金属碳化物栅极结构和制造方法

专利名称：金属碳化物栅极结构和制造方法
技术领域：
本发明涉及包括金属碳化物的栅极结构。本发明在并入了双功函数金属栅电极的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件中找到了特殊 应用。更具体地说，本发明涉及双功函数金属栅极，其中双功函数由 金属和金属碳化物提供。本发明也涉及一种制造本发明的金属栅极器件的方法。
背景技术：
高级的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件越来越多地利用金 属栅电极来避免通过掺杂的多晶硅(poly-Si)的传统栅电极观测的 "多晶硅耗尽"和"硼穿透"效应。用于栅极材料的特定金属的选择基于 多方面的考虑，包括栅极所需的功函数和电阻率、预计栅极金属继续 存在的热平衡、栅极电介质的类型(高-k的或常规的)和无损害的 栅极金属淀积处理的存在。虽然中间能隙的金属(比如钨)可用于在 CMOS中的n型场效应晶体管(nFET )和p型FET ( pFET)，但理 想的是，在称为"双金属/双功函数"CMOS的设计方法中使用适合于 pFET的一个(高功函数)栅极金属和适合于nFET的另一 (低功函 数)栅极金属。如果两种不同的金属要求不同的淀积和构图处理，则这种双金属 /双功函数设计方案可能非常复杂。在负向地构图时特别是这样的，因 为要淀积的第二种金属必须被清除而且不能损坏第一种金属。这种用 于CMOS金属栅极的双金属/双功函数方案的复杂性导致"单金属/双 功函数，，方案更加受到关注，在单金属/双功函数方案中单种栅极材料 被淀积在nFET和pFET器件区域上，然后修改以使它在nFET器件 区域中具有nFET适合的功函数和在pFET器件区域中具有pFET适 合的功函数。在文献中已经描述过"单金属/双功函数，，方法。 一种方法〔v.Misra等人，IEEE Electron Device Letters 23 354 ( 2002 )和H. Zhong 等人，IEDM Tech. Dig,467 ( 2001 )〕建议在n-FET和pFET器件区 域上淀积具有nFET功函数的Ru-Ta合金层，然后通过淀积附加的 Ru并退火将Ru-Ta合金转化为具有pFET功函数的富含Ru的Ru -Ta合金(在pFET器件区域中)。在另 一方法中，通过氮的离子注入〔P.Ranade等人，Mat. Res. Soc. Proc. 670K5.2 ( 2001 ) ;R. Lin等人，IEEE Electron Device Letters 23 49( 2002 )〕或者氮从富含N的TiN叠层的固态扩散/反应〔R丄P丄ander 等人，Mat.Res.Soc. Symp. Proc. 716B5.11 (2002)〕，将具有pFET 功函数的金属比如Mo淀积在n-FET和pFET器件区域上并转化为具 有nFET功函数的Mo氮化物(在n-FET器件区域中)。氮化物离子注入方法的缺陷在于它可能损坏下面的栅极电介质〔T.Amada等人，Mat. Res. Soc. Symp. Proc.716B7.5 ( 2002 )〕。氮 从TiN的固态扩散产生更少的损坏，但不能提供足够的功函数的变化(针对Si02上的Mo达到 0.5eV，要求 -0.75eV) 。 Ru - Ta合金 方法的缺陷包括钽与栅极电介质反应的可能，并且缺乏用于Ru-Ta 合金的化学汽相淀积(CVD)方法(因为CVD是无需电介质损坏的 带电颗粒轰击的少数淀积方法中的一种)。发明内容本发明涉及提供形成用于CMOS的单金属/双功函数栅电极的替 代方法。本发明解决了上述问题。本发明涉及一种包含源漏极/区和栅极区的半导体器件，其中至 少一个栅电极包括通过使金属和含碳层反应获得的金属碳化物。本发明的另一方面涉及一种双功函数互补金属氧化物半导体 (CMOS)电路，这种电路包括具有由导电材料形成的栅电极的至少 一个FET和具有包括通过使金属和含碳层反应获得的金属碳化物的
