发明名称 用以整合CMOS应用之多重金属闸之系统和方法SYSTEM AND METHOD FOR INTEGRATING MULTIPLE METAL GATES FOR CMOS APPLICATIONS
摘要 本发明提供一具有金属间之双闸MOSFET及用以在此种MOSFET中设定临界电压之方法。该方法包括:在第一和第二通道区上面形成闸氧化层;在闸氧化层上面形成具有第一厚度的第一金属层;在具有第一厚度的第一金属层上面形成具有第二厚度的第二金属层;在第一通道区上面选择性去除第二金属层;形成第三金属层;在第一通道区上面建立具有反应于第一和第三金属层的厚度之闸功函数的第一MOSFET;及在第二通道区上面建立具有反应于第一、第二、及第三金属层的厚度之组合的闸功函数并且与第一MOSFET互补之第二MOSFET。
申请公布号 TWI230440 申请公布日期 2005.04.01
申请号 TW093104619 申请日期 2004.02.24
申请人 夏普股份有限公司 发明人 高卫;约翰 康利二世;大野芳睦
分类号 H01L21/8238 主分类号 H01L21/8238
代理机构 代理人 林志刚 台北市中山区南京东路2段125号7楼
主权项 1.一种在具有金属闸的双闸MOSFET(金属氧化半导体场效应电晶体)中用以设定临界电压之方法,该方法包含:在第一和第二通道区上面形成闸氧化层;在闸氧化层上面形成具有第一厚度的第一金属层;在具有第一厚度的第一金属层上面形成具有第二厚度的第二金属层;在第一通道区上面选择性去除第二金属层;在第一通道区上面建立具有反应于第一金属层之厚度的闸功函数之第一MOSFET;及在第二通道区上面建立具有反应于第一和第二金属层的厚度之组合的闸功函数并且与第一MOSFET互补之第二MOSFET。2.根据申请专利范围第1项之方法,其中在第一通道区上面建立具有反应于第一金属厚度的闸功函数之第一MOSFET包括建立反应于第一金属层的第一厚度之闸功函数;及其中在第二通道区上面建立具有反应于第一和第二金属层的厚度之组合的闸功函数并且与第一MOSFET互补之第二MOSFFT包括建立反应于第一金属层的第一厚度和第二金属层的第二厚度之闸功函数。3.根据申请专利范围第1项之方法,另外包含:接在在第一通道区上面选择性去除第二金属层之后,在第一通道区上面局部蚀刻第一金属层,留下具有小于第一厚度的第三厚度之第一金属层;及其中在第一通道区上面建立具有反应于第一金属层的厚度之闸功函数的第一MOSFET包括建立反应于第一金属层的第三厚度之闸功函数。4.根据申请专利范围第3项之方法,另外包含:接在在第一通道区上面局部蚀刻第一金属层之后,在第一和第二通道区上面形成具有第四厚度的第三金属层;其中在第一通道区上面建立具有反应于第一金属层的厚度之闸功函数的第一MOSFET包括建立反应于第一和第三金属层的厚度之闸功函数;及其中在第二通道区上面建立具有反应于第一和第二金属层的厚度之组合的闸功函数并且与第一MOSFET互补之第二MOSFET包括建立反应于第一、第二、及第三金属层的厚度之闸功函数。5.根据申请专利范围第4项之方法,其中在局部蚀刻第一金属层中,留下具有第三厚度的第一金属层,第三厚度小于15;其中在第一和第二通道区上面形成具有第四厚度的第三金属层中,第四厚度大于100;及其中在第一通道区上面建立反应于第一和第三金属层的厚度之闸功函数包括建立实际上反应于第三金属层的厚度之闸功函数。6.根据申请专利范围第1项之方法,另外包含:接在在第一通道区上面选择性去除第二金属层之后,在第一和第二通道区上面形成具有第四厚度的第三金属层;其中在第一通道区上面建立具有反应于第一金属层的厚度之闸功函数的第一MOSFET包括建立反应于第一和第三金属层的厚度之闸功函数;及其中在第二通道区上面建立具有反应于第一和第二金属层的厚度之组合的闸功函数并且与第一MOSFET互补之第二MOSFET包括建立反应于第一、第二、及第三金属层的厚度之闸功函数。