CN1846313A - 用于高性能器件的金属替换栅极的结构和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于高性能器件的金属替换栅极的结构和方法。首先在半导体衬底(240)上提供的蚀刻停止层(250)上形成牺牲栅极结构(260)。在所述牺牲栅极结构(300)的侧壁上提供一对隔离物(400)。然后去除所述牺牲栅极结构(300)，形成开口(600)。然后，在所述隔离物(400)之间的所述开口(600)中形成金属栅极(1000)，所述金属栅极(1000)包括例如钨的金属的第一层(700)，例如氮化钛的扩散阻挡层(800)，以及例如钨的金属的第二层(900)。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体结构和制造方法，更具体地说，涉及一种用于高性能器件的金属栅极结构的改进结构和方法。
背景技术
在半导体制造工业中，通常利用多晶硅栅极电极形成晶体管。由于其耐热性和其它特定特性，优选多晶硅。多晶硅栅极的一个重要特征在于其可承受在驱入掺杂剂或其它高温处理例如退火处理期间对晶体管的其它部分，例如源极和漏极区的处理。
然而，当用于晶体管时，多晶硅栅极不如金属栅极有利。多晶硅栅极工作时容易形成耗尽区，在该耗尽区中载流子从栅极介质上的多晶硅材料耗尽。这与在整个电极中保持大量载流子的金属电极不同。耗尽区具有使栅极介质工作时看起来比实际上厚的效果，以致为打开具有多晶硅栅极的晶体管，需要比具有金属栅极的晶体管更多的电荷。多晶硅栅极的另一个缺点是其与高k介质材料的不兼容性。此外，即使当高度掺杂到掺杂剂浓度高达1020cm-3时，多晶硅也远不及金属那样良好的导体。这导致多晶硅栅极以低于金属栅极的速度工作。由于这些原因，当设计要求需要较高的性能时，优选金属栅极。
利用多晶栅极的替换方案是制造和利用金属栅极。金属是更良好的电导体，使得栅极接触电阻降低，这提供了更快的器件性能。然而，金属栅极的制造提出了严峻的挑战。例如，金属栅极不如多晶硅热稳定，因此在处理晶体管或集成电路(IC)的其它元件期间，不能暴露于高温下。此外，金属栅极不能承受为形成多晶硅晶体管栅极所需的氧化环境。另外，当在金属表面上实施光刻或其它类似的技术时，降低了形成栅极时所需的构图精度。其原因在于在平面表面上可更好地实现光刻，而在金属中不容易得到平面表面。
近年来，通过形成最初具有多晶硅栅极的晶体管结构的方法，其中该多晶硅栅极能够更好地承受最初更严格的处理条件，已做出了努力以克服金属栅极处理的限制和多晶硅栅极的操作缺陷。随后，在处理条件较不严格的后面的处理阶段中，从该结构中去除多晶硅栅极，并用金属栅极进行替换。通过该替换栅极的方法，不需要修改最初的严格处理条件，并保留了与多晶硅处理相关联的光刻优点。对多晶硅栅极的最初采用也利用了在对晶体管进行源极和漏极注入时，多晶硅阻挡向晶体管的沟道区的离子注入的能力。
在替换栅极制造方法中，在与衬底的单晶半导体区接触的蚀刻停止层上形成多晶硅栅极，在栅极的侧壁上设置一对隔离物。蚀刻停止层典型地是在氧气气氛中在衬底的表面上热生长的薄二氧化硅层。在这种情况下，蚀刻停止层可称为牺牲栅极氧化物层。随后，通过在蚀刻停止层上停止的各向异性垂直蚀刻方法例如反应离子蚀刻(RIE)，从隔离物对之间去除多晶硅材料。然后通过干法蚀刻或对侧壁隔离物的材料选择的各向同性湿法蚀刻，从衬底表面去除蚀刻停止层。这在隔离物之间产生开口，然后在该开口位置形成栅极介质，通常为热生长的氧化物。随后，在接触下面的栅极介质的隔离物之间的开口中形成金属栅极。
用于形成该金属栅极的优选金属为钨(W)。通常利用化学气相沉积步骤(CVD)沉积钨，在该沉积步骤中利用沉积前体，包括(源)气体，例如WF6。然而，在沉积钨时，特别当利用WF6作为沉积前体时，产生具体挑战。WF6气体中的氟基可损伤氧化物和硅物质。因此，氟气体可侵蚀栅极氧化物和在栅极氧化物下的硅。可选地可利用不同的气体，例如W(CO)6，但W(CO)6的非保形特性可导致形成不良钨栅极。图1示出了利用W(CO)6气体沉积的非保形钨的特性，导致开口的夹断和不良钨栅极形成。
