半导体器件及其形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
【背景技术】
[0002] 互补型金属氧化物半导体管（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor， CMOS)使构成集成电路的基本半导体器件之一。所述互补型金属氧化物半导体管包括；P型 金属氧化物半导体（PM0S)和N型金属氧化物半导体（NM0S)。
[0003] 现有技术为了在减小栅极尺寸的同时控制短沟道效应，采用高K介质材料取代常 规的氧化娃等材料作为晶体管的栅介质层，采用金属材料取代常规的多晶娃等材料作为晶 体管的栅电极层。而且，为了调节PM0S管和NM0S管的阔值电压，现有技术会在PM0S管和 NM0S管的栅介质层表面形成功函数层（work化nctionlayer);其中，PM0S管的功函数层 需要具有较高的功函数，而NM0S管的功函数层需要具有较低的功函数。因此，在PM0S管和 NM0S管中，功函数层的材料不同，W满足各自功函数调节的需求。
[0004] 现有技术形成互补型金属氧化物半导体管时，在形成PM0S管的区域和形成NM0S 管的区域的半导体衬底表面分别形成伪栅极层；W所述伪栅极层为掩膜形成源区和漏区 后，在半导体衬底表面形成于伪栅极层表面齐平的介质层；在形成介质层之后，去除PM0S 管的区域或NM0S管的区域的伪栅极层，在介质层内形成开口，并依次在所述开口内沉积栅 介质层、功函数层和栅电极层。其中，栅电极层的材料为金属，栅介质层的材料为高K材料， 所述形成互补型金属氧化物半导体管的方法即用于形成高K金属栅（HKMG，化曲K Metal Gate)的后栅（Gate Last)工艺。此外，形成于PM0S管的区域的功函数层材料、与形成于 NM0S管的区域的功函数层材料不同。
[0005] 然而，W现有技术形成多阔值电压晶体管的工艺过于复杂，生产成本高且生产效 率低。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的问题是提供一种半导体器件及其形成方法，所形成的半导体器件的 形成工艺简化、性能改善、稳定性提高。
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供衬底，所述 衬底表面具有介质层，所述介质层内具有第一开口、第二开口、第H开口、第四开口、第五开 口和第六开口，所述第一开口、第二开口、第H开口、第四开口、第五开口和第六开口的侧壁 和底部表面具有栅介质层，所述栅介质层表面具有覆盖层，由第一开口、第二开口和第H开 口形成的晶体管类型相对于由第四开口、第五开口和第六开口形成的晶体管类型相反；在 第一开口和第二开口内的覆盖层表面形成第一功函数层，所述覆盖层的功函数类型与第一 功函数层相同；在第一开口内的第一功函数层表面、W及第五开口和第六开口的覆盖层表 面形成扩散层，所述扩散层的功函数类型与第一功函数层相反；进行退火工艺，使扩散层的 材料扩散入第一功函数层和覆盖层内，在第一开口内形成惨杂功函数层，在第五开口和第 六开口内形成惨杂覆盖层；在退火工艺之后，去除剩余的扩散层，并在第四开口的覆盖层表 面和第五开口的惨杂覆盖层表面形成第二功函数层，所述第二功函数层的功函数类型与第 一功函数层相反；在形成第二功函数层之后，在第一开口、第二开口、第H开口、第四开口、 第五开口和第六开口内形成第H功函数层、W及位于第H功函数层表面的金属栅，所述第 H功函数层的功函数类型与第一功函数层相同。
[0008] 可选的，所述第一功函数层的材料为P型功函数材料，所述第H功函数层的材料 为N型功函数材料；所述扩散层的材料为TiAl或A1，所述扩散层的厚度为5A~30A，所述 扩散层的形成工艺包括化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺；去除扩 散层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。
