晶体管的形成方法技术

一种晶体管的形成方法，所述晶体管的形成方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；在第一区域表面形成第一伪栅结构以及位于所述第一伪栅结构两侧的第一源/漏极，在第二区域表面形成第二伪栅结构以及位于第二伪栅结构两侧的第二源/漏极；在半导体衬底表面形成介质层；去除所述第一伪栅结构和第二伪栅结构，形成第一凹槽和第二凹槽；在所述第一凹槽和第二凹槽底部形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成盖帽层，第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度小于第一凹槽和第二凹槽底部表面的盖帽层厚度；形成填充满第一凹槽的第一栅极和填充满第二凹槽的第二栅极。所述晶体管的形成方法可以提高晶体管的阈值电压稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
随着半导体器件集成度的不断提高，技术节点的降低，传统的栅介质层不断变薄，晶体管漏电量随之增加，引起半导体器件功耗浪费等问题。为解决上述问题，现有技术提供一种将金属栅极替代多晶硅栅极的解决方案。其中，“后栅(gate last)”工艺为形成高K金属栅极晶体管的一个主要工艺。 现有采用后栅极工艺形成高K金属栅极晶体管的方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有伪栅结构和位于所述半导体衬底上并覆盖所述伪栅结构的层间介质层，所述伪栅结构包括位于所述半导体衬底表面的伪栅介质层和所述伪栅介质层表面的伪栅极，所述层间介质层的表面与伪栅结构表面齐平；去除所述伪栅结构后在所述层间介质层内形成凹槽；在所述凹槽内依次形成高K栅介质层和金属层，所述金属层填充满沟槽，作为晶体管的金属栅极。 为避免在形成金属栅极过程中对高K栅介质层造成损伤，现有技术一般会在高K栅介质层表面先形成盖帽层，然后在所述盖帽层表面形成金属栅极。但是所述盖帽层往往会对晶体管的阈值电压造成影响，使所述晶体管的阈值电压不准确。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，提高晶体管的阈值电压的准确性。 为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；在所述第一区域表面形成第一伪栅结构以及位于所述第一伪栅结构两侧的第一区域内的第一源/漏极，在所述第二区域表面形成第二伪栅结构以及位于所述第二伪栅结构两侧的第二区域内的第二源/漏极；在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层覆盖第一伪栅结构和第二伪栅结构；去除所述第一伪栅结构和第二伪栅结构，在所述第一区域表面形成第一凹槽，在所述第二区域表面形成第二凹槽；在所述第一凹槽和第二凹槽底部形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成盖帽层，所述盖帽层覆盖第一凹槽和第二凹槽的侧壁和底部表面，并且第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度小于第一凹槽和第二凹槽底部表面的盖帽层厚度；在所述的盖帽层上方形成填充满第一凹槽的第一栅极和填充满第二凹槽的第二栅极。 可选的，所述盖帽层的材料为TiN。 可选的，所述第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度为第一凹槽和第二凹槽底部表面的盖帽层厚度的20%?80%。 可选的，所述盖帽层的形成方法包括:采用原子层沉积工艺形成第一子盖帽层，所述第一子盖帽层覆盖所述第一凹槽的侧壁和底部表面、以及第二凹槽的侧壁和底部表面；采用射频物理气相沉积工艺在所述第一子盖帽层表面形成第二子盖帽层，所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽侧壁方向的厚度小于所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽底面方向的厚度。 可选的，所述第一子盖帽层的材料为TiN，所述原子层沉积工艺的温度为2 O (TC?4 O O °C，采用反应气体包括:含钛的第一前驱气体，所述含钛的前驱气体包括Ti [N (C2H5CH3) ] 4、Ti [N (CH3) 2] 4或Ti [N (C2H5) 2] 4中的一种或几种；第二前驱气体，所述第二前驱气体包括NH3、CO或H2O中的一种或几种。 20.可选的，所述第二子盖帽层的材料为TiN，所述射频物理气相沉积工艺。 可选的，所述射频物理气相沉积(RFPVD)工艺采用Ti靶，在反应腔内通入Ar和N2,其中Ar的流速为10sccm?100sccm,所述N2的流速为50sccm?500sccm,射频功率为30W?500W，工作压强为3E-4Pa?4E_4Pa，温度为20°C?300°C。 可选的，所述第一子盖帽层的厚度为所述盖帽层最大厚度的20%?80%，所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽底面方向的厚度为盖帽层最大厚度的80%?20%。 可选的，所述原子层沉积工艺和射频物理气相沉积工艺为原位沉积工艺。 可选的，还包括在所述第一凹槽和第二凹槽底部形成栅介质层之前，在所述第一凹槽和第二凹槽底部的半导体衬底表面形成界面层。 可选的，所述界面层的材料为氧化硅。 可选的，形成所述第一栅极和第二栅极之前，在所述盖帽层表面形成阻挡层。 可选的，所述阻挡层的材料为TaN。 可选的，还包括:形成所述第一栅极和第二栅极之前，在所述第一凹槽和第二凹槽内的阻挡层表面形成PMOS功函数层，去除所述第一凹槽内的PMOS功函数层，在所述第一凹槽内的阻挡层表面和第二凹槽内的PMOS功函数层表面形成NMOS功函数层。 可选的，所述PMOS功函数层的材料为TiN。 可选的，所述NMOS功函数层的材料为TiC。 可选的，所述第一伪栅结构包括第一伪栅极和第一伪栅介质层，所述第二伪栅结构包括第二伪栅极和第二伪栅介质层。 可选的，去除所述第一伪栅结构和第二伪栅结构的方法包括:采用干法刻蚀工艺去除部分厚度的第一伪栅极和第二伪栅极，再采用湿法刻蚀工艺去除剩余的第一伪栅极和第二伪栅极；采用干法刻蚀工艺去除部分厚度的第一伪栅介质层和第二伪栅介质层，再采用湿法刻蚀工艺去除剩余的第一伪栅介质层和第二伪栅介质层。 可选的，所述第一栅极的材料为T1、TiW、W或Al，所述第二栅极的材料为T1、TiW、W 或 Al。 与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点: 本专利技术的技术方案，在所述栅介质层的表面形成盖帽层，以保护所述栅介质层在后续工艺中不受损伤。所述第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度小于第一凹槽和第二凹槽底部表面的盖帽层厚度，在位于第一凹槽和第二凹槽底部的栅介质层表面的盖帽层厚度满足保护栅介质层要求的情况下，所述第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度较低，可以降低所述盖帽层对晶体管的功函数造成的影响，从而提高所述晶体管的阈值电压的准确性。 进一步的，本专利技术的技术方案形成所述盖帽层的方法包括:采用原子层沉积工艺形成第一子盖帽层，所述第一子盖帽层覆盖所述第一凹槽的侧壁和底部表面、以及第二凹槽的侧壁和底部表面；采用射频物理气相沉积工艺在所述第一子盖帽层表面形成第二子盖帽层，所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽侧壁方向的厚度小于所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽底面方向的厚度。采用原子层沉积工艺，可以降低沉积过程对栅介质层的损伤，并且比较容易控制所述第一子盖帽层的厚度；采用射频物理气相沉积工艺形成第二子盖帽层，所述射频物理气相沉积具有较高的方向性，所述第二子盖帽层主要形成在第一凹槽和第二凹槽的底部的第一子盖帽层表面，在所述第一凹槽和第二凹槽侧壁表面不会形成或仅能形成较低厚度的子盖帽层，从而可以降低位于第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的子盖帽层厚度，从而降低所述盖帽层对晶体管的功函数的影响。 进一步的，形成所述盖帽层采用的原子层沉积工艺和射频物理气相沉积工艺为原位沉积工艺，所述第一子盖帽层和第二子盖帽层在同一反应腔内形成。在改变工艺的过程中，所述盖帽层脱离真空环境会被氧化而导致功函数发生变化，采用原位沉积工艺可以避免所述盖帽层被氧化，从而提高所述晶体管的阈值电压准确性。 【附图说明】 图1至图13是本专利技术的实施例的所述晶体管形成过程的示意图。 【具体实施方式】 如
技术介绍
中所述，现有技术中采用后栅工艺形成的NMOS晶体管的阈值电压不准确，从而会影响集成电路的性能。 专利技术人本文档来自技高网...

