[发明专利]功函数层、金属栅极、半导体器件及其制造方法

说明书

本发明提供一种功函数层、金属栅极、半导体器件及其制造方法，通过设定区域中的底层功函数设定金属层下表面平坦以及所述设定区域中的顶层功函数设定金属层的上表面为凸形面的叠加效果，可以大大改善了晶圆全局的阈值电压分布一致性，提高了金属栅极以及半导体器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种功函数层、金属栅极、半导体器件及其制造方法。

背景技术

随着集成电路制造技术的不断发展，MOS晶体管的特征尺寸也越来越小，高K栅介质层与金属栅极的栅极叠层结构(简称为高K金属栅极，简写为HKMG)被引入到MOS晶体管中，例如被引入到28nm及以下节点的NMOS器件中，以降低MOS晶体管栅极的寄生电容和泄露电流，提高器件性能度。对于具有高K金属栅极的MOS器件，其漏电流可以比具有多晶硅栅/SiO₂结构的传统MOS器件至少低一个数量级，即静态功耗可以大大减少，但随之而来的MOS器件的阈值电压Vt调谐问题，需要克服。

发明内容

本发明的目的在于一种功函数层、金属栅极、半导体器件及其制造方法，能够显著改善阈值电压的分布均匀性，提高器件性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种功函数层，包括依次层叠的底层功函数设定金属层和顶层功函数设定金属层，所述功函数层包括设定区域；

所述设定区域的底层功函数设定金属层的下表面平坦；所述设定区域的顶层功函数设定金属层的上表面为凸形面。

可选的，所述设定区域的底层功函数设定金属层的上表面为平坦表面或凹形面；和/或，所述设定区域的顶层功函数设定金属层的下表面为平坦表面或凹形面。

可选的，所述凹形面的截面形状为渐变曲线形或波浪形，所述凸形面的截面形状为渐变曲线形或波浪形。

可选的，所述顶层功函数设定金属层和所述底层功函数设定金属层中包含至少两种相同的金属元素，所述两种相同的金属元素均选自于铝、钪、钇、镧、钛、锆、铪、钒、铌和钽。

可选的，所述顶层功函数设定金属层中的所述两种相同的金属元素在所述设定区域中的含量比分布曲线为水平直线、以水平直线为基线且在一定范围内上下波动的振动曲线或者与所述凸形面的截面形状相似的渐变曲线或波浪形曲线。

可选的，所述底层功函数设定金属层中的所述两种相同的金属元素在所述设定区域中的含量比分布曲线为水平直线、以水平直线为基线且在一定范围内上下波动的振动曲线或者与所述凸形面的截面形状相反的渐变曲线或波浪形曲线。

本发明还提供一种功函数层的制造方法，包括以下步骤：

采用第一偏压和第一功率，在一晶圆表面上形成底层功函数设定金属层，所述底层功函数设定金属层在设定区域的下表面平坦；

采用低于所述第一偏压的第二偏压以及高于所述第一功率的第二功率，在所述底层功函数设定金属层的表面上形成顶层功函数设定金属层，所述顶层功函数设定金属层在所述设定区域的上表面为凸形面。

可选的，所述第一偏压为范围内的负偏压，所述第一功率为所述第二偏压为范围内的负偏压，所述第二功率为

可选的，所述顶层功函数设定金属层和所述底层功函数设定金属层中包含至少两种相同的金属元素，所述两种相同的金属元素均选自于铝、钪、钇、镧、钛、锆、铪、钒、铌和钽，且所述顶层功函数设定金属层中的所述两种相同的金属元素在所述设定区域中的含量比分布曲线为水平直线、以水平直线为基线且在一定范围内上下波动的振动曲线或者与所述凸形面的截面形状相似的渐变曲线或波浪形曲线。

可选的，所述底层功函数设定金属层中的所述两种相同的金属元素在所述设定区域中的含量比分布曲线为水平直线、以水平直线为基线且在一定范围内上下波动的振动曲线或者与所述凸形面的截面形状相反的渐变曲线或波浪形曲线。