在第一區(qū)PMOS中。為了形成P溝道，可以注入例如磷或砷的N型雜質(zhì)。為了形成N溝道，可以注入例如硼的P型雜質(zhì)。閾值電壓通過將N型雜質(zhì)注入到P溝道晶體管的溝道區(qū)中來設(shè)定，但在降低閾值電壓方面有所限制。
[0051]在示例性實(shí)施例中，由于P溝道區(qū)中含有鍺，因此可以控制能帶間隙來進(jìn)一步降低閾值電壓。為了在P溝道區(qū)中內(nèi)含鍺，可以將鍺離子注入到襯底中。此外，可以通過外延生長來形成硅鍺。[0052]在襯底21之上形成界面層23。高k材料24形成在界面層23之上。在形成界面層23之前，可以執(zhí)行清洗工藝。清洗工藝使用包括氫氟酸(HF)的溶液。由于執(zhí)行清洗工藝，因此可以去除襯底21的表面上的原生氧化物。同時(shí)，可以通過氫來鈍化襯底21的表面上的任何懸掛鍵，以抑制原生氧化物的生長，直到執(zhí)行后續(xù)工藝為止。
[0053]界面層23可以包括氧化硅或氮氧化硅。舉例來說，界面層23可以包括SiO2或SiON。界面層23用于改善襯底21和高k材料24之間的界面特性，從而增強(qiáng)電子遷移特性。若界面層23以氧化硅制成，則氧化硅可以通過熱氧化法來形成或通過使用臭氧的濕式方法來生長。特別地，若欲用作界面層23的氧化硅通過使用臭氧的濕式方法來生長，且高k材料24為含鉿的硅酸鹽材料，則富鉿的鉿硅酸鹽(HfSiO)可以在高k材料24的形成期間形成。因此，高k材料24的介電常數(shù)被增大。界面層23形成為約5人至約13 A的厚度。聞k材料24可以包括具有聞介電常數(shù)的聞k材料。
[0054]高k材料24可以由與第一區(qū)PMOS和第二區(qū)NMOS中相同的材料構(gòu)成。高k材料24具有比用作普通柵介質(zhì)層的SiO2的介電常數(shù)(約3.9)大的介電常數(shù)。此外，相比于SiO2,高k材料24具有相當(dāng)大的物理厚度和較小的EOT。高k材料24可以具有比界面層23大的介電常數(shù)。
[0055]高k材料24可以包括例如金屬氧化物、金屬硅酸鹽或金屬硅酸鹽氮化物。金屬氧化物可以包括例如Hf、Al、La或Zr。金屬氧化物可以包括例如氧化鉿、氧化鋁、氧化鑭、氧化錯(cuò)或其組合。舉例來說，金屬氧化物可以包括Hf02、A1203、La203、ZrO2或其組合。金屬娃酸鹽可以包括例如Hf或Zr。舉例來說，金屬硅酸鹽可以包括HfSiO、ZrSiO或其組合。舉例來說，金屬硅酸鹽氮化物可以包括鉿硅酸鹽氮化物(HfSiON)、鋯硅酸鹽氮化物(ZrSiON)或其組合。
[0056]由于高k材料24同時(shí)形成在第一和第二區(qū)PMOS和NMOS中，工藝因而簡化。與此同時(shí)，在第一區(qū)PMOS和第二區(qū)NMOS中，可以使用不同材料作為高k材料24。高k材料24的形成工藝可以包括適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)。舉例來說，形成工藝可以包括化學(xué)氣相沉積(CVD)、低壓CVD (LPCVD)、等離子體增強(qiáng)CVD (PECVD)、金屬有機(jī)CVD (MOCVD)、原子層沉積(ALD)或等離子體增強(qiáng)ALD (PEALD)。為了形成均勻的層，可以應(yīng)用ALD或PEALD。高k材料24可以形成為約15 A至約60 A的厚度。
[0057]在示例性實(shí)施例中，可以使用金屬硅酸鹽氮化物作為高k材料24。為了形成金屬硅酸鹽氮化物作為高k材料24，可以首先形成金屬硅酸鹽，之后，可以順序執(zhí)行氮化工藝和退火工藝。氮化工藝可以包括等離子體氮化。因此，將氮注入高k材料24。舉例來說，當(dāng)高k材料24為HfSiON時(shí)，首先可以形成HfSiO，之后可以通過氮化工藝來形成Hf SiON。就這樣，當(dāng)?shù)⑷虢饘俟杷猁}時(shí)，可以增大介電常數(shù)，且可以在后續(xù)的熱工藝期間加以抑制金屬硅酸鹽的結(jié)晶。等離子體氮化工藝可以在約400°C至約600°C的溫度下執(zhí)行。此外，在等離子體氮化期間，氬(Ar)和氮(N2)的氣體混合物可以用作反應(yīng)氣體。由于在等離子體氮化期間，金屬硅酸鹽暴露至氮等離子體，因此金屬硅酸鹽變?yōu)榻饘俟杷猁}氮化物。作為用于氮等離子體的氮源，除了 N2之外可以使用另一氣體。舉例來說，氮源可以包括氨(NH3)或聯(lián)氨(N2H4) 0在氮化工藝之后，執(zhí)行退火工藝。由于退火工藝在氮化工藝之后執(zhí)行，退火工藝指的是氮化后退火。通過等離子體氮化，金屬硅酸鹽的表面具有富氮的狀態(tài)。當(dāng)執(zhí)行退火工藝時(shí)，注入金屬硅酸鹽的氮原子可以均勻地在金屬硅酸鹽的內(nèi)部擴(kuò)散。退火工藝可以在氮?dú)?N2)氣氛下于約50(TC至約90(TC的溫度下執(zhí)行。
[0058]通過上述一系列的金屬娃酸鹽形成工藝、氮化工藝以及退火工藝,金屬娃酸鹽氮化物可以形成為高k材料24。當(dāng)金屬硅酸鹽氮化物用于形成高k材料24時(shí)，可以增大介電常數(shù)。此外，在后續(xù)的熱工藝期間可以抑制結(jié)晶。高k材料24可以變?yōu)闁沤橘|(zhì)層。
[0059]參照圖2B,第一含金屬層25A形成在高k材料24之上。第一含金屬層25A可以形成在包括高k材料24的襯底21的整個(gè)表面上。第一含金屬層25A可以含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。由于第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第一含金屬層25A具有適用于P溝道晶體管的功函數(shù)。因此，第一含金屬層25A可以變?yōu)镻型功函數(shù)含金屬層。P型功函數(shù)含金屬層可以包括具有約4.7eV至約5.2eV的有效功函數(shù)的材料。
[0060]第一含金屬層25A中所含的第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以包括有效功函數(shù)增大物質(zhì)，以增大有效功函數(shù)。第一含金屬層25A具有第一功函數(shù)。由于第一含金屬層25A含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)，因此第一功函數(shù)可以改變?yōu)楸鹊谝还瘮?shù)大的第二功函數(shù)。舉例來說，第一功函數(shù)可以包括中間能隙功函數(shù)。第二功函數(shù)具有約4.7eV或更大的值。因此，第一含金屬層25A變?yōu)楦哂行Ч瘮?shù)材料。有效功函數(shù)增大物質(zhì)可以包括氮。
