高K金属栅晶体管的形成方法技术

一种高K金属栅晶体管的形成方法，包括：提供包括第一区域和第二区域的衬底；在衬底表面形成介质层，介质层内具有第一开口和第二开口，第一开口暴露出第一区域的部分衬底表面，第二开口暴露出第二区域的部分衬底表面；在介质层表面、第一开口内和第二开口内形成栅介质层；之后，在第一开口内形成填充满第一开口的牺牲层；之后在第二开口内形成第二功函数层以及位于第二功函数层表面的第二栅极层，第二栅极层填充满第二开口；之后去除第一开口内的牺牲层；之后在第一开口内形成第一功函数层、以及位于第一功函数层表面的第一栅极层，第一栅极层填充满第一开口。所形成的高K金属栅晶体管的性能改善。

【技术实现步骤摘要】
高K金属栅晶体管的形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种高K金属栅晶体管的形成方法。
技术介绍
互补型金属氧化物半导体管(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS)是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(PMOS)和N型金属氧化物半导体(NMOS)。现有技术为了在减小栅极尺寸的同时控制短沟道效应，提出了高K金属栅(HKMG，HighKMetalGate)晶体管，即采用高K介质材料取代常规的氧化硅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硅等材料作为晶体管的栅电极层。而且，为了调节PMOS管和NMOS管的阈值电压，现有技术会在PMOS管和NMOS管的栅介质层表面形成功函数层(workfunctionlayer)；其中，PMOS管的功函数层需要具有较高的功函数，而NMOS管的功函数层需要具有较低的功函数。因此，在PMOS管和NMOS管中，功函数层的材料不同，以满足各自功函数调节的需求。现有技术采用后栅(GateLast)工艺形成互补型金属氧化物半导体管时，包括：在形成PMOS管的区域和形成NMOS管的区域的半导体衬底表面分别形成伪栅极层；在所述伪栅极层两侧的衬底内形成源区和漏区后，在半导体衬底表面形成暴露出伪栅极层的介质层；在去除PMOS管的区域或NMOS管的区域的伪栅极层之后，在介质层内形成开口，并依次在所述开口内形成栅介质层、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；而且，PMOS管的区域的功函数层材料与NMOS管的区域的功函数层材料不同。然而，由于PMOS晶体管和NMOS晶体管所需的功函数层材料不同，容易导致互补型金属氧化物半导体管的性能不稳定。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种高K金属栅晶体管的形成方法，所形成的高K金属栅晶体管的性能改善。为解决上述问题，本专利技术提供一种高K金属栅晶体管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；在所述衬底表面形成介质层，所述介质层内具有第一开口和第二开口，所述第一开口暴露出第一区域的部分衬底表面，所述第二开口暴露出第二区域的部分衬底表面；在所述介质层表面、第一开口的侧壁和底部的衬底表面、以及第二开口的侧壁和底部的衬底表面形成栅介质层；在形成所述栅介质层之后，在第一开口内形成填充满所述第一开口的牺牲层；在形成所述牺牲层之后，在第二开口内形成第二功函数层以及位于第二功函数层表面的第二栅极层，所述第二栅极层填充满所述第二开口；在形成所述第二栅极层之后，去除第一开口内的牺牲层；在去除第一开口内的牺牲层之后，在所述第一开口内形成第一功函数层、以及位于第一功函数层表面的第一栅极层，所述第一栅极层填充满所述第一开口。可选的，所述第一区域为NMOS区；所述第二区域为PMOS区。可选的，所述第一功函数层的材料为TiAlC；所述第二功函数层的材料为TiN。可选的，所述第一栅极层的材料为TiAl或W；所述第二栅极层的材料为W。可选的，所述衬底包括：半导体基底；分别位于第一区域和第二区域的半导体基底表面的若干鳍部；位于半导体基底表面的隔离层，所述隔离层覆盖部分鳍部的侧壁，且所述隔离层表面低于所述鳍部的顶部表面。可选的，所述第一开口横跨第一区域的鳍部，且所述第一开口暴露出第一区域的部分鳍部侧壁和顶部表面；所述第二开口横跨第二区域的鳍部，且所述第二开口暴露出第二区域的部分鳍部侧壁和顶部表面。可选的，所述栅介质层形成于第一开口和第二开口暴露出的鳍部的侧壁和顶部表面。可选的，还包括：在形成所述牺牲层之前，在所述栅介质层表面形成覆盖层；所述覆盖层的材料为TiN。可选的，在形成覆盖层之后，形成所述牺牲层之前，进行退火工艺。可选的，还包括：在形成所述牺牲层之前，在所述覆盖层表面形成第一阻挡层；在去除牺牲层之后，去除第一开口内的第一阻挡层；所述第一阻挡层的材料为TaN。可选的，所述牺牲层的材料为底层抗反射层材料、深紫外光吸收氧化材料或有机介质层材料。可选的，所述牺牲层的形成步骤包括：在所述栅介质层表面形成填充满所述第一开口和第二开口的牺牲膜；平坦化所述牺牲膜，去除位于介质层顶部上的部分牺牲膜；在平坦化工艺之后，去除第二开口内的牺牲膜。可选的，所述第二功函数层和第二栅极层的形成步骤包括：在所述栅介质层上和牺牲层表面形成第二功函数膜；在所述第二功函数膜表面形成第二栅极膜，所述第二栅极膜填充满所述第二开口；平坦化所述第二栅极膜和第二功函数膜，去除介质层顶部上的第二栅极膜和第二功函数膜，并暴露出所述牺牲层，形成第二栅极层和第二功函数层。可选的，在平坦化所述第二栅极膜和第二功函数膜之后，平坦化所述栅介质层直至暴露出所述介质层顶部表面为止。可选的，所述第一功函数层和第一栅极层的形成步骤包括：在所述栅介质层上、介质层顶部上和第二栅极层表面形成第一功函数膜；在所述第一功函数膜表面形成第一栅极膜，所述第一栅极膜填充满所述第一开口；平坦化所述第一栅极膜和第一功函数膜，直至暴露出介质层表面为止，形成第一栅极层和第一功函数层。可选的，还包括：在形成第一功函数膜之后，形成第一栅极膜之前，在第一功函数膜表面形成第二阻挡膜；在所述第二阻挡膜表面形成第一栅极膜；所述平坦化工艺平坦化所述第二阻挡膜，在第一开口内形成第二阻挡层。可选的，所述第二阻挡层的材料为TiN。可选的，所述第一开口和第二开口的形成步骤包括：分别在第一区域和第二区域的衬底表面形成伪栅结构，所述伪栅结构包括伪栅极层；在所述衬底表面形成介质层，所述介质层的表面与所述伪栅结构的顶部表面齐平；去除所述伪栅极层，在第一区域的介质层内形成第一开口，在第二区域的介质层内形成第二开口。可选的，还包括：在形成介质层之前，在所述伪栅结构两侧的衬底内形成源区和漏区。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的形成方法中，在第一开口和第二开口的侧壁和底部表面形成栅介质层之后，在第一开口内形成牺牲层，形成于第二开口内的第二功函数层和第二栅极层不会填充于第一开口内。由于免去了额外去除第一开口内的第二功函数层的步骤，从而避免了去除第二功函数层的刻蚀工艺对第一开口内的栅介质层造成损伤或残留副产物。而且，由于在形成第二栅极层之后再形成后续的第一功函数层，所述第一功函数层不会填充至所述第二开口内，则所述第二栅极层易于填充于第二开口内，能够提高所形成的第二栅极层的质量。因此，在第一区域和第二区域所形成的晶体管之间不易发生失配问题，在第一区域和第二区域所形成的晶体管性能改善。附图说明图1是一种互补型金属氧化物半导体管的剖面结构示意图；图2至图10是本专利技术实施例的高K金属栅晶体管的形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
所述，由于PMOS晶体管和NMOS晶体管所需的功函数层材料不同，容易导致互补型金属氧化物半导体管的性能不稳定。请参考图1，图1是一种互补型金属氧化物半导体管的剖面结构示意图，包括：衬底100，所述衬底100具有NMOS区域102和PMOS区域101；所述衬底100表面具有介质层103；所述PMOS区域101的介质层103内具有暴露出衬底100表面的第一开口(未示出)；所述NMOS区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；在所述衬底表面形成介质层，所述介质层内具有第一开口和第二开口，所述第一开口暴露出第一区域的部分衬底表面，所述第二开口暴露出第二区域的部分衬底表面；在所述介质层表面、第一开口的侧壁和底部的衬底表面、以及第二开口的侧壁和底部的衬底表面形成栅介质层；在形成所述栅介质层之后，在第一开口内形成填充满所述第一开口的牺牲层；在形成所述牺牲层之后，在第二开口内形成第二功函数层以及位于第二功函数层表面的第二栅极层，所述第二栅极层填充满所述第二开口；在形成所述第二栅极层之后，去除第一开口内的牺牲层；在去除第一开口内的牺牲层之后，在所述第一开口内形成第一功函数层、以及位于第一功函数层表面的第一栅极层，所述第一栅极层填充满所述第一开口。

