些金屬的氮化物。優(yōu)選地，CMP平坦化使得金屬柵極結(jié)構(gòu)9的頂部齊平，例如直至暴露圖2中的ILD層5B。值得注意的是，由于PMOS柵極溝槽中選擇性刻蝕去除了 NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層9C并且優(yōu)選地刻蝕停止層9B也存在部分過(guò)刻蝕，因此使得填充層9E在PMOS柵極溝槽中填充厚度大于NMOS柵極溝槽中的填充厚度，因此可以進(jìn)一步減小PMOS柵極的接觸電阻，利于提高PMOS器件的電學(xué)性能。此外，PMOS柵極溝槽中，填充層9E直接接觸作為功函數(shù)調(diào)節(jié)層的9D，減小了柵極填充厚度，利于提高金屬柵極的填充率。
[0047]之后可以采用常規(guī)工藝完成器件互連。例如，依次刻蝕ILD 5B、接觸刻蝕停止層5A，直至暴露源漏區(qū)1HS/1HD，形成接觸孔?？涛g方法優(yōu)選各向異性的干法刻蝕，例如等離子干法刻蝕或者RIE。優(yōu)選地，在接觸孔暴露的源漏區(qū)上形成金屬硅化物(未示出)以降低接觸電阻。例如，在接觸孔中蒸發(fā)、濺射、MOCVD、MBE、ALD形成金屬層(未示出)，其材質(zhì)例如N1、Pt、Co、T1、W等金屬以及金屬合金。在250?1000攝氏度下退火Ims?1min,使得金屬或金屬合金與源漏區(qū)中所含的Si元素反應(yīng)形成金屬硅化物，以降低接觸電阻。隨后在接觸孔中填充接觸金屬層，例如通過(guò)MOCVD、MBE、ALD、蒸發(fā)、濺射等工藝，形成了接觸金屬層，其材料優(yōu)選延展性較好、填充率較高并且相對(duì)低成本的材料，例如包括W、T1、Pt、Ta、Mo、Cu、Al、Ag、Au等金屬、這些金屬的合金、以及這些金屬的相應(yīng)氮化物。隨后,采用CMP、回刻等工藝平坦化接觸金屬層，直至暴露CESL層5A。
[0048]以上通過(guò)附圖3A至圖3C描述了本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的工藝流程，但是實(shí)際上本發(fā)明還可以采用其他的工藝順序。例如,首先在NMOS、PMOS柵極溝槽中均依次沉積形成第一阻擋層9A(以及任選的刻蝕停止層9B，也即層9B在該實(shí)施例中可以省去)；然后在PMOS柵極溝槽中填充光刻膠，僅暴露NMOS柵極溝槽中的第一阻擋層9A或者任選的刻蝕停止層9B ;接著，在NMOS柵極溝槽中沉積NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層9C ;最后，類(lèi)似于圖3C，在所有NMOS柵極溝槽和PMOS柵極溝槽中均沉積形成第二阻擋層9D、以及填充層9E。
[0049]值得特別注意的是，本發(fā)明所述的上述工藝方法也可以適用于平面CMOS工藝。例如，先在體Si襯底上沉積假柵極堆疊結(jié)構(gòu)，在假柵極堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成柵極側(cè)墻以及源漏區(qū)，在整個(gè)襯底上沉積ILD，選擇性刻蝕去除假柵極堆疊結(jié)構(gòu)，在ILD中留下了多個(gè)PMOS柵極溝槽和NMOS柵極溝槽，在所有柵極溝槽中沉積形成高K的柵極絕緣層8，此后參照?qǐng)D3A?圖3C所示的工藝，在NMOS柵極溝槽、PMOS柵極溝槽中形成第一阻擋層9A、任選的刻蝕阻擋層9B、僅分布在NMOS柵極溝槽中的NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層9C、第二阻擋層9D、填充層9E。由此通過(guò)利用NM0S、PM0S器件中均含有頂部的第二阻擋層作為PMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層，簡(jiǎn)化了工藝，方便了不同器件的閾值調(diào)節(jié)。
[0050]依照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法，在PMOS區(qū)域中以較厚的頂部阻擋層作為PMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層，簡(jiǎn)化了 PMOS器件金屬柵堆疊結(jié)構(gòu)，提高了超短取代柵中金屬柵的填充率，極大提高短?hào)砰L(zhǎng)下MG的CMOS應(yīng)用性。
[0051]盡管已參照一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉無(wú)需脫離本發(fā)明范圍而對(duì)器件結(jié)構(gòu)做出各種合適的改變和等價(jià)方式。此外，由所公開(kāi)的教導(dǎo)可做出許多可能適于特定情形或材料的修改而不脫離本發(fā)明范圍。因此，本發(fā)明的目的不在于限定在作為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式而公開(kāi)的特定實(shí)施例，而所公開(kāi)的器件結(jié)構(gòu)及其制造方法將包括落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種CMOS器件，包括多個(gè)NMOS和多個(gè)PM0S，每個(gè)NMOS以及每個(gè)PMOS均包括在襯底上的由柵極絕緣層和柵極金屬層構(gòu)成的柵極堆疊、襯底中柵極堆疊兩側(cè)的源漏區(qū)、以及柵極堆疊下方的溝道區(qū)，其中，每個(gè)NMOS的柵極金屬層包括第一阻擋層、NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層、第二阻擋層、以及填充層，每個(gè)PMOS的柵極金屬層包括第一阻擋層、第二阻擋層以及填充層。2.