图1中，已沉积W(CO)6110，以覆盖栅极开口100。在105的位置示出了隔离物。如115所示，尤其当以10nm或更厚的厚层沉积时，W(CO)6的非保形特性在栅极开口100顶部产生夹断。另外，该沉积的非保形特性使钨不均匀地累积，导致在钨栅极中部或中心产生空隙，使栅极结构上出现缺陷。在开口宽度很窄的高性能环境中，夹断问题极具挑战性。
当利用WF6或W(CO)6气体时的另一个挑战在于，钨的有效沉积要求良好的成核位置，以在其将要沉积的表面(即侧壁)上存在。氧化物，尤其在表面上的氧化物的存在影响钨的沉积能力和与钨在其上沉积的表面适当粘附的能力。钨的无效沉积可导致结构上有缺陷的栅极，其中栅极导体材料可从栅极邻近表面剥离或爆裂。
因此需要一种改进方法，该方法能够形成金属栅极，具体地说包括钨作为主要金属，处理在上述方法中面临的处理挑战。
发明内容
提供了一种用于高性能器件的金属替换栅极的结构和方法。根据本发明的一方面，提供了一种在原来由牺牲栅极占据的介质区内的开口中制造集成电路的金属栅极结构的方法，其中所述金属栅极包括：第一层，主要由选自金属和金属化合物的材料构成，所述第一层接触栅极介质，所述栅极介质接触在衬底的半导体区中形成的晶体管沟道区；扩散阻挡层，覆盖所述第一层；以及第二层，主要由选自金属和金属化合物的至少一种材料构成，所述第二层覆盖所述扩散阻挡层。
根据本发明的另一方面，提供了一种在衬底上制造金属栅极结构的方法，包括以下步骤：在衬底的半导体区上形成蚀刻停止层；形成接触所述蚀刻停止层的牺牲栅极；在所述牺牲栅极的侧壁上提供一对介质隔离物；在所述衬底上形成其顶面通常与所述牺牲栅极的顶部在同一平面内的介质层；去除所述牺牲栅极以在所述隔离物之间形成开口；从所述开口下去除所述蚀刻停止层；在所述开口下的所述半导体区上形成栅极介质；在所述开口中沉积第一金属层，接触所述栅极介质和所述隔离物的侧壁；在所述开口中的所述第一金属层上形成扩散阻挡层；以及在所述开口中的所述扩散阻挡层上沉积第二金属层。
根据本发明的优选方面，利用化学机械抛光，以去除覆盖所述开口外侧的所述介质层的沉积金属。
根据本发明的又一方面，提供了一种集成电路，包括具有栅极的晶体管，其中所述栅极包括：第一层，主要由选自金属和金属化合物的至少一种材料构成，所述第一层接触在衬底的半导体区上形成的栅极介质；覆盖所述第一金属层的扩散阻挡层；以及覆盖所述扩散阻挡层的第二金属层，主要由选自金属和金属化合物的至少一种材料构成，所述第一和第二金属层和所述扩散阻挡层设置在一对介质隔离物之间的开口内。
附图说明
图1是由在开口中沉积厚钨层引起的潜在夹断问题的示例；
图2A至5示出了根据本发明的一个实施例在形成牺牲栅极结构时的前期处理步骤；
图6A是在去除牺牲栅极结构之后具有在其表面上形成的隔离物的衬底的截面图；
图6B示出了本发明的替换实施例，其中在去除牺牲栅极结构之后沉积新的栅极氧化物层；以及
图7至10示出了根据本发明的一个实施例在形成金属栅极结构时的后期步骤。
具体实施方式
具体地说，本发明处理并解决与在晶体管中形成金属栅极相关的问题。在本发明的一个实施例中，可选择金属，以使功函数与采用该金属的晶体管的导电类型兼容。例如，在NFET中，功函数等于n型导电半导体材料的金属栅极性能优于功函数中等或功函数等于p型半导体材料的金属。在本发明的一个实施例中，提供了一种结构和方法，通过该结构和方法，可在集成结构和使在该步骤中采用的金属的具体选择与后期处理分离的方法中，形成与栅极介质接触的具有希望的功函数的金属。
在这里所述的实施例中，可选择与栅极接触形成的具体金属，以与栅极介质材料兼容。例如，栅极介质可包括具体选择的高介电常数K的材料，例如氧化铪(HfO2)或氧化锆(ZrO2)。则栅极可包括与栅极介质接触的兼容性高的金属，例如铪(Hf)或锆(Zr)。
