半导体器件及其形成方法_3

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214、第五开口 215和第 六开口 216的形成工艺包括;在衬底表面形成伪栅极结构,所述伪栅极结构包括:位于衬底 200表面的伪栅介质层、W及位于伪栅介质层表面的伪栅极层,所述伪栅介质层的材料为氧 化娃,所述伪栅极层的材料为多晶娃;在衬底200表面形成介质层201,所述介质层201表 面与伪栅极层的表面齐平;去除所述伪栅极层,在所述介质层201内形成第一开口 211、第 二开口 212、第H开口 213、第四开口 214、第五开口 215和第六开口 216。
[0048] 去除伪栅极层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺,由于所述伪栅极层和衬底 200之间具有伪栅介质层进行隔离,在去除所述伪栅极层时,对衬底200表面的损伤较小; 而且,所述伪栅介质层的材料为氧化娃,去除伪栅介质层的工艺对衬底200表面损伤较小。
[0049] 所述伪栅极结构还能够包括:位于伪栅极层和伪栅介质层两侧衬底200表面的侧 墙,所述侧墙的材料为氧化娃、氮化娃、氮氧化娃中的一种或多种组合,所述侧墙能够定义 采用离子注入工艺形成于伪栅极结构两侧衬底200内的源区和漏区的位置。
[0050] 本实施例中,所述栅介质层202和衬底200之间还形成有结合层204,所述结合层 204用于增强W高K介质材料形成的栅介质层202与衬底200之间的结合能力。所述结合 层204的材料为氧化娃或氮氧化娃,所述结合层204的厚度为5A~1OA,所述结合层204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。
[0051] 在一实施例中,在去除伪栅极层之后去除伪栅介质层,并暴露出衬底200表面;后 续在第一开口 211、第二开口 212、第H开口 213、第四开口 214、第五开口 215和第六开口 216的底部形成结合层204。在另一实施例中,在去除伪栅极层之后,保留伪栅介质层,所述 伪栅介质层作为结合层204。
[0052] 所述栅介质层202的材料为高K介质材料,即后续所形成的晶体管为高K金属栅 晶体管。所述高K介质材料包括La2〇3、Al2〇3、BaZrO、HfZr〇4、HfZrON、H&aO、HfSiO、HfSiON、 LaSiO、AlSiO、HfTaO、HfTiO、炬a,Sr)Ti〇3、SisN"所述栅介质层 202 的厚度为lOA~30A, 所述栅介质层202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。
[0053] 所述覆盖层203用于隔离后续形成的功函数层和栅介质层202,避免功函数层和 金属栅的材料向栅介质层202内扩散,从而提高了栅介质层202的电隔离能力,减少漏电 流,提高所形成晶体管的稳定性。所述覆盖层203的材料为La2〇3、AL2O3、Ga2〇3、1叫〇3、MoO、 Pt、Ru、TaCN0、Ir、I'aC、MoN、WN、TiA_,,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。
[0054] 请参考图3,在第一开口 211和第二开口 212内的覆盖层203表面形成第一功函数 层221,所述覆盖层203的功函数类型与第一功函数层221相同。
[00巧]在本实施例中,第一开口 211、第二开口 212和第H开口 213内形成的栅极结构用 于形成PM0S晶体管,则所述第一功函数层221为P型功函数材料;所述第一功函数层221 的材料为TiA_x、化C、MoN或TaN,所述第一功函数层221的厚度为lOA~580A。
[0056] 所述第一功函数层221的形成工艺包括;在第H开口 213巧日图2所示)、第四开口 214巧日图2所示)、第五开口 215如图2所示)和第六开口 216巧日图2所示)内形成第一 牺牲层205 ;在所述第一牺牲层205和介质层201表面、W及第一开口 211和第二开口 212 内沉积第一功函数膜;采用平坦化工艺去除第一牺牲层205和介质层201表面的第一功函 数膜,形成第一功函数层221。
[0057] 其中,所述第一功函数膜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。所述平坦化工艺能够为化学机械抛光工艺或回刻蚀工艺。
[0058] 所述第一牺牲层205和介质层201共同作为形成第一功函数层的掩膜。本实施例 中,所述第一牺牲层205的材料为光刻胶,形成所述第一牺牲层205的工艺包括;采用涂布 工艺在介质层201表面和第一开口 211、第二开口 212、第H开口 213、第四开口 214、第五开 口 215和第六开口 216内形成光刻胶膜;对光刻胶膜进行曝光显影工艺,W去除第一开口 211和第二开口 212内的光刻胶膜。
[0059]W光刻胶作为第一牺牲层205的材料时,所述第一牺牲层205易于形成,且易于被 图形化,并且在图形化形成第一牺牲层205时,不会对介质层201和第一开口 211和第二开 口 212内的覆盖层203造成损伤。
[0060] 在本实施例中,在形成第一功函数层221之前,还包括在第一开口211和第二开口 212内的覆盖层203表面形成第一阻挡层206,所述第一功函数层221形成于第一开口211 和第二开口212内的第一阻挡层206表面。
[0061] 所述第一阻挡层206能够在W平坦化工艺去除第一牺牲层205和介质层201表面 的第一功函数膜时,作为刻蚀或抛光工艺的停止层,W保护介质层201表面免受损伤,从而 保证了形成于第一开口 211、第二开口 212、第H开口 213、第四开口 214、第五开口 215和第 六开口 216内的栅极结构尺寸精确。
[0062] 所述第一阻挡层206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。