[0009] 可选的，所述第一开口、第二开口、第H开口用于形成PM0S晶体管的栅极结构；所 述第四开口、第五开口、第六开口用于形成NM0S晶体管。
[0010] 可选的，所述退火工艺的参数包括；时间为10砂~30砂，温度为50(TC~80(TC， 气体包括氮气。
[0011] 可选的，所述第一功函数层的形成工艺包括；在第H开口、第四开口、第五开口和 第六开口内形成第一牺牲层；在所述第一牺牲层和介质层表面、W及第一开口和第二开口 内沉积第一功函数膜；采用抛光工艺去除第一牺牲层和介质层表面的第一功函数膜，形成 第一功函数层；在所述抛光工艺之后，去除所述第一牺牲层。
[0012] 可选的，所述第一牺牲层的材料为光刻胶，去除第一牺牲层的工艺为干法刻蚀工 艺或湿法刻蚀工艺。
[0013] 可选的，所述扩散层的形成工艺包括；在第二开口、第H开口和第四开口内形成第 二牺牲层；在所述第二牺牲层和介质层表面、W及第一开口、第五开口和第六开口内沉积扩 散膜；采用抛光工艺去除第二牺牲层和介质层表面的扩散膜，形成扩散层；在所述抛光工 艺之后，去除所述第二牺牲层。
[0014] 可选的，所述第二牺牲层的材料为光刻胶，去除第二牺牲层的工艺为干法刻蚀工 艺或湿法刻蚀工艺。
[0015] 可选的，所述第二功函数层的形成工艺包括；在第一开口、第二开口、第H开口和 第六开口内形成第H牺牲层；在所述第H牺牲层和介质层表面、W及第四开口和第五开口 内沉积第二功函数膜；采用抛光工艺去除第H牺牲层和介质层表面的第二功函数膜，形成 第二功函数层；在所述抛光工艺之后，去除所述第H牺牲层。
[0016] 可选的，所述第H牺牲层的材料为光刻胶，去除第H牺牲层的工艺为干法刻蚀工 艺或湿法刻蚀工艺。
[0017] 可选的，还包括；在形成第一功函数层之前，在第一开口和第二开口内的覆盖层表 面形成第一阻挡层，所述第一功函数层形成于第一开口和第二开口内的第一阻挡层表面。
[0018] 可选的，所述第一阻挡层的材料为TaN、化为TaAl，厚度为5A~20A，形成工艺包 括化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺。
[0019] 可选的，还包括：在退火工艺之后，形成第二功函数层之前，在第一开口、第二开 口、第H开口、第四开口、第五开口和第六开口内形成第二阻挡层，所述第二功函数层形成 于第四开口和第五开口的第二阻挡层表面。
[0020] 可选的，所述第二阻挡层的材料为TaN、化为TaAl，厚度为5A~20A，形成工艺包 括化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺。
[0021] 可选的，还包括；在栅介质层和衬底之间形成结合层，所述结合层的材料为氧化娃 或氮氧化娃，所述结合层的厚度为5A~loA，所述结合层的形成工艺包括热氧化工艺、化 学氧化工艺、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺。
[0022] 可选的，所述栅介质层的材料为高K介质材料，所述高K介质材料包括La2化、 AI2O3、BaZrO、HfZr〇4、HfZrON、册LaO、HfSiO、HfSiON、LaSiO、AlSiO、HfTaO、HfTiO、炬a,Sr) Ti〇3、Si3N4,所述栅介质层的厚度为lOA~3〇A，所述栅介质层的形成工艺包括化学气相沉 积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺。
[002引 可选的，所述覆盖层的材料为La203、AL203、Ga203、In203、MoO、Pt、Ru、TaCNO、Ir、I'aC、MoN、WN、Ti,Ni_,，厚度为5A~2OA，形成工艺包括化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或 原子层沉积工艺。
