[发明专利]半导体器件的金属栅结构

说明书

技术领域

本披露涉及集成电路制造，尤其涉及金属栅结构。

背景技术

由于在一些集成电路(IC)设计中技术节点缩小，希望用金属栅电极代替典型的多晶硅栅电极，以改善具有减小的特征尺寸的器件性能。形成金属栅结构的一种工艺被称为“后栅极”工艺，其中，“最后”制造最终的栅结构，这允许减少在形成栅极之后必须执行的随后工艺的数量，包括高温工艺。

然而，对于在互补金属氧化物半导体(CMOS)制造中实现这种特征和工艺是具有挑战性的。随着器件之间的栅极长度和间距减小，加重了这些问题。例如，由于邻近栅极之间的原子扩散导致CMOS器件的阈值电压转移，很难实现用于所有CMOS器件的稳定阈值电压，从而增加了器件不稳定性和/或器件故障的可能性。

从而，需要一种阈值电压对工艺变化不太敏感的金属栅结构。

发明内容

为了解决上述一个或多个问题，本发明提供一种半导体器件的金属栅结构，该金属栅结构对工艺变化不太敏感。

根据本发明的一个方面，提供一种半导体器件，该器件包括：基板，包括第一有源区、第二有源区、以及插入所述第一有源区和所述第二有源区之间具有第一宽度的隔离区；P-金属栅电极，在所述第一有源区之上并且延伸超过所述隔离区的所述第一宽度的至少2/3；以及N-金属栅电极，在所述第二有源区之上并且延伸不超过所述第一宽度的1/3，所述N-金属栅电极电连接至所述隔离区之上的所述P-金属栅电极。

优选地，第一宽度的范围从0.1μm至0.3μm。

优选地，P-金属栅电极包括P-功函数金属层。

优选地，P-功函数金属层的厚度范围从30埃至80埃。

优选地，P-功函数金属层为TiN。

优选地，P-功函数金属层包括选自TiN、WN、TaN、或Ru组中的材料。

优选地，P-金属栅电极进一步包括在P-功函数金属层之上的第一信号金属层。

优选地，P-金属栅电极进一步包括插入P-功函数金属层和第-信号金属层之间的N-功函数金属层。

优选地，P-金属栅电极进一步包括围绕P-功函数金属层的第一势垒层。

优选地，N-金属栅电极包括N-功函数金属层。

优选地，N-功函数金属层的厚度范围从30埃至80埃。

优选地，N-功函数金属层为TiAl。

优选地，N-功函数金属层包括选自Ti、Ag、Al、TiAl、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、或Zr组中的材料。

优选地，N-金属栅电极进一步包括在N-功函数金属层之上的第二信号金属层。

优选地，N-金属栅电极进一步包括围绕N-功函数金属层的第二势垒层。

优选地，P-金属栅电极包括第一信号金属层，N-金属栅电极包括第二信号金属层，其中，第一信号金属层的第一厚度小于第二信号金属层的第二厚度。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种在基板之上制造金属栅结构的方法，该基板包括第一有源区、第二有源区、以及插入第一有源区和第二有源区之间具有第一宽度的隔离区，该方法包括：在第一有源区之上的电介质层中形成第一开口，述第一开口延伸超过隔离区的第一宽度的至少2/3；用P-功函数金属层部分地填充第一开口；在第二有源区之上邻近电介质层中的第一开口形成第二开口，第二开口延伸不超过隔离区的第一宽度的1/3；在第一开口和第二开口中沉积N-功函数金属层，从而，N-功函数金属层在第一开口中的P-功函数金属层之上；在第一开口和第二开口中的N-功函数金属层之上沉积信号金属层；以及平面化信号金属层。

优选地，第一宽度的范围从0.1μm至0.3μm。

优选地，P-功函数金属层包括选自TiN、WN、TaN、或Ru组中的材料。

优选地，N-功函数金属层包括选自Ti、Ag、Al、TiAl、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、或Zr组中的材料。

附图说明

当读取附图时，可以从以下详细描述最好地理解本披露。需要强调的是，根据工业中的标准实践，多个特征不按照比例绘制并且仅用于说明目的。事实上，为了清楚地说明，图中的多个特征的尺寸可以任意增加或减小。

图1是示出根据本披露的多个方面的用于制造包括金属栅结构的半导体器件的方法的流程图；

图2示出根据本披露的多个方面的包括金属栅结构的半导体器件的顶视图；以及