半导体器件及其形成方法_4

文档序号:8499298阅读:来源:国知局
牲层209和介质层201共同作为形成第二功函数层222的掩膜。本实 施例中,所述第H牺牲层209的材料为光刻胶,形成所述第H牺牲层209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去除第四开 口214和第五开口215内的光刻胶膜。
[0081] W光刻胶作为第H牺牲层209的材料时,所述第H牺牲层209易于形成,且易于被 图形化,并且在图形化第H牺牲层209时,不会对介质层201、W及第一开口 211、第二开口 212、第H开口 213和第六开口 216内的覆盖层203造成损伤。
[0082] 在本实施例中,在退火工艺之后,形成第二功函数层222之前,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内形成第二阻挡层 240,所述第二功函数层222形成于第四开口214和第五开口215的第二阻挡层240表面。
[0083] 所述第二阻挡层240能够在W平坦化工艺去除第H牺牲层209和介质层201表面 的第二功函数膜时,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。
[0084] 所述第二阻挡层240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。
[0085] 请参考图7,在所述抛光工艺之后,去除所述第H牺牲层209(如图6所示);在形 成第二功函数层222之后,在第一开口211(如图5所示)、第二开口212(如图5所示)、第 H开口213(如图5所示)、第四开口214(如图6所示)、第五开口215(如图6所示)和第 六开口216(如图5所示)内形成第H功函数层223、W及位于第H功函数层223表面的金 属栅224,所述第H功函数层223的功函数类型与第一功函数层221的功函数类型相同。
[0086] 所述第H功函数层223的材料为P型功函数材料,第H功函数层223的材料为 化C、Ti、A1、TiyAlw厚度为lOA~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224作为所形成的PM0S晶体管或NM0S晶体管的栅极, 所述金属栅224的材料为金属。本实施例中,所述金属栅224的材料为铅或鹤。
[0087] 所述第H功函数层223和金属栅224的形成工艺包括:在介质层201表面、W及第 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内沉 积第H功函数薄膜;在所述第H功函数薄膜表面沉积填充满第一开口 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的金属栅膜;采用平坦化工艺去 除介质层201表面的第H功函数膜和金属栅膜,W形成第H功函数层223和金属栅224。
[0088] 其中,所述第H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。
[0089] 本实施例中,所述第H牺牲层209的材料为光刻胶,去除第H牺牲层209的工艺为 干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。
[0090] 所述第一开口 211、第二开口 212和第H开口 213内形成的栅极结构用于构成 PM0S晶体管。其中,在所述第一开口 211内,第H功函数层223和覆盖层203之间形成有 惨杂功函数层230 ;而在第二开口 212内,第H功函数层223和覆盖层203之间形成第一功 函数层221。由于惨杂功函数层230的功函数值小于第一功函数层221,因此,由第一开口 211形成的PM0S晶体管的阔值电压、高于由第二开口 212形成的PM0S晶体管的阔值电压。 而相对于第H开口 213,第一开口 211内多一层惨杂功函数层230,因此第一开口 211内的 功函数值高于第H开口 213,则由第H开口 213形成的PM0S晶体管阔值电压高于、由第一开 口 211形成的PMOS晶体管阔值电压。因此,由第H开口 213形成的PMOS晶体管的阔值电 压、大于由第二开口 212形成的PM0S晶体管的阔值电压,而由第二开口 212形成的PM0S晶 体管阔值电压大于由第一开口 211形成的PMOS晶体管阔值电压。
[0091] 其次,所述第四开口 214、第五开口 215和第六开口 216内形成的栅极结构用于构 成NM0S晶体管。其中,在第四开口 214内,第二功函数层222和栅介质层202之间形成有覆 盖层203 ;而在束五开口 215内,束二功函数层222和栅介质层202之间形成有惨杂複盖层 231。由于惨杂覆盖层231的功函数值小于覆盖层203,因此,由第四开口 214形成的NM0S 晶体管阔值电压高于由第五大开口 215形成的NM0S晶体管阔值电压。而相对于第六开口 216,第四开口 214内多一层第二功函数层222,即使第六开口 216内具有惨杂覆盖层231, 然而所述惨杂覆盖层231的材料为P型功函数材料内惨杂有N型功函数材料,使得所述惨 杂覆盖层231的功函数值高于第二功函数层222,因此由第六开口 216形成的NM0S晶体管 阔值电压高于由第四大开口 214形成的NM0S晶体管阔值电压。因此,由第六开口 216形成 的NM0S晶体管阔值电压大于由第四开口 214形成的NM0S晶体管阔值电压,而由第四开口 214形成的NM0S晶体管阔值电压大于由第五开口 215形成的NM0S晶体管阔值电压。