[0024]可选的，所述第一功函数层的材料为Ti,Ni_x、化C、MoN或TaN，所述第一功函数层 的厚度为lOA~580A，形成工艺包括化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积 工艺；第二功函数层的材料为化N、化、TaAi，所述第二功函数层的厚度为5A~20A，形成工 艺包括化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺；第H功函数层的材料为 化C、Ti、Al、Ti,All_,，厚度为10A~80A，形成工艺包括化学气相沉积工艺、物理气相沉积工 艺或原子层沉积工艺；所述金属栅的材料为铅或鹤，形成工艺包括化学气相沉积工艺、物理 气相沉积工艺或原子层沉积工艺。
[00巧]可选的，所述衬底为平面基底，所述介质层、第一开口、第二开口、第H开口、第四 开口、第五开口和第六开口位于所述平面基底表面；或者，所述衬底包括；基底、位于基底 表面的錯部、W及位于基底表面且覆盖錯部部分侧壁的绝缘层，所述介质层位于所述绝缘 层表面和錯部的侧壁和顶部表面，所述第一开口、第二开口、第H开口、第四开口、第五开口 和第六开口横跨于所述錯部表面、且暴露出所述錯部的顶部和部分侧壁。
[0026]相应的，本发明还提供一种半导体器件，包括：衬底，所述衬底表面具有介质层，所 述介质层内具有第一开口、第二开口、第H开口、第四开口、第五开口和第六开口，所述第一 开口、第二开口、第H开口、第四开口、第五开口和第六开口的侧壁和底部表面具有栅介质 层，由第一开口、第二开口和第H开口构成的晶体管类型相对于由第四开口、第五开口和第 六开口构成的晶体管类型相反；所述第一开口的栅介质层表面具有覆盖层，所述覆盖层表 面具有惨杂功函数层，所述惨杂功函数层表面具有第H功函数层，所述第H功函数层表面 具有金属栅，所述惨杂功函数层内具有惨杂材料，所述惨杂材料的功函数类型与第一功函 数层相反；所述第二开口的栅介质层表面具有覆盖层，所述覆盖层表面具有第一功函数层， 所述第一功函数层表面具有第H功函数层，所述第H功函数层表面具有金属栅，所述覆盖 层和第H功函数层的功函数类型与第一功函数层相同；所述第H开口的栅介质层表面具有 覆盖层，所述覆盖层表面具有第H功函数层，所述第H功函数层表面具有金属栅；所述第四 开口的栅介质层表面具有覆盖层，所述覆盖层表面具有第二功函数层，所述第二功函数层 表面具有第H功函数层，所述第H功函数层表面具有金属栅，所述第二功函数层的功函数 类型与第一功函数层相反；所述第五开口的栅介质层表面具有惨杂覆盖层，所述惨杂覆盖 层表面具有第二功函数层，所述第二功函数层表面具有第H功函数层，所述第H功函数层 表面具有金属栅，所述惨杂覆盖层内具有惨杂材料，所述惨杂材料的功函数类型与第一功 函数层相反；所述第六开口的栅介质层表面具有惨杂覆盖层，所述惨杂覆盖层表面具有第 H功函数层，所述第H功函数层表面具有金属栅。
[0027] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有W下优点：
[0028] 本发明的形成方法中，在第一开口和第二开口内的覆盖层表面形成第一功函数 层，所述覆盖层的功函数类型与第一功函数层相同；并且，在第一开口内的第一功函数层表 面形成扩散层，通过退火工艺能够使扩散层的材料进入第一功函数层内W形成惨杂功函数 层。由于所述扩散层的功函数类型与第一功函数层相反，因此能够使第一开口所形成的晶 体管阔值电压与第二开口所形成的晶体管阔值电压不同；而在第H开口内的覆盖层和金属 栅之间仅形成第H功函数层，则第一开口内比第H开口内多一层惨杂功函数层，因此第H 开口所形成的晶体管阔值电压与第一开口所形成的晶体管阔值电压不同。即由第一开口、 第二开口和第H开口所形成的晶体管阔值电压均不同。其次，所述扩散层还形成于第五开 口和第六开口的覆盖层表面，经过退火工艺能够在第五开口和第六开口内形成惨杂覆盖 层；由于所述扩散层的功函数类型与第一功函数层相反，能够使覆盖层的功函数类型与惨 杂覆盖层相反；因此第四开口所形成的晶体管阔值电压高于第五开口所形成的晶体管阔值 电压；而第四开口和第五开口内均比第六开口内多一层第二功函数层，因此第四开口和第 五开口所形成的晶体管阔值电压均高于第六开口所形成的晶体管阔值电压。因此由第四开 口、第五开口和第六开