如權(quán)利要求1的CMOS器件，其中，PMOS的柵極金屬層中的第二阻擋層同時(shí)作為PMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層。3.如權(quán)利要求1的CMOS器件，其中，第一和/或第二阻擋層材質(zhì)為T(mén)iN。4.如權(quán)利要求1的CMOS器件，其中，NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層的材質(zhì)包括TiC、TiAl、TiAlC的任一種及其組合。5.如權(quán)利要求1的CMOS器件，其中，在每個(gè)NMOS和每個(gè)PMOS的柵極金屬層中，第一阻擋層上還包括刻蝕停止層。6.如權(quán)利要求5的CMOS器件，其中，PMOS柵極金屬層中刻蝕停止層的厚度小于NMOS柵極金屬層中刻蝕停止層的厚度。7.如權(quán)利要求1的CMOS器件，其中，填充層的材質(zhì)為選自Co、N1、Cu、Al、Pd、Pt、Ru、Re、Mo、Ta、T1、Hf、Zr、W、Ir、Eu、Nd、Er、La的金屬單質(zhì)、或這些金屬的合金以及這些金屬的氮化物。8.一種CMOS器件制造方法，包括: 在襯底上形成多個(gè)假柵極堆疊結(jié)構(gòu)； 在每個(gè)假柵極堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成柵極側(cè)墻和源漏區(qū)； 在襯底上形成層間介質(zhì)層； 去除多個(gè)假柵極堆疊結(jié)構(gòu)，在層間介質(zhì)層中留下多個(gè)NMOS柵極溝槽和多個(gè)PMOS柵極溝槽； 在每個(gè)NMOS柵極溝槽和每個(gè)PMOS柵極溝槽中形成柵極絕緣層； 在多個(gè)NMOS柵極溝槽和多個(gè)PMOS柵極溝槽中柵極絕緣層上依次形成第一阻擋層、刻蝕停止層、和NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層； 選擇性刻蝕去除多個(gè)PMOS柵極溝槽中的NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層； 在多個(gè)NMOS柵極溝槽和多個(gè)PMOS柵極溝槽中依次形成第二阻擋層、以及填充層。9.如權(quán)利要求8的CMOS器件制造方法，其中，選擇性刻蝕去除多個(gè)PMOS柵極溝槽中的NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層的步驟進(jìn)一步包括:在多個(gè)NMOS柵極溝槽中形成臨時(shí)填充層，暴露多個(gè)PMOS柵極溝槽中的NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層；執(zhí)行刻蝕工藝，完全去除多個(gè)PMOS柵極溝槽中的NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層。10.如權(quán)利要求9的CMOS器件制造方法，其中，執(zhí)行刻蝕工藝期間，過(guò)刻蝕以使得多個(gè)PMOS柵極溝槽中的刻蝕停止層厚度小于多個(gè)NMOS柵極溝槽中的刻蝕停止層厚度。11.如權(quán)利要求8的CMOS器件制造方法，其中，PMOS柵極溝槽中的第二阻擋層同時(shí)作為PMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層。12.如權(quán)利要求8的CMOS器件制造方法，其中，第一和/或第二阻擋層材質(zhì)為T(mén)iN。13.如權(quán)利要求8的CMOS器件制造方法，其中，NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層的材質(zhì)包括TiC、TiAl、TiAlC的任一種及其組合。14.如權(quán)利要求8的CMOS器件制造方法，其中，填充層的材質(zhì)為選自Co、N1、Cu、Al、Pd、Pt、Ru、Re、Mo、Ta、T1、Hf、Zr、W、Ir、Eu、Nd、Er、La的金屬單質(zhì)、或這些金屬的合金以及這些金屬的氮化物。
【專(zhuān)利摘要】一種CMOS器件，包括多個(gè)NMOS和多個(gè)PMOS，每個(gè)NMOS以及每個(gè)PMOS均包括在襯底上的由柵極絕緣層和柵極金屬層構(gòu)成的柵極堆疊、襯底中柵極堆疊兩側(cè)的源漏區(qū)、以及柵極堆疊下方的溝道區(qū)，其中，每個(gè)NMOS的柵極金屬層包括第一阻擋層、NMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層、第二阻擋層、以及填充層，每個(gè)PMOS的柵極金屬層包括第一阻擋層、第二阻擋層以及填充層。依照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法，在PMOS區(qū)域中以較厚的頂部阻擋層作為PMOS功函數(shù)調(diào)節(jié)層，簡(jiǎn)化了PMOS器件金屬柵堆疊結(jié)構(gòu)，提高了超短取代柵中金屬柵的填充率，極大提高短?hào)砰L(zhǎng)下MG的CMOS應(yīng)用性。
【IPC分類(lèi)】H01L21/8238, H01L27/092
【公開(kāi)號(hào)】CN105529327
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410568946
【發(fā)明人】殷華湘, 楊紅, 張嚴(yán)波
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
【公開(kāi)日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2014年10月22日