JP5401159B2 - 二重仕事関数半導体デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
第1ゲートスタックは、第1実効仕事関数を有し、第2ゲートスタックは、第1実効仕事関数とは異なる第2実効仕事関数を有し、
第1ゲートスタックは、第2ゲート誘電体キャップ層の上にある第2金属ゲート電極を備え、第2ゲート誘電体キャップ層はバリア金属ゲート電極の上にあり、バリア金属ゲート電極は第1金属ゲート電極層の上にあり、第1金属ゲート電極層はゲート誘電体ホスト層の上にあり、ゲート誘電体ホスト層は第1ゲート誘電体キャップ層の上にあり、第1ゲート誘電体キャップ層は第1領域において半導体基板の上にあり、
第2ゲートスタックは、第2ゲート誘電体キャップ層の上にある第2金属ゲート電極を備え、第2ゲート誘電体キャップ層は第1金属ゲート電極の上にあり、第1金属ゲート電極はゲート誘電体ホスト層の上にあり、ゲート誘電体ホスト層は第2領域において半導体基板の上にあり、
第1および第2ゲートスタックの第2金属ゲート電極層は、第1および第2ゲートスタックの第1金属ゲート電極層と同じ金属組成からなる。
第1ゲート誘電体キャップ層を第1領域に形成するステップ、
ゲート誘電体層を第1領域および第2領域に形成して、第1領域においてゲート誘電体層を第1ゲート誘電体キャップ層の上に載せるステップ、
第1金属ゲート電極材料を第1領域および第2領域に形成して、第1金属ゲート電極材料をゲート誘電体層の上に載せるステップ、
バリア金属ゲート電極層を第1領域に形成して、バリア金属ゲート電極層を第1金属ゲート電極層の上に載せるステップ、
第2ゲート誘電体キャップ層を第2領域に形成して、第2ゲート誘電体キャップ層を第1金属ゲート電極層の上に載せるステップ、
第2金属ゲート電極層を第1領域および第2領域に形成して、第2金属ゲート電極層を第2ゲート誘電体キャップ層の上に載せるステップを含み、
第1ゲートスタックおよび第2ゲートスタックの第2金属ゲート電極層は、第1ゲートスタックおよび第2ゲートスタックの第1金属ゲート電極層と同じ金属組成からなる。
半導体基板と、
半導体基板の第1領域に、第1ゲートスタックを含む第1トランジスタと、半導体基板の第2領域に、第2ゲートスタックを含む第2トランジスタとを備え、
第1ゲートスタックは、第1実効仕事関数を有し、第2ゲートスタックは、第1実効仕事関数とは異なる第2実効仕事関数を有し、
第1ゲートスタックは、第2ゲート誘電体キャップ層の上にあって、これと接触する第2金属ゲート電極と、バリア金属ゲート電極の上にあって、これと接触する第2ゲート誘電体キャップ層と、第1金属ゲート電極層の上にあって、これと接触するバリア金属ゲート電極と、ゲート誘電体ホスト層の上にあって、これと接触する第1金属ゲート電極層と、第1ゲート誘電体キャップ層の上にあって、これと接触するゲート誘電体ホスト層と、第1領域において半導体基板の上にあって、これと接触する第1ゲート誘電体キャップ層とを備え、
第2ゲートスタックは、第2ゲート誘電体キャップ層の上にあって、これと接触する第2金属ゲート電極と、第1金属ゲート電極の上にあって、これと接触する第2ゲート誘電体キャップ層と、ゲート誘電体ホスト層の上にあって、これと接触する第1金属ゲート電極と、第2領域において半導体基板の上にあって、これと接触するゲート誘電体ホスト層とを備え、
第1および第2ゲートスタックの第2金属ゲート電極層は、第1および第2ゲートスタックの第1金属ゲート電極層と同じ金属組成からなる。
・第1実効仕事関数を有する第1ゲートスタックを第1領域に備える第1トランジスタを形成し、第1実効仕事関数とは異なる第2実効仕事関数を有する第2ゲートスタックを第2領域に有する第2トランジスタを形成すること、
・第1ゲート誘電体キャップ層を第1領域だけに形成すること、
・ゲート誘電体ホスト層を第1領域および第2領域に形成して、ゲート誘電体ホスト層を第1領域において第1ゲート誘電体キャップ層の上に載せること、
・第1金属ゲート電極材料を第1領域および第2領域に形成して、第1金属ゲート電極材料をゲート誘電体ホスト層の上に載せること、
・バリア金属ゲート電極層を第1領域だけに形成して、バリア金属ゲート電極層を第1金属ゲート電極層の上に載せること、
・第2ゲート誘電体キャップ層を第1領域および第2領域に形成して、第1領域において第2ゲート誘電体キャップ層をバリア金属ゲート電極層の上に載せ、第2領域において第2ゲート誘電体キャップ層を第1金属ゲート電極層の上に載せること、
・第2金属ゲート電極層を第1領域および第2領域に形成して、第2金属ゲート電極層を第2ゲート誘電体キャップ層の上に載せることを含み、
・第2金属ゲート電極層は、第1金属ゲート電極層と同じ金属を含む。
Claims (12)
- 半導体基板と、
半導体基板の第1領域にあって、第1実効仕事関数を有する第1ゲートスタックを含む第1トランジスタと、
半導体基板の第2領域にあって、第1実効仕事関数とは異なる第2実効仕事関数を有する第2ゲートスタックを含む第2トランジスタとを備え、
