專利名稱：用于形成雙金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及半導(dǎo)體處理，并且更具體地，涉及用于形成雙金 屬柵極結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體處理領(lǐng)域中，隨著柵極電介質(zhì)厚度不斷下降，多晶硅柵 極結(jié)構(gòu)的使用變得越來越不可行。當(dāng)半導(dǎo)體處理不使用二氧化硅作為 柵極電介質(zhì)以利于電介質(zhì)具有高介電常數(shù)(也稱為高k電介質(zhì))時， 多晶硅柵極變得更成問題。克服由多晶硅柵極引入的一些問題的一種
方案是使) ]金屬柵極。在雙金屬柵極工藝中，第一金屬用于形成PMOS (p溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)器件的柵極，第二不同金屬用于形成 NMOS (n溝道MOS)器件。通過使用不同的金屬，可以針對每種類 型的器件優(yōu)化功函數(shù)。然而，在傳統(tǒng)的雙金屬柵極集成(integration) 中， 一些處理步驟，如金屬蝕刻和硬掩模去除，可能損傷雙金屬柵極 結(jié)構(gòu)的高k柵極電介質(zhì)，從而降低器件性能。


通過示例的方式說明本發(fā)明，并且本發(fā)明不受附圖的限制，在附 圖中同樣的附圖標(biāo)記表示類似的要素。出于簡明和清晰的目的，示出 圖中的要素，并且所述要素不一定按比例繪出。
圖1示出根據(jù)一個實施例在半導(dǎo)體層上具有溝道區(qū)層的半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)的截面圖。
圖2示出根據(jù)一個實施例在半導(dǎo)體層上和溝道區(qū)層上形成保護(hù)層 并且在保護(hù)層上形成圖案化掩模層之后的圖1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面 圖。圖3示出根據(jù)一個實施例在去除保護(hù)層的暴露部分之后的圖2的 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖4示出根據(jù)一個實施例在去除在圖2中形成的圖案化掩模層之 后的圖3的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖5示出根據(jù)一個實施例在半導(dǎo)體層和保護(hù)層上形成柵極電介質(zhì) 層、在電介質(zhì)層上形成柵極電極層、在柵極電極層上形成導(dǎo)電層以及 在導(dǎo)電層上形成圖案化掩模層之后的圖4的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖6示出根據(jù)一個實施例在使用在圖5中形成的圖案化掩模層圖 案化在圖5中形成的柵極電介質(zhì)層、柵極電極層和導(dǎo)電層之后的圖5 的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖7示出根據(jù)一個實施例在去除在圖5中形成的圖案化掩^=莫層之 后的圖6的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖8示出根據(jù)一個實施例在去除保護(hù)層之后的圖7的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 的截面圖。
圖9示出根據(jù)一個實施例在導(dǎo)電層和溝道區(qū)層上形成柵極電介質(zhì) 層、在柵極電介質(zhì)層上形成柵極電極層、在柵極電極層上形成導(dǎo)電層 以及在柵極電極層上形成圖案化掩模層之后的圖8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截 面圖。
圖IO示出根據(jù)一個實施例在去除在圖9中形成的導(dǎo)電層、柵極電 極層和柵極電介質(zhì)層的一部分之后的圖9的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖ll示出根據(jù)一個實施例在去除在圖9中形成的圖案化掩模層之 后并且在導(dǎo)電層上形成柵極加厚層和在柵極加厚層上形成圖案化掩模 層之后的圖10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖12示出根據(jù)一個實施例在形成兩個柵極堆疊之后的圖11的半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖13示出根據(jù)一個實施例在形成具有圖12的柵極堆疊的基本完 整的半導(dǎo)體器件之后的圖12的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實施方式
第一金屬柵極用于NMOS器件并且第二不同金屬柵極用于 PMOS器件的雙金屬柵極集成可以用于解決與多晶硅柵極相關(guān)的問 題，并且使得能夠針對每種器件優(yōu)化功函數(shù)。此外，通過對PMOS器 件和NMOS器件的溝道區(qū)使用不同材料可以進(jìn)一步提高所述器件的 性能。例如，當(dāng)在一種半導(dǎo)體材料(例如硅)中形成NMOS器件的溝 道區(qū)時，該器件可能表現(xiàn)得很好，而當(dāng)在不同的半導(dǎo)體材料(例如硅 鍺)中形成PMOS器件的溝道區(qū)時，該器件可能表現(xiàn)得更好。因此， 下面描述的一個實施例包括雙金屬集成，其還考慮到NMOS器件和 PMOS器件的不同類型溝道區(qū)。
