[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造方法，尤其涉及一种针对具有I/O(输入/输出)结构，并且采用栅极最后形成工艺(Gate-Last)形成核心器件区域的栅极的半导体器件制造方法。

背景技术

随着半导体器件的集成度越来越高，半导体器件工作需要的电压和电流不断降低，晶体管开关的速度也随之加快，随之对半导体工艺各方面要求大幅提高。现有技术工艺已经将晶体管以及其他种类的半导体器件组成部分做到了几个分子和原子的厚度，组成半导体的材料已经达到了物理电气特性的极限。

业界提出了比二氧化硅具有更高的介电常数和更好的场效应特性的材料-高介电常数材料(High-K Material)，用以更好的分隔栅极和晶体管其他部分，大幅减少漏电量。同时，为了与高介电常数材料兼容，采用金属材料代替原有多晶硅作为栅导电层材料，从而形成了新的栅极结构。金属材料的栅极结构在高温退火工艺过程中，其功函数(Work Function)会发生大幅变化、导致栅极耗尽和RC延迟等问题影响半导体器件性能。为解决上述金属材料的栅极结构的问题，形成了栅极最后工艺(Gate-Last Process)，即先形成多晶硅材料的虚设栅极，进行源/漏注入及高温退火工艺后，再去除虚设栅极多晶硅层，并沉积金属材料，最终形成金属栅极。

对于具有I/O(输入/输出)设备的半导体器件结构通常包括核心器件区域和I/O区域，为节约尺寸、提高性能，核心器件区域的栅极选择金属栅极-High K栅极结构，而由于开启电压的要求，I/O区域的栅极仍然选择使用多晶硅栅极。对于核心器件区域的半导体衬底中源/漏区和I/O区域上的多晶硅栅极根据电路设计，需要进行电极引出，为提高电极引出性能，需要核心器件区域的半导体衬底中待引出的源/漏区与多晶硅栅极上形成金属硅化物层。在现有技术中，在形成源/漏区后即在待引出的源/漏区上形成金属硅化物层，而I/O区域上的多晶硅栅极在形成第一介质层后形成另一金属硅化物层。现有技术不仅进行了两次金属硅化物层的形成过程，增加了工艺时间和工艺成本，而且重复进行了形成金属硅化物层的高温退火工艺，增加高温对半导体器件的不良影响，降低了半导体器件的性能；此外，在形成通孔过程中，刻蚀工艺损伤金属硅化物层，减小了金属硅化物层的厚度，进一步降低了半导体器件的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体器件的制造方法，以提高采用栅极最后形成工艺(Gate-Last)形成的并具有I/O(输入/输出)结构的半导体器件的性能。

为解决上述问题，本发明提供。一种半导体器件的制造方法，包括：

提供一包括核心器件区域和I/O区域的半导体衬底，在所述核心器件区域上形成有至少一个金属栅极，在所述I/O区域上形成有至少一个多晶硅栅极，所述金属栅极和多晶硅栅极两侧的半导体衬底上形成有第一介质层；

在所述金属栅极、多晶硅栅极和第一介质层上形成氮化硅层；

在所述氮化硅层上形成第一图案化光刻胶，并以所述第一图案化光刻胶为掩膜刻蚀所述氮化硅层，以暴露出所述多晶硅栅极的表面，再去除所述第一图案化光刻胶；

在所述氮化硅层和多晶硅栅极上形成第二图案化光刻胶，并以所述第二图案化光刻胶为掩膜刻蚀所述氮化硅层和第一介质层，形成凹槽，所述凹槽暴露所述半导体衬底上待形成金属硅化物层的区域，再去除所述第二图案化光刻胶；同时在所述多晶硅栅极和所述半导体衬底的待形成金属硅化物层的区域上形成金属硅化物层；

在所述凹槽内形成填充层；

在所述核心器件区域和I/O区域上形成第二介质层。

进一步的，在覆盖所述第二介质层的步骤之后，还包括：

形成第三图案化光刻胶，并以所述第三图案化光刻胶为掩膜刻蚀所述第二介质层，以形成通孔，再去除所述第三图案化光刻胶和填充层；

在所述通孔内形成金属层。

进一步的，所述金属硅化物层的材质为镍硅化物、钴硅化物、钨硅化物、钛硅化物以及钽硅化物中的一种或其组合。

进一步的，同时在所述多晶硅栅极和所述半导体衬底的待形成金属硅化物层的区域上形成金属硅化物层的步骤中，包括：

利用化学气相沉积或物理气相沉积法，在所述多晶硅栅极和所述半导体衬底的待形成金属硅化物层的区域上沉积金属层；

进行退火工艺。

进一步的，所述退火工艺的温度为500℃～800℃。

进一步的，所述金属硅化物层的厚度为60埃～150埃。