[0061]第一含金屬層25A可以包括富氮的金屬氮化物。金屬氮化物可以包括TiN。第一含金屬層25A可以包括含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)的TiN。第一含金屬層25A可以包括氮作為有效功函數(shù)增大物質(zhì)。因此，第一含金屬層25A可以包括富氮的TiN。富氮的TiN指的是含有高于化學(xué)計(jì)量的氮鈦之比的較高比例的氮的TiN。依據(jù)鈦對(duì)氮的組分比，TiN具有不同的功函數(shù)。舉例來說，含有較高比例的氮的富氮的TiN具有適用于P溝道晶體管的有效功函數(shù)。另一方面，含有較高比例的鈦的富鈦的TiN具有適用于N溝道晶體管的有效功函數(shù)。因此，富鈦的TiN可以具有低有效功函數(shù)。富氮的TiN可以通過PVD來形成。因此，可以輕易控制TiN內(nèi)的鈦對(duì)氮的組分比。由于第一含金屬層25A具有適用于P溝道晶體管的高有效功函數(shù)，因此富氮的TiN形成為第一含金屬層25A。當(dāng)形成富氮的TiN時(shí)，選擇性地控制氮的流率，以調(diào)節(jié)鈦對(duì)氮的組分比。舉例來說，氮的流率可以控制為約20sCCm至約200sccmo就這樣，氮的流率可以被控制以形成具有約4.7eV至約5.1eV的高功函數(shù)的富氮的TiN。富氮的TiN可以通過ALD來形成。
[0062]參照圖2C，抗反應(yīng)層26A形成在第一含金屬層25A之上。抗反應(yīng)層26A可以作為抗氧化層，以阻擋氧在后續(xù)工藝期間被引入第一含金屬層25A。此外，抗反應(yīng)層26A可以用于防止第一含金屬層25A與后續(xù)的第二含金屬層之間的反應(yīng)?？狗磻?yīng)層26A包括含娃層?？狗磻?yīng)層26A可以包括多晶娃。
[0063]參照圖2D，執(zhí)行退火27。退火27可以在含有有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的氣氛中執(zhí)行。退火27可以在含氮?dú)夥障聢?zhí)行。氮是有效功函數(shù)增大物質(zhì)。舉例來說，退火27可以在NH3氣氛中于約700°C的溫度下持續(xù)執(zhí)行約一小時(shí)。由于退火27在含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)的氣氛中執(zhí)行，因此有效功函數(shù)增大物質(zhì)28可以注入第一含金屬層25A。因此，可以進(jìn)一步增大第一含金屬層25A中所含的有效功函數(shù)增大物質(zhì)的含量。結(jié)果，進(jìn)一步增大第一含金屬層25A的功函數(shù)。此外，抗反應(yīng)層26A通過退火27來被結(jié)晶。由于使抗反應(yīng)層26A結(jié)晶，因此進(jìn)一步改善抗反應(yīng)層26A的抗反應(yīng)效應(yīng)。
[0064]由于在含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)的氣氛下執(zhí)行退火27，因此第一含金屬層25A便轉(zhuǎn)換為第一含金屬層25B，其有效功函數(shù)增大物質(zhì)的含量增大。此外，抗反應(yīng)層26A轉(zhuǎn)換為結(jié)晶的抗反應(yīng)層26B。
[0065]參照圖2E，形成掩模圖案29。掩模圖案29用作刻蝕阻障，以去除第二區(qū)NMOS中的抗反應(yīng)層26B和第一含金屬層25B。因此,第一區(qū)PMOS中留下第一含金屬層，如附圖標(biāo)記25C所指示的。此外，第一區(qū)PMOS中留下抗反應(yīng)層，如附圖標(biāo)記26C所指示的。由于第一含金屬層和抗反應(yīng)層兩者均自第二區(qū)NMOS去除，因此暴露出高k材料24。
[0066]參照圖2F，去除掩模圖案29，接著在襯底21的整個(gè)表面上形成第二含金屬層30。第二含金屬層30可以含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。由于第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第二含金屬層30具有適用于N溝道晶體管的功函數(shù)。因此，第二含金屬層30可以變?yōu)镹型功函數(shù)含金屬層。N型功函數(shù)含金屬層可以包括具有約4.1eV至約4.5eV的功函數(shù)的材料。第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以包括有效功函數(shù)減小物質(zhì)，以減小有效功函數(shù)。第二含金屬層30具有第三功函數(shù)。由于第二含金屬層30含有有效功函數(shù)減小物質(zhì)，因此第三功函數(shù)可以改變?yōu)楸鹊谌瘮?shù)小的第四功函數(shù)。舉例來說，第三功函數(shù)可以包括中間能隙功函數(shù)。第四功函數(shù)具有約4.5eV或更小的值。因此，第二含金屬層30變?yōu)榈陀行Ч瘮?shù)材料。第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以包括鈦。
[0067]第二含金屬層30可以包括富金屬的金屬氮化物。金屬氮化物可以包括TiN。第二含金屬層30可以包括含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的TiN。第二含金屬層30可以包括鈦?zhàn)鳛榈诙行Ч瘮?shù)物質(zhì)。因此，第二含金屬層30可以包括富鈦的TiN。富鈦的TiN指的是含有高于化學(xué)計(jì)量的鈦氮之比的較高比例的鈦的TiN。依據(jù)鈦對(duì)氮的組分比，TiN具有不同的功函數(shù)。富鈦的TiN可以通過PVD來形成。因此，可以輕易調(diào)節(jié)TiN內(nèi)的鈦對(duì)氮的組分比。由于第二含金屬層30具有適用于N溝道晶體管的低有效功函數(shù)，因此富鈦的TiN形成為第二含金屬層30。當(dāng)形成富鈦的TiN時(shí)，選擇性地控制氮的流率，以調(diào)節(jié)氮對(duì)鈦的組分比。就這樣，氮的流率可以被控制以形成具有約4.5eV或較小的功函數(shù)的富鈦的TiN。富鈦的TiN可以通過ALD來形成。
[0068]當(dāng)形成第二含金屬層30時(shí),第一含金屬層25C與第二含金屬層30之間的反應(yīng)通過第一區(qū)PMOS中的抗反應(yīng)層26C來防止。也就是說,第一含金屬層25C與第二含金屬層30之間的混雜不會(huì)發(fā)生。因此，由于可以省略去除第一區(qū)PMOS中的第二含金屬層30的工藝，因此簡化了制造工藝。與此同時(shí)，當(dāng)未設(shè)置抗反應(yīng)層26C時(shí)，鈦從第二含金屬層30擴(kuò)散，從而減小第一含金屬層25C的功函數(shù)。在示例性實(shí)施例中，由于在第一含金屬層25C之上形成抗反應(yīng)層26C,因此可以防止第一含金屬層25C的功函數(shù)由于第二含金屬層30而減小。