在本发明的另一个实施例中，形成与栅极介质接触的第一金属层。根据其功函数、与栅极介质的兼容性、或在栅极介质上沉积金属时的方法特性，优选选择该层的特性。然后在第一金属层上形成扩散阻挡层。随后，在扩散阻挡层上形成第二金属层。由于存在扩散阻挡层，用于第二金属层的金属可有多种选择。从而，例如，可以为用于形成第二层的沉积方法特性选择所述金属。
提供了一种结构和方法，用于形成将钨(W)作为与栅极介质接触的第一层的优选材料的金属栅极。由于功函数约在n型和p型半导体材料功函数差的中部，钨(W)是用于金属栅极的尤其通用的材料。因此，钨可用于电子为多数载流子的n型场效应晶体管(NFET)的金属栅极中，也可用于空穴为多数载流子的p型场效应晶体管(PFET)的金属栅极中。此外，与仅仅可通过物理气相沉积(PVD)例如溅射而沉积的某些其它金属不同，钨可利用化学气相沉积(CVD)方法沉积。
在特定实施例中，处理了在具有大高宽比的开口，即具有“高纵横比”的开口中形成金属栅极的问题。本发明的实施例允许选择具有特定优点的特定沉积方法，尽管还存在与这些方法相关联的其它问题。例如，可通过与栅极介质兼容的沉积方法形成较薄的金属层作为第一金属层。然而，如果试图利用其形成整个栅极，该沉积方法可能存在问题。如上所述，通过钨的羰基(W(CO)6)沉积钨是这样的沉积方法，其与例如二氧化硅的氧化物栅极介质兼容，但利用该方法时，在高宽比高的开口中已观察到包括夹断和空隙的填充问题。
图2A示出了半导体衬底200。在此利用术语“衬底”，以便于参考，并包括多种衬底，包括体半导体衬底、例如“绝缘体上硅”(SOI)衬底的绝缘体上半导体衬底、锗(Ge)衬底和硅锗(SiGe)衬底。该衬底包括在其主表面的单晶半导体区。当在此所述的方法用于形成薄膜晶体管(TFT)时，术语衬底也可应用于具有薄沉积半导体层的衬底。
然后在衬底200上形成如以220所示的隔离结构。在图2A所示的实施例中，隔离结构220被抬高，然而，没有必要抬高该结构，可实现该结构与衬底在同一平面内的其它实施例。此外，隔离结构220可包括各种结构，例如浅沟槽隔离，并在衬底200上选择性地形成。
由隔离结构220之间限定并在其中的衬底区域称为有源区域，并在图2中以240示出。有源区域240将容纳有源电器件。该隔离结构的目的是提供各种器件，尤其邻近的有源区域240之间的电隔离。
图2B示出了下一个处理阶段，其中实施最初的方法步骤，以在衬底200上形成牺牲多晶硅栅极。如图2B所示，通过在衬底200上沉积或生长，形成蚀刻停止层250。如图2B所示，在本发明的优选实施例中，当衬底200主要由硅构成时，蚀刻停止层250包括氧化物层，例如二氧化硅。在这种情况下，蚀刻停止层250可称为牺牲栅极氧化物层或牺牲氧化物层。可选地，氮化物，例如氮化硅、氮氧化硅或其它材料可用于蚀刻停止层250。蚀刻停止层250优选为氧化物层。如图2B所示，然后在蚀刻停止层250上沉积多晶硅层260作为牺牲栅极材料。如图3所示，然后一起构图牺牲栅极材料260和蚀刻停止层250。由于牺牲栅极由在NFET和PFET晶体管中广泛使用的多晶硅形成，构图方法很容易实现。
在图3提供的实施例中，将光刻用于构图包括作为氧化物层提供的蚀刻停止层250和其上的多晶硅层260的栅极叠层结构300。光刻步骤之后进行各向异性蚀刻处理，例如反应离子蚀刻(RIE)，但也可替代采用其它方法。
在下一个处理步骤中，如图4所示，在栅极叠层结构300的侧壁上形成隔离物。在实施例中，通过沉积保形隔离物材料，然后当粘附于牺牲栅极300的侧壁时，通过各向异性垂直蚀刻例如RIE，以使其后仅仅保留垂直方向的隔离物，形成隔离物400。形成隔离物400的材料可包括适于在采用的特定方法步骤中集成的多种可利用材料中的一种或多种材料。例如，当蚀刻停止层250包括氧化物时，隔离物400优选由非氧化物材料，例如氮化硅或其它氮化物形成，以在后期通过各向同性湿法蚀刻去除蚀刻停止层的处理步骤中，在非氧化物隔离物与氧化物蚀刻停止层250之间提供蚀刻选择性。可选地，当蚀刻停止层250由例如氮化硅的氮化物形成时，隔离物400优选由非氮化物材料形成，以在非氮化物隔离物与氮化物蚀刻停止层250之间提供蚀刻选择性。当蚀刻停止层250由氮氧化物形成时，隔离物400可由氧化物或氮化物形成，而各向同性湿法蚀刻化学剂对氧化物或氮化物具有蚀刻选择性。
