一种半导体器件及其制造方法

一种半导体器件及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体器件及其制造方法，涉及半导体【技术领域】。本发明的半导体器件的制造方法，通过在栅极叠层结构中增加盖帽层和阻挡层，实现了对晶体管的阈值电压的调节，可以更好地实现具有多阈值电压的半导体器件。本发明的半导体器件，由于在栅极叠层结构中增加了盖帽层和阻挡层，可以实现对晶体管的阈值电压的调节，具有更好的阈值电压特性。
【专利说明】一种半导体器件及其制造方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法。

【背景技术】
[0002] 在半导体【技术领域】中，如何在保证半导体器件的性能的同时降低功耗已经成为人 们面临的一个主要挑战。功耗/性能优化（Power-performanceoptimization)通常要求 半导体器件具有多个阈值电压（Vt)和低的关断电流（Ioff)。在平面体硅半导体器件中，通 过使用两个功函数层(分别对应N型场效应晶体管NFET和P型场效应晶体管PFET)以及采 用不同的栅极长度和掺杂浓度来实现多阈值电压。鳍型场效应晶体管（FinFET)由于可以 实现小的器件尺寸、应用小的工作电压而具有优秀的静电控制能力，然而，器件尺寸和工作 电压的减小，尤其工作电压的减小，导致对阈值电压可变性的控制变得十分困难。在大规模 应用鳍型场效应晶体管（FinFET)的半导体器件中，随着工艺节点不断减小，需要注入的离 子的数量不断减少(例如采用IOnm工艺节点的器件需要注入的离子数量非常少)，离子注入 工艺变得非常难以控制。
[0003] 不同金属盖帽工艺（capping)可以有效地调节鳍型场效应晶体管的阈值电压，但 是该方法需要复杂的集成工艺并且不会带来其他方面的提升。而传统的离子注入工艺会降 低器件的离子迁移率，并且可能会导致对器件的影响非常坏的掺杂物随机波动。并且，对于 采用金属栅极技术的半导体器件的制造方法而言，离子注入工艺还面临控制离子注入剂量 以防止离子渗透入高k介电层或器件的沟道区域的挑战。
[0004] 可见，如何获得良好的阈值电压，是应用后高k介电层工艺的半导体器件的制造 方法必须要解决的问题。为解决上述问题，有必要提出一种新的半导体器件及其制造方法。


【发明内容】

[0005] 本发明实施例一提供一种半导体器件的制造方法，该方法包括：
[0006] 步骤SlOl:提供半导体衬底，在所述半导体衬底的拟形成N型低阈值电压晶体管、 N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的区域分别形成包 括伪栅极氧化层、伪栅极和栅极侧壁的伪栅极结构，并在所述伪栅极结构之间形成层间介 电层，去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层；
[0007] 步骤S102 :在所述栅极侧壁之间自下而上依次形成N型低阈值电压晶体管、N型高 阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的界面层、高k介电层、 盖帽层和阻挡层；
[0008] 步骤S103:在所述阻挡层上形成所述N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体 管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的功函数金属层；
[0009] 步骤S104 :在所述功函数金属层上分别形成所述N型低阈值电压晶体管、所述N 型高阈值电压晶体管、所述P型低阈值电压晶体管和所述P型高阈值电压晶体管的金属栅 极。
[0010] 其中，所述盖帽层的材料为氮化钛，所述阻挡层的材料为氮化钽。
[0011] 其中，所述阻挡层的厚度为5-40A。
[0012] 其中，所述半导体器件中的N型晶体管与P型晶体管的功函数金属层不同。
[0013] 其中，所述步骤S103包括：
[0014] 步骤S1031:形成所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高 阈值电压晶体管的第一功函数金属层；
[0015] 步骤S1032:形成所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阈 值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层 和所述P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层；
[0016] 步骤S1033:形成所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层；
[0017] 步骤S1034:形成所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高阈 值电压晶体管的第三功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层 和所述P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层。
[0018] 其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层的材料为氮化钛；
[0019] 所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的 第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阈值 电压晶体管的第二功函数金属层的材料为氮化钽；
[0020] 所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层为氮化钛；
[0021] 所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的 第三功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层和所述P型高阈值 电压晶体管的第三功函数金属层的材料为钛铝合金。
[0022] 其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层的厚度为10-50A:
[0023] 所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的 第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阈值 电压晶体管的第二功函数金属层的厚度为4-40A;
[0024] 所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层的厚度为10-50A。
[0025] 其中，在所述步骤SlOl中，所提供的半导体衬底在拟形成的所述P型低阈值电压 晶体管的沟道区域形成有锗硅层以及位于所述锗硅层上的锗硅盖帽层。
[0026] 其中，所述锗硅层中锗的浓度为10%_60%，所述锗硅层的厚度为2_20nm;所述锗硅 盖帽层的材料为硅，所述锗硅盖帽层的厚度为2-15nm。
[0027] 其中，在所述步骤SlOl中，在形成所述伪栅极结构之前，所述半导体衬底（100或 200)上具有鳍型结构。
[0028] 本发明实施例二提供一种半导体器件的制造方法，该方法包括：
[0029] 步骤SlOl :提供半导体衬底，在所述半导体衬底的拟形成N型低阈值电压晶体管、 N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的区域分别形成包 括伪栅极氧化层、伪栅极和栅极侧壁的伪栅极结构，并在所述伪栅极结构之间形成层间介 电层，去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层；
[0030] 步骤S102 :在所述栅极侧壁之间自下而上依次形成N型低阈值电压晶体管、N型高 阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的界面层、高k介电层、 盖帽层和阻挡层；
[0031] 步骤S103:在所述阻挡层上形成所述N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体 管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的功函数金属层；
[0032] 步骤S104 :在所述功函数金属层上形成金属栅极。
[0033] 其中，所述盖帽层的材料为氮化钛，所述阻挡层的材料为氮化钽。
[0034] 其中，所述阻挡层的厚度为5-40A。
[0035] 其中，所述半导体器件中的N型晶体管与P型晶体管的功函数金属层不同。
[0036] 其中，所述步骤S103包括：
[0037] 步骤S1031' ：形成所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高 阈值电压晶体管的第一功函数金属层；
[0038] 步骤S1032' ：形成所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高 阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属 层和所述P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层；
[0039] 步骤S1033' ：形成所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型低 阈值电压晶体管的第三功函数金属层；
[0040] 步骤S1034' ：形成所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高 阈值电压晶体管的第三功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第四功函数金属 层和所述P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层。
[0041] 其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层的材料为氮化钛；
[0042] 所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的 第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阈值 电压晶体管的第二功函数金属层的材料为氮化钽；
[0043] 所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型低阈值电压晶体管的 第三功函数金属层的材料为氮化钛；
[0044] 形成所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体 管的第三功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第四功函数金属层和所述P型高 阈值电压晶体管的第三功函数金属层的材料为钛铝合金。
[0045] 其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层的厚度为10...Mf八：
[0046] 所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的 第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阈值 电压晶体管的第二功函数金属层的厚度为4-40A;
[0047] 所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型低阈值电压晶体管的 第三功函数金属层的厚度为10-50A。
[0048] 其中，在所述步骤SlOl中，在形成所述伪栅极结构之前，所述半导体衬底（100或 200)上具有鳍型结构。
[0049] 本发明实施例三提供一种半导体器件，包括：半导体衬底以及位于所述半导体衬 底上的N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈 值电压晶体管；
[0050] 所述N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P 型高阈值电压晶体管均包括由栅极侧壁以及位于所述栅极侧壁之间的栅极叠层结构组成 的栅极结构；
[0051] 其中，所述栅极叠层结构包括自下而上设置的界面层、高k介电层、功函数金属层 和金属栅极，并且，所述栅极叠层结构还包括位于所述高k介电层与所述功函数金属层之 间的盖帽层和阻挡层，所述阻挡层位于所述盖帽层的上方并与所述功函数金属层相接触。