圖1示出具有半導(dǎo)體村底12的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。半導(dǎo)體襯底12包 括埋入氧化物層14和埋入氧化物層14上的半導(dǎo)體層13。半導(dǎo)體層13 包括將用于形成NMOS器件的NMOS阱區(qū)16和將用于形成PMOS 器件的PMOS阱區(qū)18。半導(dǎo)體層13還包括隔離區(qū)20、 22和24以隔 離不同的阱區(qū)。注意，每個阱區(qū)，例如阱區(qū)16和18，可以用于形成 任意數(shù)量的器件。在所示出的實施例中，半導(dǎo)體襯底被示為半導(dǎo)體層 13覆蓋埋入氧化物層14的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底。然而，在可 選實施例中，襯底12可以是不存在埋入氧化物層14的體半導(dǎo)體襯底。 半導(dǎo)體層13可以包括任何半導(dǎo)體材料。在一個實施例中，半導(dǎo)體層 13是硅層。
半導(dǎo)體層13包括在其中將形成一個或多個NMOS器件的NMOS 器件區(qū)30和在其中將形成一個或多個PMOS器件的PMOS器件區(qū) 32。注意，NMOS器件區(qū)30可以包括任意數(shù)量的NMOS阱區(qū)，如 NMOS阱區(qū)16,并且PMOS器件區(qū)32可以包括任意數(shù)量的PMOS 阱區(qū)，如PMOS阱區(qū)18。
圖1還示出了在PMOS器件區(qū)32內(nèi)的PMOS阱區(qū)18上形成的 溝道區(qū)層40。溝道區(qū)層40是將包含PMOS器件的溝道區(qū)的層。因此， 溝道區(qū)層40可以是包括不同于半導(dǎo)體層13的(或NMOS阱區(qū)16的) 半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料并且可以更適合于PMOS器件的層。例如， 它可以是影響應(yīng)變、帶隙、遷移率等或者它們的任意組合的材料。例如，在一個實施例中，溝道區(qū)層40是與硅相比使得能夠改進(jìn)的PMOS 器件的硅鍺層。因此，在一個實施例中，半導(dǎo)體層13的阱區(qū)16和18 可以是硅，而溝道區(qū)層40可以是硅鍺。在一個實施例中，硅鍺在大約 550至700攝氏度范圍的溫度下外延生長到大約2至15納米范圍的厚 度，并且具有大約10%至50%范圍的鍺濃度。
圖2示出在半導(dǎo)體層13上和溝道區(qū)層40上形成保護(hù)層80之后的 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。在一個實施例中，通過毯式沉積具有大約5至20納 米范圍的厚度的氧化物形成保護(hù)層80。在可選實施例中，保護(hù)層80 可以包括等離子體增強(qiáng)氮化物。圖2還示出了在PMOS器件區(qū)32中 的保護(hù)層80上形成的圖案化掩模層82。在一個實施例中，圖案化掩 模層82可以包括光致抗蝕劑。在一個實施例中，可以使用傳統(tǒng)處理形 成圖案化掩模層82。
圖3示出在使用圖案化掩模層82去除保護(hù)層80的暴露部分之后 的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)IO。因此，注意，通過使用圖案化掩模層82，可以去除 NMOS器件區(qū)30內(nèi)的保護(hù)層80的那些部分以露出半導(dǎo)體層13的 NMOS阱區(qū)16。在一個實施例中，可以4吏用傳統(tǒng)蝕刻工藝和化學(xué)藥品 去除保護(hù)層80的暴露部分。
圖4示出在去除圖案化掩模層82之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。在一個 實施例中，使用傳統(tǒng)處理去除圖案化掩模層82。
圖5示出在NMOS區(qū)30中在半導(dǎo)體層13和保護(hù)層80上形成柵 極電介質(zhì)層26、在柵極電介質(zhì)層26上形成柵極電極層28、在柵極電 極層28上形成導(dǎo)電層84以及在導(dǎo)電層84上形成圖案化掩模層34之 后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。在一個實施例中，在半導(dǎo)體層13和保護(hù)層80上 毯式沉積柵極電介質(zhì)層26，并且在柵極電介質(zhì)層26上逸式沉積柵極 電極層28。在一個實施例中，柵極電介質(zhì)層26是例如包括鉿氧化物 或鉿鋯氧化物的高k柵極電介質(zhì)。(注意，如在本文中所使用的，高 k電介質(zhì)是指介電常數(shù)k比二氧化硅的介電常數(shù)k更高的電介質(zhì)。) 此外，柵極電介質(zhì)層26可以包括不只一個層，如被氧化物覆蓋的高k 電介質(zhì)層。在一個實施例中，柵極電介質(zhì)層26可以具有大約1至5納米范圍的厚度。在一個實施例中，柵極電極層28包拾金屬，例如， 鉭碳化物、鉭氮化物、鈦氮化物等。在一個實施例中，柵極電極層28 具有大約2至10納米范圍的厚度。在所示出的實施例中，注意，柵極 電介質(zhì)層26和柵極電極層28分別是將被用于在NMOS器件區(qū)30中 形成NMOS器件的沖冊極電介質(zhì)層和柵極電極層。
