[发明专利]一种金属栅半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种半导体制造技术领域，更确切的说，本发明涉及一种金属栅半导体器件的制造方法。

背景技术

在制造金属栅半导体的过程中经常会使用到化学机械抛光平坦化（CMP）的方法。举例来说，在制造金属栅半导体的金属栅替代（RMG）步骤中包括的两个子步骤，即伪栅极打开以暴露牺牲栅材料层的抛光步骤和金属栅极形成之后的抛光步骤中都会使用到CMP的方法。使用该方法的金属栅半导体后栅极工艺广泛的用于金属栅半导体制造中。但使用传统的高k后栅极工艺制造的金属栅半导体存在着以下的问题：由于金属栅极的导电层的材料，例如Al的电子往往会穿过栅极阻挡层扩散到功函数金属层，在退火步骤进行之后观察到导电层材料的电子扩散至功函数金属层达100埃，可见这样的电子扩散是十分显著的，其导致功函数值大大的升高为4.1eV。由此使得PMOS器件区域的性能受到极大影响。

而在目前的半导体制造工艺中没有方法来克服上述问题。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种金属栅半导体器件的制造方法，发明包括以下步骤：a)提供半导体衬底，包括PMOS区域和NMOS区域；b)在所述衬底的PMOS区域形成栅极结构，所述栅极结构包括依次形成的界面层、介电层、覆盖层和栅极电极层，在所述衬底的NMOS区域形成伪栅极结构，所述伪栅极结构包括依次形成的界面层、介电层、覆盖层和牺牲栅材料层；c)在所述衬底中形成源漏极；d)刻蚀所述NMOS区域的栅极的牺牲栅材料层以形成沟槽；e)填充所述沟槽形成NMOS的金属栅极，其中使用SiGe形成所述PMOS区域的栅极电极层。

进一步，其中所述PMOS区域的栅极电极层与所述NMOS区域的牺牲栅材料层材料相同。

进一步，其中所述PMOS栅极电极层的SiGe的Ge含量为0-60%。

进一步，其中所述NMOS的金属栅极包括依次形成的功函数金属层、阻挡层、润湿层和导电层。

进一步，其中所述功函数金属层具有一层或多层结构。

进一步，其中使用TiAl、Ti、Al、TiN或其组合形成所述功函数金属层。

进一步，其中形成所述功函数金属层的方法包括ALD、PVD或CVD。

进一步，其中所述功函数金属层具有10-200埃的厚度。

进一步，其中使用TaN、TiN或其组合形成所述阻挡层。

进一步，其中形成所述阻挡层的方法包括ALD、PVD或CVD。

进一步，其中所述阻挡层具有10-100埃的厚度。

进一步，其中使用Al形成所述导电层。

进一步，其中形成导电层的方法包括CVD或PVD。

进一步，还包括在所述导电层形成之后执行热退火的步骤，所述热退火的反应条件包括：温度为300-500摄氏度，反应时间10-60分钟。

进一步，其中使用TaAl、Ti、Co或其组合形成所述润湿层。

进一步，其中形成所述润湿层的方法包括ALD、PVD或CVD。

进一步，其中所述润湿层具有10-100埃的厚度。

进一步，还包括在步骤c)之后，在所述栅极结构和所述衬底上形成层间介电层以及平坦化所述层间介电层以露出PMOS的栅极电极层和NMOS的牺牲栅材料层。

进一步，还包括在步骤e)之后执行平坦化的步骤。

在本发明中由于在PMOS区域设置了SiGe的栅极电极层，所以解决了传统高k后栅极工艺制造的金属栅半导体的PMOS区域导电层材料电子扩散至功函数金属层的问题，在PMOS栅极电极层的SiGe的Ge含量从0-60%变化时，其功函数值的变化仅为0.3V，所以其功函数值不会显著的升高，其器件的性能可以得到改善。此外，仅在NMOS区域执行形成伪栅极以及去除牺牲栅材料层以换成金属栅极，该伪栅极的牺牲栅材料层可以是SiGe，所以可以在一个步骤中形成SiGe层于PMOS和NMOS区域的覆盖层上，工艺步骤可得以简化。

附图说明

图1-6是本发明各个工艺步骤的器件剖面图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。