栅电极的至少一个FET，其中该金属不同于该导电材料。本发明还涉及一种双功函数互补金属氧化物半导体(CMOS)电路，这种电路包括具有由第一金属形成的栅电极的至少一个FET，和 具有由所说的第一金属的碳化物形成的栅电极的至少一个FET。 本发明的另一方面涉及一种形成用于FET的栅极的方法，该方法包括提供衬底、在所说的衬底上淀积金属和含碳层并使所说的金属和含碳层反应以形成用于提供栅电极的金属碳化物。本发明的进一方面涉及一种在衬底上形成双功函数CMOS器件的方法。该方法包括在第一和第二组栅极区上淀积金属层；提供与所说的第一和第二组栅极区中的一组接触但不在所说的 第一和第二组栅极区中的另一组上的含碳层，所说的含碳层与在所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的金属层直接接触；使在所说的第 一 和第二组栅极区中的所述一 组上的所说的含碳 层与在所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所述金属反应以 形成金属碳化物。通过下文的详细描述，本发明的其它目的和优点对于本领域普通 技术人员来说是显然的，其中仅仅通过对实施本发明的最佳模式的示 例来描述本发明的优选实施例。正如下文所实现，本发明能够以其它 的不同的实施例实施，它的多种细节能够在不同方面进行修改而不脱 离本发明。因此，本发明的描述是示例性的而不是限制性的。


附图1A-1E所示为以剖视图的方式示出了用于制造CMOS栅电极的本发明方法的基本步骤；附图2A-2D所示为附图1的方法的第一种变型； 附图3A-3D所示为附图1的方法的第二种变型； 附图4A-4D所示为附图1的方法的第三种变型；
附图5A - 5H所示为适合于替换栅极处理流程的附图1的方法的变型；附图6A-6C比较对应于本发明三种实施例的试样的几何结构的 Mo碳化物的形成；和附图7所示为用于确定mo和Mo2C电容器电极的功函数的电容 -电压(C-V)测量。
具体实施方式
本发明涉及包括具有栅电极的至少一个FET的半导体结构。为 了便于理解本发明，下文的详细描述涉及"单金属双功函数"金属栅极 的优选方面。根据优选方面，本发明提供一种"单金属/双功函数"金属栅极的 新方法，其中双功函数通过金属和金属的碳化物提供。因此，本发明的一方面涉及一种双功函数互补金属氧化物半导体 (CMOS)电路，这种电路包括具有由第一金属和至少一种附加元素形成的栅电极的至少一个FET,和具有由所说的第一金属的碳化物形成的栅电极的至少一个FET。 本发明也提供一种双功函数CMOS电路，这种电路包括 具有由第一金属和至少一种附加元素形成的栅电极的至少一个 FET，和具有由所说的第一金属的碳化物形成的栅电极的至少一个FET。 根据本发明的双功函数CMOS结构可以通过如下方式制造在 nFET和pFET器件区域上淀积具有第一功函数的金属，然后与在所 选择的区域中的含碳层反应以形成具有不同于第一功函数的第二功函 数的金属碳化物。为本发明的目的，术语"碳化物，，被定义为碳与比碳 更加正电性的一种或多种元素的化合物或混合物。根据本发明在衬底上制造双功函数CMOS结构的一种处理技术包括
-淀积具有第一功函数的金属层；-对金属层进行构图以形成第一和第二组栅极状结构；-形成经构图的含碳的材料层以使含碳的材料淀积在衬底上栅极状结构的第 一和第二组中的 一组上但没有淀积在栅极状结构的第一和第二组中的另一组上；—在经构图的含碳的材料和金属都存在的区域中使经构图的含碳材料与金属反应以形成具有第二功函数的材料；-可选择地消除在反应之后残留的碳残余物；和-可选择地在惰性气体或活性环境中退火以修复任何处理损伤。提供经构图的含碳层的实例包括淀积含碳层和通过一种过程比如活性离子蚀刻从所说的第 一和第二组栅极区中的 一组中有选择地清除含碳层同时在所说的第一和第二组栅极区中的另一组上保留含碳层，从而对所说的含碳层进行构图；和对光致抗蚀剂层进行淀积和构图，在所说的光致抗蚀剂层上表层淀积含碳层，然后连同位于光致抗蚀剂顶上的含碳层一起清除所说的光致抗蚀剂同时留下没有位于光致抗蚀剂顶上的含碳层。