[0069]雖未示出，可以在包括第二含金屬層30的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上進(jìn)一步形成含低電阻金屬的層。含低電阻金屬的層可以包括鎢。含低電阻金屬的層用于降低柵疊層的電阻。
[0070]參照圖2G，使用柵極掩模(未示出)執(zhí)行柵極圖案化工藝。舉例來說，第二含金屬層30、抗反應(yīng)層26C、第一含金屬層25C、高k材料24以及界面層23被順序刻蝕，以形成第一柵疊層31。此外，第二含金屬層30、高k材料24和界面層23被順序刻蝕，以形成第二柵疊層32。第一和第二柵疊層31和32可以通過一個(gè)柵極掩模同時(shí)圖案化。
[0071]因此，第一柵疊層31形成在第一區(qū)PMOS的襯底21之上，且第二柵疊層32形成在第二區(qū)NMOS的襯底21之上。
[0072]第一柵疊層31可以包括順序?qū)盈B的第一界面層23P、第一高k材料24P、第一含金屬柵電極25P、抗反應(yīng)層圖案26P以及含金屬層圖案30P。第一含金屬柵電極25P通過刻蝕第一含金屬層25C而形成?？狗磻?yīng)層圖案26P通過刻蝕抗反應(yīng)層26C而形成。含金屬層圖案30P通過刻蝕第二含金屬層30而形成。第一含金屬柵電極25P含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括有效功函數(shù)增大物質(zhì)。含金屬層圖案30P對(duì)第一柵疊層31的有效功函數(shù)中的變化不具有任何影響。也就是說，第一柵疊層31的有效功函數(shù)通過第一含金屬柵電極25P來調(diào)節(jié)。
[0073]第二柵疊層32可以包括順序?qū)盈B的第二界面層23N、第二高k材料24N以及第二含金屬柵電極30N。第二含金屬柵電極30N通過刻蝕第二含金屬層30而形成。第二含金屬柵電極30N含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括有效功函數(shù)減小物質(zhì)。因此，第二柵疊層32的有效功函數(shù)通過第二含金屬柵電極30N來調(diào)節(jié)。
[0074]第一界面層23P和第二界面層23N通過刻蝕界面層23而形成。第一高k材料24P和第二高k材料24N通過刻蝕高k材料24而形成。
[0075]就這樣，示例性半導(dǎo)體器件具有雙重功函數(shù)柵疊層，其包括具有不同有效功函數(shù)的第一和第二柵疊層31和32。
[0076]參照圖2H，在柵極圖案化工藝之后，可以執(zhí)行在本領(lǐng)域中已知的工藝。舉例來說，可以執(zhí)行源極/漏極形成工藝之類。源極與漏極可以包括第一源極與漏極33P和第二源極與漏極33N。第一源極與漏極33P形成在第一區(qū)PMOS中。第二源極與漏極33N形成在第二區(qū)NMOS中。第一源極與漏極33P包括P型雜質(zhì)，且第二源極與漏極33N包括N型雜質(zhì)。
[0077]隨著第一源極與漏極33P和第二源極與漏極33N的形成，第一晶體管和第二晶體管形成。第一晶體管包括第一柵疊層31和第一源極與漏極33P。第二晶體管包括第二柵疊層32和第二源極與漏極33N。第一晶體管可以包括P溝道晶體管。第二晶體管可以包括N溝道晶體管。因此，包括N溝道晶體管和P溝道晶體管的CMOS電路便形成在襯底21中。CMOS電路具有雙重功函數(shù)柵疊層。
[0078]根據(jù)上述方法，由于第一柵疊層31包括含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)的第一含金屬柵電極25P，因此可以調(diào)節(jié)第一晶體管的閾值電壓。舉例來說，當(dāng)?shù)谝痪w管包括P溝道晶體管時(shí)，可以降低P溝道晶體管的閾值電壓。此外，第一柵疊層31的有效功函數(shù)增大物質(zhì)通過在含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)的氣氛下執(zhí)行退火而獲得補(bǔ)償。因此，有效功函數(shù)可以進(jìn)一步增大，以進(jìn)一步降低閾值電壓。
[0079]由于第二柵疊層32包括含有有效功函數(shù)減小物質(zhì)的第二含金屬柵電極30N，因此可以調(diào)節(jié)第二晶體管的閾值電壓。
[0080]根據(jù)示例性實(shí)施例，在CMOS電路的整合工藝期間，可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)N溝道晶體管和P溝道晶體管的閾值電壓。
[0081]圖3為用于解釋在其中混雜得到防止的狀態(tài)的示意圖。
[0082]參照圖3，可以見到甚至在退火(Annealed@PM0S)之后以及在沉積狀態(tài)(As_d印@PM0S)中第一和第二含金屬層25和30之間的混雜通過抗反應(yīng)層26得到防止。
[0083]圖4A至4C為說明比較性范例的示意圖，與示例性實(shí)施例相比，其中在第一含金屬層之上并無設(shè)置抗反應(yīng)層。
[0084]參照圖4A至4C，界面層12形成在襯底11之上，且高k材料13形成在界面層12之上。第一含金屬層14形成在高k材料13之上。第一含金屬層14可以以和上述示例性實(shí)施例相同的方式包括富氮的TiN。
[0085]在形成柵疊層之后，可以在后續(xù)工藝期間引入氧15。由于氧15穿過第一含金屬層14滲入高k材料13，因此高k材料13的氧16移動(dòng)至第一含金屬層14。因此，在高k材料13中形成氧空位Vo,并在第一含金屬層14中形成氧填隙Ιο。當(dāng)形成氧空位Vo時(shí),高k材料13變?yōu)檎娦?+)，且當(dāng)形成氧填隙1時(shí)，第一含金屬層14變?yōu)樨?fù)電性(_)。就這樣，在兩材料之間形成具有正電性(+)和負(fù)電性(_)的偶極子17。由于在第一含金屬層14和聞k材料13之間形成偶極子17,因此棚置層的有效功函數(shù)減小。當(dāng)有效功函數(shù)減小時(shí)，晶體管的閾值電壓無可避免地增大。
[0086]不過,在不例性實(shí)施例中，抗反應(yīng)層圖案26P形成在第一含金屬柵電極25P之上，以便防止氧被引入第一含金屬柵電極25P。因此,可以抑制在第一含金屬柵電極25P與第一高k材料24P之間形成偶極子。結(jié)果，可以防止第一柵疊層31的有效功函數(shù)減小。此外，當(dāng)形成第一含金屬層25A時(shí)，第一含金屬層25A控制為含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)，且有效功函數(shù)增大物質(zhì)在后續(xù)退火27期間注入。因此，第一柵疊層31的有效功函數(shù)可以進(jìn)一步增大。