[0052] 其中，所述盖帽层为氮化钛，所述阻挡层为氮化钽。
[0053] 其中，所述阻挡层的厚度为5-40A。
[0054] 其中，所述半导体器件中的N型晶体管与P型晶体管的功函数金属层不同。
[0055] 其中，所述N型低阈值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第一功函 数金属层和第二功函数金属层；所述N型高阈值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上 设置的第一功函数金属层、第二功函数金属层和第三功函数金属层；所述P型低阈值电压 晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第一功函数金属层、第二功函数金属层和第三 功函数金属层；所述P型高阈值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第一功函 数金属层、第二功函数金属层和第三功函数金属层。
[0056] 其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层与所述P型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层的材料为氮化钛；
[0057] 所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层与所述P型高阈值电压晶体管的 第二功函数金属层、所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述N型高阈值 电压晶体管的第一功函数金属层的材料为氮化钽；
[0058] 所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层的材料为氮化钛；
[0059] 所述P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层与所述P型高阈值电压晶体管的 第三功函数金属层、所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层以及所述N型高阈值 电压晶体管的第三功函数金属层的材料为钛铝合金。
[0060] 其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层与所述P型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层的厚度为10-50
[0061] 所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层与所述P型高阈值电压晶体管的 第二功函数金属层、所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述N型高阈值 电压晶体管的第一功函数金属层的厚度为4-40
[0062] 所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层的厚度为10-50Ais
[0063] 其中，所述P型低阈值电压晶体管的沟道区域形成有锗硅层以及位于所述锗硅层 上的锗硅盖帽层。
[0064] 其中，所述锗硅层中锗的浓度为10%_60%，所述锗硅层的厚度为2_20nm;并且，所 述锗硅盖帽层的材料为硅，所述锗硅盖帽层的厚度为2-15nm。
[0065] 其中，所述N型低阈值电压晶体管、所述N型高阈值电压晶体管、所述P型低阈值 电压晶体管和所述P型高阈值电压晶体管能够被作为逻辑器件。并且，所述P型高阈值电 压晶体管和所述N型高阈值电压晶体管还能够被作为低漏电流器件。
[0066] 其中，所述半导体衬底上具有鳍型结构，所述半导体器件中的晶体管为鳍型场效 应晶体管。
[0067] 本发明实施例四提供一种半导体器件，包括：半导体衬底以及位于所述半导体衬 底上的N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈 值电压晶体管；
[0068] 所述N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管均包括由栅极侧壁以及位于所述栅极侧壁之间的栅极叠层结构组成 的栅极结构；
[0069] 其中，所述栅极叠层结构包括自下而上设置的界面层、高k介电层、功函数金属层 和金属栅极，并且，所述栅极叠层结构还包括位于所述高k介电层与所述功函数金属层之 间的盖帽层和阻挡层，所述阻挡层位于所述盖帽层的上方并与所述功函数金属层相接触。
[0070] 其中，所述盖帽层为氮化钛，所述阻挡层为氮化钽。
[0071] 其中，所述阻挡层的厚度为5-40Aa
[0072] 其中，所述半导体器件中的N型晶体管与P型晶体管的功函数金属层不同。
[0073] 其中，所述N型低阈值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第一功函 数金属层和第二功函数金属层；所述N型高阈值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上 设置的第一功函数金属层、第二功函数金属层和第三功函数金属层；所述P型低阈值电压 晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第一功函数金属层、第二功函数金属层、第三 功函数金属层和第四功函数金属层；所述P型高阈值电压晶体管的功函数金属层包括自下 而上设置的第一功函数金属层、第二功函数金属层和第三功函数金属层。
[0074] 其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层与所述P型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层的材料为氮化钛；
[0075] 所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层与所述P型高阈值电压晶体管的 第二功函数金属层、所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述N型高阈值 电压晶体管的第一功函数金属层的材料为氮化钽；
[0076] 所述P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层与所述N型高阈值电压晶体管的 第二功函数金属层的材料为氮化钛；
[0077] 所述P型低阈值电压晶体管的第四功函数金属层与所述P型高阈值电压晶体管的 第三功函数金属层、所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层以及所述N型高阈值 电压晶体管的第三功函数金属层的材料为钛铝合金。
[0078] 其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层与所述P型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层的厚度为1 0-5()Λ;
[0079] 所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层与所述P型高阈值电压晶体管的 第二功函数金属层、所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述N型高阈值 电压晶体管的第一功函数金属层的厚度为4-40A;
[0080] 所述P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层与所述N型高阈值电压晶体管的 第二功函数金属层的厚度为10-50A。
[0081] 其中，所述N型低阈值电压晶体管、所述N型高阈值电压晶体管、所述P型低阈值 电压晶体管和所述P型高阈值电压晶体管能够被作为逻辑器件。并且，所述P型高阈值电 压晶体管和所述N型高阈值电压晶体管还能够被作为低漏电流器件。
[0082] 其中，所述半导体衬底（100或200)上具有鳍型结构，所述半导体器件中的晶体管 为鳍型场效应晶体管。
[0083] 本发明的半导体器件的制造方法，通过在栅极叠层结构中增加盖帽层和阻挡层， 实现了对晶体管的阈值电压的调节，可以更好地实现具有多阈值电压的半导体器件。本发 明的半导体器件，由于在栅极叠层结构中增加了盖帽层和阻挡层，可以实现对晶体管的阈 值电压的调节，具有更好的阈值电压特性。

【专利附图】

【附图说明】
[0084] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
[0085] 附图中：
[0086] 图IA至图IH为本发明实施例一的一种半导体器件的制造方法的相关步骤形成的 结构的示意性剖视图；
[0087] 图2A至图2G为本发明实施例二的一种半导体器件的制造方法的相关步骤形成的 结构的示意性剖视图；
[0088] 图3A为本发明实施例一的一种半导体器件的制造方法的一种典型性流程图；
[0089] 图3B为本发明实施例二的一种半导体器件的制造方法的一种典型性流程图；
[0090] 图4为本发明实施例三的一种半导体器件的结构的一种示意性剖视图；
[0091] 图5为本发明实施例四的一种半导体器件的结构的一种示意性剖视图。

【具体实施方式】
[0092] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。
[0093] 应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的 实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给 本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终 相同附图标记表示相同的元件。
[0094] 应当明白，当元件或层被称为"在...上"、"与...相邻"、"连接到"或"耦合到"其 它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层， 或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为"直接在...上"、"与...直接相邻"、 "直接连接到"或"直接耦合到"其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管 可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、 层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部 分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元 件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
[0095]空间关系术语例如"在...下"、"在...下面"、"下面的"、"在...之下"、"在...之 上"、"上面的"等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与 其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使 用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为"在其它元件下 面"或"在其之下"或"在其下"元件或特征将取向为在其它元件或特征"上"。因此，示例性 术语"在...下面"和"在...下"可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向（旋转90 度或其它取向）并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
[0096]在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使 用时，单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出 另外的方式。还应明白术语"组成"和/或"包括"，当在该说明书中使用时，确定所述特征、 整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操 作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语"和/或"包括相关所列项目的任 何及所有组合。