参考附图1A-1E说明根据本发明制造双功函数CMOS结构的上述序列。附图1A示出在淀积具有第一功函数的金属层20之后的衬底10。 村底IO通常开始是绝缘栅极电介质下的一个或多个半导体层，最终包 括电介质隔离区、重掺杂的半导体源极/漏极区和轻掺杂或未掺杂的半 导体沟道区。附图1B所示为在金属层20已经被构图以形成金属栅极 结构30之后的附图1A的结构。附图1C所示为在含碳层40被构图成 形之后的结构。附图1C的结构被退火以产生具有第二功函数的金属 碳化物栅极结构50和剩下的含碳层60。然后通过处理比如氧等离子 体处理清除剩下的含碳层60以产生附图1E的结构，该结构包括具有 第一功函数的金属栅极30和具有第二功函数的金属碳化物栅极50。在附图1A-1E所示的处理流程中，在经构图的含碳层40的淀 积之前淀积金属层20并对其构图以形成金属栅极结构。然而，这些处理步骤可以以各种排列顺序实施。例如，栅极构图可以在碳淀积之前或之后实施；碳淀积可以在金属淀积之前或之后实施；碳化物形成可 以在栅极构图之前或之后实施。附图2和3所示为在淀积了金属和经构图的含碳层之后实施栅电 极构图的处理流程的两个实例。在附图2A-2D的处理流程中，在栅极 构图之后进行碳化物形成。附图2A所示为在具有第一功函数的金属 层20的淀积之后的衬底10。附图2B所示为在经构图的含碳层40的 淀积之后的附图2A的结构。附图2C所示为在栅极构图以形成金属栅 极30和栅极状的含碳层70之后的结构。然后对附图2C的结构退火 以产生附图2D的结构，该结构包括具有第一功函数的金属栅极30和 具有第二功函数的金属碳化物栅极50。在退火之后残留的栅极状的含 碳层70的残余通过处理比如氧等离子体处理可以被清除。在附图3A-3D的处理流程中，在构图之前进行碳化物形成。附 图3A所示为在具有第一功函数的金属层20的淀积之后的衬底10。附 图3B所示为在经构图的含碳层40的淀积之后的附图3A的结构。然 后对附图3B的结构退火以产生附图3C的结构，该结构包括具有金属 碳化物层80。然后对金属层20和金属碳化物层80构图以形成具有第 一功函数的金属栅极30和具有第二功函数的金属碳化物栅极50。在 退火之后残留的栅极状的含碳层40的残余通过处理比如氧等离子体 处理可以被清除。处理也可以以在金属层之前淀积的含碳层实施。这在附图4的处 理流程中示出，在该流程中在栅极构图之前执行碳化物形成退火，这 个处理流程类似于附图3的处理流程。附图4A所示为在经构图的含 碳层40的淀积之后的衬底10。附图4B所示为在具有第一功函数的金 属层90的淀积之后的结构。然后对附图4B的结构进行退火以产生具 有金属碳化物层80的附图4C的结构。然后对金属层90和金属碳化 物层80进行构图以形成具有第一功函数的金属栅极30和具有第二功 函数的金属碳化物栅极50。在金属碳化物层80上保留的金属层卯的 残余通常留在原地，因为不希望其它的金属影响在金属碳化物/村底界 面上的功函数。附图5A-5H所示为在替换栅极处理流程的情况下〔例如参见B. Guilla腿ot等人，IEDM Tech. Digest, p.355 (2002)〕如何实施本 发明。附图5A所示为具有第一栅极腔区域130和第二栅极腔区域140 的衬底120;附图5B所示为在具有第一功函数的表层淀积的金属层150 的淀积之后的附图5A的结构，以及附图5C所示为含碳层160的表层 淀积之后的结构。附图5D所示为在含碳层160已经被构图以形成淀 积在栅极腔区域140上但没有淀积在栅极腔区域130上的经构图的含 碳层165之后的附图5C的结构。然后对附图5D的结构进行退火以在 栅极腔区域140中产生金属碳化物180和剩下的含碳层185(附图5E )。 剩下的含碳层185然后通过氧等离子体处理被清除以产生附图5F的 结构，该结构包括具有第一功函数的金属栅极150和具有第二功函数 的金属碳化物栅极180。附图5F的结构通过下列过程常规地完成以 导电材料190填充栅极腔区域130和140(附图5G)，然后极化以形成 完成的金属第一栅极200和完成的金属碳化物第二栅极210 (附图 5H)。