[0087]圖5為說明示例性半導(dǎo)體器件的示意圖。
[0088]參照圖5，襯底201包括第一和第二區(qū)。襯底201可以包括硅襯底、硅鍺襯底或絕緣體上硅(SOI)襯底。第一和第二區(qū)可以通過隔離區(qū)202隔離。第一和第二區(qū)可以包括晶體管區(qū)。舉例來說，第一區(qū)為形成P溝道晶體管之處(PMOS)，且第二區(qū)為形成N溝道晶體管之處(NMOS)。第一柵疊層200P形成在第一區(qū)PMOS的襯底201之上，且第二柵疊層200N形成在第二區(qū)NMOS的襯底201之上。第一源極208P和第一漏極208P形成于第一柵疊層200P兩側(cè)的襯底201中。第二源極208N和第二漏極208N形成于第二柵疊層200N兩側(cè)的襯底201中。第一溝道區(qū)209P可以形成在第一柵疊層200P的下方。第二溝道區(qū)209N可以形成在第二柵疊層200N的下方。第一溝道區(qū)209P可以含有鍺。第一溝道區(qū)209P可以包括硅鍺溝道區(qū)。第二溝道區(qū)209N可以包括硅溝道區(qū)。因此，當(dāng)P溝道晶體管包括第一柵疊層200P時(shí)，第一溝道區(qū)209P變?yōu)镻溝道區(qū)。當(dāng)N溝道晶體管包括第二柵疊層200N時(shí)，第二溝道區(qū)209N變?yōu)镹溝道區(qū)。
[0089]第一柵疊層200P可以包括順序?qū)盈B的第一柵介質(zhì)層204P、第一含金屬柵電極205P、抗反應(yīng)層206P以及含金屬層207P。第一柵疊層200P可以進(jìn)一步包括第一界面層203P，其形成在第一柵介質(zhì)層204P與襯底201之間。第一柵疊層200P可以包括第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以被包括在第一含金屬柵電極205P之中。由于第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第一柵疊層200P具有適用于P溝道晶體管的有效功函數(shù)。
[0090]第二柵疊層200N可以包括順序?qū)盈B的第二柵介質(zhì)層204N和第二含金屬柵電極205N。第二柵疊層200N可以進(jìn)一步包括形成在第二柵介質(zhì)層204N與襯底201之間的第二界面層203N。第二柵疊層200N可以包括第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以被包括在第二含金屬柵電極205N之中。由于第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第二柵疊層200N具有適用于N溝道晶體管的有效功函數(shù)。
[0091]就這樣，第一區(qū)PMOS和第二區(qū)NMOS包括具有不同有效功函數(shù)的第一柵疊層200P和第二柵疊層200N。[0092]示例性半導(dǎo)體器件將詳細(xì)敘述如下。
[0093]首先，第一界面層203P和第二界面層203N可以由相同材料構(gòu)成，并可以具有相同的厚度。第一界面層203P或第二界面層203N可以包括氧化硅或氮化硅。舉例來說，第一界面層203P或第二界面層203N可以包括SiO2或SiON。第一界面層203P和第二界面層203N用于改善襯底201與第一柵介質(zhì)層204P和第二柵介質(zhì)層204N之間的界面特性，從而增強(qiáng)電子遷移特性。
[0094]第一柵介質(zhì)層204P和第二柵介質(zhì)層204N可以由相同材料構(gòu)成，并可以具有相同的厚度。第一柵介質(zhì)層204P和第二柵介質(zhì)層204N可以包括具有高介電常數(shù)的高k材料。高k材料具有比SiO2的介電常數(shù)(約3.9)大的介電常數(shù)。此外，相比于SiO2，高k材料具有相當(dāng)答的物理厚度和較小的EOT。第一柵介質(zhì)層204P和第二柵介質(zhì)層204N可以具有比第一界面層203P和第二界面層203N大的介電常數(shù)。第一柵介質(zhì)層204P或第二柵介質(zhì)層204N可以包括例如金屬氧化物、金屬硅酸鹽或金屬硅酸鹽氮化物。金屬氧化物可以包括例如鉿(Hf)、鋁(Al)、鑭(La)或鋯(Zr)。金屬氧化物可以包括例如氧化鉿、氧化鋁、氧化鑭、氧化錯(cuò)或其組合。舉例來說，金屬氧化物可以包括Hf02、Al203、La203、Zr02或其組合。金屬硅酸鹽可以包括例如Hf或Zr。舉例來說，金屬硅酸鹽可以包括硅酸鉿(HfSiO)、硅酸鋯(ZrSiO)或其組合。金屬硅酸鹽氮化物可以包括鉿硅酸鹽氮化物(HfSiON)、鋯硅酸鹽氮化物(ZrSiON)或其組合。
[0095]第一含金屬柵電極205P可以含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。由于第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第一柵疊層200P具有適用于P溝道晶體管的有效功函數(shù)。第一含金屬柵電極205P可以包括P型功函數(shù)含金屬層。因此，第一含金屬柵電極205P可以變成P型功函數(shù)含金屬柵電極。P型功函數(shù)含金屬柵電極可以包括具有約4.7eV或更大(例如，約4.7eV至約5.1eV)的功函數(shù)的材料。P型功函數(shù)具有與P型多晶硅的功函數(shù)類似的值。P型功函數(shù)含金屬柵電極具有比硅的中間能隙功函數(shù)大的功函數(shù)。第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以包括有效功函數(shù)增大物質(zhì)，以增大有效功函數(shù)。由于含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)，因此第一柵疊層200P的有效功函數(shù)增大。就這樣，含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)的第一含金屬柵電極205P可以稱為高有效功函數(shù)材料。