另外，图4示出了形成如在410和420所示的源极和漏极区的步骤。由于采用多晶硅牺牲栅极，也可掺杂衬底200以在有源区240中形成源极和漏极区410和420。该掺杂包括在衬底中注入离子，以改变源极和漏极区410和420的导电性。如上所述，多晶硅具有阻挡该注入进入如图4在450所示的沟道区的能力。
也可对图4中在410和420所示的区注入以形成轻掺杂源极/漏极延伸区和/或晕圈注入。另外，需要时可注入n型和p型杂质中一者或两者，以形成具体希望的组分。例如，如果将在互补金属氧化物半导体(CMOS)技术中实现电路，必须在衬底的对应部分中注入n型和p型掺杂剂，以在该技术中形成p型或n型晶体管的源极和漏极区。多晶硅具有阻挡掺杂原子离子注入的能力，因此，牺牲多晶硅栅极300和隔离物400一起用作注入掩膜。
在处理金属栅极的这些早期阶段中，牺牲多晶硅栅极的采用允许进行高温处理。例如，在构图栅极后向衬底的源极和漏极区中注入掺杂剂之后，通常需要高温掺杂剂驱入处理。
下一步，如图5所示，在衬底200上覆盖沉积层间介质500。在一个实施例中，随后使层间介质500平面化，在牺牲栅极叠层300停止。可利用多种平面化方法，例如化学机械抛光。
在图6A中，例如通过RIE，去除牺牲栅极260，在蚀刻停止层250停止，以避免损伤下面的衬底200的表面。随后，优选去除蚀刻停止层250，使衬底200在隔离物400之间的开口600的表面暴露，如图6A所示。开口600以衬底200的顶部和隔离物400的侧壁610为界。
在一个替换实施例中，当蚀刻停止层250由适于用作栅极介质的材料和厚度形成时，可仅仅去除多晶硅栅极260，并将蚀刻停止层250留在原处作为最终的栅极介质。这样做简化了处理，因为省略了去除蚀刻停止层250和形成新栅极介质650的步骤。
然而，由于在去除牺牲多晶硅栅极260期间，特别当通过RIE去除牺牲栅极时，对蚀刻停止层250的损伤可能性，优选去除整个蚀刻停止层250，并且随后在衬底200的表面上形成最终的栅极介质。然后在去除蚀刻停止层250之后，优选进行后蚀刻清洗。
去除蚀刻停止层250并形成用作栅极介质的新层650的优点在于，为了提供最终的栅极介质，可优化在形成新层650期间的条件。因此，在该实施例中，可更精细地控制最终栅极介质的材料和厚度。
在去除蚀刻停止层250的实施例中，在衬底200的表面上形成新栅极介质650，如图6B所示。在优选实施例中，在开口600内的衬底200上热生长具有氧化物层或者可选地具有氮化物层的栅极介质650。在另一个实施例中，通过沉积，例如低压化学气相沉积(LPCVD)，形成栅极介质650。对于栅极介质，存在对材料的其它选择。例如，氧化铪(HfO2)或氧化锆(ZrO2)栅极介质可形成为这样的栅极介质，其具有希望的高介电常数K，高于二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。该高k栅极介质有利于特定应用，例如需要较厚栅极介质以防止介质被击穿但不牺牲晶体管开关性能。
形成最终的栅极介质650后，可形成最终栅极。图7示出了在形成包括金属或导电金属化合物的最终栅极时的阶段。在图7至10所示的示例性实施例中，钨用作与栅极介质650接触的第一层700的优选材料。对于可作为栅极的第一金属层700在栅极介质650上沉积的金属和金属化合物，存在大量选择。这些选择包括但不限于：铱(Ir)、铌(Nb)、铂(Pt)、铼(Re)、铑(Rh)、钌(Ru)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、氮化钽硅(TaSiN)、钨(W)和钒(V)。