[0097]这里参考作为本发明的理想实施例（和中间结构）的示意图的横截面图来描述发 明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因 此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致 的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓 度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋 藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示 意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。 [0098]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便 阐释本发明提出的半导体器件及其制造方法。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除 了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0099]实施例一
[0100] 本发明实施例提供一种半导体器件的制造方法，该方法通过在栅极叠层结构中增 加盖帽层（caplayer)和阻挡层（barrierlayer),实现了对晶体管的阈值电压的调节，可 以更好地实现具有多阈值电压的半导体器件。
[0101] 下面，参照图IA至图IH以及图3A来描述本发明实施例一提出的一种半导体器件 的制造方法。其中，图IA至图IH为本发明实施例的一种半导体器件的制造方法的相关步 骤形成的结构的示意性剖视图；图3A为本发明实施例的一种半导体器件的制造方法的一 种典型性流程图。
[0102] 本发明实施例的半导体器件的制造方法，包括如下步骤：
[0103] 步骤Al:提供半导体衬底100,在半导体衬底100上拟形成P型低阈值电压晶体管 的区域形成锗硅层10301。形成的图形如图IA所示。其中，锗硅层10301作为P型低阈值 电压晶体管的沟道。
[0104] 示例性地，步骤Al可以包括如下步骤：
[0105] 步骤AlOl:提供半导体衬底100,在半导体衬底100上形成覆盖拟形成N型低阈值 电压晶体管的区域、拟形成N型高阈值电压晶体管的区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的 区域和拟形成P型高阈值电压晶体管的区域的锗硅（SiGe)材料层。
[0106] 其中，形成该锗硅材料层的方法，可以为外延生长法或其他合适的方法。
[0107] 在本实施例中，优选地，在形成该锗硅材料层之前，所述半导体衬底上形成有鳍型 结构（图IA中未示出）。该鳍型结构分布在所述拟形成N型低阈值电压晶体管的区域、拟形 成N型高阈值电压晶体管的区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的区域和拟形成P型高阈 值电压晶体管的区域。由于半导体衬底100上具有鳍型结构，可以保证最终制造的半导体 器件中的晶体管(包括N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体 管和P型高阈值电压晶体管）为鳍型场效应晶体管。实际上，由于图IA为沿栅极宽度方向 的剖面图，而鳍型结构一般在沿栅极长度方向的剖视图中才可以被看出来，因此图IA中未 显示鳍型结构。在本实施例中，各个晶体管优选为鳍型场效应晶体管（FinFET)。
[0108] 步骤A102 :去除所述锗硅材料层位于拟形成P型低阈值电压晶体管的区域以外的 部分，形成锗硅层10301。形成的图形如图IA所示。
[0109] 其中，去除的方法可以采用刻蚀等各种可行的方法，在此并不进行限定。
[0110] 在本实施例中，锗硅层10301应覆盖最终形成的P型低阈值电压晶体管的沟道区 域（即，覆盖相应的晶体管的栅极下方的区域)，当然，锗硅层10301也可以覆盖沟道区域之 外的其他区域。
[0111] 在本实施例中，半导体衬底100还可以包括浅沟槽隔离1001以及阱区等其他组 件。为了表示的简要，图IA中仅示出了浅沟槽隔离1001。
[0112] 在本实施例中，锗硅层10301作为P型低阈值电压晶体管的沟道。锗硅层10301 的厚度优选为2nm至20nm。在锗硅层10301中，锗的浓度（即原子百分比)一般为10%-60%。
[0113] 此外，在步骤Al中，还可以包括在锗硅层10301上形成锗硅盖帽层（简称盖帽层） 的步骤。为了表示简要，图IA及后续附图中未示出盖帽层。其中，盖帽层的作用在于保证作 为沟道的锗硅层10301更好地发挥沟道作用，只需保证盖帽层完全覆盖锗硅层10301即可， 盖帽层的材料可以为硅(包括多晶硅、单晶硅、非晶硅等各种硅材料)或其他合适的材料。盖 帽层的厚度一般为2nm至15nm。
[0114] 步骤A2 :在半导体衬底100上拟形成N型低阈值电压晶体管的区域、拟形成N型 高阈值电压晶体管的区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的区域和拟形成P型高阈值电压 晶体管的区域分别形成包括栅极侧壁（包括栅极侧壁1011、1021、1031和1041)和位于所 述栅极侧壁之间的伪栅极氧化层以及伪栅极的伪栅极结构，并在不同区域的所述伪栅极结 构之间形成层间介电层1002,去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层，形成的图形如图IB所 /Jn〇
[0115] 其中，在本实施例中，应保证锗硅层10301位于P型低阈值电压晶体管的沟道区 域，至于锗硅层10301是否延伸至该晶体管的沟道区域之外，本实施例并不进行限定。
[0116] 在本实施例中，由于P型低阈值电压晶体管的沟道区域形成有锗硅层，因此可以 有效地对该晶体管的阈值电压进行调节，进而使得制得的半导体器件具有不同的阈值电 压。
[0117] 在步骤A2中，还可以包括进行浅掺杂（LDD)的步骤、形成源极和漏极的步骤等，这 些步骤可以采用现有技术中的各种可行的方案，此处不再赘述。
[0118] 步骤A3 :在位于拟形成N型低阈值电压晶体管的区域、拟形成N型高阈值电压晶 体管的区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的区域和拟形成P型高阈值电压晶体管的区域 的栅极侧壁之间自下而上依次形成界面层（包括N型低阈值电压晶体管的界面层1012、N 型高阈值电压晶体管的界面层1022、P型低阈值电压晶体管的界面层1032和P型高阈值 电压晶体管的界面层1042)、高k介电层（包括N型低阈值电压晶体管的高k介电层1013、 N型高阈值电压晶体管的高k介电层1023、P型低阈值电压晶体管的高k介电层1033和P 型高阈值电压晶体管的高k介电层1043)、盖帽层（包括N型低阈值电压晶体管的盖帽层 1014、N型高阈值电压晶体管的盖帽层1024、P型低阈值电压晶体管的盖帽层1034和P型 高阈值电压晶体管的盖帽层1044)和阻挡层（包括N型低阈值电压晶体管的阻挡层1015、 N型高阈值电压晶体管的阻挡层1025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层1035和P型高阈值 电压晶体管的阻挡层1045)。形成的图形，如图IC所示。
[0119] 在本实施例中，形成界面层、高k介电层、盖帽层和阻挡层的方法，可以采用现有 技术中的各种可行的方法，此处不再赘述。
[0120] 其中，形成的各个晶体管(包括N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P 型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管）的盖帽层（caplayer)可以采用相同的材 料，并且，各个晶体管的阻挡层（barrierlayer)也可以采用相同的材料。示例性的，盖帽 层（caplayer)采用氮化钛（TiN)或其他具有相似性质的材料，阻挡层（barrierlayer)采 用氮化钽（TaN)或其他具有相似性质的材料。阻挡层（包括N型低阈值电压晶体管的阻挡 层1015、N型高阈值电压晶体管的阻挡层1025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层1035和P 型高阈值电压晶体管的阻挡层1045)的厚度为5-40A。
[0121] 现有技术中的半导体器件的栅极叠层结构中并不存在盖帽层（caplayer)和阻挡 层（barrierlayer)。本实施例的半导体器件的制造方法，由于在栅极叠层结构中增加了盖 帽层（caplayer)和阻挡层（barrierlayer),因此可以更好地对晶体管的阈值电压进行调 节，有利于实现具有多阈值电压的半导体器件。
[0122] 步骤A4 :在所述阻挡层（包括N型低阈值电压晶体管的阻挡层1015、N型高阈值 电压晶体管的阻挡层1025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层1035和P型高阈值电压晶体管 的阻挡层1045)上形成功函数金属层，包括N型低阈值电压晶体管的功函数金属层1016、N 型高阈值电压晶体管的功函数金属层1〇26、Ρ型低阈值电压晶体管的功函数金属层1036以 及P型高阈值电压晶体管的功函数金属层1046,如图IG所示。
[0123] 在本实施例中，示例性地，N型低阈值电压晶体管的功函数金属层1016包括第一 功函数金属层10161和第二功函数金属层10162;N型高阈值电压晶体管的功函数金属层 1026包括第一功函数金属层10261、第二功函数金属层10262和第三功函数金属层10263 ; P型低阈值电压晶体管的功函数金属层1036包括第一功函数金属层10361、第二功函数金 属层10362和第三功函数金属层10363;P型高阈值电压晶体管的功函数金属层1046包括 第一功函数金属层10461、第二功函数金属层10462和第三功函数金属层10463。如图IG 所示。
[0124] 示例性地，形成功函数金属层的方法可以包括如下步骤：
[0125] 步骤A401:形成P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层10361和P型高阈值 电压晶体管的第一功函数金属层10461，如图ID所不。
[0126] 示例性地，P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层10361和P型高阈值电压 晶体管的第一功函数金属层10461的材料为氮化钛（TiN)。
[0127] 形成P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层10361和P型高阈值电压晶体管 的第一功函数金属层10461的方法，可以包括：
[0128] 在半导体衬底100上形成(例如沉积）第一功函数调节层(例如氮化钛层）；
[0129] 去除所述第一功函数调节层位于所述拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域 和拟形成P型高阈值电压晶体管的栅极区域之外的部分。
[0130] 其中，第一功函数调节层所保留的位于拟形成的P型低阈值电压晶体管的栅极区 域和拟形成的P型高阈值电压晶体管的栅极区域的部分即分别为P型低阈值电压晶体管的 第一功函数金属层10361和P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层10461。
[0131] 其中，形成第一功函数调节层的方法，可以为原子层沉积法(ALD)或低损耗物理 气相沉积法（lowdamagePVD)，以及其他合适的方法。第一功函数调节层的厚度应控制在 10-50A,以获得较佳的功函数特性。
[0132] 步骤A402:形成N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层10161、N型高阈值 电压晶体管的第一功函数金属层10261、以及P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层 10362和P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层10462,如图IE所示。
[0133] 示例性地，N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层10161、N型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层10261、以及P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层10362和 P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层10462的材料均为氮化钽（TaN)。
[0134] 示例性地，步骤A402可以通过如下步骤实现：