[0096]有效功函數(shù)增大物質(zhì)可以包括氮。第一含金屬柵電極205P可以包括氮作為第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第一含金屬柵電極205P可以包括含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的金屬氮化物。第一含金屬柵電極205P可以包括富氮的金屬氮化物。此處,富的氮變?yōu)榈谝挥行Ч瘮?shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。金屬氮化物可以包括氮化鈦。當(dāng)?shù)谝挥行Ч瘮?shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括氮時(shí)，第一含金屬柵電極205P可以包括富氮的氮化鈦。富氮的氮化鈦指的是含有高于化學(xué)計(jì)量的氮鈦之比的較高比例的氮的氮化鈦。此后，將富氮的氮化鈦稱為富氮的TiN(富N的TiN)。依據(jù)鈦對(duì)氮的組分比，TiN具有不同的有效功函數(shù)。舉例來說，富氮的TiN可以具有適用于P溝道晶體管的P型有效功函數(shù)。富氮的TiN可以通過PVD來形成。因此，可以輕易調(diào)節(jié)TiN內(nèi)的鈦對(duì)氮的組分比。富氮的TiN形成為第一含金屬柵電極205P。當(dāng)形成富氮的TiN時(shí)，可以選擇性地控制氮的流率，以調(diào)節(jié)氮對(duì)鈦的組分比。就這樣，可以控制氮的流率來形成具有P型功函數(shù)的富氮的TiN。富氮的TiN可以通過ALD來形成。
[0097]第二含金屬柵電極205N可以含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。由于第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第二柵疊層200N具有適用于N溝道晶體管的有效功函數(shù)。第二含金屬柵電極205N可以包括N型功函數(shù)含金屬層。因此，第二含金屬柵電極205N可以變?yōu)镹型功函數(shù)含金屬柵電極。N型功函數(shù)含金屬柵電極可以包括具有約4.3eV或更小的功函數(shù)的材料。N型功函數(shù)具有與N型多晶硅的功函數(shù)類似的值。N型功函數(shù)含金屬柵電極具有比硅的中間能隙功函數(shù)小的功函數(shù)。第二功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以包括有效功函數(shù)減小物質(zhì)，以減小有效功函數(shù)。由于含有有效功函數(shù)減小物質(zhì)，第二柵疊層200N的有效功函數(shù)減小。就這樣，含有有效功函數(shù)減小物質(zhì)的第二含金屬柵電極205N可以稱為低有效功函數(shù)材料。有效功函數(shù)減小物質(zhì)可以包括金屬。第二含金屬柵電極205N可以包括金屬來作為第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第二含金屬柵電極205N可以包括含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的金屬氮化物。第二含金屬柵電極205N可以包括富金屬的金屬氮化物。此處,富的金屬變?yōu)榈诙行Ч瘮?shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。
[0098]作為第二含金屬柵電極205N的金屬氮化物可以包括氮化鈦。當(dāng)?shù)诙行Ч瘮?shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括鈦時(shí)，第二含金屬柵電極205N可以包括富鈦的TiN。富鈦的氮化鈦指的是含有高于化學(xué)計(jì)量的鈦氮之比的較高比例的鈦的氮化鈦。依據(jù)鈦對(duì)氮的組分比，TiN具有不同的功函數(shù)。舉例來說，富鈦的TiN可以具有適用于N溝道晶體管的N型有效功函數(shù)。富鈦的TiN可以通過PVD來形成。因此，可以輕易調(diào)節(jié)TiN內(nèi)的鈦對(duì)氮的組分比。富鈦的TiN形成為第二含金屬柵電極205N。當(dāng)形成富鈦的TiN時(shí)，可以選擇性地控制氮的流率，以調(diào)節(jié)鈦對(duì)氮的組分比。就這樣，可以控制氮的流率來形成具有N型有效功函數(shù)的富鈦的TiN。富鈦的TiN可以通過ALD來形成。
[0099]形成在第一含金屬柵電極205P之上的抗反應(yīng)層206P和含金屬層207P可以作為抗氧化層，以在后續(xù)工藝期間阻擋氧被引入第一含金屬柵電極205P和第一柵介質(zhì)層204P。抗反應(yīng)層206P可以用于防止第一含金屬柵電極205P與含金屬層207P之間的混雜?？狗磻?yīng)層206P含有含硅層?？狗磻?yīng)層206P可以包括多晶硅。
[0100]含金屬層207P可以由與第二含金屬柵電極205N相同的材料構(gòu)成。因此,含金屬層207P可以包括對(duì)應(yīng)于高有效功函數(shù)材料的富金屬的金屬氮化物。也就是說，含金屬層207P可以包括富鈦的TiN。雖然含金屬層207P包括高有效功函數(shù)材料，但第一含金屬柵電極205P的功函數(shù)并未因抗反應(yīng)層206P而減小。第一柵疊層200P的有效功函數(shù)通過第一含金屬柵電極205P進(jìn)行支配性地調(diào)節(jié)。雖然有下文中的描述，但是含金屬層207P可以在形成第二含金屬柵電極205N時(shí)同時(shí)形成，且在后續(xù)工藝期間并未去除。
[0101]第一含金屬柵電極205P和抗反應(yīng)層206P可以進(jìn)行退火。退火可以在含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的氣氛下執(zhí)行。退火可以在含氮?dú)夥罩袌?zhí)行。氮是有效功函數(shù)增大物質(zhì)。舉例來說，退火可以在NH3氣氛中于約700°C的溫度下持續(xù)執(zhí)行約一小時(shí)。由于退火在含有有效功函數(shù)增大物質(zhì)的氣氛中執(zhí)行，因此有效功函數(shù)增大物質(zhì)可以被注入第一含金屬柵電極205P。因此，可以進(jìn)一步增大第一含金屬柵電極205P中所含的有效功函數(shù)增大物質(zhì)的含量。結(jié)果，第一柵疊層200P的有效功函數(shù)進(jìn)一步增大。此外，抗反應(yīng)層206P通過退火來被結(jié)晶。由于形成結(jié)晶的抗反應(yīng)層206P，因此進(jìn)一步改善防止氧引入的效應(yīng)和防止反應(yīng)的效應(yīng)。
[0102]第一源極與漏極208P可以包括P型源極與漏極，且第二源極與漏極208N可以包括N型源極與漏極。
[0103]在圖5中，由于第一柵疊層200P包括為了增大有效功函數(shù)而含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一含金屬柵電極205P，因此第一柵疊層200P可以獲得適用于P溝道晶體管的高有效功函數(shù)。此外，有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)通過退火注入第一含金屬柵電極205P，從而有效功函數(shù)進(jìn)一步增大。此外，抗反應(yīng)層206P形成在第一含金屬柵電極205P之上，從而防止第一含金屬柵電極205P的有效功函數(shù)在后續(xù)工藝期間減小。由于在第一柵疊層200P下方形成含鍺的第一溝道區(qū)209P，因而發(fā)生能帶間隙減小。因此，可以調(diào)節(jié)閾值電壓。