[0092] 此外,由于在第六开口 216内,第H功函数层223和栅介质层202之间为惨杂覆盖 层231,而在第H开口 213内,第H功函数层223和栅介质层202之间为覆盖层203,惨杂覆 盖层231的功函数值低于覆盖层203,因此第H开口 213用于形成PMOS晶体管,第六开口 216用于形成NM0S晶体管。
[0093] 而在形成上述具有不同阔值电压的PMOS晶体管和NM0S晶体管的过程中,仅需形 成和去除H次W光刻胶为材料使的牺牲层,即第一牺牲层205 (如图3所示)、第二牺牲层 208 (如图4所示)和第H牺牲层209 (如图6所示),因此形成所述多阔值晶体管的工艺简 单,能够节省工艺时间和成产成本。而且,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,最多仅需形成两层功函数层,因此在形成金属栅 224时,能够保证第一开口 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的顶部开口尺寸均较大,即开口深宽比较小,有利于金属栅膜的沉积,而且形 成于开口内的金属栅膜致密均匀,有利于消除所形成的金属栅224内部的空隙,使所形成 的晶体管的质量良好、性能稳定。
[0094] 本实施例中,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 电压高于第二开口所形成的晶体管阔值电压;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 的晶体管阔值电压高于第一开口所形成的晶体管阔值电压。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 第六开口所形成的晶体管阔值电压均不同。由于仅需在形成第一功函数层、扩散层和第二 功函数层时进行H次光刻和刻蚀工艺,使得所述半导体器件的形成工艺得到简化;而且,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最多仅需沉积H层功函 数层,使得开口内所需沉积的功函数层数量较少,使得填充六个开口的工艺更易进行,有利 于避免形成于六个开口内的功函数层和金属栅内产生空隙或空洞,从而提高半导体器件的 性能和稳定性。
[0095] 进一步,第一开口、第二开口和第H开口用于形成PM0S晶体管,而且,所述扩散层 的材料为TiAl或A1,所述扩散层的材料为N型功函数材料,因此惨杂功函数层的材料比第 一功函数层更接近N型,能够使由第一开口形成的晶体管阔值电压高于由第二开口所形成 的晶体管阔值电压。其次,第四开口、第五开口和第六开口用于形成NM0S晶体管,而所述扩 散层的材料为N型功函数材料,因此惨杂覆盖层的功函数值低于覆盖层的功函数值,能够 使第六开口所形成的晶体管相对于第H开口所形成的晶体管更接近NM0S晶体管,而且能 够使第五开口所形成的晶体管阔值电压低于第四开口所形成的晶体管阔值电压。
[0096] 相应的,本发明的实施例还提供一种半导体器件,请继续参考图7,包括;衬底,所 述衬底200表面具有介质层201,所述介质层内具有第一开口(未示出)、第二开口(未示出)、 第H开口(未示出)、第四开口(未示出)、第五开口(未示出)和第六开口(未示出),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202,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202表面具有覆盖层203,所 述覆盖层203表面具有惨杂功函数层230,所述惨杂功函数层230表面具有第H功函数层 223, 所述第H功函数层223表面具有金属栅224,所述惨杂功函数层230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221相反;所述第二开口的栅介质层202表面 具有覆盖层203,所述覆盖层203表面具有第一功函数层221,所述第一功函数层221表面 具有第H功函数层223,所述第H功函数层223表面具有金属栅224,所述覆盖层203和第 H功函数层223的功函数类型与第一功函数层221相同;所述第H开口的栅介质层202表 面具有覆盖层203,所述覆盖层203表面具有第H功函数层223,所述第H功函数层223表 面具有金属栅224 ;所述第四开口的栅介质层202表面具有覆盖层203,所述覆盖层203表 面具有第二功函数层222,所述第二功函数层222表面具有第H功函数层223,所述第H功 函数层223表面具有金属栅224,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;所述第五开口的栅介质层202表面具有惨杂覆盖层231,所述惨杂覆盖层231表面具 有第二功函数层222,所述第二功函数层222表面具有第H功函数层223,所述第H功函数 层223表面具有金属栅224,所述惨杂覆盖层230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221相反;所述第六开口的栅介质层202表面具有惨杂覆盖层231, 所述惨杂覆盖层231表面具有第H功函数层223,所述第H功函数层223表面具有金属栅 224。
[0097] 本实施例中,由于惨杂
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