晶体管及晶体管的形成方法技术

一种晶体管及晶体管的形成方法，其中晶体管的形成方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面依次形成栅介质层、位于栅介质层表面的第一阻挡层和位于第一阻挡层表面的牺牲层；在所述半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层表面与所述牺牲层顶部平齐；去除所述牺牲层，形成凹槽；在所述凹槽内形成覆盖第一阻挡层的第二阻挡层，所述第二阻挡层的形貌与去除所述牺牲层后的第一阻挡层形貌互补；在所述第二阻挡层表面形成填充满凹槽的金属层，所述金属层表面与层间介质层顶部平齐。本发明专利技术降低了晶体管中栅极的漏电流，提高了晶体管的可靠性及电学性能。

【技术实现步骤摘要】
晶体管及晶体管的形成方法
本专利技术涉及半导体制作领域，特别涉及晶体管及晶体管的形成方法。
技术介绍
集成电路尤其超大规模集成电路的主要半导体器件是金属-氧化物-半导体场效应管（MOS晶体管）。随着集成电路制作技术的不断发展，半导体器件技术节点不断减小，晶体管的几何尺寸遵循摩尔定律不断缩小。当晶体管尺寸减小到一定程度时，各种因为晶体管的物理极限所带来的二级效应相继出现，晶体管的特征尺寸按比例缩小变得越来越困难。其中，在晶体管以及半导体制作领域，最具挑战性的是如何解决晶体管漏电流大的问题。晶体管的漏电流大，主要是由传统栅介质层厚度不断减小所引起的。当前提出的解决方法是，采用高k栅介质材料代替传统的二氧化硅栅介质材料，并使用金属作为栅电极，以避免高k材料与传统栅电极材料发生费米能级钉扎效应以及硼渗透效应。高k金属栅的引入，减小了晶体管的漏电流。尽管高k金属栅极的引入一定程度上能够减小晶体管的漏电流，但是，由于晶体管的形成工艺难以控制，形成的晶体管漏电流大以及可靠性差的问题仍然存在。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种优化的晶体管及晶体管的形成方法，提高晶体管可靠性，减少晶体管的漏电流。为解决上述问题，本专利技术提供一种晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面依次形成栅介质层、位于栅介质层表面的第一阻挡层和位于第一阻挡层表面的牺牲层；在所述半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层表面与所述牺牲层顶部平齐；去除所述牺牲层，形成凹槽；在所述凹槽内形成覆盖第一阻挡层的第二阻挡层，所述第二阻挡层的形貌与去除所述牺牲层后的第一阻挡层形貌互补；在所述第二阻挡层表面形成填充满凹槽的金属层，所述金属层表面与层间介质层顶部平齐。可选的，去除所述牺牲层后，第一阻挡层的剖面形貌为中间薄两边厚。可选的，所述第二阻挡层的剖面形貌为中间厚两边薄。可选的，所述第一阻挡层或第二阻挡层的材料为金属氮化物、金属硅氮化物或金属铝氮化物。可选的，所述金属氮化物为WN、HfN、TiN、TaN、MoN、TiSiN、TaSiN、MoSiN、RuSiN、TaAlN、TiAlN、WAlN或MoAlN中的一种或几种。可选的，所述第二阻挡层的厚度为5埃至20埃。可选的，所述第二阻挡层的形成工艺为物理气相沉积。可选的，所述第二阻挡层的材料为TiN时，所述第二阻挡层的形成工艺参数为：沉积靶材为Ti靶材，沉积功率500瓦至3000瓦，沉积腔室压强5毫托至80毫托，沉积气体N2的流量为20sccm至100sccm。可选的，所述栅介质层为单层结构或多层结构。可选的，所述栅介质层为单层结构时，栅介质层包括位于半导体衬底表面的栅氧化层；所述栅介质层为多层结构时，栅介质层包括：位于半导体衬底表面的界面层和位于界面层表面的栅氧化层。可选的，所述栅介质层的材料为氧化硅、氮氧化硅或高k介质材料。可选的，所述金属层为单层结构或多层堆叠结构。可选的，所述金属层为单层结构时，所述金属层包括位于第二阻挡层表面的金属体层；所述金属层为多层堆叠结构时，所述金属层包括：位于第二阻挡层表面的扩散阻挡层、位于扩散阻挡层表面的功函数层和位于功函数层表面的金属体层。可选的，所述金属体层的材料为Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti、TiN、TaN、Ta、TaC、TaSiN、W、WN或WSi的一种或多种。本专利技术还提供一种晶体管，所述晶体管包括：半导体衬底；位于半导体衬底表面的栅介质层；位于栅介质层表面的第一阻挡层；位于第一阻挡层表面的第二阻挡层，且所述第二阻挡层的形貌与第一阻挡层形貌互补；位于第二阻挡层表面的金属层；位于半导体衬底表面且位于栅介质层、第一阻挡层、第二阻挡层和金属层两侧的层间介质层，且所述层间介质层表面与所述金属层顶部齐平。可选的，第一阻挡层的剖面形貌为中间薄两边厚。可选的，第二阻挡层的剖面形貌为中间厚两边薄。可选的，所述金属层为单层结构或多层堆叠结构。可选的，所述金属层为多层结构时，所述金属层包括：位于第二阻挡层表面的扩散阻挡层、位于扩散阻挡层表面的功函数层和位于功函数层表面的金属体层。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下优点：本专利技术提供一种晶体管的形成方法，其中，去除牺牲层工艺完成后，在第一阻挡层表面沉积第二阻挡层，所述第二阻挡层与第一阻挡层的形貌互补。第二阻挡层的形成，可以消除第一阻挡层的损伤对晶体管性能造成的不良影响，阻挡后续填充的金属层中的金属离子扩散进入栅介质层或半导体衬底内，从而减小了漏电流，提高晶体管的可靠性。这是因为，去除牺牲层工艺完成后，第一阻挡层受到损伤，其剖面形貌为中间薄两边厚，而现有技术中，直接在第一阻挡层表面形成金属层，金属层中的离子会通过第一阻挡层较薄的位置扩散进入栅介质层或半导体衬底中。进一步的，本专利技术实施例中，采用物理气相沉积工艺形成第二阻挡层，所述第二阻挡层位于去除牺牲层后的第一阻挡层表面，工艺简单，且能显著提高晶体管的电学性能。具体的，利用物理气相沉积本身具备的特性，形成剖面形貌为中间厚两边薄的第二阻挡层，所述第二阻挡层的形貌与第一阻挡层形貌互补。形成的第二阻挡层表面与半导体衬底表面平行，有助于后续形成的金属层与阻挡层接触面提供良好的界面态。因此本专利技术实施例提供的晶体管的形成方法，形成的金属层致密度高，可以有效减小金属栅极的电阻率，减少晶体管漏电流，且良好的界面态可以有效改善金属栅极的功函数，提高晶体管的驱动性能。本专利技术还提供一种晶体管，其中，晶体管结构性能优越，采用了在第一阻挡层表面叠加第二阻挡层的结构，且所述第二阻挡层与第一阻挡层形貌互补，第一阻挡层和第二阻挡层的叠加结构表面平坦且厚度均匀，可以阻挡晶体管中易扩散的离子扩散到栅介质层中，使晶体管的可靠性得到提高。进一步的，在第一阻挡层表面叠加第二阻挡层的结构，不但第一阻挡层能够阻挡晶体管中易扩散的离子，所述第二阻挡层可以进一步阻挡金属层中的金属离子扩散进入栅介质层或半导体衬底内，且第一阻挡层和第二阻挡层的叠加结构表面平坦厚度均匀，为金属层提供了良好的界面态，后续形成的金属层的致密度高，有利于减小晶体管的栅极电阻率，改善晶体管的功函数，使得晶体管的漏电流小，可靠性高，晶体管性能更优越。附图说明图1为一实施例的晶体管形成方法的流程示意图；图2至图11为本专利技术另一实施例晶体管形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术形成晶体管的工艺存在可靠性低和漏电流大等问题。为此，对晶体管形成工艺进行研究，发现晶体管形成工艺包括如下步骤，请参考图1：步骤S1、提供半导体衬底；步骤S2、在所述半导体衬底表面依次形成栅介质层、位于栅介质层表面的阻挡层和位于阻挡层表面的牺牲层；步骤S3、在所述半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层的表面与所述牺牲层顶部平齐；步骤S4、去除牺牲层，形成凹槽；步骤S5、在所述凹槽内形成覆盖阻挡层且填充满凹槽的金属层，所述金属层表面与层间介质层顶部齐平。针对晶体管的形成工艺进行进一步的研究，发现去除牺牲层工艺完成后，阻挡层受到损伤，阻挡层的形貌为中间薄两边厚。在受损的阻挡层表面形成填充满凹槽的金属层，形成的晶体管漏电流大，并且晶体管可靠性和稳定性降低，造成晶体管电学性能差。具体的，去除牺牲层的工艺采用干法刻蚀。由于牺牲层两侧是不需要被刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面依次形成栅介质层、位于栅介质层表面的第一阻挡层和位于第一阻挡层表面的牺牲层；在所述半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层表面与所述牺牲层顶部平齐；去除所述牺牲层，形成凹槽；在所述凹槽内形成覆盖第一阻挡层的第二阻挡层，所述第二阻挡层的形貌与去除所述牺牲层后的第一阻挡层形貌互补；在所述第二阻挡层表面形成填充满凹槽的金属层，所述金属层表面与层间介质层顶部平齐。