【技术特征摘要】
1.一种高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；在所述衬底表面形成介质层，所述介质层内具有第一开口和第二开口，所述第一开口暴露出第一区域的部分衬底表面，所述第二开口暴露出第二区域的部分衬底表面；在所述介质层表面、第一开口的侧壁和底部的衬底表面、以及第二开口的侧壁和底部的衬底表面形成栅介质层；在形成所述栅介质层之后，在第一开口内形成填充满所述第一开口的牺牲层；在形成所述牺牲层之后，在第二开口内形成第二功函数层以及位于第二功函数层表面的第二栅极层，所述第二栅极层填充满所述第二开口；在形成所述第二栅极层之后，去除第一开口内的牺牲层；在去除第一开口内的牺牲层之后，在所述第一开口内形成第一功函数层、以及位于第一功函数层表面的第一栅极层，所述第一栅极层填充满所述第一开口。2.如权利要求1所述的高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一区域为NMOS区；所述第二区域为PMOS区。3.如权利要求2所述的高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一功函数层的材料为TiAlC；所述第二功函数层的材料为TiN。4.如权利要求2所述的高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一栅极层的材料为TiAl或W；所述第二栅极层的材料为W。5.如权利要求1所述的高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，所述衬底包括：半导体基底；分别位于第一区域和第二区域的半导体基底表面的若干鳍部；位于半导体基底表面的隔离层，所述隔离层覆盖部分鳍部的侧壁，且所述隔离层表面低于所述鳍部的顶部表面。6.如权利要求5所述的高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一开口横跨第一区域的鳍部，且所述第一开口暴露出第一区域的部分鳍部侧壁和顶部表面；所述第二开口横跨第二区域的鳍部，且所述第二开口暴露出第二区域的部分鳍部侧壁和顶部表面。7.如权利要求6所述的高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，所述栅介质层形成于第一开口和第二开口暴露出的鳍部的侧壁和顶部表面。8.如权利要求1所述的高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述牺牲层之前，在所述栅介质层表面形成覆盖层；所述覆盖层的材料为TiN。9.如权利要求8所述的高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，在形成覆盖层之后，形成所述牺牲层之前，进行退火工艺。10.如权利要求8所述的高K金属栅晶体管的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述牺牲层之前，在所述覆盖层表面形成第一阻挡层；在去除牺牲层之后，去除...

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