[发明专利]具有钨栅电极的半导体器件及其制造方法

权利要求书

1.一种半导体器件，包括：

衬底，所述衬底包括NMOS区域和PMOS区域；

第一栅电极，所述第一栅电极形成在所述NMOS区域中，其中所述第一栅电极包括第一含碳钨膜和钨膜的层叠；以及

第二栅电极，所述第二栅电极形成在所述PMOS区域中，其中所述第二栅电极包括第二含碳氮化钨膜和钨膜的层叠，

其中，所述第二含碳氮化钨膜的碳含量小于所述第一含碳钨膜的碳含量。

2.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述钨膜包括钨成核膜和体钨膜的层叠。

3.如权利要求2所述的半导体器件，其中，所述体钨膜是α-钨相体钨膜。

4.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一栅电极具有原子百分比为10-15％的碳含量，所述第一含碳钨包括含碳无氟钨。

5.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第二栅电极具有原子百分比为5-10％的碳含量和原子百分比为20-30％的氮含量，所述第二含碳氮化钨包括含碳无氟氮化钨。

6.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括以下步骤：

在包括NMOS区域和PMOS区域的半导体衬底的整个表面之上形成栅绝缘膜；

在形成于所述NMOS区域之上的栅绝缘膜之上形成第一含钨膜，所述第一含钨膜含有包括碳的第一功函数控制材料；

在形成于所述PMOS区域之上的栅绝缘膜之上形成第二含钨膜，所述第二含钨膜含有包括碳和氮的第二功函数控制材料；

将所述半导体衬底后退火，在所述半导体衬底上形成有所述第一含钨膜和所述第二含钨膜；以及

刻蚀所述第一含钨膜和所述第二含钨膜，以在所述NMOS区域和所述PMOS区域中形成栅电极，

其中，所述第二含钨膜的碳含量小于所述第一含钨膜的碳含量。

7.如权利要求6所述的方法，其中，形成所述第一含钨膜和所述第二含钨膜的步骤包括以下步骤：

使用含碳无氟钨源来执行原子层沉积。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述第一含钨膜包括含碳无氟钨，并且其中，形成所述第一含钨膜还包括以下步骤：

利用含氢材料来等离子体处理所述第一含钨膜，以控制所述第一含钨膜的碳含量。

9.如权利要求7所述的方法，其中，所述第二含钨膜包括含碳无氟氮化钨，并且其中，形成所述第二含钨膜还包括以下步骤：

利用含氮材料来等离子体处理所述第二含钨膜，以控制所述第二含钨膜的碳含量和氮含量。

10.如权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：

在所述第一含钨膜和所述第二含钨膜之上形成第三含钨膜。

11.如权利要求10所述的方法，其中，形成所述第三含钨膜包括以下步骤：

在所述第一含钨膜和所述第二含钨膜之上形成钨成核膜；以及

在所述钨成核膜之上形成体钨膜。

12.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括以下步骤：

在半导体衬底的NMOS区域和PMOS区域之上形成栅绝缘膜；

在形成于所述NMOS区域之上的栅绝缘膜之上形成含碳钨；

在形成于所述PMOS区域之上的栅绝缘膜之上形成含碳氮化钨；

在所述含碳钨和所述含碳氮化钨之上形成钨膜；

将所述含碳钨和所述含碳氮化钨后退火；以及

刻蚀所述钨膜、所述含碳钨和所述含碳氮化钨，以在所述NMOS区域和所述PMOS区域中形成栅电极，

其中，所述含碳氮化钨的碳含量小于所述含碳钨的碳含量。

13.如权利要求12所述的方法，其中，控制所述含碳钨的碳含量，使得第一栅电极的碳含量具有为10-15％的原子百分比。

14.如权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：

控制所述含碳氮化钨的碳含量和氮含量，使得第二栅电极的碳含量和氮含量分别具有为5-10％的原子百分比和为20-30％的原子百分比。