[0104]由于包括抗反應(yīng)層206P和經(jīng)過退火的含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一含金屬柵電極205P的第一柵疊層200P被形成，且在第一柵疊層200P下方形成含鍺的第一溝道區(qū)209P，因此可以輕易調(diào)節(jié)包括第一柵疊層200P的晶體管的閾值電壓。
[0105]此外，由于第二柵疊層200N包括為了減小有效功函數(shù)而含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的第二含金屬柵電極205N，因此第二柵疊層200N可以獲得適用于N溝道晶體管的低有效功函數(shù)。
[0106]根據(jù)示例性實(shí)施例，在CMOS器件的整合工藝期間，可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)N溝道晶體管和P溝道晶體管的閾值電壓。
[0107]示例性半導(dǎo)體器件為CMOS器件。不過，示例性半導(dǎo)體器件并未受限于CMOS器件，而可以應(yīng)用至在其中形成N溝道晶體管和P溝道晶體管的任何半導(dǎo)體器件。P溝道晶體管可以包括例如PM0SFET或PMISFET。N溝道晶體管可以包括例如NM0SFET或NMISFET。
[0108]圖6為說明示例性半導(dǎo)體器件的示意圖。圖6說明通過后柵工藝(gate-lastprocess)形成的CMOS器件,該工藝指的是形成源極與漏極,之后再形成柵疊層的工藝。
[0109]參照圖6，隔離區(qū)302形成在襯底301中。假柵疊層(未示出)和間隔物304形成在襯底301之上。第一源極303P與第一漏極303P和第二源極303N與第二漏極303N形成在襯底301中。之后，可以執(zhí)行用于激活的退火。
[0110]去除假柵疊層，之后形成第一柵疊層300P和第二柵疊層300N。用于形成第一和第二柵疊層300P和300N的方法可以如上文針對(duì)圖1、2A至2H和圖5所敘述般地執(zhí)行。
[0111]第一柵疊層300P可以包括順序?qū)盈B的第一柵介質(zhì)層306P、第一含金屬柵電極307P、抗反應(yīng)層308P以及含金屬層309P。第一柵疊層300P可以進(jìn)一步包括形成在第一柵介質(zhì)層306P與襯底301之間的第一界面層304P。第一柵疊層300P可以包括第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以被包含在第一含金屬柵電極307P之中。由于第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第一柵疊層300P具有適用于P溝道晶體管的有效功函數(shù)。
[0112]第二柵疊層300N可以包括順序?qū)盈B的第二柵介質(zhì)層306N和第二含金屬柵電極307N。第二柵疊層300N可以進(jìn)一步包括形成在第二柵介質(zhì)層306N與襯底301之間的第二界面層304N。第二柵疊層300N可以包括第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)。第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)可以被包含在第二含金屬柵電極307N之中。由于第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)之故，第二柵疊層300N具有適用于N溝道晶體管的有效功函數(shù)。
[0113]第一區(qū)PMOS和第二區(qū)NMOS分別包括具有不同有效功函數(shù)的第一柵疊層300P和第二柵疊層300N。第一柵疊層300P和第二柵疊層300N的詳細(xì)敘述可以基于上文針對(duì)圖
1、2A至2H和圖5的敘述。
[0114]在示例性實(shí)施例中，可以在第一柵疊層300P的下方形成含鍺的溝道區(qū)。此外，可以在第二柵疊層300N的下方形成硅溝道區(qū)。
[0115]示例性CMOS器件可以應(yīng)用至DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。不過，在不受限于此的情況下，CMOS器件可以應(yīng)用至例如SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、快閃存儲(chǔ)器、FeRAM(鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、MRAM (磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)或PRAM (相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。
[0116]圖7為存儲(chǔ)卡的示意圖。參照圖7，存儲(chǔ)卡400可以包括控制器410和存儲(chǔ)器420?？刂破?10和存儲(chǔ)器420可以交換電信號(hào)。舉例來說，存儲(chǔ)器420和控制器410可以根據(jù)控制器410的命令交換數(shù)據(jù)。因此，存儲(chǔ)卡400可以將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器420中或?qū)?shù)據(jù)從存儲(chǔ)器420中輸出至外部。存儲(chǔ)器420在其特定部分(例如，外圍電路單元)中可以包括上述的CMOS器件。存儲(chǔ)卡400可以用作各種可攜式器件的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存媒介。舉例來說，存儲(chǔ)卡400可以包括存儲(chǔ)棒、智能媒體卡(SM)、安全數(shù)位卡(SD)、迷你安全數(shù)位卡(mini SD)或多媒體卡(MMC)。