仍然參考圖5，在一個實施例中，導(dǎo)電層84是原位摻雜的多晶硅 層。在一個實施例中，導(dǎo)電層84具有大約2至20納米范圍的厚度。 在可選實施例中，不存在導(dǎo)電層84。此外，在一個實施例中，圖案化 掩模層34包括光致抗蝕劑并且可以使用傳統(tǒng)處理形成。
圖6示出在使用圖案化掩模層34去除柵極電介質(zhì)層26、柵極電 極層28和導(dǎo)電層84的暴露部分之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。因此，注意， 通過使用圖案化掩模層34可以去除PMOS器件區(qū)32內(nèi)的柵極電介質(zhì) 層26、柵極電極層28和導(dǎo)電層84的那些部分。在一個實施例中，可 以使用濕蝕刻蝕穿至少導(dǎo)電層84，同時可以使用濕蝕刻或干蝕刻蝕穿 柵才及電極層28和棚—及電介質(zhì)層26。注意，在所示出的實施例中，在 蝕刻PMOS器件區(qū)32內(nèi)的柵極電介質(zhì)層26、柵極電極層28和導(dǎo)電 層84期間保護(hù)層80保護(hù)溝道區(qū)40。
圖7示出在去除圖案化掩模層34之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。在一個 實施例中，可以使用傳統(tǒng)處理去除圖案化掩模層34。
圖8示出在去除保護(hù)層80之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。在一個實施例 中，使用氫氟酸(HF)去除PMOS器件區(qū)32中的保護(hù)層80。
圖9示出在NMOS器件區(qū)30中的導(dǎo)電層84上和PMOS器件區(qū) 32中的溝道區(qū)層40上形成柵極電介質(zhì)層42、在柵極電介質(zhì)層42上形 成才冊極電極層44、在才冊極電極層44上形成導(dǎo)電層92以及在PMOS 器件區(qū)32中在導(dǎo)電層92上形成圖案化掩模層46之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 10。在一個實施例中，在導(dǎo)電層84、半導(dǎo)體層13和溝道區(qū)40上毯式 沉積柵極電介質(zhì)層42，并且在柵極電介質(zhì)層42上趙式沉積柵極電極 層44。在一個實施例中，柵極電介質(zhì)層42是例如包括鉿氧化物或鉿 鋯氧化物的高k柵極電介質(zhì)。(注意，在一個實施例中，使用不同于柵極電介質(zhì)26的高k電介質(zhì)形成柵極電介質(zhì)層42。)此外，柵極電 介質(zhì)層42可以包括不止一個層，如被氧化物覆蓋的高k電介質(zhì)層。在 一個實施例中，柵極電介質(zhì)層42可以具有大約1至5納米范圍的厚度。 在一個實施例中，柵極電極層44包括金屬，例如，鉬氮化物、釕等。 此外，在一個實施例中，由不同于柵極電極層28的金屬的金屬形成柵 極電極層44。在一個實施例中，柵極電極層44具有大約2至10納米 范圍的厚度。在所示出的實施例中，注意，柵極電介質(zhì)層42和柵極電 極層44分別是將被用于形成PMOS器件區(qū)32中的PMOS器件的柵 極電介質(zhì)層和柵極電極層。
仍然參照圖9，在一個實施例中，導(dǎo)電層92是原位摻雜的多晶硅 層。在一個實施例中，導(dǎo)電層92具有大約3至15納米范圍的厚度。 在可選實施例中，不存在導(dǎo)電層92。此外，在一個實施例中，圖案化 掩模層46包括光致抗蝕劑并且可以使用傳統(tǒng)處理形成。
注意，可以將NMOS器件區(qū)30稱為第一器件區(qū)，類似地，可以 將NMOS阱區(qū)16稱為第一阱區(qū)，并且可以將PMOS器件區(qū)32稱為 第二器件區(qū)，類似地，可以將PMOS阱區(qū)18稱為第二阱區(qū)。此外， 注意，極性可以反轉(zhuǎn)，這樣使得第一器件區(qū)對應(yīng)于PMOS器件區(qū)，第 二器件區(qū)對應(yīng)于NMOS器件區(qū)。類似地，在本實施例中，第一阱區(qū)對 應(yīng)于PMOS阱區(qū)，而第二阱區(qū)對應(yīng)于NMOS阱區(qū)。此外，在此情況 下，柵極電介質(zhì)層26和柵極電極層28將分別對應(yīng)于將被用于形成 PMOS器件的柵極電介質(zhì)層和柵極電極層，而柵極電介質(zhì)層42和柵 極電極層44將分別對應(yīng)于將被用于形成NMOS器件的柵極電介質(zhì)層 和沖冊極電極層。
圖10示出在使用圖案化掩模層46去除NMOS器件區(qū)30中的導(dǎo) 電層92、柵極電極層44和柵極電介質(zhì)層42的暴露部分之后的半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)10。因此，注意，通過使用圖案化掩模層46可以蝕刻N(yùn)MOS器 件區(qū)30內(nèi)的導(dǎo)電層92、柵極電極層44和柵極電介質(zhì)層42的那些部 分，其中，在一個實施例中，導(dǎo)電層86作為該蝕刻的蝕刻阻擋層并且 在該蝕刻期間用于保護(hù)下面的柵極電極層28。在可選實施例中，不存在導(dǎo)電層84。在該可選實施例中，柵極電極層28可以制得較厚，其 中柵極電極層28的頂部部分在蝕刻導(dǎo)電層92、柵極電極層44和柵極 電介質(zhì)層42期間將被去除。這樣，柵極電極層44的剩余部分將具有 足以適當(dāng)?shù)刈鳛闁艠O電極工作的厚度。在一個實施例中，可以使用傳 統(tǒng)蝕刻去除導(dǎo)電層92、柵極電極層44和柵極電介質(zhì)層42的所述部分。