7.根据申请专利范围第6项之方法,其中在形成第一金属层中,第一金属层具有低功函数;及其中在形成第三金属层中,第三金属层具有高功函数。8.根据申请专利范围第7项之方法,其中在形成第二金属层中,第二金属层具有低功函数。9.根据申请专利范围第7项之方法,其中在形成具有低功函数的第一金属层中,第一金属是选自元素金属W,Ti,及Ta和二元金属Ta-N及Ti-N的材料;及其中在形成具有高功函数的第三金属层中,第三金属是选自元素金属Ir,Pt,及Cu和二元金属W-N及Ti-N的材料。10.根据申请专利范围第6项之方法,其中在形成第一金属层中,第一金属层具有高功函数;及其中在形成第三金属层中,第三金属具有低功函数。11.根据申请专利范围第10项之方法,其中在形成第二金属层中,第二金属层具有高功函数。12.根据申请专利范围第11项之方法,其中在在形成具有高功函数的第一金属层中,第一金属是选自元素金属Ir,Pt,及Cu和二元金属W-N及Ti-N的材料;及其中在形成具有低功函数的第三金属中,第三金属选自元素金属W,Ti,及Ta和二元金属Ta-N及Ti-N的材料。13.根据申请专利范围第6项之方法,其中在闸氧化层上面形成具有第一厚度的第一金属层中,第一厚度小于15;及其中在第一通道区上面建立反应于第一和第三金属层的厚度之闸功函数包括建立实际上反应于第三金属层的厚度之闸功函数,14.根据申请专利范围第6项之方法,其中在闸氧化层上面形成具有第一厚度的第一金属层中,第一厚度大于100;及其中在第一通道区上面建立反应于第一和第三金属层的厚度之闸功函数包括建立实际上反应于第一金属层的厚度之闸功函数。15.根据申请专利范围第6项之方法,其中在形成具有第四厚度的第三金属层中,第三金属层的第四厚度在100到1000范围中。16.根据申请专利范围第1项之方法,另外包含:在淀积第二金属层之前,在第二通道区上面选择性淀积掩模;及其中在第一通道区上面选择性去除第二金属层包括以掩模保护在第二通道区上面的第一金属层。17.根据申请专利范围第16项之方法,其中在闸氧化层上面形成第一金属层包括由第一金属材料形成第一金属层;及其中在第一金属层上面形成第二金属层包括由第一金属材料形成第二金属层。18.根据申请专利范围第1项之方法,其中在形成第一金属层中,第一金属层具有低功函数;及其中在第一金属层上面形成第二金属层中,第二金属层具有高功函数。19.根据申请专利范围第18项之方法,其中在形成具有低功函数的第一金属层中,第一一金属是选自元素金属W,Ti,及Ta和二元金属Ta-N及Ti-N的材料;及其中在形成具有高功函数的第二金属层中,第二金属是选自元素金属Ir,Pt,及Cu和二元金属W-N及Ti-N的材料。20.根据申请专利范围第1项之方法,其中形成第一金属层包括具有高功函数的第一金属层;及其中在第一金属层上面形成第二金属层包括具有低功函数的第二金属层。21.根据申请专利范围第20项之方法,其中在形成具有高功函数的第一金属层中,第一金属是选自元素金属Ir,Pt,及Cu和二元金属W-N及Ti-N的材料;及其中在形成具有低功函数的第二金属层中,第二金属是选自元素金属W,Ti,及Ta和二元金属Ta-N及Ti-N的材料。22.根据申请专利范围第1项之方法,其中在闸氧化层上面形成具有第一厚度的第一金属层中,第一厚度小于200。23.根据申请专利范围第22项之方法,其中在闸氧化层上面形成具有第一厚度的第一金属层中,第一厚度是15;及其中在第二通道区上面建立反应于第一和第二金属层的厚度之闸功函数包括建立实际上反应于第二金属层的厚度之闸功函数。24.根据申请专利范围第22项之方法,其中在闸氧化层上面形成具有第一厚度的第一金属层中,第一厚度大于100;及其中在第二通道区上面建立反应于第一和第二金属层的厚度之闸功函数包括建立实际上反应于第一金属层的厚度之闸功函数。