一种阻挡TiAl扩散进入PMOS金属栅极介质层的器件结构及方法与流程

一种阻挡tial扩散进入pmos金属栅极介质层的器件结构及方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种阻挡tial扩散进入pmos金属栅极介质层的器件结构及方法。


背景技术：

2.现有28nm产品的金属栅极的结构和制备方法如下图所示：一般为：1、先使用原子层沉积(ald)的方法在互补金属氧化物半导体(cmos)器件上制备一层tan阻挡层。2、使用原子层沉积(ald)的方法在cmos器件上制备一层金属栅极介质层tin材料。3、在p型沟道金属氧化物半导体(pmos)区域覆盖光刻胶阻挡层，n型沟道金属氧化物半导体(nmos)区域使用等离子体刻蚀的方法去除器件表面的tin金属层。4、nmos器件表面的tin金属层被去除，pmos区域保留了tin金属层。5、使用物理气相沉积(pvd)的方法在cmos器件表面沉积一层tial金属层。6、使用物理气相沉积(pvd)的方法在cmos器件的tial表面沉积一层al金属层。
3.现有技术的tial金属层和金属栅极介质层tin直接接触，在400℃及以上的高温环境下，tial会扩散进入金属栅极介质层tin中，导致金属栅极介质层tin的有效功函数严重漂移，使pmos器件的阈值电压(vt)异常偏大，器件的控制能力降低，器件的电学性能严重衰退。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种阻挡tial扩散进入pmos金属栅极介质层的器件结构及方法，用于解决现有技术中tial金属层和金属栅极介质层tin直接接触，tial扩散进入金属栅极介质层tin中，导致金属栅极介质层tin的有效功函数严重漂移，使pmos器件的阈值电压异常偏大，器件的控制能力降低，器件的电学性能严重衰退的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种阻挡tial扩散进入pmos金属栅极介质层的方法，至少包括：
6.步骤一、提供cmos器件；所述cmos器件包括nmos和pmos；所述nmos和所述pmos之间填充有氧化物；
7.步骤二、在所述cmos器件上形成第一tan阻挡层；
8.步骤三、在所述第一tan阻挡层上形成金属栅极介质层；
9.步骤四、在所述金属栅极介质层上形成第二tan阻挡层；
10.步骤五、在所述pmos区域上的所述第二tan阻挡层上覆盖光刻胶，并将所述nmos区域上的所述第二tan阻挡层和所述金属栅极介质层去除；
11.步骤六、在所述cmos器表面覆盖一层tial金属层；
12.步骤七、在所述tial金属层表面覆盖一层al金属层。
13.优选地，步骤二中形成所述第一tan阻挡层的方法为原子层沉积法。
14.优选地，步骤三中的所述金属栅极介质层为tin。
15.优选地，步骤三中在所述第一tan阻挡层上形成金属栅极介质层的方法为原子层沉积法。
16.优选地，步骤四中形成所述第二tan阻挡层的方法为原子层沉积法。
17.优选地，步骤五中去除所述nmos区域上的所述第二tan阻挡层和所述金属栅极介质层的方法为等离子体刻蚀法。
18.优选地，步骤五中去除所述第二tan阻挡层和所述金属栅极介质层后，将所述pmos区域上的所述光刻胶去除。
19.优选地，步骤六中在所述cmos器件表面覆盖所述tial金属层的方法为物理气相沉积法。
20.优选地，步骤七中在所述tial金属层表面覆盖一层al金属层的方法为物理气相沉积法。
21.本发明还提供一种阻挡tial扩散进入pmos金属栅极介质层的器件结构，至少包括：cmos器件；所述cmos器件包括位于同一基底上的一个nmos和一个pmos；位于所述cmos器件上的第一tan阻挡层；位于所述pmos区域上的所述第一tan阻挡层上的金属栅极介质层；位于所述pmos区域上的所述金属栅极介质层上的第二tan阻挡层；覆盖所述nmos区域上的所述第一tan阻挡层和所述pmos区域上的所述第二tan阻挡层的tial金属层；覆盖所述tial金属层的al金属层。
22.优选地，所述nmos和所述pmos之间由氧化物隔离。
23.优选地，所述金属栅极介质层为tin。
24.如上所述，本发明的阻挡tial扩散进入pmos金属栅极介质层的器件结构及方法，具有以下有益效果：本发明在不牺牲互补金属氧化物cmos器件整体性能的前提下，增加一层tan金属阻挡层，有效阻碍了金属tial和p型沟道金属氧化物pmos金属栅极介质层tin的直接接触，避免了tial高温扩散现象引起的金属栅极介质层tin有效功函数的漂移，提升了pmos金属栅极介质层tin对pmos器件的阈值电压的控制，优化了pmos器件的驱动性能。
附图说明
25.图1显示为本发明的cmos器件示意图；
26.图2显示为本发明中在cmos器件上形成第一tan阻挡层后的结构示意图；
27.图3显示为本发明中在第一tan阻挡层上形成金属栅极介质层后的结构示意图；
28.图4显示为本发明中在金属栅极介质层上形成第二tan阻挡层后的结构示意图；
29.图5显示为本发明中在pmos区域上的第二tan阻挡层上覆盖光刻胶后的结构示意图；