圖11示出在去除圖案化掩模層46之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。注意， 導(dǎo)電層92在去除圖案化掩模層46期間起到保護(hù)下面的柵極電極層44 的作用。在一個實施例中，可以使用灰塵(ash )或"過氧硫酸(Piranha )" 清洗去除圖案化掩模層46，其中如果不存在導(dǎo)電保護(hù)層92，則灰塵或 "過氧硫酸"可能損傷柵極電極層44。在可選實施例中，可以不存在 導(dǎo)電層92。例如，在一個實施例中，可以利用能夠不損傷下面的層(如 柵極電極層44 )的溶劑去除圖案化掩模層46 。
圖11還示出在導(dǎo)電層84和92上形成槺極加厚層48以及在柵極 加厚層48上形成圖案化掩模層50之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。注意，如果 不存在導(dǎo)電層84，則在柵極電極28上直接形成柵極加厚層48，并且 如果不存在導(dǎo)電層92，則在柵極電極44上直接形成柵極加厚層48。 在一個實施例中，柵極加厚層48包括導(dǎo)電材料，例如多晶硅，并且因 此也可以被稱為導(dǎo)電柵極加厚層。此外，柵極加厚層48可以包括一個 或多個導(dǎo)電材料層。在一個實施例中，柵極加厚層48起到加厚正在形 成的器件的柵極堆疊的作用，使得當(dāng)進(jìn)行源極和漏極注入時，柵極堆 疊足夠厚，從而阻止在溝道區(qū)中的注入。在可選實施例中，可以不形 成柵極加厚層。圖案化掩模層50限定與正在形成的器件的柵極堆疊相 對應(yīng)的位置。在所示出的實施例中，圖案化掩模層50限定NMOS器 件區(qū)30中的柵極堆疊位置和PMOS器件區(qū)32中的柵極堆疊位置。在 一個實施例中，圖案化掩模層50包括光致抗蝕劑。在一個實施例中， 可以使用傳統(tǒng)處理形成柵極加厚層48和圖案化掩模層50。
圖12示出在使用圖案化掩模層50形成柵極堆疊58和66并且隨 后去除圖案化掩模層50之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。因此，使用圖案化掩 模層50從器件區(qū)30和32去除柵極加厚層48的暴露部分，從NMOS器件區(qū)30去除導(dǎo)電層84、柵極電極層28和柵極電介質(zhì)層26的一部 分，并且從PMOS器件區(qū)32去除導(dǎo)電層92、柵極電極層44和柵極 電介質(zhì)層42的一部分，從而產(chǎn)生NMOS器件區(qū)30中的柵極堆疊58 和PMOS器件區(qū)32中的柵極堆疊66。注意，在圖13中所示的實施 例的蝕刻期間，同時蝕刻兩個金屬柵極電極層(4冊極電才及層28和44 )。 在一個實施例中，可以根據(jù)柵極電極層28和44的相對蝕刻速率調(diào)整 它們的厚度，從而使得能夠在相同的總時間中蝕刻這兩個層。在一個 實施例中，可以使用傳統(tǒng)處理形成柵極堆疊58和66以及圖案化掩模 層50。
如圖13中所示，柵極堆疊58包括NMOS阱區(qū)16上(由柵極電 介質(zhì)層26形成)的柵極電介質(zhì)52、柵極電介質(zhì)52上(由柵極電極層 28形成)的柵極電極54、柵極電極54上(由導(dǎo)電層84形成)的導(dǎo)電 層100以及柵極電極54上(由柵極加厚層48形成)的柵極加厚物56。 柵極堆疊66包括溝道區(qū)層40上(由柵極電介質(zhì)層42形成)的柵極電 介質(zhì)60、柵極電介質(zhì)60上(由柵極電極層44形成)的柵極電極62、 柵極電極62上(由導(dǎo)電層92形成)的導(dǎo)電層102以及柵極電極62 上(由柵極加厚層48形成)的柵極加厚物64。
圖14示出在形成基本完整的NMOS器件68和PMOS器件70之 后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。使用NMOS器件區(qū)30中的柵極堆疊58形成 NMOS器件68并且使用PMOS器件區(qū)32中的柵極堆疊66形成PMOS 器件。針對每個器件，可以使用傳統(tǒng)處理形成隔離物(spacer)和源 極區(qū)/漏極區(qū)。注意，在半導(dǎo)體層13的NMOS阱區(qū)16中的柵極電介 質(zhì)52下的NMOS器件68的源極區(qū)/漏極區(qū)之間形成溝道區(qū)。然而， PMOS器件70的溝道區(qū)位于溝道區(qū)層40中的柵極電介質(zhì)60下的 PMOS器件70的源極區(qū)/漏極區(qū)之間而不是在半導(dǎo)體層13中。這樣， NMOS和PMOS器件68和70可以包括不同金屬柵極電極并且可以被 形成為溝道區(qū)具有不同半導(dǎo)體材料。因此，通過選擇不同的金屬柵極 電極和不同的溝道區(qū)材料可以分別優(yōu)化NMOS器件和PMOS器件。