在金属和金属的碳化物没有提供足够地不同的功函数的情况下， 希望扩展本发明的方法以改变没有被碳化的金属的功函数。对没有被 碳化的金属的改变(i)在碳化物形成之前或之后和(ii)在栅极构图 之前或之后执行。这种修改可以通过处理比如合金化、混合或与至少 一种其它元素反应、注入一种或多种离子种类等方式来实施。例如， 通过碳化中能隙金属以形成具有第一功函数的第一组栅极和以一种多 种元素与未碳化的中能隙金属合金化或注入其中以形成具有第二功函 数的第二组栅极，由中能隙金属可以制造单金属双功函数CMOS栅 极。可考虑用于本发明的金属/金属碳化物处理的金属包括任何导电 材料，例如A1， Ba, Be， Bi， Co， Cr， Cu， Dy， Fe， Ga, Gd， Ir， Hf, Mg， Mo， Mn, Nb, Ni， Pd, Pt, Ir, La， Os, Pr， Nb， Rh， Re, Ru， Sc, Sn, Ta， Ti, V， W, Y， Zn，和Zr;这些金属或其 合金的导电氮化物、硅化物、锗化物和硅氮化物；这些金属的导电合 金或化合物，其中包含附加的非金属元素或者没有附加的非金属元素。这些金属的淀积技术可以包括热蒸发、电子束蒸发、濺射、活性 溅射、离子束溅射、无电淀积、CVD、金属有机CVD (MOCVD)、 等离子体增强的CVD (PECVD)和原子层的淀积(ALD)。这个过程的优选金属包括Mo、 Mo-Ru合金和形成碳化物的其 它的pFET (高功函数)金属。用于这个过程的优选金属淀积的技术 包括CVD和MOCVD，因为没有容易损坏栅极电介质的高能量的带 电颗粒轰击。这个过程的含碳层可以包括通过任何方法淀积的任何含碳材料。 含碳层例如可以包括金刚石、石墨；具有最小的H含量的无定形碳； 无定形氢化碳(a-C: H,也称为棱形碳或DLC);含碳的聚合物比 如聚(甲基)丙烯酸酯、聚酰亚胺、SiLK;有机光致抗蚀剂；含有其 它元素比如Si， O， N和/或H (例如SiCOH或SiCH)的含无定形碳 的层。这些含碳层的淀积方法可以包括旋涂技术、溶液-浇铸技术、 CVD、等离子体辅助的CVD (PACVD)、等离子体增强的CVD (PECVD)、热蒸发、电子束蒸发、使用惰性或活性工作气体由含碳 的靶进行的溅射淀积、离子束溅射。应该注意的是，某些含碳层如果 在该金属之前进行淀积则可能要求稳定退火。例如，通常在金属淀积 之前对DLC的含碳层进行稳定退火(例如在He气中在400。C下4小 时)以防止在碳化物形成的过程中产生气泡。优选的含碳层包括通过物理濺射淀积的纯碳(也称为棱形碳或 DLC)和通过PECVD淀积的无定形氢化碳。碳层容易被构图(例如通过基于氧气的活性离子蚀刻)，以使它 仅保留在nFET器件区域上。在金属碳化物形成完成时，通过基于氧 气的灰化或活性离子蚀刻等离子体有选择地清除剩下的过量的碳。金 属Mo和它的碳化物两者对氧化都具有较强的抵抗作用。如果需要的话，电极叠层可以在惰性或活性环境中被退火以修复
任何处理损伤和/或改善器件特性。这种退火可以在任何处理阶段中执 行。本发明的金属层通常具有大约2至大约500纳米、更典型是大约 5至大约50纳米的厚度。本发明的含碳层的最佳厚度取决于几个因素 所需的碳化物(例如，MC， M2C，M3C，这里M表示被碳化的金属元素) 的化学计量、金属层的厚度、含碳层的碳含量(例如溅射的淀积C具 有比a-C:H更高的碳含量)和层的顺序(如果金属在碳之下则碳的 轻微过量可能是理想的，然而如果碳是在金属之下则金属的轻微过量 可能是理想的)。在金属层中的金属原子的面密度(原子/cm2)可以 从金属的厚度、密度和分子量(MW)中计算。Mo层30的纳米厚度 可以预计具有1.9el7Mo原子/cm2的面密度(基于96g/摩尔的MW和 10.2g/ci^的密度)。提供该C原子数量的正好一半所需的无定形碳层 的厚度(以形成M(hC)是9.5纳米(给定12g/摩尔的MW和2g/cm3 的密度)。通常用于形成碳化物的退火温度/时间条件取决于金属的密度和 所需的碳化物的化学计量。