[发明专利]CMOS半导体器件的金属栅极结构

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造，更具体地说是涉及金属栅极结构。

背景技术

随着技术节点的收缩，在一些集成电路(IC)设计中，已经需要用金属栅电极取代典型的多聚硅栅电极从而用缩小的部件尺寸改进器件性能。将形成金属栅极结构的一个工艺称为“栅极最后”工艺，其中最终的栅极结构“最后”制造，其使得后续的工艺的数量降低了，后续的工艺包括必须在栅极的形成之后实施的高温加工处理。

然而，在互补金属氧化物半导体(CMOS)制造中实施这种部件和工艺是有挑战的。随着器件之间的栅极长度和间隔的降低，这些问题加剧了。例如，很难对所有CMOS半导体器件实现稳定的阈值电压，因为相邻栅极之间的原子扩散导致CMOS半导体器件的阈值电压的飘逸，从而增加器件不稳定和/或器件失灵的可能性。

因此，需要的是一种其中阈值电压对工艺变化较不敏感的金属栅极结构。

发明内容

在一个实施例中，CMOS半导体器件包括衬底，该衬底包括P-有源区域，N-有源区域，和插入所述P-有源区域和所述N-有源区域之间的隔离区域；在P-有源区域上方的P-金属栅电极，P-金属栅电极延伸到隔离区域的上方；和在N-有源区域上方具有第一宽度的N-金属栅电极，N-金属栅电极延伸到隔离区域的上方并且在隔离区域中具有与P-金属栅电极电接触的接触段，其中接触段具有比第一宽度大的第二宽度。

在另一个实施例中，CMOS半导体器件包括衬底，该衬底包括P-有源区域，N-有源区域，和插入所述P-有源区域和所述N-有源区域之间的隔离区域；在P-有源区域上方的P-金属栅电极，P-金属栅电极延伸到隔离区域的上方；和在N-有源区域上方具有第一宽度的N-金属栅电极，N-金属栅电极延伸到隔离区域的上方并且在隔离区域中具有与P-金属栅电极电接触的接触段，其中接触段具有比第一宽度大的第二宽度，其中第二宽度与第一宽度的比是约1.2到1.5。

根据本发明所述的半导体器件，其中在所述P-有源区域上方的所述P-金属栅电极具有与所述第一宽度相等的第三宽度。

根据本发明所述的半导体器件，其中所述第一宽度在约10nm到30nm的范围内。

根据本发明所述的半导体器件，其中接触所述N-金属栅电极的所述P-金属栅电极的接触段具有小于所述第二宽度的第四宽度。

根据本发明所述的半导体器件，其中接触所述N-金属栅电极的所述P-金属栅电极的接触段具有与所述第二宽度相等的第四宽度。

根据本发明所述的半导体器件，其中所述N-金属栅电极的所述接触段与所述N-有源区域上方的所述N-金属栅电极部分的中心线不对称。

根据本发明所述的半导体器件，其中所述N-金属栅电极的所述接触段的一边与所述N-有源区域上方的所述N-金属栅电极的一边对齐。

根据本发明所述的半导体器件，其中所述P-金属栅电极包括P-功-函数金属层。

根据本发明所述的半导体器件，其中所述P-功-函数金属层的厚度在约30埃到80埃的范围内。

根据本发明所述的半导体器件，其中所述P-功-函数金属层包括的材料选自由TiN，WN，TaN，和Ru组成的组。

根据本发明所述的半导体器件，其中所述N-金属栅电极包括N-功-函数金属层。

根据本发明所述的半导体器件，其中所述N-功-函数金属层的厚度在约30埃到80埃的范围内。

根据本发明所述的半导体器件，其中所述N-功-函数金属层包括的材料选自由Ti，Ag，Al，TiAl，TiAlN，TaC，TaCN，TaSiN，Mn，和Zr组成的组。

在又一个实施例中，制造CMOS半导体器件的方法包括提供包括P-有源区域，N-有源区域，和插入所述P-有源区域和所述N-有源区域之间的隔离区域的衬底；在P-有源区域，N-有源区域，和隔离区域上方形成介电层；在介电层中形成第一开口，介电层在P-有源区域的整个长度上方延伸并且延伸到隔离区域中；用P-功-函数金属层部分地填充第一开口；在介电层中在N-有源区域上方形成具有第一宽度的第二开口，第二开口在N-有源区域的整个长度上方延伸并且延伸到隔离区域中而且第二开口具有与第一开口连接的接触段，其中接触段具有比第一宽度大的第二宽度，用N-功-函数金属层部分地填充第二开口；在第二开口中沉积信号金属层；以及将信号金属层平坦化。

根据权利要求15所述的方法，其中形成所述第一开口的步骤在形成所述第二开口的步骤之后。