另外，当栅极介质由特定材料，例如高K介质材料，例如氧化铪(HfO)或氧化锆(ZrO)形成时，由于其与栅极介质650的特定兼容性，可选择第一层700的金属。例如，可形成与氧化铪(HfO2)栅极介质650接触的铪(Hf)第一金属层700。类似地，可形成与氧化锆(ZrO2)栅极介质650接触的锆(Zr)第一金属层700。
对于许多的该金属和金属化合物，目前仅仅存在物理气相沉积方法，例如溅射。然而，对于沉积钨，存在化学气相沉积。因此，钨是用于形成金属栅极的优选材料。此外，钨的功函数位于n型与p型半导体材料的功函数之间的中间范围。结果，钨可有利地用于PFET和NFET的金属栅极。
现在将说明形成金属栅极的优选实施例，其中第一金属层700是钨层。如图7所示，在开口600中沉积与栅极介质650接触的在700所示的薄钨层。为了便于参考，无论其是新形成的栅极介质650还是在其初期用作蚀刻停止层250后再次用作适当的介质层，将用标号750表示栅极介质。
优选通过利用钨的羰基，优选W(CO)6作为前体气体的化学气相沉积(CVD)技术，沉积钨的第一金属层700。为取得最佳结果，在700所示的钨层保持较薄。在本发明的优选实施例中，沉积的钨层700的厚度在2至20nm的范围内，并优选2至10nm厚。钨层700覆盖衬底和至少部分隔离物侧壁610。在如图7所示的本发明的实施例中，沉积钨层以覆盖开口600中的隔离物610的整个侧壁，并覆盖氧化物层750。
图8示出了在形成金属栅极时随后的处理阶段。在图8中，在开口600中沉积扩散阻挡层，以覆盖薄钨层700。扩散阻挡层可包括一种或多种材料，例如氮化钛(TiN)、氮化铪(HfN)和氮化锆(ZrN)。这些化合物中的每一种可用作扩散阻挡层，其中多种不同金属形成为与栅极介质650接触的第一金属层700。当第一金属层分别包括铪或锆时，最优选利用包括氮化铪或氮化锆的扩散阻挡层。在以下所述的优选实施例中，扩散阻挡层800包括氮化钛，将称为氮化钛层800或TiN层800。
在第一金属层700由钨形成的优选实施例中，如在800所示，扩散阻挡层优选包括与钨接触沉积的薄钛层，之后是氮化钛(TiN)层。该薄钛层也称为粘附材料或粘附层。可利用多种方法形成扩散阻挡层800。在优选实施例中，利用化学气相沉积(CVD)。可选地，可利用原子层沉积(ALD)和物理气相沉积(PVD)技术沉积扩散阻挡层800。
在通过沉积氮化钛形成扩散阻挡层800后，优选通过退火改善扩散阻挡层的性能。进行退火，以致密化沉积的氮化钛层800。优选在较低的温度下进行退火处理，以不损伤金属栅极层。在进行退火处理的实施例中，温度保持在400至600摄氏度的范围内。在优选实施例中，在400至600℃下利用H2/N2混合物进行退火处理三十分钟的时间。
在优选实施例中，在TiN层800的沉积和可选退火后的下一个处理步骤是在TiN层上沉积第二金属层900。扩散阻挡层800在其适当的位置，第二金属或金属化合物层可选自多种金属和金属化合物，因为扩散阻挡层800防止第一层700的材料与第二层900的材料之间的反应。优选地，第二层900包括为便于沉积处理和保形性能而选择的金属或金属化合物。优选地，第二层900包括钨。
图9中示出了沉积第二层900的方法，其中沉积钨层作为第二层900。在实施例中，可利用将WF6用作沉积前体或源气体的CVD方法沉积第二层900。如图9的实例所示，以在900所示的向下方向沉积WF6。钨生长的方向用910表示，且是向上和沿着开口的侧壁920在开口600中横向生长。
在第一金属层700与第二金属层900之间扩散阻挡层800的沉积提供了多个优点。例如，例如TiN的多数扩散阻挡层提供沿着侧壁920的良好表面成核，如图9所示。改善的表面成核改善了钨的粘附，尤其在利用WF6作为前体或源气体进行CVD处理的情况下。改善的表面成核和改善的钨粘附可有助于减轻钨的剥落这个经常伴随目前实际中的现有技术方法的问题。