30.图6显示为本发明中将nmos区域上的第二tan阻挡层和金属栅极介质层去除后的结构示意图；
31.图7显示为本发明中在cmos器表面覆盖一层tial金属层后的结构示意图；
32.图8显示为本发明中在tial金属层表面覆盖一层al金属层后的结构示意图。
具体实施方式
33.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
34.请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
35.本发明提供一种阻挡tial扩散进入pmos金属栅极介质层的方法，至少包括：
36.步骤一、提供cmos器件；所述cmos器件包括nmos和pmos；所述nmos和所述pmos之间填充有氧化物；如图1所示，图1显示为本发明的cmos器件示意图。该步骤一中的所述cmos器件中的所述nmos和所述pmos由所述氧化物01隔离。
37.步骤二、在所述cmos器件上形成第一tan阻挡层；如图2所示，图2显示为本发明中在cmos器件上形成第一tan阻挡层后的结构示意图。该步骤二中所述cmos器件中的所述pmos和所述nmos上覆盖所述第一tan阻挡层02。
38.本发明进一步地，本实施例的步骤二中形成所述第一tan阻挡层的方法为原子层沉积法(ald)。
39.步骤三、在所述第一tan阻挡层上形成金属栅极介质层；如图3所示，图3显示为本发明中在第一tan阻挡层上形成金属栅极介质层后的结构示意图。该步骤三中在所述第一tan阻挡层02上形成所述金属栅极介质层03。本发明进一步地，本实施例的步骤三中的所述金属栅极介质层为tin。本发明进一步地，本实施例的步骤三中在所述第一tan阻挡层02上形成金属栅极介质层02的方法为原子层沉积法(ald)。
40.步骤四、在所述金属栅极介质层上形成第二tan阻挡层；如图4所示，图4显示为本发明中在金属栅极介质层上形成第二tan阻挡层后的结构示意图。该步骤四中在所述金属栅极介质层03上形成第二tan阻挡层04。
41.本发明进一步地，本实施例的步骤四中形成所述第二tan阻挡层04的方法为原子层沉积法(ald)。
42.步骤五、在所述pmos区域上的所述第二tan阻挡层上覆盖光刻胶，并将所述nmos区域上的所述第二tan阻挡层和所述金属栅极介质层去除；如图5所示他，图5显示为本发明中在pmos区域上的第二tan阻挡层上覆盖光刻胶后的结构示意图。该步骤五在所述pmos区域上的所述第二tan阻挡层04上覆盖光刻胶05；如图6所示，图6显示为本发明中将nmos区域上的第二tan阻挡层和金属栅极介质层去除后的结构示意图。该步骤五中在所述pmos区域上形成光刻胶后，将所述nmos区域上的所述第二tan阻挡层04和所述金属栅极介质层03去除。本发明进一步地，本实施例的步骤五中去除所述nmos区域上的所述第二tan阻挡层04和所述金属栅极介质层03的方法为等离子体刻蚀法。
43.本发明进一步地，本实施例的步骤五中去除所述第二tan阻挡层和所述金属栅极介质层后，将所述pmos区域上的所述光刻胶去除，形成如图6所示的结构。
44.步骤六、在所述cmos器表面覆盖一层tial金属层；如图7所示，图7显示为本发明中
在cmos器表面覆盖一层tial金属层后的结构示意图。该步骤六中在所述cmos器表面覆盖一层tial金属层05。本发明进一步地，本实施例的步骤六中在所述cmos器件表面覆盖所述tial金属层的方法为物理气相沉积法。
45.步骤七、在所述tial金属层表面覆盖一层al金属层。如图8所示，图8显示为本发明中在tial金属层表面覆盖一层al金属层后的结构示意图。该步骤七中在所述tial金属层05表面覆盖一层al金属层06。
46.本发明进一步地，本实施例的步骤七中在所述tial金属层表面覆盖一层al金属层的方法为物理气相沉积法。
47.本发明还提供一种阻挡tial扩散进入pmos金属栅极介质层的器件结构，如图8所示，至少包括：cmos器件；所述cmos器件包括位于同一基底上的一个nmos和一个pmos；位于所述cmos器件上的第一tan阻挡层02；位于所述pmos区域上的所述第一tan阻挡层02上的金属栅极介质层03；位于所述pmos区域上的所述金属栅极介质层03上的第二tan阻挡层04；覆盖所述nmos区域上的所述第一tan阻挡层02和所述pmos区域上的所述第二tan阻挡层04的tial金属层05；覆盖所述tial金属层05的al金属层06。
48.本发明进一步地，本实施例的所述nmos和所述pmos之间由氧化物01隔离。
49.本发明进一步地，本实施例的所述金属栅极介质层为tin。
50.综上所述，本发明在不牺牲互补金属氧化物cmos器件整体性能的前提下，增加一层tan金属阻挡层，有效阻碍了金属tial和p型沟道金属氧化物pmos金属栅极介质层tin的直接接触，避免了tial高温扩散现象引起的金属栅极介质层tin有效功函数的漂移，提升了pmos金属栅极介质层tin对pmos器件的阈值电压的控制，优化了pmos器件的驱动性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
51.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。