[0135] 在半导体衬底100上形成第二功函数调节层(例如氮化钽层）；
[0136] 去除第二功函数调节层位于拟形成N型低阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成N 型高阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域以及拟形成P 型高阈值电压晶体管的栅极区域之外的部分。
[0137] 其中，第二功函数调节层位于拟形成N型低阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成N 型高阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域以及拟形成P 型高阈值电压晶体管的栅极区域的部分即分别为N型低阈值电压晶体管的第一功函数金 属层10161、N型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层10261、以及P型低阈值电压晶体 管的第二功函数金属层10362和P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层10462。
[0138] 其中，形成第二功函数调节层的方法，可以为原子层沉积法（ALD)、低损耗物理气 相沉积法（lowdamagePVD)或化学气相沉积法（CVD)，以及其他合适的方法。第二功函数 调节层的厚度，在本实施例中控制在5-40A，以获得较佳的功函数特性。
[0139] 步骤A403:形成N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层10262,如图IF所示。
[0140] 示例性地，N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层10262的材料为氮化钛。
[0141] 示例性地，步骤A403可以通过如下步骤实现：
[0142]在半导体衬底100上形成(例如沉积）第三功函数调节层(例如氮化钛层）；
[0143] 去除第三功函数调节层位于拟形成N型高阈值电压晶体管的栅极区域之外的部 分。
[0144] 其中，第三功函数调节层位于拟形成N型高阈值电压晶体管的栅极区域的部分即 为N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层10262。
[0145] 其中，形成第三功函数调节层的方法，可以为原子层沉积法（ALD)、低损耗物理气 相沉积法（lowdamagePVD)或化学气相沉积法（CVD)，以及其他合适的方法。第三功函数 调节层的厚度，在本实施例中控制在5-50.Λ,以获得较佳的功函数特性。
[0146] 步骤A404 :形成N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层10162、N型高阈值 电压晶体管的第三功函数金属层10263以及P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层 10363和P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层10463,如图IG所示。
[0147] 示例性地，N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层10162、N型高阈值电压晶 体管的第三功函数金属层10263以及P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层10363和 P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层10463的材料均为钛铝合金（TiAl)。
[0148] 示例性地，步骤A404可以通过如下步骤实现：
[0149] 在半导体衬底100上形成(例如沉积）第四功函数调节层(例如铝钛合金层）；
[0150] 去除第四功函数调节层位于拟形成N型低阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成N 型高阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域以及拟形成P 型高阈值电压晶体管的栅极区域之外的部分。
[0151] 其中，第四功函数调节层位于拟形成N型低阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成N 型高阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域以及拟形成P 型高阈值电压晶体管的栅极区域的部分即分别为N型低阈值电压晶体管的第二功函数金 属层10162、N型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层10263以及P型低阈值电压晶体管 的第三功函数金属层10363和P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层10463。
[0152] 当然，本实施例中实现步骤A4的方法并不局限于上述的步骤A401至A404,还可以 采用其他任何可行的方式来形成功函数金属层。例如，步骤A402和A403可以合并在一起， 在连续沉积第二功函数调节层和第三功函数调节层之后，通过刻蚀工艺形成N型低阈值电 压晶体管的第一功函数金属层10161、N型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层10261、P 型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层10362和P型高阈值电压晶体管的第二功函数金 属层10462,以及N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层10262。
[0153] 在本实施例中，由于形成的N型晶体管(包括N型高阈值电压晶体管和N型低阈值 电压晶体管）和P型晶体管(包括P型高阈值电压晶体管和P型低阈值电压晶体管）采用了 不同的功函数金属层，因此可以进一步调节各个晶体管的功函数，进而调节各个晶体管的 阈值电压，实现半导体器件的多阈值电压。需要说明的是，本实施例的N型晶体管(包括N 型高阈值电压晶体管和N型低阈值电压晶体管)和P型晶体管(包括P型高阈值电压晶体管 和P型低阈值电压晶体管)的功函数金属层并不限于上述具体结构，还可以采用其他可行的 结构，在此并不对此进行限定。
[0154] 步骤A5 :在功函数金属层(包括N型低阈值电压晶体管的功函数金属层1016、N型 高阈值电压晶体管的功函数金属层1〇26、Ρ型低阈值电压晶体管的功函数金属层1036和P 型高阈值电压晶体管的功函数金属层1046)上形成金属栅极（包括N型低阈值电压晶体管 的金属栅极1〇17、Ν型高阈值电压晶体管的金属栅极1027、P型低阈值电压晶体管的金属栅 极1037以及P型高阈值电压晶体管的金属栅极1047)，如图IH所示。
[0155] 在本实施例中，附图IA至IH仅仅用于示意，示出的各组件或膜层的形状，并不代 表它们的实际形状。一般而言，当使用沉积法形成界面层、高k介电层、盖帽层、阻挡层以及 功函数金属层等膜层时，相应的膜层在栅极侧壁上也会有沉积，为了表示的简要，图IA至 IH并未示出这一情况。并且，在本实施例中，各个晶体管的盖帽层、阻挡层、功函数金属层的 截面优选为U型结构，以增大与其上方和下方的膜层的接触面积，提高晶体管的性能。
[0156] 至此，完成了本发明实施例的一种半导体器件的制造方法的关键步骤的介绍。接 下来可以参照现有技术中的工艺流程来完成整个半导体器件的制造，例如，后续还可以包 括形成金属互连结构的步骤等，关于后续步骤，此处不再赘述。
[0157] 需要说明的是，在本发明的各个实施例中，"栅极叠层结构"是指包括界面层、高k 介电层、盖帽层、阻挡层、功函数金属层、金属栅极等层的位于栅极侧壁之间的层叠结构。
[0158]在本实施例的半导体器件的制造方法所制造的半导体器件中，N型低阈值电压晶 体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管以及P型高阈值电压晶体管均可以用 作逻辑器件（logicdevice)，P型高阈值电压晶体管和N型高阈值电压晶体管则也可以被 用作低漏电流器件（lowleakagedevice)。
[0159]本实施例的半导体器件的制造方法，通过在栅极叠层结构中增加盖帽层（cap layer)和阻挡层（barrierlayer)，实现了对晶体管的阈值电压的调节，可以更好地实现具 有多阈值电压的半导体器件。相对于现有技术中的阈值电压调节方法(例如通过对金属栅 极进行离子注入的方式调节阈值电压)，该方法不需要离子注入的步骤，具有工艺简单、易 于实现等优点。
[0160] 图3A示出了本发明提出的一种半导体器件的制造方法的一种典型流程图，具体 包括：
[0161] 步骤Al:提供半导体衬底，在所述半导体衬底的拟形成P型低阈值电压晶体管的 区域形成锗硅层；
[0162] 步骤A2:在所述半导体衬底的拟形成N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体 管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的区域分别形成包括伪栅极氧化层、伪 栅极和栅极侧壁的伪栅极结构，并在所述伪栅极结构之间形成层间介电层，去除所述伪栅 极和所述伪栅极氧化层；
[0163] 步骤A3:在所述栅极侧壁之间自下而上依次形成N型低阈值电压晶体管、N型高阈 值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的界面层、高k介电层、盖 帽层和阻挡层；
[0164] 步骤A4:在所述阻挡层上形成所述N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体 管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的功函数金属层；
[0165] 步骤A5 :在所述功函数金属层上分别形成所述N型低阈值电压晶体管、所述N型 高阈值电压晶体管、所述P型低阈值电压晶体管和所述P型高阈值电压晶体管的金属栅极。
[0166] 实施例二
[0167]本发明实施例提供另一种半导体器件的制造方法，该方法也通过在栅极叠层结构 中增加盖帽层（caplayer)和阻挡层（barrierlayer),实现了对晶体管的阈值电压的调 节，可以更好地实现具有多阈值电压的半导体器件。与实施例一的不同之处在于，本实施例 中的半导体器件的制造方法省略了在P型低压晶体管的沟道区域形成锗硅层的步骤、增加 了在P型低压晶体管中形成第四功函数金属层的步骤。
[0168] 下面，参照图2A至图2G以及图3B来描述本发明实施例二提出的一种半导体器件 的制造方法。其中，图2A至图2G为本发明实施例的一种半导体器件的制造方法的相关步 骤形成的结构的示意性剖视图；图3B为本发明实施例的一种半导体器件的制造方法的一 种典型性流程图。
[0169] 本发明实施例的半导体器件的制造方法，包括如下步骤：
[0170] 步骤Bl:提供半导体衬底200,在半导体衬底200上拟形成N型低阈值电压晶体管 的区域、拟形成N型高阈值电压晶体管的区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的区域和拟形 成P型高阈值电压晶体管的区域分别形成包括栅极侧壁（包括栅极侧壁2011、2021、2031 和2041)和位于所述栅极侧壁之间的伪栅极氧化层以及伪栅极的伪栅极结构，并在不同区 域的所述伪栅极结构之间形成层间介电层2002,去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层，形 成的图形如图2A所示。
[0171] 在本实施例中，优选地，在形成该伪栅极结构之前，所述半导体衬底上形成有鳍型 结构（图2A中未示出）。该鳍型结构分布在所述拟形成N型低阈值电压晶体管的区域、拟形 成N型高阈值电压晶体管的区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的区域以及拟形成P型高 阈值电压晶体管的区域。由于半导体衬底200上具有鳍型结构，可以保证最终制造的半导 体器件中的晶体管(包括N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶 体管和P型高阈值电压晶体管）为鳍型场效应晶体管。实际上，由于图2A为沿栅极宽度方 向的剖面图，而鳍型结构一般在沿栅极长度方向的剖视图中才可以被看出来，因此图2A中 未显示鳍型结构。在本实施例中，各个晶体管优选为鳍型场效应晶体管（FinFET)。
[0172] 在步骤BI中，还可以包括进行浅掺杂（LDD)的步骤、形成源极和漏极的步骤等，这 些步骤可以采用现有技术中的各种可行的方案，此处不再赘述。