[0117]圖8為說明電子系統(tǒng)的方塊圖。參照圖8,電子系統(tǒng)500可以包括處理器510、輸入/輸出器件530以及芯片520，其通過總線540執(zhí)行數(shù)據(jù)通信。處理器510用于執(zhí)行編程操作以及控制電子系統(tǒng)500。輸入/輸出器件530可以用于輸入或輸出電子系統(tǒng)500的數(shù)據(jù)。電子系統(tǒng)500可以連接至例如個(gè)人電腦或網(wǎng)絡(luò)的外部器件，并通過輸入/輸出器件530與外部器件交換數(shù)據(jù)。芯片520可以儲(chǔ)存用于處理器510的操作的碼與數(shù)據(jù)，并可以處理部分由處理器510指派的操作。舉例來說，芯片520可以包括上述CMOS器件。電子系統(tǒng)500可以形成需要芯片520的各種電子控制器件。舉例來說，電子系統(tǒng)500可以應(yīng)用至移動(dòng)電話、MP3播放器、導(dǎo)航系統(tǒng)、固態(tài)硬盤(SSD)或家用電器。
[0118]根據(jù)示例性實(shí)施例，含有較高比例的有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的含金屬柵電極可以形成為增大柵疊層的有效功函數(shù)。此外，通過后續(xù)的退火工藝，可以進(jìn)一步增大含金屬柵電極中所含的有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量。結(jié)果，可以增大柵疊層的有效功函數(shù)，以進(jìn)一步降低晶體管的閾值電壓。
[0119]雖然已為了說明目的敘述示例性實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)明白，在不偏離由下列的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的主旨與范圍的情況下，可以作出各種變化和修改。
[0120]通過以上實(shí)施例可以看出，本申請?zhí)峁┝艘韵碌募夹g(shù)方案。
[0121]技術(shù)方案1.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟:
[0122]在襯底之上形成柵介質(zhì)層；
[0123]在所述柵介質(zhì)層之上形成含金屬層，所述含金屬層含有有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)；
[0124]在所述含金屬層之上形成抗反應(yīng)層；
[0125]增大所述含金屬層中所含的所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的量；以及
[0126]通過刻蝕所述抗反應(yīng)層、所述含金屬層以及所述柵介質(zhì)層而在所述襯底上形成柵置層。
[0127]技術(shù)方案2.如技術(shù)方案I所述的方法，其中增大所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的量的步驟包括:
[0128]在含有所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的氣氛中退火所述含金屬層。
[0129]技術(shù)方案3.如技術(shù)方案I所述的方法，其中所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括有效功函數(shù)增大物質(zhì)，以增大所述柵疊層的有效功函數(shù)。
[0130]技術(shù)方案4.如技術(shù)方案I所述的方法，其中所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括氮。
[0131]技術(shù)方案5.如技術(shù)方案I所述的方法,其中所述含金屬層包括富氮的金屬氮化物，且所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括氮。[0132]技術(shù)方案6.如技術(shù)方案I所述的方法，其中所述含金屬層包括氮化鈦，所述氮化鈦包括高于化學(xué)計(jì)量的氮鈦之比的較高比例的氮。
[0133]技術(shù)方案7.如技術(shù)方案I所述的方法，其中所述抗反應(yīng)層包括多晶硅。
[0134]技術(shù)方案8.—種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟:
[0135]在襯底的整個(gè)表面上形成柵介質(zhì)層，所述襯底包括第一區(qū)和第二區(qū)；
[0136]在所述柵介質(zhì)層之上形成富氮的第一金屬氮化物層；
[0137]在所述第一金屬氮化物層之上形成抗反應(yīng)層；
[0138]將有效功函數(shù)增大物質(zhì)注入所述富氮的第一金屬氮化物層；
[0139]從所述第二區(qū)去除所述抗反應(yīng)層和所述富氮的第一金屬氮化物層；
[0140]在包括形成于所述第二區(qū)中的所述柵介質(zhì)層的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上形成富金屬的第二金屬氮化物層；
[0141]通過刻蝕所述富金屬的第二金屬氮化物層、所述抗反應(yīng)層、所述富氮的第一金屬氮化物層以及所述柵介質(zhì)層而在所述第一區(qū)中形成第一柵疊層；以及
[0142]通過刻蝕所述富金屬的第二金屬氮化物和所述柵介質(zhì)層而在所述第二區(qū)中形成
第二柵疊層。
[0143]技術(shù)方案9.如技術(shù)方案8所述的方法，其中所述富氮的第一金屬氮化物層包括氮化鈦TiN，所述氮化鈦含有高于化學(xué)計(jì)量的氮鈦之比的較高比例的氮。
[0144]技術(shù)方案10.如技術(shù)方案8所述的方法，其中所述富金屬的第二金屬氮化物層包括氮化鈦TiN，所述氮化鈦含有高于化學(xué)計(jì)量的鈦氮之比的較高比例的鈦。
[0145]技術(shù)方案11.如技術(shù)方案8所述的方法，其中注入有效功函數(shù)增大物質(zhì)的步驟包括:
[0146]在含氮的氣氛中退火所述富氮的第一金屬氮化物層。
[0147]技術(shù)方案12.如技術(shù)方案8所述的方法，其中所述抗反應(yīng)層包括多晶硅。
[0148]技術(shù)方案13.—種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟:
[0149]在襯底的整個(gè)表面上形成柵介質(zhì)層，所述襯底包括第一區(qū)和第二區(qū)；
[0150]形成第一含金屬層，所述第一含金屬層含有第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)；
[0151 ] 在所述柵介質(zhì)層之上形成抗反應(yīng)層；
[0152]增大所述第一含金屬層中所含的所述第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的量；
[0153]從所述第二區(qū)去除所述抗反應(yīng)層和所述第一含金屬層；