因此，可以理解，通過使用保護(hù)層80，可以在不損傷先前形成的溝道區(qū)層40的情況下從器件區(qū)32蝕刻柵極電極層28和柵極電介質(zhì)層 26(以及導(dǎo)電層84，如果存在的話)。此外，使用導(dǎo)電層84和92， 在形成雙金屬柵極結(jié)構(gòu)所需的后續(xù)處理期間(如在去除覆蓋層期間) 可以相應(yīng)地保護(hù)下面的層，如柵極電才及層28和44。這樣，可以形成 更適合于在器件區(qū)32中形成的特定類型器件(不管它是PMOS器件 還是NMOS器件)的溝道區(qū)層，同時使得能夠?qū)崿F(xiàn)不損傷溝道區(qū)/柵 極電介質(zhì)界面的雙金屬集成。
在可選實施例中，注意，可以使用例如溝道區(qū)層40的溝道區(qū)層形 成NMOS器件而不是PMOS器件。在另一個實施例中，可以使用例 如溝道區(qū)層40的溝道區(qū)層形成NMOS和PMOS器件二者。例如，在 形成柵極電介質(zhì)層26之前，還可以在阱區(qū)16上形成溝道區(qū)層。
一個實施例涉及用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在半 導(dǎo)體層上形成溝道區(qū)層，其中該半導(dǎo)體層包括第一阱區(qū)和第二阱區(qū)， 并且其中該溝道區(qū)層形成在第二阱區(qū)上；在溝道區(qū)層上形成保護(hù)層； 在第一阱區(qū)上形成第一柵極電介質(zhì)層；在第一柵極電介質(zhì)上形成第一 金屬柵極電極層；在形成第一金屬柵極電極層之后去除保護(hù)層；在溝 道區(qū)層上形成第二柵極電介質(zhì)層；在第二柵極電介質(zhì)層上形成第二金 屬柵極電極層，其中第二金屬柵極電極層是不同于第 一金屬柵極電極 層的金屬；以及在第一阱區(qū)上形成包括第一柵極電介質(zhì)層和第一金屬 柵極電極層中的每一個的一部分的第一柵極堆疊，并且在溝道區(qū)層上 和第二阱區(qū)上形成包括第二柵極電介質(zhì)層和第二金屬柵極電極層中的 每一個的 一部分的第二柵極堆疊。
在進(jìn)一步的實施例中，該方法還包括使用第 一柵極堆疊形成具有 第一導(dǎo)電類型的第一器件并且使用第二柵極堆疊形成具有不同于第一 導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二器件，其中第二器件的溝道區(qū)在溝道 區(qū)層中。
在另一個進(jìn)一步的實施例中，在形成第一柵極堆疊和第二柵極堆 疊之前，該方法還包括在第一金屬柵極電極層和第二金屬柵極電極層 中的每一個上形成導(dǎo)電柵極加厚層。在另一個進(jìn)一步的實施例中，形成溝道區(qū)層包括生長不同于該半 導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料。在更進(jìn)一步的實施例中，形成溝 道區(qū)層包括在第二阱區(qū)上外延生長硅鍺。
在另 一個進(jìn)一 步的實施例中，形成保護(hù)層包括沉積從由氧化物和 氮化物組成的組中選擇的材料。
在另一個進(jìn)一步的實施例中，形成第一柵極電介質(zhì)層包括形成第 一高k電介質(zhì)層，并且形成第二柵極電介質(zhì)層包括形成第二高k電介
質(zhì)層，該第二高k電介質(zhì)層包括不同于第一高k電介質(zhì)層的高k電介 質(zhì)。
在另一個實施例中，用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括在半導(dǎo)體 層上形成溝道區(qū)層，其中該半導(dǎo)體層包括第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，并且 其中該溝道區(qū)層形成在第二阱區(qū)上而不形成在第一阱區(qū)上；在溝道區(qū) 層上形成保護(hù)層；在半導(dǎo)體層和保護(hù)層上形成柵極電介質(zhì)層；在第一 柵極電介質(zhì)層上形成第一金屬柵極電極層；去除第一柵極電介質(zhì)層和 第一金屬柵極電極層的覆蓋保護(hù)層的部分；去除保護(hù)層；在第一柵極 電極層和溝道區(qū)層上形成第二柵極電介質(zhì)層；在第二柵極電介質(zhì)層上 形成第二金屬柵極電極層，其中第二金屬柵極電極層是不同于第 一金 屬柵極電極層的金屬；去除第二金屬柵極電極層和第二柵極電介質(zhì)層 的覆蓋第一柵極電極層的部分；以及在第一阱區(qū)上形成包括第一柵極 電介質(zhì)層和第一金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第一柵極堆 疊，并且在溝道區(qū)層上和第二阱區(qū)上形成包括第二柵極電介質(zhì)層和第 二金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第二柵極堆疊。
在該另 一個實施例的進(jìn)一步的實施例中，形成保護(hù)層包括沉積從 由氧化物和氮化物組成的組中選擇的材料。
在該另 一個實施例的另 一個進(jìn)一步的實施例中，使用第一柵極堆 疊形成具有第 一導(dǎo)電類型的第 一器件，并且使用第二柵極堆疊形成具 有不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二器件，其中第二器件的 溝道區(qū)在溝道區(qū)層中。
