一种半导体器件及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造工艺,尤其涉及后高K/后金属栅极(high-K&gate last)技术，提出了一种新的在NMOS区域和PMOS区域中分别形成金属栅极结构的方法。
【背景技术】
[0002]集成电路(IC)尤其是超大规模集成电路中的主要器件是金属氧化物半导体场效应晶体管(M0S)，随着半导体集成电路工业技术日益的成熟，超大规模的集成电路的迅速发展，具有更高性能和更强功能的集成电路要求更大的元件密度，而且各个部件、元件之间或各个元件自身的尺寸、大小和空间也需要进一步缩小。对于具有更先进的技术节点的CMOS而言，后高K/金属栅极(high-k and metal gate last)技术已经广泛地应用于CMOS器件中，以避免高温处理工艺对器件的损伤。同时，需要缩小CMOS器件栅极介电层的等效氧化层厚度(EOT),例如缩小至约1.lnm。在后高K (high-k last, HK last process)技术中，为了到达较小的EOT的厚度,采用化学氧化物界面层(chemical oxide IL)代替热栅氧化物层(thermal gate oxide)。
[0003]在目前的后高K/后金属栅极(high-K&gate last)技术中，包括去除虚拟多晶硅栅极和栅极氧化层以形成栅极沟槽，在栅极沟槽中沉积形成界面氧化层和高K介电层，接着在栅极沟槽中高K介电层上沉积形成功函数金属层和金属电极层，然后采用化学机械研磨(CMP)去除多余的功函数金属层和金属电极层，以形成金属栅极。目前的后高K/后金属栅极技术的工艺步骤为，在步骤100中，去除NMOS区域和PMOS区域中的虚拟栅极和栅极氧化层以形成金属栅极沟槽；在步骤101中，在NMOS区域和PMOS区域中的金属栅极沟槽中依次沉积形成界面层、高K介电层、覆盖层、阻挡层和P型功函数金属层；在步骤102中，采用光刻工艺在半导体衬底上形成图案化的光刻胶层和底部抗反射涂层，以覆盖PMOS区域露出NMOS区域；在步骤103中，去除NMOS区域中的P型功函数金属层，然后去除图案化的光刻胶层和底部抗反射涂层；在步骤104中，采用光刻工艺在半导体衬底上形成图案化的光刻胶层和底部抗反射涂层，以覆盖NMOS区域露出PMOS区域；在步骤105中，回刻蚀(recess)PMOS区域中的底部抗反射涂层和P型功函数金属层；在步骤106中，在PMOS区域中填充N型功函数金属层和电极层；在步骤107中，执行化学机械研磨。
[0004]如图1A-1E所示，为根据现有的技术制作后HK/后MG结构的半导体器件的横截面示意图，IA所示，采用刻蚀工艺去除位于半导体衬底100上NMOS区域和PMOS区域中的虚拟栅极和栅极介电层保留位于虚拟栅极结构两侧的间隙壁101，以形成金属栅极沟槽，在金属栅极沟槽中沉积形成高K介电层102、覆盖层103、阻挡层104和PMOS功函数金属层105，接着在PMOS功函数金属层105上形成底部抗反射涂层106和光刻胶层107。
[0005]如图1B所示，图案化所述底部抗反射涂层106和光刻胶层107，以露出NMOS区域覆盖PMOS区域；根据图案化的底部抗反射涂层106和光刻胶层107去除NMOS区域中的PMOS的功函数金属层以露出阻挡层104，接着去除图案化所述底部抗反射涂层106和光刻胶层107。
[0006]如图1C所示，在半导体衬底上形成底部抗反射涂层108和图案化的光刻胶层109，图案化的光刻胶层109露出PMOS区域覆盖NMOS区域，回刻蚀PMOS区域中沟槽内的底部抗反射涂层，同时去除了沟槽顶部附近的PMOS功函数金属层以露出阻挡层104，再去除底部抗反射涂层108和光刻胶层109。
[0007]如图1D所示，在半导体衬底上沉积形成NMOS功函数金属层110和金属电极层111。
[0008]如图1E所示，采用化学机械研磨工艺去除掉多余的金属层以露出层间介电层，最后形成金属栅极112。
[0009]然而，在目前的后高K介电层/后金属栅极技术中，为了避免在NMOS区域和PMOS区域的边界处形成高K介电层，同时在NMOS和PMOS区域中的形成栅极结构。同时，由于NMOS功函数金属层形成在PMOS功函数金属层上且NMOS功函数金属层的材料为TiAl，在功函数金属层和铝电极金属层之间没有扩散阻挡层，这将引起在NMOS区域中发生严重的铝扩散，也影响了金属栅极的填充。
[0010]因此，需要一种新的方法，在后高K介电层/后金属栅极工艺中分别在NMOS区域和PMOS区域形成金属栅极结构，以解决现有技术中的问题。
【发明内容】
[0011]在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本发明的