用于比需要形成所需的第一碳化物(比如 M2C)更高的温度或更长的时间的退火可能导致不希望的具有更高碳 含量的第二碳化物与(比如MoC)的进一步的反应和形成。最佳的退 火也取决于(在更小的程度上)金属膜厚度和碳的类型(例如溅射的 淀积的C对a - C: H )。在碳化物形成金属(形成碳化物的金属)中 的碳化物形成通常在大约400。C至大约1100。C的温度下进行。有趣地， 在这个温度范围的低端处的碳化物形成可以通过氢的并入促进〔A. Rubinshtein等人,"Surface treatment of tantalum to improve its corrosion resistance",Mater. Sci. Eng. A A302，128 ( 2001 )〕。退火环 境通常从下面的气体和它们的混合物中选择Ar， He， H2，N2，CHx.N2 和形成气体。对于容易形成氮化物的金属而言N2是不太优选的。完成 碳化物反应所要求的退火时间将取决于该温度；对于给定的金属和金 属的厚度，所要求的退火时间将随着退火温度的增加而降低。碳化物形成金属包括Cr，Fe，Hf，Mn，Mo，Nb,Ni，Ta，Ti,V，W和其它金属。在这些金属中，Fe是在400-1000。C的温度范围的低端处形成碳 化物的金属，W是在这个温度范围的高端处形成碳化物的金属。通常， 在N2中在大约750。C进行大约1分钟的快速热退火足够将在Mo上的 C的双层膜(30纳米)完全转化为Mo2C。附图6A-6C显示了对应于本发明的三种实施例的试样的几何结 构的Mo碳化物形成溅射的碳层上的Mo表层、在DLC层上的Mo 表层(在金属淀积之前在He中在400。C退火4小时)，以及在濺射的 碳层之下的Mo表层。在所有的实例中的Mo是30纳米的厚并通过溅 射淀积。在快速的热退火(在He环境下3。C/秒)的过程中，通过具 有0.1797纳米的波长、10"光子/s的密度和1.5%的能量分辨率的同步 加速器辐射的现场x-射线衍射(XRD)监测碳化物形成〔G.B. Stephenson等人，Rev. Sci. lustrum, 60 1537 ( 1989 )〕。所有的试样开始在2e-48。显示单XRD峰值，对应于Mo 110反 射。Mo 110峰值的消失和在47° (Mo2C 101) 、 45° ( Mo2C 002)、 40.5°( Mo2C 100 )处的六边形Mo2C峰值的出现显示了碳化物的形成。 对于在200纳米厚的溅射的C层顶上的溅射的Mo层，附图6A的曲 线显示了在775。C周围清晰地界定的反应。对于在180纳米厚的DLC 层顶上的标称相同的溅射的Mo层，附图6B的曲线显示了也在775°C 周围集中的稍稍显著的反应。对于在溅射的30纳米厚的C层之下的 賊射的Mo层，附图6C的曲线显示在稍稍更低的温度(~760°C)周 围集中的甚至更加显著的反应。在这种情况下碳化物形成所需的热处 理因此正好在用于CMOS的典型的热平衡内。附图7的电测量证实， 一旦碳化物形成则Mo的功函数实质性地 降低。对具有Mo和Mo碳化物电极的Si (村底)/Si02 ( 5或11纳米) /Mo(C)电容器进行电容-电压(C-V)测量。通过具有6.2e- 04cm 或9.5e - 05cm的电极面积开口的Si薄膜型掩模将Mo ( 30纳米)和 Mo (30纳米，底部)/C (10纳米，顶部)电极膜溅射淀积在涂覆有 氧化物的n型单晶体(100)Si上。Mo和Mo/C电极接收足够将Mo/C 电极转化为Mo2C的"碳化物形成"退火(在形成气体中以3°C/sec的速