在該另 一 個實施例的另 一 個進(jìn) 一 步的實施例中，形成溝道區(qū)層包括生長不同于所述半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料。在進(jìn)一步的 實施例中，形成溝道區(qū)層包括在第二阱區(qū)上外延生長硅鍺。
在該另一個實施例的另一個進(jìn)一步的實施例中，形成第一柵極電 介質(zhì)層包括形成第一高k電介質(zhì)層，并且形成第二柵極電介質(zhì)層包括
形成第二高k電介質(zhì)層，該第二高k電介質(zhì)層包括不同于第一高k電 介質(zhì)層的高k電介質(zhì)。
在該另 一個實施例的另 一個進(jìn)一步的實施例中，該方法還包括在 第一柵極電極層上形成導(dǎo)電層，其中在第一柵極電極層和溝道區(qū)層上 形成第二柵極電介質(zhì)層包括在導(dǎo)電層和溝道區(qū)層上形成第二柵極電介 質(zhì)層。在更進(jìn)一步的實施例中，去除第二金屬柵極電極層和第二柵極 電介質(zhì)層的覆蓋第一柵極電極層的部分包括使用導(dǎo)電層作為蝕刻阻擋 層。
在該另 一個實施例的另 一個進(jìn)一步的實施例中，該方法還包括在 第二金屬柵極電極層上形成導(dǎo)電層。
在另一個實施例中，用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括在半導(dǎo)體 層上形成溝道區(qū)層，其中該半導(dǎo)體層包括第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，并且 其中溝道區(qū)層形成在第二阱區(qū)上；在溝道區(qū)層上形成保護(hù)層；在第一 阱區(qū)上形成第一高k柵極電介質(zhì)層；在第一高k柵極電介質(zhì)上形成第 一金屬柵極電極層；在形成第一金屬柵極電極層之后去除保護(hù)層；在 該溝道區(qū)層上形成第二高k柵極電介質(zhì)層，其中第二高k柵極電介質(zhì) 層具有不同于第一高k柵極電介質(zhì)層的高k電介質(zhì)；在第二高k柵極 電介質(zhì)層上形成第二金屬柵極電極層，其中該第二金屬柵極電極層是 不同于第一金屬柵極電極層的金屬；在第一阱區(qū)上形成包括第一高k 柵極電介質(zhì)層和第 一金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第 一柵極 堆疊，并且在溝道區(qū)層上和第二阱區(qū)上形成包括第二高k柵極電介質(zhì) 層和第二金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第二柵極堆疊；以及
使用第一柵極堆疊形成具有第一導(dǎo)電類型的第一器件，并且使用第二
柵極堆疊形成具有不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二器件，
其中第二器件的溝道區(qū)在所述溝道區(qū)層中。在該另一個實施例的進(jìn)一步的實施例中，在形成第一柵極堆疊和 第二柵極堆疊之前，該方法還包括在第 一金屬柵極電極層和第二金屬 柵極電極層中的每一個上形成導(dǎo)電柵極加厚層。
在該另 一 個實施例的另 一 個進(jìn) 一 步的實施例中，形成溝道區(qū)層包 括生長不同于該半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料。
在該另一個實施例的另一個進(jìn)一步的實施例中，形成保護(hù)層包括 沉積從由氧化物和氮化物組成的組中選擇的材料。
盡管已經(jīng)關(guān)于特定的導(dǎo)電類型或電勢極性描述了本發(fā)明，但是技 術(shù)人員應(yīng)該理解導(dǎo)電類型和電勢極性可以相反。
此外，在說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語"前，，、"后"、"頂"、 "底"、"上"、"下，，等(若有的話)，是被用于說明性的目的并 且不一定用于描述永久的相對位置。應(yīng)該理解，這樣使用的所述術(shù)語 在適當(dāng)?shù)那闆r下是可互換的，使得本文中描述的本發(fā)明的實施例能夠 例如以本文中所示出或描述的取向以外的其它取向操作。
盡管本文中參考特定實施例描述了本發(fā)明，但是在不偏離以下權(quán) 利要求書中給出的本發(fā)明的范圍的情況下可以做出各種修改和變化。 因此，說明書和附圖將被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的，并且所有 這樣的修改都意圖被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在本文中關(guān)于特定實施 例描述的任何益處、優(yōu)點(diǎn)或問題的解決方案都不意圖被理解為任何一 個或全部權(quán)利要求的關(guān)鍵的、必須的或基本的特征或要素。
此外，如本文中所使用的術(shù)語"一"或"一個"被定義為一個或 一個以上。另外，權(quán)利要求中對引導(dǎo)性短語(如"至少一個"和"一 個或多個，，)的使用不應(yīng)該被解釋為暗示由不定冠詞"一"或"一個" 對另一個權(quán)利要求要素的引導(dǎo)將包含所引導(dǎo)的權(quán)利要求要素的任何特 定權(quán)利要求限制于只包含一個該要素的發(fā)明，即使同一個權(quán)利要求包 括引導(dǎo)性短語"一個或多個，，或者"至少一個，，以及例如"一"或"一