[0173] 步骤B2 :在位于拟形成N型低阈值电压晶体管的区域、拟形成N型高阈值电压晶 体管的区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的区域和拟形成P型高阈值电压晶体管的区域 的栅极侧壁之间依次形成界面层（包括N型低阈值电压晶体管的界面层2012、N型高阈值 电压晶体管的界面层2022、P型低阈值电压晶体管的界面层2032和P型高阈值电压晶体管 的界面层2042)、高k介电层（包括N型低阈值电压晶体管的高k介电层2013、N型高阈值 电压晶体管的高k介电层2023、P型低阈值电压晶体管的高k介电层2033和P型高阈值电 压晶体管的高k介电层2043)、盖帽层（包括N型低阈值电压晶体管的盖帽层2014、N型高 阈值电压晶体管的盖帽层2024、P型低阈值电压晶体管的盖帽层2034和P型高阈值电压晶 体管的盖帽层2044)和阻挡层（包括N型低阈值电压晶体管的阻挡层2015、N型高阈值电 压晶体管的阻挡层2025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层2035和P型高阈值电压晶体管的 阻挡层2045)。形成的图形如图2B所示。
[0174] 在本实施例中，形成界面层、高k介电层、盖帽层和阻挡层的方法，可以采用现有 技术中的各种可行的方法，此处不再赘述。
[0175] 其中，形成的各个晶体管(包括N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P 型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管）的盖帽层（cap layer)可以采用相同的材 料，并且，各个晶体管的阻挡层（barrierlayer)也可以采用相同的材料。示例性的，盖帽 层（caplayer)采用氮化钛（TiN)或其他具有相似性质的材料，阻挡层（barrierlayer)采 用氮化钽（TaN)或其他具有相似性质的材料。阻挡层（包括N型低阈值电压晶体管的阻挡 层2015、N型高阈值电压晶体管的阻挡层2025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层2035和P 型高阈值电压晶体管的阻挡层2045)的厚度为5-40A。
[0176] 在现有技术中，栅极叠层结构中并不存在盖帽层（caplayer)和阻挡层（barrier layer)。本实施例的半导体器件的制造方法，由于在栅极叠层结构中增加了盖帽层（cap layer)和阻挡层（barrierlayer)，因此可以更好地对晶体管的阈值电压进行调节，有利于 实现具有多阈值电压的半导体器件。
[0177] 步骤B3:在所述阻挡层（包括N型低阈值电压晶体管的阻挡层2015、N型高阈值 电压晶体管的阻挡层2025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层2035和P型高阈值电压晶体管 的阻挡层2045)上形成功函数金属层，包括N型低阈值电压晶体管的功函数金属层2016、N 型高阈值电压晶体管的功函数金属层2026、P型低阈值电压晶体管的功函数金属层2036以 及P型高阈值电压晶体管的功函数金属层2046,如图2F所示。
[0178] 在本实施例中，示例性地，如图2F所示，N型低阈值电压晶体管的功函数金属层 2016包括第一功函数金属层20161和第二功函数金属层20162;N型高阈值电压晶体管的 功函数金属层2026包括第一功函数金属层20261、第二功函数金属层20262和第三功函数 金属层20263;P型低阈值电压晶体管的功函数金属层2036包括第一功函数金属层20361、 第二功函数金属层20362、第三功函数金属层20363和第四功函数金属层20364;P型高 阈值电压晶体管的功函数金属层2046包括第一功函数金属层20461、第二功函数金属层 20462和第三功函数金属层20463。
[0179] 示例性地，形成功函数金属层的方法可以包括如下步骤：
[0180] 步骤B301:形成P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层20361和P型高阈值 电压晶体管的第一功函数金属层20461，如图2C所不。
[0181] 示例性地，P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层20361和P型高阈值电压 晶体管的第一功函数金属层20461的材料为氮化钛（TiN)。
[0182] 示例性地，步骤B301可以通过如下步骤实现：
[0183] 在半导体衬底200上形成第一功函数调节层(例如氮化钛层）；
[0184] 去除所述第一功函数调节层位于所述拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域 和拟形成P型高阈值电压晶体管的栅极区域之外的部分。
[0185] 其中，第一功函数调节层所保留的位于拟形成的P型低阈值电压晶体管的栅极区 域和拟形成的P型高阈值电压晶体管的栅极区域的部分即分别为P型低阈值电压晶体管的 第一功函数金属层20361和P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层20461。
[0186] 其中，形成第一功函数调节层的方法，可以为原子层沉积法（ALD)、低损耗物理 气相沉积法（lowdamagePVD)或其他合适的方法。第一功函数调节层的厚度应控制在 10-50人,以获得较佳的功函数特性。
[0187] 步骤B302 :形成N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层20161、N型高阈值 电压晶体管的第一功函数金属层20261、以及P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层 20362和P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层20462,如图2D所示。
[0188] 示例性地，N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层20161、N型高阈值电压晶 体管的第一功函数金属层20261以及P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层20362和 P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层20462的材料均为氮化钽（TaN)。
[0189] 示例性地，步骤B302可以通过如下步骤实现：
[0190] 在半导体衬底200上形成第二功函数调节层(例如氮化钽层）；
[0191] 去除第二功函数调节层位于拟形成N型低阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成N 型高阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域以及拟形成P 型高阈值电压晶体管的栅极区域之外的部分。
[0192] 其中，第二功函数调节层位于拟形成N型低阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成N 型高阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域以及拟形成P 型高阈值电压晶体管的栅极区域的部分即分别为N型低阈值电压晶体管的第一功函数金 属层20161、N型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层20261以及P型低阈值电压晶体管 的第二功函数金属层20362和P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层20462。
[0193] 其中，形成第二功函数调节层的方法，可以为原子层沉积法（ALD)、低损耗物理气 相沉积法（lowdamagePVD)或化学气相沉积法（CVD)，以及其他合适的方法。第二功函数 调节层的厚度，在本实施例中控制在5-40A,以获得较佳的功函数特性。
[0194] 步骤B303:形成N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层20262和P型低阈值 电压晶体管的第三功函数金属层20363,如图2E所示。
[0195] 示例性地，N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层20262和P型低阈值电压 晶体管的第三功函数金属层20363的材料为氮化钛。
[0196] 示例性地，步骤B303可以通过如下步骤实现：
[0197] 在半导体衬底200上形成第三功函数调节层(例如氮化钛层）；
[0198] 去除第三功函数调节层位于拟形成N型高阈值电压晶体管的栅极区域以及拟形 成P型低阈值电压晶体管的栅极区域之外的部分。
[0199] 其中，第三功函数调节层位于拟形成N型高阈值电压晶体管的栅极区域的部分以 及位于拟形成的P型低阈值电压晶体管的栅极区域的部分即分别为N型高阈值电压晶体管 的第二功函数金属层20262和P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层20363。
[0200] 其中，形成第三功函数调节层的方法，可以为原子层沉积法（ALD)、低损耗物理气 相沉积法（lowdamagePVD)或化学气相沉积法（CVD)，以及其他合适的方法。第三功函数 调节层的厚度，在本实施例中控制在5-50A,以获得较佳的功函数特性。
[0201] 步骤B304:形成N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层20162、N型高阈值 电压晶体管的第三功函数金属层20263以及P型低阈值电压晶体管的第四功函数金属层 20364和P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层20463,如图2F所示。
[0202] 示例性地，N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层20162、N型高阈值电压晶 体管的第三功函数金属层20263以及P型低阈值电压晶体管的第四功函数金属层20364和 P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层20463的材料均为钛铝合金（TiAl)。
[0203] 示例性地，步骤B304可以通过如下步骤实现：
[0204] 在半导体衬底200上形成(例如沉积）第四功函数调节层(例如铝钛合金层）；
[0205] 去除第四功函数调节层位于拟形成N型低阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成N 型高阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域以及拟形成P型高阈值电压晶体管的栅极区域之外的部分。
[0206] 其中，第四功函数调节层位于拟形成N型低阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成N 型高阈值电压晶体管的栅极区域、拟形成P型低阈值电压晶体管的栅极区域以及拟形成P 型高阈值电压晶体管的栅极区域的部分即分别为N型低阈值电压晶体管的第二功函数金 属层20162、N型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层20263以及P型低阈值电压晶体管 的第四功函数金属层20364和P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层20463。
[0207] 当然，本实施例中实现步骤B3的方法并不局限于上述的步骤B301至B304,还可以 采用其他任何可行的方式来形成功函数金属层。例如，步骤B302和B303可以合并在一起， 在连续沉积第二功函数调节层和第三功函数调节层之后，通过刻蚀工艺形成N型低阈值电 压晶体管的第一功函数金属层20161、N型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层20261、P 型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层20362和P型高阈值电压晶体管的第二功函数金 属层20462,以及N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层20262和P型低阈值电压晶体 管的第三功函数金属层20363。