另外，TiN和其它扩散阻挡层具有更保形的特性，这避免了由从W(CO)6前体沉积的钨层的非保形性质引起的问题。这尤其解决了在从W(CO)6前体沉积钨期间产生的在栅极中间的夹断和形成空隙的问题。这是因为这样的实际情况，即从WF6前体的钨沉积从开口的侧壁910而不从其它方向更保形地填充开口。
另外，TiN和其它扩散阻挡层是对氟穿透的阻挡层。由于例如WF6的气体用于沉积钨栅极，并且氟可损伤下面的硅，TiN层和其它扩散阻挡层可降低穿透栅极氧化物层的机会。这允许可最初利用非常薄的钨层(优选在2-20nm之间)，这极大地降低了处理成本。
图10是在本发明的优选实施例中形成的最终的金属栅极1000的示例。如图10所示，最终的金属栅极1000包括与栅极介质650接触的第一金属或金属化合物层700、例如在此的优选钛-TiN结构的扩散阻挡层800，以及例如钨的金属上覆层900。当金属栅极包括钨作为第一和第三层700、900时，其工作起来非常像完全由钨形成的栅极，但不存在困扰完全由钨形成的栅极的制造及其性能的一些问题。
可利用化学机械抛光方法并在介质层500上停止，使金属栅极1000平面化。然后可从上面对金属栅极结构1000提供栅极接触(未示出)，以与芯片的其它部件互连。根据图10所示的实施例形成的金属栅极解决了与现有技术金属栅极方法相关联的问题，例如结构上有缺陷的栅极、有空隙的栅极和容易剥落的栅极。
虽然根据其特定优选实施例说明了本发明，本领域的技术人员将理解，只要不脱离仅仅通过以下所附的权利要求书限定的本发明的真实范围和精神，可对本发明进行多种修改和改进。
工业适用性
本发明的金属栅极结构可用于高性能器件，例如包括晶体管的半导体集成电路。
Claims (32)
1.一种在集成电路的晶体管中的金属栅极结构(1000)，所述金属栅极结构(1000)包括：
第一层(700)，主要由金属和金属化合物中的至少一种构成，所述第一层(700)接触栅极介质(750)，所述栅极介质(750)接触在衬底(240)的半导体区中形成的晶体管沟道区；
扩散阻挡层(800)，覆盖所述第一层(700)；以及
第二层(900)，主要由金属和金属化合物中的至少一种构成，所述第二层(900)覆盖所述扩散阻挡层(800)，所述第一和第二层(700，900)以及所述扩散阻挡层(800)设置在一对介质隔离物(400)之间的开口(600)内。
2.根据权利要求1的金属栅极结构，其中所述第一层(700)主要由选自铱(Ir)、铌(Nb)、铂(Pt)、铼(Re)、铑(Rh)、钌(Ru)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、氮化钽硅(TaSiN)、钨(W)和钒(V)的至少一种材料构成。
3.根据权利要求2的金属栅极结构，其中所述第二层(900)主要由选自铱(Ir)、铌(Nb)、铂(Pt)、铼(Re)、铑(Rh)、钌(Ru)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、氮化钽硅(TaSiN)、钨(W)、钒(V)、硅化镍、硅化钴和硅化钛的至少一种材料构成。
4.根据权利要求1的金属栅极结构，其中所述第一和第二层(700、900)主要由钨构成。
5.根据权利要求1的金属栅极结构，其中所述第一层(700)和所述第二层(900)中的至少一个包括一杂质浓度，以调整所述金属栅极至希望的功函数。
6.根据权利要求1的金属栅极结构，其中所述第一层(700)比所述第二层(900)薄。
7.根据权利要求6的金属栅极结构，其中所述第一层(700)的厚度在约2nm与20nm之间。
8.根据权利要求1的金属栅极结构，其中所述扩散阻挡层(800)包括钛的氮化物、铪的氮化物和锆的氮化物中的至少一种。