【技术特征摘要】
1.一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面依次形成栅介质层、位于栅介质层表面的第一阻挡层和位于第一阻挡层表面的牺牲层；在所述半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层表面与所述牺牲层顶部平齐；去除所述牺牲层，形成凹槽，去除牺牲层形成所述凹槽的工艺为干法刻蚀工艺，去除牺牲层工艺完成后，第一阻挡层被部分刻蚀，第一阻挡层的剖面形貌为中间薄两边厚；在所述凹槽内形成覆盖第一阻挡层的第二阻挡层，所述凹槽为窄沟槽结构，所述第二阻挡层的形成工艺为物理气相沉积，形成的第二阻挡层在凹槽中间位置具有最大的厚度，而靠近凹槽侧壁的第二阻挡层厚度最薄，形成的第二阻挡层的剖面形貌为中间厚两边薄，所述第二阻挡层的形貌与去除所述牺牲层后的第一阻挡层形貌互补；在所述第二阻挡层表面形成填充满凹槽的金属层，所述金属层表面与层间介质层顶部平齐。2.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一阻挡层或第二阻挡层的材料为金属氮化物、金属硅氮化物或金属铝氮化物。3.根据权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一阻挡层或第二阻挡层的材料为WN、HfN、TiN、TaN、MoN、TiSiN、TaSiN、MoSiN、RuSiN、TaAlN、TiAlN、WAlN或MoAlN中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二阻挡层的厚度为5埃至20埃。5.根据权利要求3所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二阻挡层的材料为TiN时，所述第二阻挡层的形成工艺参数为：沉积靶材为Ti靶材，沉积功率500瓦至3000瓦，沉积腔室压强5毫托至80毫托，沉积气体N2的流量为20sccm至100sccm。6.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述栅介质层为单层结构或多层结...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凤莲，倪景华，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31