度上升到900。C)。附图7显示了在5纳米的Si()2的情况下的数据。 C-V斜率和电压截距的分析显示了 Mo的4.50-4.60eV的功函数和 Mo2C的4.25-4.35eV的功函数。此外，如上文所述，金属碳化物比如通过第一金属与含碳层的固 态反应形成的金属碳化物在单FET中、在多FET中和在双功函数 CMOS电路中也可用作栅电极，在该双功函数CMOS电路中至少一 的导电材料形成。一 、5 , 一 ' ， ， 、5应该注意的是，通过第一金属与含碳层的固态反应形成金属碳化 物栅极，其相对于其中在一个步骤中形成金属碳化物层的处理具有许 多优点。溅射淀积处理可以淀积高质量的金属碳化物，但可能损坏暴 露的栅极电介质(由于高能量的带电的颗粒轰击)。CVD处理是无损 害的，但将金属与碳一起共同地淀积且不并入大量的杂质比如氧是不 容易的。通过本发明的双层反应过程，通过CVD可以干净地淀积底 部金属层，通过任何优选的方法可以随后的淀积含碳层(包括溅射， 因为先前淀积的金属层的存在保护了栅极电介质)。前文本发明的描述示出并描述了本发明。此外，本发明公开仅仅 显示并描述了本发明的优选实施例，但是，如上文所述，应该理解为 本发明能够用于其它的各种组合、修改和环境中，并且在不脱离在此 所表述的发明概念的范围内能够进行与上文的教导和/或相关技术知 识相称的改变或修改。进一步希望上文描述的实施例解释实施本发明 的所知的最佳模式并使本领域普通技术人员能够以这些或其它的实施 例以及结合本发明的特定的应用所要求的各种修改应用本发明。因此， 不希望这些描述将本发明限制到在此所公开的形式。此外，希望附加 的权利要求包括这些变型的实施例。
权利要求
1.一种半导体结构，包括至少一个场效应晶体管(FET)，该晶体管具有通过使金属层和含碳层反应获得的金属碳化物栅电极。
2. 权利要求1所述的半导体结构，其中金属碳化物包括Mo或 Mo-Ru合金的碳化物。
3. 权利要求l所述的半导体结构，其中半导体结构包括双功函 数的CMOS,该双功函数的CMOS包括具有由栅极金属形成的栅极 的至少一个FET和具有由金属的碳化物形成的栅极的至少一个FET。
4. 权利要求3所述的半导体结构，其中所说的碳化物的金属不 同于所述栅极金属。
5. 权利要求4所述的半导体结构，其中所说的碳化物的金属包 括Mo或Mo-Ru合金。
6. —种双功函数CMOS器件，包括 具有由第一栅极金属形成的栅极的至少一个FET,和 具有由所说的第一栅极金属的碳化物形成的栅极的至少一个FET。
7. 权利要求6的CMOS器件，所说的第一金属从包含如下的金 属的组中选择Al, Ba， Be, Bi， Co， Cr, Cu， Dy， Fe， Ga， Gd， Ir, Hf, Mg， Mo， Mn, Nb， Ni， Pd， Pt, Ir， La， Os, Pr， Nb， Rh， Re， Ru, Sc， Sn, Ta, Ti， V, W， Y， Zn和Zr;这些金属或其合金的导电氮化物、硅化物、锗化物和硅氮化物；这些金属的导 电合金或化合物，其中包含附加的非金属元素或者没有附加的非金属 元素。
8. 权利要求6所述的CMOS器件，其中所说的第一金属包括 Mo或Mo - Ru合金。
9. 一种双功函数CMOS电路，包括具有由第一金属和至少一种附加元素形成的栅电极的至少一个 FET,和具有由所说的第一金属的碳化物形成的栅电极的至少一个FET。
10. —种形成用于FET的栅极的方法，包括提供衬底、在所说的用于提供栅电极的金属碳化物。
11，权利要求10的方法，其中所说的金属包括Mo或Mo-Ru合金。
12. —种在衬底上形成双功函数CMOS器件的方法，包括 在第一和第二组栅极区上淀积金属层；提供与所说的第一和第二组栅极区中的一组接触但不在所说的 第一和第二组栅极区中的另一组上的含碳层，所说的含碳层与在所说的第 一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的金属层直接接触；使在所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的含碳 层与在所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的金属反应 以形成金属碳化物。
13. 权利要求12的方法，其中所说的提供含碳层的步骤包括淀积 含碳层；以及通过从所说的第一和第二组的栅极区中的一组中有选择 地清除含碳层同时在所说的第一和第二组的栅极区中的另一组上保留 含碳层，从而对所说的含碳层进行构图。
