[发明专利]半导体器件制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造方法领域，特别地，涉及一种具有双功函数金属栅的CMOS晶体管的制造方法。

背景技术

随着CMOS器件特征尺寸越来越小，为了实现大的饱和电流，必须降低晶体管的阈值电压。在众多可实施的方案中，一个方法是利用带边功函数金属栅来降低晶体管阈值电压，而对于CMOS中的两种不同晶体管，PMOS和NMOS，这就需要采用两种不同功函数的金属栅，即双功函数金属栅。通常情况下，采用不同材料来获得双功函数金属栅，对金属刻蚀技术要求较高，且增加了工艺流程，提高了工艺的复杂度。

因此，需要提供一种新的具有双功函数金属栅的晶体管的制造方法，以解决上述问题，并更好地确保晶体管性能。

发明内容

本发明提供一种半导体器件制造方法，用于制造具有双功函数金属栅的CMOS晶体管，具体包括如下步骤：

提供半导体衬底，在该半导体衬底上形成STI结构，并进行阱区注入，形成NMOSFET区域和PMOSFET区域；

全面性地形成第一栅极绝缘层；

全面性地形成第一栅极；

刻蚀位于PMOSFET区域的第一栅极的至少部分厚度；

全面性地形成铝金属层；

对所述铝金属层进行退火；

沉积金属填充层，完成CMOS晶体管的金属栅极。

根据本发明的一个方面，所述第一栅极绝缘层的材料为高K栅极绝缘材料，其厚度为2-4nm；或者，所述第一栅极绝缘层的材料为SiO₂，其厚度为5-7nm。

根据本发明的一个方面，所述第一栅极的材料为TiN、MoN或TaN，厚度为2-15nm。

根据本发明的一个方面，在刻蚀位于PMOSFET区域的第一栅极的至少部分厚度工艺中，至少刻蚀位于PMOSFET区域的第一栅极的三分之一厚度。

根据本发明的一个方面，在刻蚀位于PMOSFET区域的第一栅极的至少部分厚度工艺中，刻蚀位于PMOSFET区域的第一栅极的全部厚度，并且，在沉积所述金属填充层之前，全面性地形成第二栅极材料层；所述第二栅极材料层的材料为TiN、MoN或TaN，厚度为2-15nm。

根据本发明的一个方面，刻蚀位于PMOSFET区域的第一栅极的至少部分厚度具体包括：形成掩膜层，该掩膜层覆盖NMOSFET区域而暴露出PMOSFET区域，然后，各向异性地刻蚀位于PMOSFET区域的第一栅极。

根据本发明的一个方面，所述铝金属层的厚度为0.1-5nm。

根据本发明的一个方面，采用离子注入工艺引入所述铝金属层，注入能量为0.1-15keV，剂量为1e14-5e16/cm²。

根据本发明的一个方面，对所述铝金属层进行退火的具体工艺条件为：退火温度为300-1000℃，退火时间为5s-2min。

根据本发明的一个方面，所述金属填充层的材料为TaN、TiAl或W。

根据本发明的一个方面，采用后栅工艺，在进行阱区注入、形成NMOSFET区域和PMOSFET区域之后，以及在全面性地形成第一栅极绝缘层之前：形成牺牲性栅极绝缘层、牺牲性栅极，定义栅极图形；形成栅极间隙壁，其覆盖所述牺牲性栅极和牺牲性栅极绝缘层的侧壁；形成栅极间介质层；去除牺牲性栅极绝缘层和牺牲性栅极，形成栅极空洞。

本发明的优点在于：在不同MOS区域，仅通过一次光刻和金属刻蚀工艺，形成不同厚度的栅极材料，然后，将金属铝作为调节功函数的金属引入，通过退火工艺，利用Al停留在栅极层可以获得较低功函数、进入栅绝缘层可以获得较高功函数的特点，实现了CMOS晶体管的双功函数金属栅，简化了双功函数晶体管的集成工艺。

附图说明

图1-图7本发明提供的一种具有双功函数金属栅的CMOS晶体管的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

以下，通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明提供一种半导体器件制造方法，特别地涉及到具有双功函数金属栅的CMOS晶体管的制造方法，其制造流程参见附图1-5。