[发明专利]NMOS器件的N型功函数层及其形成方法及MOSFET结构

权利要求书

1.一种高介电金属栅极MOSFET结构的形成方法，其特征在于，包括：

S1：提供半导体衬底，半导体衬底包括NMOS形成区域和PMOS形成区域，采用伪多晶硅栅的工艺方法在半导体衬底上完成金属栅之前的工艺，而在半导体衬底的NMOS形成区域的表面形成NMOS的多晶硅栅极结构，在半导体衬底的PMOS形成区域的表面形成PMOS的多晶硅栅极结构，多晶硅栅极结构之间填充有层间介质层，其中各多晶硅栅极结构包括依次叠加的界面层、高介电常数层和底部阻挡层构成的栅介质层，形成于栅介质层之上的多晶硅栅；

S2：去除多晶硅栅，形成第一功函数层，所述第一功函数层覆盖在各所述多晶硅栅去除区域的侧面和底部表面并延伸到所述多晶硅栅去除区域之外，并去除部分的所述第一功函数层，保留位于PMOS的多晶硅栅去除区域的第一功函数层，而由第一功函数层形成PMOS的P型功函数层；

S3：用低温PVD工艺沉积第一层TiAl层；

S4：进行高温退火工艺；

S5：用高温PVD工艺沉积第二层TiAl层，第二层TiAl层构成TiAl的主体层，并由经高温退火工艺后的第一层TiAl层和第二层TiAl层构成NMOS和PMOS区域的N型功函数层；以及

S6：在NMOS的N型功函数层上叠加形成顶部阻挡层，并同时在PMOS的N型功函数层上叠加形成顶部阻挡层，形成金属层，金属层将多晶硅栅去除区域完全填充，并进行平坦化，形成NMOS的金属栅和PMOS的金属栅；

其中，S3中低温PVD工艺的温度范围0℃～100℃；S4中高温退火工艺的温度范围100℃～400℃；S5中高温PVD工艺的温度范围200℃～400℃。

2.如权利要求1所述的高介电金属栅极MOSFET结构的形成方法，其中：低温PVD工艺中Ti：Al原子比大于高温PVD工艺中Ti：Al原子比。

3.如权利要求1所述的高介电金属栅极MOSFET结构的形成方法，其中：低温PVD工艺和高温PVD工艺的温度是固定或渐变的。

4.一种NMOS器件的N型功函数层形成方法，其特征在于，包括：

S1：提供半导体衬底，半导体衬底包括NMOS形成区域，采用伪多晶硅栅的工艺方法在半导体衬底上完成金属栅之前的工艺，而在半导体衬底的NMOS形成区域的表面形成NMOS的多晶硅栅极结构，并去除多晶硅栅，形成凹槽；

S2：用低温PVD工艺在凹槽的底部和侧壁沉积第一层TiAl层；

S3：进行高温退火工艺；以及

S4：用高温PVD工艺沉积第二层TiAl层，第二层TiAl层构成TiAl的主体层，并由经高温退火工艺后的第一层TiAl层和第二层TiAl层构成NMOS和PMOS区域的N型功函数层；

其中，S2中低温PVD工艺的温度范围0℃～100℃；S3中高温退火工艺的温度范围100℃～400℃；S4中高温PVD工艺的温度范围200℃～400℃。

5.如权利要求4所述的NMOS器件的N型功函数层形成方法，其中：低温PVD工艺中Ti：Al原子比大于高温PVD工艺中Ti：Al原子比。

6.一种NMOS器件的N型功函数层，其特征在于，包括：形成于用于形成金属栅极的凹槽的底部和侧壁的第一层TiAl层以及形成于第一层TiAl层上的第二层TiAl层，其中形成第一层TiAl层的PVD工艺的温度低于形成第二层TiAl层的PVD工艺的温度，第一层TiAl层的PVD工艺的温度范围0℃～100℃，第二层TiAl层的PVD工艺的温度范围200℃～400℃，第一层TiAl层的厚度小于第二层TiAl层的厚度，第一层TiAl层的PVD工艺中Ti：Al原子比大于第二层TiAl层的PVD工艺中Ti：Al原子比。