第1ゲートスタックは、
前記第1領域において前記半導体基板の上にある第1ゲート誘電体キャップ層
と、
前記第1ゲート誘電体キャップ層の上にあるゲート誘電体ホスト層と、
前記ゲート誘電体ホスト層の上にある第1金属ゲート電極層と、
前記第1金属ゲート電極層の上にあるバリア金属ゲート電極層と、
前記バリア金属ゲート電極層の上にある第2ゲート誘電体キャップ層と、
前記第2ゲート誘電体キャップ層の上にある第2金属ゲート電極層とを含み、
第1金属ゲート電極層の材料は、バリア金属ゲート電極層の材料と異なっており、
第2ゲートスタックは、
前記第2領域において前記半導体基板の上にあるゲート誘電体ホスト層と、
前記ゲート誘電体ホスト層の上にある第1金属ゲート電極層と、
前記第1金属ゲート電極層の上にある第2ゲート誘電体キャップ層と、
前記第2ゲート誘電体キャップ層の上にある第2金属ゲート電極層とを含み、
第1ゲートスタックおよび第2ゲートスタックの第2金属ゲート電極層は、第1ゲートスタックおよび第2ゲートスタックの第1金属ゲート電極層と同じ金属組成からなる二重仕事関数半導体デバイス。 - 第1ゲートスタックの第1金属ゲート電極層、バリア金属ゲート電極層および第1ゲート誘電体キャップ層は、第1ゲートスタックの第1実効仕事関数を調整するように選択される請求項1記載の二重仕事関数半導体デバイス。
- 第2ゲートスタックの第1金属ゲート電極層、第2ゲート電極層および第2ゲート誘電体キャップ層は、第2ゲートスタックの第2実効仕事関数を調整するように選択される請求項1または2記載の二重仕事関数半導体デバイス。
- バリア金属ゲート電極層は、TiNまたはTaNを含む請求項1〜3のいずれかに記載の二重仕事関数半導体デバイス。
- 第1実効仕事関数は、第2実効仕事関数より大きい請求項1〜4のいずれかに記載の二重仕事関数半導体デバイス。
- 第1ゲート誘電体キャップ層は、AlO,AlN,AlONおよびこれらの混合物からなるグループから選択され、
第2ゲート誘電体キャップ層は、DyO,LaO,GdO,ErOおよびこれらの混合物からなるグループから選択され、
第1金属ゲート電極層および第2金属ゲート電極層は、TaxCy(x,yの実数値は0<x,y<1)からなるグループから選択される材料を含み、
バリア金属ゲート電極層は、TiNを含む請求項5記載の二重仕事関数半導体デバイス。 - 半導体基板に第1領域および第2領域を設けることと、
第1実効仕事関数を有する第1ゲートスタックを第1領域に形成し、第1実効仕事関数とは異なる第2実効仕事関数を有する第2ゲートスタックを第2領域に形成することとを含む二重仕事関数半導体デバイスの製造方法であって、
第1ゲート誘電体キャップ層を第1領域に形成するステップと、
ゲート誘電体ホスト層を第1領域および第2領域に形成して、第1領域においてゲート誘電体ホスト層を第1ゲート誘電体キャップ層の上に載せるステップと、
第1金属ゲート電極材料を第1領域および第2領域に形成して、第1金属ゲート電極材料をゲート誘電体ホスト層の上に載せるステップと、
第1金属ゲート電極材料とは異なる材料からなるバリア金属ゲート電極層を第1領域に形成して、バリア金属ゲート電極層を第1金属ゲート電極層の上に載せるステップと、
第2ゲート誘電体キャップ層を第1領域および第2領域に形成して、第2ゲート誘電体キャップ層を第1金属ゲート電極層の上に載せるステップと、
第2金属ゲート電極層を第1領域および第2領域に形成して、第2金属ゲート電極層を第2ゲート誘電体キャップ層の上に載せるステップとを含み、
第2金属ゲート電極層は、第1金属ゲート電極層と同じ金属組成からなるようにした二重仕事関数半導体デバイスの製造方法。 - 第2金属ゲート電極層、第2ゲート誘電体キャップ層、バリア金属ゲート電極層、ゲート誘電体ホスト層および第1ゲート誘電体キャップ層をパターン化して、第1ゲートスタックを形成するステップと、
第2金属ゲート電極層、第2ゲート誘電体キャップ層、第1金属ゲート電極層およびゲート誘電体ホスト層をパターン化して、第2ゲートスタックを形成するステップとをさらに含む請求項7記載の二重仕事関数半導体デバイスの製造方法。 - 第1金属ゲート電極層、バリア金属ゲート電極層および第1ゲート誘電体キャップ層は、第1ゲートスタックの第1実効仕事関数を調整するように選択される請求項7または8記載の二重仕事関数半導体デバイスの製造方法。
- 第1金属ゲート電極層および第2ゲート誘電体キャップ層は、第2ゲートスタックの第2実効仕事関数を調整するように選択される請求項7〜9のいずれかに記載の二重仕事関数半導体デバイスの製造方法。
- 第1実効仕事関数は、第2実効仕事関数より大きい請求項7〜10のいずれかに記載の二重仕事関数半導体デバイスの製造方法。
- バリア金属ゲート電極層は、TiNまたはTaNを含む請求項7〜11のいずれかに記載の二重仕事関数半導体デバイスの製造方法。
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