14. 权利要求12的方法，其中所说的提供含碳层的步骤包括淀积 光致抗蚀剂层并对之构图，在所说的光致抗蚀剂层上淀积所说的含碳 层，然后连同位于所说的光致抗蚀剂顶上的所说的含碳层一起清除所 说的光致抗蚀剂，同时保留未在所说的光致抗蚀剂顶上的所说的含碳 层。
15. 权利要求12的方法，其中在使所说的金属和含碳层反应之后 对所说的金属层进行构图。
16. 权利要求12的方法，其中在淀积所说的含碳的材料层并对之 构图之后对所说的金属层进行构图以形成栅极状结构。
17. 权利要求12的方法，其中所说的金属进一步包括至少 一种附 力口的元素。
18. 权利要求12的方法，其中所说的第一金属从由如下的金属组 成的组中选择Al， Ba， Be， Bi， Co， Cr， Cu， Dy， Fe, Ga， Gd， Ir, Hf, Mg， Mo， Mn， Nb, Ni， Pd， Pt, Ir, La, Os， Pr， Nb， Rh， Re， Ru， Sc, Sn, Ta， Ti， V， W， Y， Zn，和Zr;这些金 属或其合金的导电氮化物、硅化物、锗化物和硅氮化物；这些金属的 导电合金或化合物，其中包含附加的非金属元素或者没有附加的非金 属元素。
19. 权利要求12的方法，其中所说的含碳的材料从由如下材料组 成的组中选择金刚石、石墨；具有最小的H含量的无定形碳；无定 形氢化碳；含碳的聚合物；有机光致抗蚀剂；具有含其它元素比如Si， O, N和/或H的层的含无定形碳的层。
20. —种在衬底上形成双功函数CMOS器件的方法，包括提供与所说的第一和第二组栅极区中的一组接触但不在所说的 第一和第二组栅极区中的另一组上的含碳层；然后在所说的第一和第二组栅极区上淀积金属层，所说的金属层与在 所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的含碳层直接接 触；使在所说的第一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的含碳 层与在所说的第 一和第二组栅极区中的所述一组上的所说的金属反应 以形成金属碳化物。
21. 权利要求20的方法，其中所说的提供含碳层的步骤包括淀积 含碳层，以及从所说的第 一和第二组的栅极区中的一组中有选择地清 除所说的含碳层同时在所说的第一和第二组的栅极区中的另一组上保 留含碳层。
22. 权利要求20的方法，其中所说的提供含碳层的步骤包括淀积 光致抗蚀剂层并对之构图，在所说的光致抗蚀剂层上淀积所说的含碳 层，然后连同位于所说的光致抗蚀剂顶上的所说的含碳层一起清除所 说的光致抗蚀剂，同时保留未在所说的光致抗蚀剂顶上的所说的含碳 层。
23. 权利要求20的方法，其中在使所说的金属和含碳层反应之后 对所说的金属层进行构图。
24. 权利要求20的方法，其中所说的金属进一步包括至少一种附 力口的元素。
25. 权利要求20的方法，其中所说的第一金属从由如下的金属组 成的组中选择Al， Ba, Be， Bi， Co， Cr， Cu, Dy， Fe, Ga， Gd， Ir, Hf, Mg, Mo， Mn, Nb， Ni， Pd， Pt， Ir， La, Os， Pr， Nb， Rh, Re， Ru， Sc， Sn, Ta, Ti， V, W， Y， Zn和Zr;这些金 属或其合金的导电氮化物、硅化物、锗化物和硅氮化物；这些金属的 导电合金或化合物，其中包含附加的非金属元素或者没有附加的非金 属元素。
全文摘要
本发明提供了一种半导体器件比如包括至少一个FET的互补金属氧化物半导体(CMOS)和制造方法，该FET包括栅电极，该栅电极包括金属碳化物。CMOS包括双功函数的金属栅电极，其中通过金属和金属的碳化物提供该双功函数。
文档编号H01L27/108GK101151724SQ200480035163
公开日2008年3月26日 申请日期2004年11月29日 优先权日2003年11月28日
发明者克里斯托弗·德塔沃尼尔, 凯瑟琳·L.·萨恩格, 小西里尔·卡布拉尔, 拉贾劳·加米 申请人:国际商业机器公司