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0012]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种制作半导体器件的方法，提供具有第一区域和第二区域的半导体衬底，所述第一区域包括虚拟栅极，所述第二区域包括虚拟栅极；去除所述第一区域中的虚拟栅极和所述第二区域中的虚拟栅极，以在所述第一区域中形成第一沟槽，在所述第二区域中形成第二沟槽；在所述半导体衬底上沉积形成高K介电层；在所述高K介电层上形成牺牲层，所述牺牲层填充所述第一沟槽和所述第二沟槽；去除位于所述层间介电层上的所述牺牲层；采用光刻工艺去除所述第一沟槽中的所述牺牲层；在所述半导体衬底上依次形成第一覆盖层、第一阻挡层、第一功函数金属层、第二阻挡层和第一金属电极层；去除位于所述层间介电层上的所述高K介电层、所述第一覆盖层、所述第一阻挡层、所述第一功函数金属层、所述第二阻挡层和所述金属电极层，以露出所述层间介电层；采用光刻工艺去除所述第二沟槽中的所述牺牲层；在所述半导体衬底上依次形成第二覆盖层、第三阻挡层、第二功函数金属层、第四阻挡层和第二金属电极层；去除位于所述层间介电层上的所述第二覆盖层、所述第三阻挡层、所述第二功函数金属层、所述第四阻挡层和所述第二金属电极层，以露出所述层间介电层。
[0013]优选地，所述第一功函数金属层为P型功函数金属层，所述第二功函数金属层为N型函数金属层；或所述第一功函数金属层为N型功函数金属层，所述第二功函数金属层为P型功函数金属层。
[0014]优选地，所述半导体衬底和所述高K介电层之间还形成有界面层，所述界面层的材料为热氧化层、氮的氧化物层或化学氧化层，所述界面层的厚度范围为5埃至10埃。
[0015]优选地，所述第一区域为PMOS区域，所述第二区域为NMOS区域；或所述第一区域为NMOS区域，所述第二区域为PMOS区域。
[0016]优选地，所述牺牲层的材料为非晶硅或者非晶硅化物，采用ALD或者CVD形成所述牺牲层。
[0017]优选地，采用平坦化工艺或者回刻蚀工艺去除位于所述层间介电层上的所述牺牲层。
[0018]优选地，采用平坦化工艺或者回刻蚀工艺去除位于所述层间介电层上的所述高K介电层、所述第一覆盖层、所述第一阻挡层、所述第一功函数金属层、所述第二阻挡层和所述第二金属电极层；采用平坦化工艺或者回刻蚀工艺去除位于所述层间介电层上的所述第二覆盖层、所述第三阻挡层、所述第二功函数金属层、所述第四阻挡层和所述第二金属电极层。
[0019]优选地，所述半导体衬底中形成有鳍片结构。
[0020]本发明还提出了一种半导体器件，包括:具有第一区域和第二区域的半导体衬底；依次形成于所述半导体衬底的所述第一区域上的高K介电层、覆盖层、第一阻挡层、P型功函数金属层、第二阻挡层和金属栅极层；依次形成于所述半导体衬底的所述第二区域上的高K介电层、覆盖层、第一阻挡层、N型功函数金属层、第二阻挡层和金属栅极层。
[0021]优选地，所述第一区域为PMOS区域，所述第二区域为NMOS区域。
[0022]优选地，所述半导体衬底和所述高K介电层之间还形成有界面层，所述界面层的材料为热氧化层、氮的氧化物层或化学氧化层，所述界面层的厚度范围为5埃至10埃。
[0023]优选地，所述半导体衬底中形成有鳍片结构。
[0024]综上所示，本发明的方法在形成高K介电层之后采用牺牲层以实现在NMOS区域和PMOS区域中分别形成金属栅极结构，同时，在功函数金属层和铝金属电极层之间添加形成阻挡层，以避免发生铝扩散，提高半导体器件的整体性能，提高半导体器件的良品率。
【附图说明】
[0025]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。在附图中，
[0026]图1A-1E为根据现有技术制作具有后HK/后MG结构的半导体器件的剖面结构示意图；
[0027]图2A-2F为根据本发明一个实施方式制作具有后HK/后MG结构的半导体器件相关步骤所获得的器件的剖面结构示意图；
[0028]图3为根据本发明一个实施方式制作具有后HK/后MG结构的半导体器件的工艺流程图；
[0029]图4A-4F为根据本发明另一个实施方式制作具有后HK/后MG结构的半导体器件相关步骤所获得的器件的剖面结构示意图；
[0030]图5为根据本发明另一个实施方式制作具有后HK/后MG结构的半导体器件的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0031]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来说显而易见的是，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。
[0032]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明的方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。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。
[0033]应