【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，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；在所述第一区域表面形成第一伪栅结构以及位于所述第一伪栅结构两侧的第一区域内的第一源/漏极，在所述第二区域表面形成第二伪栅结构以及位于所述第二伪栅结构两侧的第二区域内的第二源/漏极；在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层覆盖第一伪栅结构和第二伪栅结构；去除所述第一伪栅结构和第二伪栅结构，在所述第一区域表面形成第一凹槽，在所述第二区域表面形成第二凹槽；在所述第一凹槽和第二凹槽底部形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成盖帽层，所述盖帽层覆盖第一凹槽和第二凹槽的侧壁和底部表面，并且第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度小于第一凹槽和第二凹槽底部表面的盖帽层厚度；在所述的盖帽层上方形成填充满第一凹槽的第一栅极和填充满第二凹槽的第二栅极。

【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，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域； 在所述第一区域表面形成第一伪栅结构以及位于所述第一伪栅结构两侧的第一区域内的第一源/漏极，在所述第二区域表面形成第二伪栅结构以及位于所述第二伪栅结构两侧的第二区域内的第二源/漏极； 在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层覆盖第一伪栅结构和第二伪栅结构； 去除所述第一伪栅结构和第二伪栅结构，在所述第一区域表面形成第一凹槽，在所述第二区域表面形成第二凹槽； 在所述第一凹槽和第二凹槽底部形成栅介质层； 在所述栅介质层表面形成盖帽层，所述盖帽层覆盖第一凹槽和第二凹槽的侧壁和底部表面，并且第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度小于第一凹槽和第二凹槽底部表面的盖帽层厚度； 在所述的盖帽层上方形成填充满第一凹槽的第一栅极和填充满第二凹槽的第二栅极。2.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述盖帽层的材料为TiN。3.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度为第一凹槽和第二凹槽底部表面的盖帽层厚度的20%?80%。4.根据权利要求3所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述盖帽层的形成方法包括:采用原子层沉积工艺形成第一子盖帽层，所述第一子盖帽层覆盖所述第一凹槽的侧壁和底部表面、以及第二凹槽的侧壁和底部表面；采用射频物理气相沉积工艺在所述第一子盖帽层表面形成第二子盖帽层，所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽侧壁方向的厚度小于所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽底面方向的厚度。5.根据权利要求4所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一子盖帽层的材料为TiN，所述原子层沉积工艺的温度为200°C?400°C，采用反应气体包括:含钛的第一前驱气体，所述含钛的前驱气体包括Ti [N (C2H5CH3) ] 4、Ti [N (CH3) 2] 4或Ti [N (C2H5) 2] 4中的一种或几种；第二前驱气体，所述第二前驱气体包括NH3、CO或H2O中的一种或几种。6.根据权利要求4所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二子盖帽层的材料为 TiN。7.根据权利要求6所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述射频物理气相沉积(RFPVD)工艺采用Ti靶，在反应腔内通入Ar和N2，其中Ar的流速为10sccm?lOOO...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢欣云，
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