[发明专利]双金属栅极结构的形成方法及CMOS晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种应用在CMOS晶体管中双金属栅极结构的形成方法及利用该方法形成的CMOS晶体管。

背景技术

随着集成电路（简称IC）制造技术的飞速发展，尤其是进入亚微特征尺寸领域后，传统集成电路尺寸不断缩小，而如MOS晶体管中沟道长度和栅氧化物（一般为SiO₂）厚度按比例缩小后，加剧了多晶硅的损耗、高的栅电阻，以及掺杂物（例如硼）渗透到器件的沟道区域而引起栅极漏电流增加等缺陷。为此某些高K（介电常数）电介质材料取代传统的SiO₂可有效减小栅极泄露，但多晶硅与高K电介质材料与多晶硅不兼容，因此现在的集成电路中大多采用金属栅电极取代多晶硅栅电极，并取得良好的效果。

在双金属栅极结构中，NMOS和PMOS一般采用不同的金属栅极，PMOS采用具有接近于硅的价带的功函数的金属（简称PMOS功函数金属），而NMOS采用具有接近于硅的导带的功函数的金属（简称NMOS功函数金属）。在双金属栅极结构制备过程中，一般在沉积完高K介质层后，覆盖一层蚀刻阻挡层再依次进行PMOS功函数金属沉积、蚀刻、NMOS功函数金属沉积，以形成NMOS栅极和PMOS栅极。如国际公开号为WO2004/095527、中国专利公开号为CN101661904A的申请文件均介绍了不同的双金属栅极结构的形成工艺。

在实际操作工艺中，如在PMOS功函数金属沉积完成后，为了确保完全去除衬底NMOS区域上的PMOS功函数金属，在对于衬底NMOS区域上的PMOS功函数金属蚀刻过程中，大多采用过度蚀刻工艺，这样直接降低了蚀刻阻挡层厚度，从而可能导致NMOS功函数金属离子的渗入高K介电层中，甚至渗入晶体管FET区域中，从而致使栅极漏电流和功耗增加。

为此，一般选择与PMOS功函数金属和NMOS功函数金属蚀刻选择比较大的金属氮化物作为它们底部的蚀刻阻挡层，以确保蚀刻阻挡层的完整性。然而，在实际生产中发现即便采用类似的蚀刻阻挡层仍难以保证器件的性能，比如仍经常发生栅极漏电流过大的缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种双金属栅极结构的形成方法以及COMS晶体管，其可有效减小半导体器件栅极漏电流增大缺陷，从而提高半导体器件的电学性质。

本发明所提供的一种双金属栅极结构的形成方法，包括：

提供具有第一区域和第二区域的半导体衬底，在所述半导体衬底上由下至上依次覆盖高K介电质层和蚀刻阻挡层；

在所述蚀刻阻挡层表面形成蚀刻阻挡层的氧化物层；

在所述蚀刻阻挡层的氧化物层上沉积第一金属层；

去除位于所述第二区域的所述第一金属层；

在剩余的所述第一金属层以及第二区域上沉积第二金属层。

可选地，所述第一区域为PMOS区域，所述第二区域为NMOS区域。

可选地，所述蚀刻阻挡层为TaN层或TaSiN层。

可选地，所述蚀刻阻挡层的厚度为10~50埃。

可选地，所述第一金属层为PMOS功函数金属层。

可选地，所述PMOS功函数金属层为TiN层、TiAlN层或TiSiN层。

可选地，所述第一金属层的厚度为10~100埃。

可选地，形成所述蚀刻阻挡层的氧化物层包括，采用臭氧溶液或是双氧水溶液清洗所述蚀刻阻挡层表面，以氧化所述蚀刻阻挡层表面形成所述蚀刻阻挡层的氧化物层。

可选地，所述臭氧溶液或是双氧水溶液的浓度为20~100ppm。

可选地，采用所述臭氧溶液或双氧水溶液持续清洗所述蚀刻阻挡层10~100s。

可选地，采用所述臭氧溶液或是双氧水溶液在20℃~100℃温度下清洗所述蚀刻阻挡层。

可选地，所述蚀刻阻挡层的氧化物层的厚度为1~6埃。

可选地，采用湿法化学蚀刻法去除位于所述第二区域的所述第一金属层。

可选地，采用NH₃.H₂O和H₂O₂的混合溶液实施所述湿法化学蚀刻。

可选地，所述混合溶液中，V(NH₃.H₂O):V(H₂O₂):V(H₂O)为1:2:50至1∶1:5。

可选地，所述湿法化学蚀刻在25℃~100℃下进行。