個"的不定冠詞也是如此。這同樣適用于定冠詞的使用。
除非另外說明，如"笫一"和"第二"等術(shù)語被用于任意地區(qū)分 該術(shù)語所描述的要素。因此，這些術(shù)語不一定意圖表示這些要素的時 間或其它優(yōu)先次序。
權(quán)利要求
1.一種用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在半導(dǎo)體層上形成溝道區(qū)層，所述半導(dǎo)體層包括第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，并且所述溝道區(qū)層形成在所述第二阱區(qū)上；在所述溝道區(qū)層上形成保護(hù)層；在所述第一阱區(qū)上形成第一柵極電介質(zhì)層；在所述第一柵極電介質(zhì)上形成第一金屬柵極電極層；在形成所述第一金屬柵極電極層之后去除所述保護(hù)層；在所述溝道區(qū)層上形成第二柵極電介質(zhì)層；在所述第二柵極電介質(zhì)層上形成第二金屬柵極電極層，其中所述第二金屬柵極電極層是不同于所述第一金屬柵極電極層的金屬；以及在所述第一阱區(qū)上形成包括所述第一柵極電介質(zhì)層和所述第一金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第一柵極堆疊，并且在所述溝道區(qū)層上和所述第二阱區(qū)上形成包括所述第二柵極電介質(zhì)層和所述第二金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第二柵極堆疊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用所述第一柵極堆疊形成具有第一導(dǎo)電類型的第一器件，以及使用所述第二柵極堆疊形成具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二器件，其中所述第二器件的溝道區(qū)在所述溝道區(qū)層中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述第一柵極堆疊和所述第二柵極堆疊之前，在所述第一金屬柵極電極層和所述第二金屬柵極電極層中的每一個上形成導(dǎo)電柵極加厚層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述溝道區(qū)層包括生長不同于所述半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中形成所述溝道區(qū)層包括在所述第二阱區(qū)上外延生長硅鍺。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述保護(hù)層包括沉積從由氧化物和氮化物組成的組中選擇的材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述第一柵極電介質(zhì)層包括形成第一高k電介質(zhì)層，并且形成所述第二柵極電介質(zhì)層包括形成第二高k電介質(zhì)層，該第二高k電介質(zhì)層包括不同于所述第一高k電介質(zhì)層的高k電介質(zhì)。
8. —種用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在半導(dǎo)體層上形成溝道區(qū)層，所述半導(dǎo)體層包括第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，并且所述溝道區(qū)層形成在所述第二阱區(qū)上而不形成在所述第一阱區(qū)上；在所述溝道區(qū)層上形成保護(hù)層；在所述半導(dǎo)體層和所述保護(hù)層上形成柵極電介質(zhì)層；在所述第一柵極電介質(zhì)層上形成第一金屬柵極電極層；去除所述第一柵極電介質(zhì)層和所述第一金屬柵極電極層的覆蓋所述保護(hù)層的部分；去除所述保護(hù)層；在所述第一柵極電極層和所述溝道區(qū)層上形成第二柵極電介質(zhì)層；在所述第二柵極電介質(zhì)層上形成第二金屬柵極電極層，其中所述第二金屬柵極電極層是不同于所述第一金屬柵極電極層的金屬；去除所述第二金屬柵極電極層和所述第二柵極電介質(zhì)層的覆蓋所述第一柵極電極層的部分；以及在所述第一阱區(qū)上形成包括所述第一柵極電介質(zhì)層和所述第一金屬柵極電極層中的每一個的 一部分的第 一柵極堆疊，并且在所述溝道區(qū)層上和所述第二阱區(qū)上形成包括所述第二柵極電介質(zhì)層和所述第二金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第二柵極堆疊。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述保護(hù)層包括沉積從由氧化物和氮化物組成的組中選擇的材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括使用所述第一柵極堆疊形成具有第一導(dǎo)電類型的第一器件，以及使用所述第二柵極堆疊形成具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二器件，其中所述第二器件的溝道區(qū)在所述溝道區(qū)層中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述溝道區(qū)層包括生長不同于所述半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中形成所述溝道區(qū)層包括在所述第二阱區(qū)上外延生長硅鍺。