[0208] 在本实施例中，由于形成的N型晶体管(包括N型高阈值电压晶体管和N型低阈值 电压晶体管）和P型晶体管(包括P型高阈值电压晶体管和P型低阈值电压晶体管）采用了 不同的功函数金属层，因此可以进一步调节各个晶体管的功函数，进而调节各个晶体管的 阈值电压，实现半导体器件的多阈值电压。需要说明的是，本实施例的N型晶体管(包括N 型高阈值电压晶体管和N型低阈值电压晶体管)和P型晶体管(包括P型高阈值电压晶体管 和P型低阈值电压晶体管)的功函数金属层并不限于上述具体结构，还可以采用其他可行的 结构，在此并不对此进行限定。
[0209] 步骤M:在功函数金属层(包括N型低阈值电压晶体管的功函数金属层2016、N型 高阈值电压晶体管的功函数金属层2026、P型低阈值电压晶体管的功函数金属层2036和P 型高阈值电压晶体管的功函数金属层2046)上形成金属栅极（包括N型低阈值电压晶体管 的金属栅极2017、N型高阈值电压晶体管的金属栅极2027、P型低阈值电压晶体管的金属栅 极2037以及P型高阈值电压晶体管的金属栅极2047)，如图2G所示。
[0210] 在本实施例中，附图2A至2G仅用于示意，示出的各组件或膜层的形状，并不代表 它们的实际形状。一般而言，当使用沉积法形成界面层、高k介电层、盖帽层、阻挡层以及功 函数金属层等膜层时，相应的膜层在栅极侧壁上也会有沉积，为了表示的简要，图2A至2G 并未示出这一情况。并且，在本实施例中，各个晶体管的盖帽层、阻挡层、功函数金属层的截 面优选为U型结构，以增大与其上方和下方的膜层的接触面积，提高晶体管的性能。
[0211] 至此，完成了本发明实施例的一种半导体器件的制造方法的关键步骤的介绍。接 下来可以参照现有技术中的工艺流程来完成整个半导体器件的制造，例如，后续还可以包 括形成金属互连结构的步骤等，关于后续步骤，此处不再赘述。
[0212] 在本实施例的半导体器件的制造方法所制造的半导体器件中，N型低阈值电压晶 体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管以及P型高阈值电压晶体管均可以用 作逻辑器件（logicdevice)，P型高阈值电压晶体管和N型高阈值电压晶体管则也可以被 用作低漏电流器件（lowleakagedevice)。
[0213] 本实施例的半导体器件的制造方法，通过在栅极叠层结构中增加盖帽层（cap layer)和阻挡层（barrierlayer)，实现了对晶体管的阈值电压的调节，可以更好地实现具 有多阈值电压的半导体器件。相对于现有技术中的阈值电压调节方法(例如通过对金属栅 极进行离子注入的方式调节阈值电压)，该方法不需要离子注入的步骤，具有工艺简单、易 于实现等优点。
[0214] 图3B示出了本发明提出的一种半导体器件的制造方法的一种典型流程图，具体 包括：
[0215] 步骤Bl:提供半导体衬底，在所述半导体衬底的拟形成N型低阈值电压晶体管、N 型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的区域分别形成包 括伪栅极氧化层、伪栅极和栅极侧壁的伪栅极结构，并在所述伪栅极结构之间形成层间介 电层，去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层；
[0216] 步骤B2 :在所述栅极侧壁之间自下而上依次形成N型低阈值电压晶体管、N型高阈 值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的界面层、高k介电层、盖 帽层和阻挡层；
[0217] 步骤B3 :在所述阻挡层上形成所述N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体 管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的功函数金属层；
[0218] 步骤M:在所述功函数金属层上分别形成所述N型低阈值电压晶体管、所述N型 高阈值电压晶体管、所述P型低阈值电压晶体管和所述P型高阈值电压晶体管的金属栅极。
[0219] 实施例三
[0220] 本发明实施例提供一种半导体器件，可以采用上述实施例一的半导体器件的制造 方法来制备。
[0221] 下面，参照图4来描述本发明实施例三提出的一种半导体器件的结构。其中，图4 为本发明实施例的一种半导体器件的结构的一种示意性剖视图。
[0222] 如图4所示，本实施例的半导体器件包括：半导体衬底100以及位于半导体衬底 100上的N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高 阈值电压晶体管。其中，N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶 体管和P型高阈值电压晶体管均包括由栅极侧壁(包括N型低阈值电压晶体管的栅极侧壁 1011、N型高阈值电压晶体管的栅极侧壁1021、P型低阈值电压晶体管的栅极侧壁1031和 P型高阈值电压晶体管的栅极侧壁1041)以及位于所述栅极侧壁之间的栅极叠层结构组成 的栅极结构。
[0223] 其中，栅极叠层结构包括自下而上设置的界面层(包括N型低阈值电压晶体管的 界面层1012、N型高阈值电压晶体管的界面层1022、P型低阈值电压晶体管的界面层1032 和P型高阈值电压晶体管的界面层1042)、高k介电层(包括N型低阈值电压晶体管的高k 介电层1〇13、Ν型高阈值电压晶体管的高k介电层1023、P型低阈值电压晶体管的高k介电 层1033和P型高阈值电压晶体管的高k介电层1043)、功函数金属层(包括N型低阈值电压 晶体管的功函数金属层1016、N型高阈值电压晶体管的功函数金属层1026、P型低阈值电 压晶体管的功函数金属层1036和P型高阈值电压晶体管的功函数金属层1046)和金属栅 极(包括N型低阈值电压晶体管的金属栅极1017、N型高阈值电压晶体管的金属栅极1027、 P型低阈值电压晶体管的金属栅极1037和P型高阈值电压晶体管的金属栅极1047)。
[0224] 进一步地，在本发明实施例中，栅极叠层结构还包括位于高k介电层与功函数金 属层之间的盖帽层(包括N型低阈值电压晶体管的盖帽层1014、N型高阈值电压晶体管的盖 帽层1024、P型低阈值电压晶体管的盖帽层1034和P型高阈值电压晶体管的盖帽层1044) 和阻挡层(包括N型低阈值电压晶体管的阻挡层1015、N型高阈值电压晶体管的阻挡层 1025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层1035和P型高阈值电压晶体管的阻挡层1045)，其 中，在每一个晶体管中，阻挡层位于盖帽层的上方并与功函数金属层相接触。
[0225] 其中，盖帽层(包括N型低阈值电压晶体管的盖帽层1014、N型高阈值电压晶体管 的盖帽层1024、P型低阈值电压晶体管的盖帽层1034和P型高阈值电压晶体管的盖帽层 1044)的材料为氮化钛（TiN)或其他合适的材料，阻挡层(包括N型低阈值电压晶体管的阻 挡层1015、N型高阈值电压晶体管的阻挡层1025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层1035和 P型高阈值电压晶体管的阻挡层1045)的材料为氮化钽（TaN)或其他合适的材料。其中，盖 帽层的厚度一般为5-50A，阻挡层的厚度一般为5-40A,以获得较佳的技术效果。
[0226] 本实施例的半导体器件，通过在栅极叠层结构中增加现有的半导体器件的栅极叠 层结构中并不存在盖帽层和阻挡层，可以更好地对晶体管的阈值电压进行调节，有利于实 现具有多阈值电压。
[0227] 优选地，本实施例的半导体器件中，N型晶体管(包括N型低阈值电压晶体管和N型 高阈值电压晶体管）与P型晶体管(包括P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管） 的功函数金属层不同。
[0228] 进一步的，N型低阈值电压晶体管的功函数金属层1016包括自下而上设置的第一 功函数金属层10161和第二功函数金属层10162 ;N型高阈值电压晶体管的功函数金属层 1026包括自下而上设置的第一功函数金属层10261、第二功函数金属层10262和第三功函 数金属层10263 ;P型低阈值电压晶体管的功函数金属层1036包括自下而上设置的第一功 函数金属层10361、第二功函数金属层10362和第三功函数金属层10363 ;P型高阈值电压 晶体管的功函数金属层1046包括自下而上设置的第一功函数金属层10461、第二功函数金 属层10462和第三功函数金属层10463。其中，示例性地，P型低阈值电压晶体管的第一功 函数金属层10361与P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层10461的材料相同，二者 可以在同一工艺中形成，厚度优选为10-50A,所采用的材料可以为氮化钛；P型低阈值电 压晶体管的第二功函数金属层10362与P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层10462、 N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层10161以及N型高阈值电压晶体管的第一功函 数金属层10261的材料相同，四者可以在同一工艺中形成，厚度优选为4-40A,其材料为氮 化钽；N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层10262为氮化钛，其厚度为10-50A;P型 低阈值电压晶体管的第三功函数金属层10363与P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属 层10463、N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层10162以及N型高阈值电压晶体管的 第三功函数金属层10263的材料相同，为钛错合金。
[0229] 在本实施例中，由于N型晶体管(包括N型高阈值电压晶体管和N型低阈值电压晶 体管）和P型晶体管(包括P型高阈值电压晶体管和P型低阈值电压晶体管）采用了不同的 功函数金属层，因此可以进一步调节各个晶体管的功函数，进而调节各个晶体管的阈值电 压，实现半导体器件的多阈值电压。需要说明的是，本实施例的N型晶体管(包括N型高阈 值电压晶体管和N型低阈值电压晶体管)和P型晶体管(包括P型高阈值电压晶体管和P型 低阈值电压晶体管）的功函数金属层并不限于上述具体结构，还可以采用其他可行的结构， 在此并不对此进行限定。
[0230] 本实施例的半导体器件，在P型低阈值电压晶体管的沟道区域还可以形成有锗硅 层10301，如图IH所示。锗硅层10301应覆盖P型低阈值电压晶体管的沟道区域（S卩，覆盖 相应的晶体管的栅极下方的区域)，当然，锗硅层10301也可以覆盖沟道区域之外的其他区 域。由于P型低阈值电压晶体管的沟道区域形成有锗硅层10301，因此可以有效地对该晶体 管的阈值电压进行调节，进而使得制得的半导体器件具有不同的阈值电压。在本实施例中， 锗硅层10301的厚度优选为2nm至20nm。锗硅层10301中锗的浓度（即原子百分比）一般 为10%-60%。此外，本实施例的半导体器件还可以包括覆盖锗硅层10301的锗硅盖帽层（图 中未示出）。锗硅盖帽层(简称盖帽层)的材料可以为硅(包括多晶硅、单晶硅、非晶硅等各种 硅材料)或其他合适的材料，盖帽层的厚度一般为2nm至15nm。盖帽层的作用在于，保证作 为沟道的锗硅层10301更好地发挥作用。
[0231] 在本实施例中，优选地，半导体衬底100上形成有鳍型结构（图4中未示出）。该鳍 型结构分布在半导体衬底100上形成有N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P 型低阈值电压晶体管以及P型高阈值电压晶体管的区域。也就是说，半导体器件中的晶体 管(包括N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高 阈值电压晶体管）均为鳍型场效应晶体管。实际上，由于图4为沿栅极宽度方向的剖面图， 而鳍型结构一般在沿栅极长度方向的剖视图中才可以被看出来，因此图4中未显示鳍型结 构。在本实施例中，各个晶体管优选为鳍型场效应晶体管（FinFET)。
[0232] 在本实施例中，附图4仅用于示意，示出的各组件或膜层的形状，并不代表它们的 实际形状。一般而言，当使用沉积法形成界面层、高k介电层、盖帽层、阻挡层以及功函数金 属层等膜层时，相应的膜层在栅极侧壁上也会有沉积，为了表示的简要，图4并未示出这一 情况。
[0233] 本实施例的半导体器件还可以包括位于半导体衬底100中的浅沟槽隔离1001以 及阱区、LDD、源极和漏极等其他组件。为了表示的简要，图4中仅示出了浅沟槽隔离1001。
[0234] 在本实施例中，N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶 体管以及P型高阈值电压晶体管均可以用作逻辑器件（logic device)，P型高阈值电压晶 体管和N型高阈值电压晶体管则也可以被用作低漏电流器件（low leakage device)。