25.根据申请专利范围第1项之方法,其中在具有第一厚度的第一金属层上面形成具有第二厚度的第二金属层,第二厚度在100到1000范围中。26.一种具有金属闸堆叠之双闸MOSFET,包含:闸氧化层,在互补的第一和第二通道区上面;第一金属层,在闸氧化层上面;第二金属层,在第二通道区的第一金属层上面;第三金属层,在第一通道区的第一金属层和第二通道区的第二金属层上面;第一闸,在具有反应于第一和第三金属层的功函数之第一通道区上面;和第二闸,在具有反应于第一、第二、及第三金属层的厚度之功函数的第二通道区上面。27.根据申请专利范围第26项之MOSFET,其中第一金属层在第二通道区具有第一厚度,及在第一通道区具有小于第一厚度的第三厚度。28.根据申请专利范围第27项之MOSFET,其中第一金属层的第三厚度小于15;其中第三金属层具有大于100的第四厚度;及其中第一闸功函数实际上反应于第三金属层的第四厚度。29.根据申请专利范围第26项之MOSFET,其中由第一材料制造第一和第二金属层。30.根据申请专利范围第26项之MOSFET,其中第一金属层具有低功函数;及其中第三金属层具有高功函数。31.根据申请专利范围第30项之MOSFET,其中第二金属层具有低功函数。32.根据申请专利范围第30项之MOSFET,其中第一金属层是选自元素金属W,Ti,及Ta和二元金属Ta-N及Ti-N的材料;及其中第三金属层是选自元素金属Ir,Pt,及Cu和二元金属W-N及Ti-N的材料。33.根据申请专利范围第26项之MOSFET,其中第一金属层具有高功函数;及其中第三金属层具有低功函数。34.根据申请专利范围第33项之MOSFET,其中第二金属层具有高功函数。35.根据申请专利范围第34项之MOSFET,其中第一金属是选自元素金属Ir,Pt,及Cu和二元金属W-N及Ti-N的材料;及其中第三金属是选自元素金属W,Ti,及Ta和二元金属Ta-N及Ti-N的材料。36.根据申请专利范围第26项之MOSFET,其中第一金属层具有小于200的第一厚度。37.根据申请专利范围第27项之MOSFET,其中第一金属层的第三厚度小于15;及其中第一闸功函数实际上反应于第三金属层的厚度。38.根据申请专利范围第27项之MOSFET,其中第一金属层的第三厚度大于100;及其中第一闸功函数实际上反应于第一金属层的第三厚度。39.根据申请专利范围第27项之MOSFET,其中第三金属层的第四厚度在100到1000范围中。40.根据申请专利范围第26项之MOSFET,另外包含:临时掩模,插入在第一金属层和第一通道区的临时第二金属层之间。41.根据申请专利范围第26项之MOSFET,其中第一金属层具有低功函数;及其中第二金属层具有高功函数。42.根据申请专利范围第41项之MOSFET,其中第一金属层是选自元素金属W,Ti,及Ta和二元金属Ta-N及Ti-N的材料;及其中第二金属层是选自元素金属Ir,Pt,及Cu和二元金属W-N及Ti-N的材料。43.根据申请专利范围第26项之MOSFET,其中第一金属层具有高功函数;及其中第二金属层具有低功函数。44.根据申请专利范围第43项之MOSFET,其中第一金属是选自元素金属Ir,Pt,及Cu和二元金属W-N及Ti-N的材料;及其中第二金属是选自元素金属W,Ti,及Ta和二元金属Ta-N及Ti-N的材料。图式简单说明:图1到8为制造具有本发明的金属闸堆叠之双闸MOSFET的步骤之局部横剖面图。图9为根据完成闸制造处理之图5或图8的双闸MOSFET之局部横剖面图。图10为用以在具有金属闸的双闸MOSFET中设定临界电压的本发明方法之流程图。
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