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述第一柵極電介質(zhì)層包括形成第一高k電介質(zhì)層，并且形成所述第二柵極電介質(zhì)層包括形成第二高k電介質(zhì)層，該第二高k電介質(zhì)層包括不同于所述第一高k電介質(zhì)層的高k電介質(zhì)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括在所述第一柵極電極層上形成導(dǎo)電層，其中在所述第一柵極電極層和所述溝道區(qū)層上形成第二柵極電介質(zhì)層包括在所述導(dǎo)電層和所述溝道區(qū)層上形成所述第二柵極電介質(zhì)層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中去除所述第二金屬柵極電極層和所述第二柵極電介質(zhì)層的覆蓋所述第一柵極電極層的部分包括使用所述導(dǎo)電層作為蝕刻阻擋層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括在所述第二金屬柵極電極層上形成導(dǎo)電層。
17. —種用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在半導(dǎo)體層上形成溝道區(qū)層，所述半導(dǎo)體層包括第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，并且所述溝道區(qū)層形成在所述第二阱區(qū)上；在所述溝道區(qū)層上形成保護(hù)層；在所述第一阱區(qū)上形成第一高k柵極電介質(zhì)層；在所述第一高k柵極電介質(zhì)上形成第一金屬柵極電極層；在形成所述第一金屬柵極電極層之后去除所述保護(hù)層；在所述溝道區(qū)層上形成第二高k柵極電介質(zhì)層，所述第二高k柵極電介質(zhì)層具有不同于所述第一高k柵極電介質(zhì)層的高k電介質(zhì)；在所述第二高k柵極電介質(zhì)層上形成第二金屬柵極電極層，其中所述第二金屬柵極電極層是不同于所述第一金屬柵極電極層的金屬；在所述第一阱區(qū)上形成包括所述第一高k柵極電介質(zhì)層和所述第一金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第一柵極堆疊，并且在所述溝道區(qū)層上和所述第二阱區(qū)上形成包括所述第二高k柵極電介質(zhì)層和所述第二金屬柵極電極層中的每一個的 一部分的第二柵極堆疊；以及使用所述第一柵極堆疊形成具有第一導(dǎo)電類型的第一器件，以及使用所述第二柵極堆疊形成具有不同于所述第 一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二器件，其中所述第二器件的溝道區(qū)在所述溝道區(qū)層中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括在形成所述笫一柵極堆疊和所述第二柵極堆疊之前在所述第一金屬柵極電極層和所述第二金屬柵極電極層中的每一個上形成導(dǎo)電柵極加厚層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中形成所述溝道區(qū)層包括生長不同于所述半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中形成所述保護(hù)層包括沉積 從由氧化物和氮化物組成的組中選擇的材料。
全文摘要
一種用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(10)的方法包括在半導(dǎo)體層上形成溝道區(qū)層(40)，其中該半導(dǎo)體層包括第一和第二阱區(qū)(16、18)；在該溝道區(qū)層上形成保護(hù)層(80)；在第一阱區(qū)上形成第一柵極電介質(zhì)層(26)；在第一柵極電介質(zhì)上形成第一金屬柵極電極層(28)；去除保護(hù)層；在溝道區(qū)層上形成第二柵極電介質(zhì)層(42)；在第二柵極電介質(zhì)層上形成第二金屬柵極電極層(44)；以及在第一阱區(qū)上形成包括第一柵極電介質(zhì)層和第一金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第一柵極堆疊(58)，并且在溝道區(qū)層上形成包括第二柵極電介質(zhì)層和第二金屬柵極電極層中的每一個的一部分的第二柵極堆疊(66)。
文檔編號H01L29/66GK101689509SQ200880022833
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者C·卡帕索, G·V·卡爾維, W·J·泰勒, 斯里坎斯·B.·薩馬弗達(dá)姆, 詹姆斯·K.·謝弗 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司