[0235] 本实施例的半导体器件，由于在栅极叠层结构中增加了盖帽层（cap layer)和阻 挡层（barrier layer)，因此实现了对晶体管的阈值电压的调节，可以更好地实现多阈值电 压，即具有更好的阈值电压特性。并且，当晶体管为鳍型场效应晶体管时，该半导体器件相 对于现有技术，具有更好的阈值电压特性。
[0236] 实施例四
[0237] 本发明实施例提供一种半导体器件，可以采用上述实施例二的半导体器件的制造 方法来制备。
[0238] 下面，参照图5来描述本发明实施例提出的一种半导体器件的结构。其中，图5为 本发明实施例的一种半导体器件的结构的一种示意性剖视图。
[0239] 如图5所示，本实施例的半导体器件包括：半导体衬底200以及位于半导体衬底 200上的N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高 阈值电压晶体管。其中，N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶 体管和P型高阈值电压晶体管均包括由栅极侧壁(包括N型低阈值电压晶体管的栅极侧壁 2011、N型高阈值电压晶体管的栅极侧壁2021、P型低阈值电压晶体管的栅极侧壁2031和 P型高阈值电压晶体管的栅极侧壁2041)以及位于所述栅极侧壁之间的栅极叠层结构组成 的栅极结构。
[0240] 其中，栅极叠层结构包括自下而上设置的界面层(包括N型低阈值电压晶体管的 界面层2012、N型高阈值电压晶体管的界面层2022、P型低阈值电压晶体管的界面层2032 和P型高阈值电压晶体管的界面层2042)、高k介电层(包括N型低阈值电压晶体管的高k 介电层2013、N型高阈值电压晶体管的高k介电层2023、P型低阈值电压晶体管的高k介电 层2033和P型高阈值电压晶体管的高k介电层2043)、功函数金属层(包括N型低阈值电压 晶体管的功函数金属层2016、N型高阈值电压晶体管的功函数金属层2026、P型低阈值电 压晶体管的功函数金属层2036和P型高阈值电压晶体管的功函数金属层2046)和金属栅 极(包括N型低阈值电压晶体管的金属栅极2017、N型高阈值电压晶体管的金属栅极2027、 P型低阈值电压晶体管的金属栅极2037和P型高阈值电压晶体管的金属栅极2047)。
[0241] 进一步地，在本发明实施例中，栅极叠层结构还包括位于高k介电层与功函数金 属层之间的盖帽层(包括N型低阈值电压晶体管的盖帽层2014、N型高阈值电压晶体管的盖 帽层2024、P型低阈值电压晶体管的盖帽层2034和P型高阈值电压晶体管的盖帽层2044) 和阻挡层(包括N型低阈值电压晶体管的阻挡层2015、N型高阈值电压晶体管的阻挡层 2025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层2035和P型高阈值电压晶体管的阻挡层2045)，其 中，在每一个晶体管中，阻挡层位于盖帽层的上方并与功函数金属层相接触。
[0242] 其中，盖帽层(包括N型低阈值电压晶体管的盖帽层2014、N型高阈值电压晶体管 的盖帽层2024、P型低阈值电压晶体管的盖帽层2034和P型高阈值电压晶体管的盖帽层 2044)的材料为氮化钛（TiN)或其他合适的材料；阻挡层(包括N型低阈值电压晶体管的阻 挡层2015、N型高阈值电压晶体管的阻挡层2025、P型低阈值电压晶体管的阻挡层2035和 P型高阈值电压晶体管的阻挡层2045)的材料为氮化钽（TaN)或其他合适的材料。其中，盖 帽层的厚度一般为5-50 阻挡层的厚度一般为5-40人，以获得较佳的技术效果。
[0243] 本实施例的半导体器件，通过在栅极叠层结构中增加现有的半导体器件的栅极叠 层结构中并不存在盖帽层和阻挡层，可以更好地对晶体管的阈值电压进行调节，有利于实 现具有多阈值电压。
[0244] 优选地，本实施例的半导体器件中，N型晶体管(包括N型低阈值电压晶体管和N型 高阈值电压晶体管）与P型晶体管(包括P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管） 的功函数金属层不同。
[0245] 进一步的，N型低阈值电压晶体管的功函数金属层2016包括自下而上设置的第一 功函数金属层20161和第二功函数金属层20162;N型高阈值电压晶体管的功函数金属层 2026包括自下而上设置的第一功函数金属层20261、第二功函数金属层20262和第三功函 数金属层20263;P型低阈值电压晶体管的功函数金属层2036包括自下而上设置的第一功 函数金属层20361、第二功函数金属层20362、第三功函数金属层20363和第四功函数金属 层20364;P型高阈值电压晶体管的功函数金属层2046包括自下而上设置的第一功函数金 属层20461、第二功函数金属层20462和第三功函数金属层20463。其中，示例性地，P型低 阈值电压晶体管的第一功函数金属层20361与P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属 层20461的材料相同，二者可以在同一工艺中形成,厚度优选为10-50A，所采用的材料可 以为氮化钛；P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层20362与P型高阈值电压晶体管 的第二功函数金属层20462、N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层20161以及N型 高阈值电压晶体管的第一功函数金属层20261的材料相同，四者可以在同一工艺中形成， 厚度优选为4-40 其材料为氮化钽；N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层20262与 P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层20363的材料相同，二者可以在同一工艺中形 成，其厚度优选为10-50A,其材料为氮化钛；P型低阈值电压晶体管的第四功函数金属层 20364与P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层20463、N型低阈值电压晶体管的第二 功函数金属层20162以及N型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层20263的材料相同， 为钛错合金。
[0246] 在本实施例中，由于N型晶体管(包括N型高阈值电压晶体管和N型低阈值电压晶 体管）和P型晶体管(包括P型高阈值电压晶体管和P型低阈值电压晶体管）采用了不同的 功函数金属层，因此可以进一步调节各个晶体管的功函数，进而调节各个晶体管的阈值电 压，实现半导体器件的多阈值电压。需要说明的是，本实施例的N型晶体管(包括N型高阈 值电压晶体管和N型低阈值电压晶体管)和P型晶体管(包括P型高阈值电压晶体管和P型 低阈值电压晶体管）的功函数金属层并不限于上述具体结构，还可以采用其他可行的结构， 在此并不对此进行限定。
[0247] 与实施例三的半导体器件的一个不同之处在于，本实施例的半导体器件，在P型 低阈值电压晶体管的沟道区域不具有锗硅层。
[0248] 在本实施例中，优选地，半导体衬底200上形成有鳍型结构（图5中未示出）。该鳍 型结构分布在半导体衬底200上形成有N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P 型低阈值电压晶体管以及P型高阈值电压晶体管的区域。也就是说，半导体器件中的晶体 管(包括N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高 阈值电压晶体管）均为鳍型场效应晶体管。实际上，由于图5为沿栅极宽度方向的剖面图， 而鳍型结构一般在沿栅极长度方向的剖视图中才可以被看出来，因此图5中未显示鳍型结 构。在本实施例中，各个晶体管优选为鳍型场效应晶体管（FinFET)。
[0249] 在本实施例中，附图5仅用于示意，示出的各组件或膜层的形状，并不代表它们的 实际形状。一般而言，当使用沉积法形成界面层、高k介电层、盖帽层、阻挡层以及功函数金 属层等膜层时，相应的膜层在栅极侧壁上也会有沉积，为了表示的简要，图5并未示出这一 情况。
[0250]本实施例的半导体器件还可以包括位于半导体衬底200中的浅沟槽隔离2001以 及阱区、LDD、源极和漏极等其他组件。为了表示的简要，图5中仅示出了浅沟槽隔离2001。
[0251] 在本实施例中，N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶 体管以及P型高阈值电压晶体管均可以用作逻辑器件（logic device)，P型高阈值电压晶 体管和N型高阈值电压晶体管则也可以被用作低漏电流器件（low leakage device)。
[0252] 本实施例的半导体器件，由于在栅极叠层结构中增加了盖帽层（cap layer)和阻 挡层（barrier layer)，因此实现了对晶体管的阈值电压的调节，可以更好地实现多阈值电 压，即，具有更好的阈值电压特性。并且，当晶体管为鳍型场效应晶体管时，该半导体器件相 对于现有技术，具有更好的阈值电压特性。
[0253] 本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于 举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人 员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的 变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由 附属的权利要求书及其等效范围所界定。
【权利要求】
1. 一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤S101 ;提供半导体衬底，在所述半导体衬底的拟形成N型低阔值电压晶体管、N型 高阔值电压晶体管、P型低阔值电压晶体管和P型高阔值电压晶体管的区域分别形成包括 伪栅极氧化层、伪栅极和栅极侧壁的伪栅极结构，并在所述伪栅极结构之间形成层间介电 层，去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层； 步骤S102 ;在所述栅极侧壁之间自下而上依次形成N型低阔值电压晶体管、N型高阔值 电压晶体管、P型低阔值电压晶体管和P型高阔值电压晶体管的界面层、高k介电层、盖帽 层和阻挡层； 步骤S103 ;在所述阻挡层上形成所述N型低阔值电压晶体管、所述N型高阔值电压晶 体管、所述P型低阔值电压晶体管和所述P型高阔值电压晶体管的功函数金属层； 步骤S104 ;在所述功函数金属层上分别形成所述N型低阔值电压晶体管、所述N型高 阔值电压晶体管、所述P型低阔值电压晶体管和所述P型高阔值电压晶体管的金属栅极。
2. 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述盖帽层的材料为氮 化铁，所述阻挡层的材料为氮化粗。
3. 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述阻挡层的厚度为 5-401。
4. 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述半导体器件中的N型 晶体管与P型晶体管的功函数金属层不同。
5. 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S103包括： 步骤S1031 ;形成所述P型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阔值 电压晶体管的第一功函数金属层； 步骤S1032 ;形成所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阔值电 压晶体管的第一功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层和所 述P型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层； 步骤S1033 ;形成所述N型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层； 步骤S1034 ;形成所述N型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高阔值电 压晶体管的第H功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第H功函数金属层和所 述P型高阔值电压晶体管的第H功函数金属层。