9.根据权利要求8的金属栅极结构，其中所述扩散阻挡层(800)主要由氮化钛构成。
10.根据权利要求1的金属栅极结构，其中所述栅极介质(750)主要由氧化物构成。
11.根据权利要求10的金属栅极结构，其中所述氧化物栅极介质(750)是所述半导体区的半导体材料的氧化物。
12.根据权利要求11的金属栅极结构，其中所述半导体区是包括硅的单晶区，并且所述氧化物栅极介质主要由二氧化硅构成。
13.根据权利要求1的金属栅极结构，其中所述衬底(240)选自体半导体衬底、绝缘体上半导体衬底、绝缘体上硅衬底、硅锗衬底和锗衬底。
14.根据权利要求1的金属栅极结构，其中所述半导体区包括选自多晶硅和非晶硅中的至少一种。
15.根据权利要求1的金属栅极结构，其中所述介质隔离物(400)包括选自氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、金属氧化物、硅酸盐以及所述材料的混合物中的至少一种材料。
16.一种制造权利要求1的金属栅极结构的方法，包括以下步骤：
在衬底(240)的半导体区上形成蚀刻停止层(250)；
在所述蚀刻停止层(250)上形成牺牲栅极(260)，从而形成牺牲栅极结构(300)；
在所述牺牲栅极结构(300)的侧壁上提供一对介质隔离物(400)；
在所述衬底(240)上形成其顶面通常与所述牺牲栅极(260)的顶部在同一平面内的介质层(500)；
去除所述牺牲栅极(260)，以在所述隔离物(400)之间形成开口(600)；
从所述开口(600)底部去除所述蚀刻停止层(250)；
在所述开口(600)中的所述半导体区上形成栅极介质(750)；
在所述开口(600)中沉积由金属和金属化合物中的至少一种构成的第一层(700)，接触所述栅极介质(750)和所述隔离物(400)的侧壁；
在所述开口(600)中的所述第一层(700)上形成扩散阻挡层(800)；以及
在所述开口(600)中的所述扩散阻挡层(800)上沉积由金属和金属化合物中的至少一种构成的第二层(900)。
17.根据权利要求16的方法，其中通过热生长形成所述栅极介质(750)。
18.根据权利要求16的方法，其中通过含羰基前体沉积所述第一层(700)，并且通过含氟前体沉积所述第二层(900)。
19.根据权利要求18的方法，其中通过W(CO)6前体沉积所述第一层(700)，并且通过WF6前体沉积所述第二层(900)。
20.根据权利要求16的方法，其中所述牺牲栅极(260)包括多晶硅。
21.根据权利要求16的方法，还包括在形成所述扩散阻挡层(800)之前沉积粘附材料层。
22.根据权利要求21的方法，其中所述扩散阻挡层(800)主要由氮化钛(TiN)构成，并且所述粘附材料主要由钛(Ti)构成。
23.根据权利要求16的方法，其中通过蚀刻去除所述牺牲栅极(260)和所述蚀刻停止层(250)。
24.根据权利要求16的方法，其中所述蚀刻停止层(250)主要由氧化物层构成。
25.根据权利要求16的方法，其中利用化学气相沉积(CVD)方法沉积所述第一层(700)。
26.根据权利要求16的方法，其中利用原子层沉积(ALD)方法沉积所述第一层(700)。
27.根据权利要求16的方法，其中利用物理气相沉积(PVD)方法沉积所述第一层(700)。
28.根据权利要求16的方法，还包括在形成所述第二层(900)之前退火所述扩散阻挡层(800)的步骤。
29.根据权利要求28的方法，其中在400至600摄氏度的温度范围内退火所述扩散阻挡层(800)。
30.根据权利要求16的方法，其中利用化学气相沉积(CVD)方法沉积所述第二层(900)。
31.根据权利要求16的方法，还包括平面化所述金属栅极(1000)至所述介质层(500)的平面。
32.根据权利要求31的方法，其中通过化学机械抛光进行所述平面化。
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