[0154]在包括形成于所述第二區(qū)中的所述柵介質(zhì)層的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上形成第二含金屬層，所述第二含金屬層含有第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)；
[0155]通過刻蝕所述第二含金屬層、所述抗反應(yīng)層、所述第一含金屬層以及所述柵介質(zhì)層而在所述第一區(qū)中形成第一柵疊層；以及
[0156]通過刻蝕所述第二含金屬層和所述柵介質(zhì)層而在所述第二區(qū)中形成第二柵疊層。
[0157]技術(shù)方案14.如技術(shù)方案13所述的方法，其中增大所述第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的量的步驟包括:
[0158]在含有所述第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的氣氛中退火所述第一含金屬層。
[0159]技術(shù)方案15.如技術(shù)方案13所述的方法，其中所述第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括有效功函數(shù)增大物質(zhì)，以增大所述第一柵疊層的有效功函數(shù)。[0160]技術(shù)方案16.如技術(shù)方案13所述的方法，其中所述第一有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括氮。
[0161]技術(shù)方案17.如技術(shù)方案13所述的方法，其中所述第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括有效功函數(shù)減小物質(zhì)，以減小所述第二柵疊層的有效功函數(shù)。
[0162]技術(shù)方案18.如技術(shù)方案13所述的方法，其中所述第二有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括鈦。
[0163]技術(shù)方案19.如技術(shù)方案13所述的方法，其中所述第一含金屬層包括氮化鈦TiN，所述氮化鈦包括高于化學(xué)計(jì)量的氮鈦之比的較高比例的氮。
[0164]技術(shù)方案20.如技術(shù)方案13所述的方法,其中所述第二含金屬層包括氮化鈦TiN,所述氮化鈦包括高于化學(xué)計(jì)量的鈦氮之比的較高比例的鈦。
[0165]技術(shù)方案21.如技術(shù)方案13所述的方法，其中所述抗反應(yīng)層包括多晶硅。
[0166]技術(shù)方案22.如技術(shù)方案13所述的方法，其中所述第一柵疊層包括P溝道晶體管
的柵疊層。
[0167]技術(shù)方案23.如技術(shù)方案13所述的方法，其中所述第二柵疊層包括N溝道晶體管
的柵疊層。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟: 在襯底之上形成柵介質(zhì)層； 在所述柵介質(zhì)層之上形成含金屬層，所述含金屬層含有有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)； 在所述含金屬層之上形成抗反應(yīng)層； 增大所述含金屬層中所含的所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的量；以及 通過刻蝕所述抗反應(yīng)層、所述含金屬層以及所述柵介質(zhì)層而在所述襯底上形成柵疊層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中增大所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的量的步驟包括: 在含有所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)的氣氛中退火所述含金屬層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括有效功函數(shù)增大物質(zhì)，以增大所述柵疊層的有效功函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括氮。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含金屬層包括富氮的金屬氮化物，且所述有效功函數(shù)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括氮。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含金屬層包括氮化鈦，所述氮化鈦包括高于化學(xué)計(jì)量的氮鈦之比的較高比例的氮。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述抗反應(yīng)層包括多晶硅。
8.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟: 在襯底的整個(gè)表面上形成柵介質(zhì)層，所述襯底包括第一區(qū)和第二區(qū)； 在所述柵介質(zhì)層之上形成富氮的第一金屬氮化物層； 在所述第一金屬氮化物層之上形成抗反應(yīng)層； 將有效功函數(shù)增大物質(zhì)注入所述富氮的第一金屬氮化物層； 從所述第二區(qū)去除所述抗反應(yīng)層和所述富氮的第一金屬氮化物層； 在包括形成于所述第二區(qū)中的所述柵介質(zhì)層的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上形成富金屬的第二金屬氮化物層； 通過刻蝕所述富金屬的第二金屬氮化物層、所述抗反應(yīng)層、所述富氮的第一金屬氮化物層以及所述柵介質(zhì)層而在所述第一區(qū)中形成第一柵疊層；以及 通過刻蝕所述富金屬的第二金屬氮化物和所述柵介質(zhì)層而在所述第二區(qū)中形成第二柵疊層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述富氮的第一金屬氮化物層包括氮化鈦TiN，所述氮化鈦含有高于化學(xué)計(jì)量的氮鈦之比的較高比例的氮。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述富金屬的第二金屬氮化物層包括氮化鈦TiN，所述氮化鈦含有高于化學(xué)計(jì)量的鈦氮之比的較高比例的鈦。
【文檔編號(hào)】H01L21/8238GK103904029SQ201310741172
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】池連赫, 張世億, 李承美, 金炯澈 申請人:愛思開海力士有限公司