[0063] 请参考图4,在所述抛光工艺之后,去除所述第一牺牲层205 (如图3所示);在第 一开口 211内的第一功函数层221表面、W及第五开口 215和第六开口 216的覆盖层203 表面形成扩散层207,所述扩散层207的功函数类型与第一功函数层221相反。
[0064] 所述扩散层201用于改变第一开口211内的第一功函数221、W及第五开口215和 第六开口216内的覆盖层203的功函数值,通过使扩散层201的材料向第一功函数层221和 覆盖层203内扩散,能够使后续形成于第一开口211内的惨杂功函数层与第二开口212内 的第一功函数层221的功函数不同,则由第一开口 211形成的晶体管与由第二开口 212形 成的晶体管阔值电压不同;相应的,由第五开口215形成的晶体管与由第四开口214形成的 晶体管阔值电压不同。从而能够在衬底200表面形成阔值电压不同的PM0S晶体管和NM0S 晶体管。
[0065] 本实施例中,所述第一功函数层221的材料为P型功函数材料,而所述扩散层207 的材料为N型功函数材料,从而能够使第一开口211所形成的PM0S晶体管阔值电压大于第 二开口212所形成的PM0S晶体管阔值电压。
[0066] 所述扩散层207的形成工艺包括;在第二开口 212、第H开口 213和第四开口 214 内形成第二牺牲层208 ;在所述第二牺牲层208和介质层201表面、W及第一开口 211、第五 开口 215和第六开口 216内沉积扩散膜;采用抛光工艺去除第二牺牲层208和介质层201 表面的扩散膜,形成扩散层207。
[0067] 本实施例中,所述扩散层207的材料为TiAl或A1,所述扩散层207的厚度为 5A~30A,所述扩散膜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。
[0068] 所述第二牺牲层208和介质层201共同作为形成扩散层207的掩膜。本实施例中, 所述第二牺牲层208的材料为光刻胶,形成所述第二牺牲层208的工艺包括;采用涂布工 艺在介质层201表面和第一开口 211、第二开口 212、第H开口 213、第四开口 214、第五开口 215和第六开口 216内形成光刻胶膜;对光刻胶膜进行曝光显影工艺,W去除第一开口 211、 第五开口 215和第六开口 216内的光刻胶膜。
[0069] 此外,本实施例中,由于第一牺牲层205的材料为光刻胶,去除第一牺牲层205的 工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。由于光刻胶易于去除,在去除第一牺牲层205时,不 易对第H开口213、第四开口214、第五开口215和第六开口216内的覆盖层造成损伤,而且 不易产生易于附着的残留物。
[0070] 请参考图5,在所述抛光工艺之后,去除所述第二牺牲层208 (如图4所示);进行 退火工艺,使扩散层207 (如图4所示)的材料扩散入第一功函数层221和覆盖层203内, 在第一开口 211内形成惨杂功函数层230,在第五开口 215和第六开口 216内形成惨杂覆盖 层 231。
[0071] 所述退火工艺用于使扩散层207内的材料向第一开口 211内的第一功函数层221 内、W及第五开口 215和第六开口 216内的覆盖层231内扩散,W此改变第一开口 211内的 第一功函数层221的功函数、W及第五开口 215和第六开口 216内的覆盖层231的功函数。
[0072] 本实施例中,所述扩散层207的材料为N型功函数材料,而第一功函数层221的材 料为P型功函数材料,则所述惨杂功函数层230相对于第一功函数层221功函数值降低,使 得第一开口 211所形成的晶体管阔值电压高于第二开口 212所形成的晶体管阔值电压。
[0073] 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。本实施例中,由于扩散层207的材料为TiAl或A1,则所述退火温度需要高于TiAl或 A1的烙点,W保证扩散层207的材料能够扩散。
[0074] 当进行退火工艺之后,所述惨杂功函数层230和惨杂覆盖层231的表面具有剩余 的扩散层207,所述扩散层207需要被去除,W便进行后续工艺,而去除扩散层207的工艺为 干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。
[00巧]此外,在本实施例中,由于第二牺牲层208的材料为光刻胶,去除第二牺牲层208 的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。由于光刻胶易于去除,在去除第二牺牲层208时, 不易对第H开口 213、第四开口 214、第五开口 215和第六开口 216内的覆盖层造成损伤,而 且不易产生易于附着的残留物。
[0076] 请参考图6,在第四开口214的覆盖层203表面和第五开口215的惨杂覆盖层231 表面形成第二功函数层222,所述第二功函数层222的功函数类型与第一功函数层221相 反。
[0077] 在本实施例中,第四开口214、第五开口215和第六开口216内形成的栅极结构用 于形成NM0S晶体管,则所述第二功函数层222为N型功函数材料;第二功函数层222的材 料为TaN、Ta、TaAl,所述第二功函数层222的厚度为5A~20A。
[0078] 所述第二功函数层222的形成工艺包括;在第一开口 21U如图5所示)、第二开口 212 (如图5所示)、第;开口 213如图5所示)和第六开口 216 (如图5所示)内形成第; 牺牲层209 ;在所述第H牺牲层209和介质层201表面、W及第四开口 214和第五开口 215 内沉积第二功函数膜;采用抛光工艺去除第H牺牲层209和介质层表面的第二功函数膜, 形成第二功函数层222。
[0079] 其中,所述第二功函数膜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。所述平坦化工艺能够为化学机械抛光工艺或回刻蚀工艺。
[0080] 所述第H牺
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