以采用回刻蚀工艺去除多余的金属栅极薄膜以及高K介电层以露出层间介电层，以形成金属栅极413。
[0071]接着，刻蚀去除PMOS区域中的牺牲层405’，以露出高K介电层，形成沟槽414。可以采用干法刻蚀或者湿法刻蚀去除NMOS区域中的牺牲层。
[0072]如图4E所示，在半导体衬底400上沉积形成覆盖层415，具体的，在层间介电层402、金属栅极413、PMOS区域中的沟槽414的底部以及侧壁上形成覆盖层层415，覆盖层415 的材料可以为 La2O3' AL2O3' Ga203、In2O3' MoO、Pt、Ru、TaCNO、Ir、TaC, MoN、WN、TixN1-X 或者其他适合的薄膜层。可以采用CVD、ALD或者PVD等适合的工艺形成覆盖层。覆盖层的厚度范围为5埃至20埃。在覆盖层415上沉积形成阻挡层416，阻挡层的材料可以选择为但不限于TaN、Ta、TaAl或者其他适合的薄膜层。可以采用CVD、ALD或者PVD等适合的工艺形成阻挡层。阻挡层的厚度范围为5埃至20埃。在阻挡层416上沉积形成P型功函数金属层417，P型功函数金属层为PMOS功函数金属可调层，P型功函数金属层(PWF)的材料可以选择为但不限于TixNh, TaC, MoN, TaN或者其他适合的薄膜层。可以采用CVD、ALD或者PVD等适合的工艺形成P型功函数金属层。P型功函数金属层的厚度范围为10埃至580埃。在P型功函数金属层417上形成阻挡层418，阻挡层的材料可以选择为但不限于TaN、Ta、TaAl或者其他适合的薄膜层。可以采用CVD、ALD或者PVD等适合的工艺形成阻挡层。阻挡层的厚度范围为5埃至20埃。在阻挡层418上形成金属电极层419，金属电极层的材料可以选择为但不限于Al、W或者其他适合的薄膜层。可以采用CVD、ALD或者PVD等适合的工艺形成金属电极层。在采用上述工艺形成金属电极层的过程中没有空洞的形成。在半导体衬底400中PMOS区域中形成金属栅极结构叠层。
[0073]如图4F所示，执行化学机械研磨(CMP)工艺以平坦化NMOS区域和PMOS区域，以在PMOS区域中形成金属栅极420。CMP工艺可以具有金属电极层对层间介电层的高刻蚀选择t匕。采用CMP工艺去除多余的金属电极层、功函数金属层、阻挡层、覆盖层和高K介电层以露出层间介电层，并且使NMOS区域中的金属栅极413的顶部、PMOS区域中的金属栅极420的顶部、栅极间隙壁和层间介电层的顶部齐平。CMP工艺为金属栅极413、金属栅极420，以及层间介电层提供基本平坦的表面。还可以采用回刻蚀工艺去除多余的金属栅极薄膜以及高K介电层以露出层间介电层，以形成金属栅极420。
[0074]参照图5，其中示出了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的工艺流程图，用于简要示出整个制造工艺的流程。
[0075]在步骤501中，提供一半导体衬底，在半导体衬底上形成有层间介电层(ILD0)，NMOS区域中的虚拟栅极结构和PMOS区域中虚拟栅极结构。去除NMOS区域中的虚拟栅极结构和PMOS区域中的虚拟栅极结构，以形成第一金属栅极沟槽和第二金属栅极沟槽；
[0076]在步骤502中，所述半导体衬底上依次沉积形成界面层、高K介电层，在高K介电层上形成牺牲层以填充第一金属栅极沟槽和第二金属栅极沟槽；
[0077]在步骤503中，去除位于层间介电层上的牺牲层，采用光刻工艺去除NMOS区域中的牺牲层以露出第一金属栅极沟槽；
[0078]在步骤504中，在所述半导体衬底上依次形成覆盖层、第一阻挡层、N型功函数金属层、第二阻挡层和金属电极层以填充第一金属栅极沟槽，执行平坦化或者回刻蚀工艺以在NMOS区域中形成第一金属栅极结构,露出层间介电层；
[0079]在步骤505中，去除PMOS区域中的牺牲层以露出第二金属栅极沟槽，在所述半导体衬底上依次形成覆盖层、第三阻挡层、P型功函数金属层、第四阻挡层和金属电极层以填充第二金属栅极沟槽；
[0080]在步骤506中，执行平坦化或者回刻蚀工艺以在PMOS区域中形成第二金属栅极结构，露出层间介电层。
[0081]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。
[0082]优选地，所述第一区域为PMOS区域，所述第二区域为NMOS区域。
[0083]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。
[0084]优选地，所述半导体衬底中形成有鳍片结构。
[0085]综上所示，根据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，提高半导体的良品率。本发明制作金属栅极结构的方法适用于平面场效应晶体管半导体技术和FinFET(鳍片场效应晶体管)半导体技术。
[0086]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。
【主权项】
1.一种半导体器件的制作方法，包括: 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。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底中形成有鳍片结构。
9.一种半导体器件，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。
10.如权利要求9所述的器件，其特征在于，所述第一区域为PMOS区域，所述第二区域为NMOS区域。
11.如权利要求9所述的器件，其特征在于，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。
12.如权利要求9所述的器件，其特征在于，所述半导体衬底中形成有鳍片结构。
【专利摘要】本发明公开了一种半导体器件及其制作方法，根据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和提高半导体器件的良品率。
【IPC分类】H01L27-092, H01L29-423, H01L21-8238, H01L29-10
【公开号】CN104752425
【申请号】CN201310728321
【发明人】赵杰, 李勇, 宋伟基, 张帅
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月25日