6. 如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 所述P型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层的材料为氮化铁； 所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阔值电压 晶体管的第二功函数金属层的材料为氮化粗； 所述N型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层为氮化铁； 所述N型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高阔值电压晶体管的第H 功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第H功函数金属层和所述P型高阔值电压 晶体管的第H功函数金属层的材料为铁铅合金。
7. 如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 所述P型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层的厚度为10-50 A; 所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阔值电压 晶体管的第二功函数金属层的厚度为4-40 A; 所述N型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层的厚度为10-50 A。
8. 如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤S101中，所提 供的半导体衬底在拟形成的所述P型低阔值电压晶体管的沟道区域形成有错娃层W及位 于所述错娃层上的错娃盖帽层。
9. 如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述错娃层中错的浓度 为10%-60%，所述错娃层的厚度为2-20nm;所述错娃盖帽层的材料为娃，所述错娃盖帽层的 厚度为2-15nm。
10. 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S103包括： 步骤S1031';形成所述P型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阔值 电压晶体管的第一功函数金属层； 步骤S1032';形成所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阔值 电压晶体管的第一功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层和 所述P型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层； 步骤S1033';形成所述N型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型低阔值 电压晶体管的第H功函数金属层； 步骤S1034';形成所述N型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高阔值 电压晶体管的第H功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第四功函数金属层和 所述P型高阔值电压晶体管的第H功函数金属层。
11. 如权利要求10所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 所述P型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层的材料为氮化铁； 所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阔值电压 晶体管的第二功函数金属层的材料为氮化粗； 所述N型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型低阔值电压晶体管的第H 功函数金属层的材料为氮化铁； 形成所述N型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高阔值电压晶体管的 第H功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第四功函数金属层和所述P型高阔值 电压晶体管的第H功函数金属层的材料为铁铅合金。
12. 如权利要求10所述的半导体器件，其特征在于， 所述P型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层的厚度为10-50 A; 所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层W及所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阔值电压 晶体管的第二功函数金属层的厚度为4-40 A; 所述N型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型低阔值电压晶体管的第H 功函数金属层的厚度为H)-50八。
13. 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤S101中，在 形成所述伪栅极结构之前，所述半导体衬底上具有錯型结构。
14. 一种半导体器件，其特征在于，包括：半导体衬底W及位于所述半导体衬底上的N 型低阔值电压晶体管、N型高阔值电压晶体管、P型低阔值电压晶体管和P型高阔值电压晶 体管； 所述N型低阔值电压晶体管、N型高阔值电压晶体管、P型低阔值电压晶体管和P型高 阔值电压晶体管均包括由栅极侧壁W及位于所述栅极侧壁之间的栅极叠层结构组成的栅 极结构； 其中，所述栅极叠层结构包括自下而上设置的界面层、高k介电层、功函数金属层和金 属栅极，并且，所述栅极叠层结构还包括位于所述高k介电层与所述功函数金属层之间的 盖帽层和阻挡层，所述阻挡层位于所述盖帽层的上方并与所述功函数金属层相接触。
15. 如权利要求14所述的半导体器件，其特征在于，所述盖帽层为氮化铁，所述阻挡层 为氮化粗。
16. 如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于，所述阻挡层的厚度为5-40 A。
17. 如权利要求14所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件中的N型晶体管与 P型晶体管的功函数金属层不同。
18. 如权利要求14所述的半导体器件，其特征在于， 所述N型低阔值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第一功函数金属层 和第二功函数金属层；所述N型高阔值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第 一功函数金属层、第二功函数金属层和第H功函数金属层；所述P型低阔值电压晶体管的 功函数金属层包括自下而上设置的第一功函数金属层、第二功函数金属层和第H功函数金 属层；所述P型高阔值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第一功函数金属 层、第二功函数金属层和第H功函数金属层。
19. 如权利要求18所述的半导体器件，其特征在于， 所述P型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层的材料为氮化铁； 所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第二 功函数金属层、所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层W及所述N型高阔值电压 晶体管的第一功函数金属层的材料为氮化粗； 所述N型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层的材料为氮化铁； 所述P型低阔值电压晶体管的第H功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第H 功函数金属层、所述N型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层W及所述N型高阔值电压 晶体管的第H功函数金属层的材料为铁铅合金。
20. 如权利要求18所述的半导体器件，其特征在于， 所述P型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层的厚度为10-50 A; 所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第二 功函数金属层、所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层W及所述N型高阔值电压 晶体管的第一功函数金属层的厚度为4_40 A; 所述N型高阔值电压晶体管的第二功函数金属层的厚度为ig_5GA。
21. 如权利要求18所述的半导体器件，其特征在于，所述P型低阔值电压晶体管的沟道 区域形成有错娃层W及位于所述错娃层上的错娃盖帽层。
22. 如权利要求21所述的半导体器件，其特征在于，所述错娃层中错的浓度为 10%-60%，所述错娃层的厚度为2-20皿；并且，所述错娃盖帽层的材料为娃，所述错娃盖帽 层的厚度为2-15皿。
23. 如权利要求14所述的半导体器件，其特征在于， 所述N型低阔值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第一功函数金属层 和第二功函数金属层；所述N型高阔值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上设置的第 一功函数金属层、第二功函数金属层和第H功函数金属层；所述P型低阔值电压晶体管的 功函数金属层包括自下而上设置的第一功函数金属层、第二功函数金属层、第H功函数金 属层和第四功函数金属层；所述P型高阔值电压晶体管的功函数金属层包括自下而上设置 的第一功函数金属层、第二功函数金属层和第H功函数金属层。
24. 如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于，所述P型低阔值电压晶体管的第一 功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第一功函数金属层的材料为氮化铁； 所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第二 功函数金属层、所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层W及所述N型高阔值电压 晶体管的第一功函数金属层的材料为氮化粗； 所述P型低阔值电压晶体管的第H功函数金属层与所述N型高阔值电压晶体管的第二 功函数金属层的材料为氮化铁； 所述P型低阔值电压晶体管的第四功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第H 功函数金属层、所述N型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层W及所述N型高阔值电压 晶体管的第H功函数金属层的材料为铁铅合金。
25. 如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于， 所述P型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第一 功函数金属层的厚度为10-50 A; 所述P型低阔值电压晶体管的第二功函数金属层与所述P型高阔值电压晶体管的第二 功函数金属层、所述N型低阔值电压晶体管的第一功函数金属层W及所述N型高阔值电压 晶体管的第一功函数金属层的厚度为4.4。A ; 所述P型低阔值电压晶体管的第H功函数金属层与所述N型高阔值电压晶体管的第二 功函数金属层的厚度为10-50 A。
26. 如权利要求14所述的半导体器件，其特征在于，所述N型低阔值电压晶体管、所述 N型高阔值电压晶体管、所述P型低阔值电压晶体管和所述P型高阔值电压晶体管能够被作 为逻辑器件。
27. 如权利要求14所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体衬底上具有錯型结构， 所述半导体器件中的晶体管为錯型场效应晶体管。
【文档编号】H01L21/8238GK104425384SQ201310411051
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】谢欣云 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司