一种半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件及其制造方法，涉及半导体技术领域。本发明专利技术的半导体器件的制造方法，通过在栅极叠层结构中增加盖帽层和阻挡层，实现了对晶体管的阈值电压的调节，可以更好地实现具有多阈值电压的半导体器件。本发明专利技术的半导体器件，由于在栅极叠层结构中增加了盖帽层和阻挡层，可以实现对晶体管的阈值电压的调节，具有更好的阈值电压特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法。
技术介绍
在半导体
中，如何在保证半导体器件的性能的同时降低功耗已经成为人们面临的一个主要挑战。功耗/性能优化（Power-performance optimization）通常要求半导体器件具有多个阈值电压（Vt）和低的关断电流（Ioff）。在平面体硅半导体器件中，通过使用两个功函数层（分别对应N型场效应晶体管NFET和P型场效应晶体管PFET）以及采用不同的栅极长度和掺杂浓度来实现多阈值电压。鳍型场效应晶体管（FinFET）由于可以实现小的器件尺寸、应用小的工作电压而具有优秀的静电控制能力，然而，器件尺寸和工作电压的减小，尤其工作电压的减小，导致对阈值电压可变性的控制变得十分困难。在大规模应用鳍型场效应晶体管（FinFET）的半导体器件中，随着工艺节点不断减小，需要注入的离子的数量不断减少（例如采用10nm工艺节点的器件需要注入的离子数量非常少），离子注入工艺变得非常难以控制。不同金属盖帽工艺（capping）可以有效地调节鳍型场效应晶体管的阈值电压，但是该方法需要复杂的集成工艺并且不会带来其他方面的提升。而传统的离子注入工艺会降低器件的离子迁移率，并且可能会导致对器件的影响非常坏的掺杂物随机波动。并且，对于采用金属栅极技术的半导体器件的制造方法而言，离子注入工艺还面临控制离子注入剂量以防止离子渗透入高k介电层或器件的沟道区域的挑战。可见，如何获得良好的阈值电压，是应用后高k介电层工艺的半导体器件的制造方法必须要解决的问题。为解决上述问题，有必要提出一种新的半导体器件及其制造方法。
技术实现思路
本专利技术实施例一提供一种半导体器件的制造方法，该方法包括：步骤S101：提供半导体衬底，在所述半导体衬底的拟形成N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的区域分别形成包括伪栅极氧化层、伪栅极和栅极侧壁的伪栅极结构，并在所述伪栅极结构之间形成层间介电层，去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层；步骤S102：在所述栅极侧壁之间自下而上依次形成N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的界面层、高k介电层、盖帽层和阻挡层；步骤S103：在所述阻挡层上形成所述N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的功函数金属层；步骤S104：在所述功函数金属层上分别形成所述N型低阈值电压晶体管、所述N型高阈值电压晶体管、所述P型低阈值电压晶体管和所述P型高阈值电压晶体管的金属栅极。其中，所述盖帽层的材料为氮化钛，所述阻挡层的材料为氮化钽。其中，所述阻挡层的厚度为其中，所述半导体器件中的N型晶体管与P型晶体管的功函数金属层不同。其中，所述步骤S103包括：步骤S1031：形成所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层；步骤S1032：形成所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层；步骤S1033：形成所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层；步骤S1034：形成所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层。其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层的材料为氮化钛；所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层的材料为氮化钽；所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层为氮化钛；所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层的材料为钛铝合金。其中，所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层的厚度为所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层的厚度为所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层的厚度为其中，在所述步骤S101中，所提供的半导体衬底在拟形成的所述P型低阈值电压晶体管的沟道区域形成有锗硅层以及位于所述锗硅层上的锗硅盖帽层。其中，所述锗硅层中锗的浓度为10%-60%，所述锗硅层的厚度为2-20nm；所述锗硅盖帽层的材料为硅，所述锗硅盖帽层的厚度为2-15nm。其中，在所述步骤S101中，在形成所述伪栅极结构之前，所述半导体衬底（100或200）上具有鳍型结构。本专利技术实施例二提供一种半导体器件的制造方法，该方法包括：步骤S101：提供半导体衬底，在所述半导体衬底的拟形成N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的区域分别形成包括伪栅极氧化层、伪栅极和栅极侧壁的伪栅极结构，并在所述伪栅极结构之间形成层间介电层，去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层；步骤S102：在所述栅极侧壁之间自下而上依次形成N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的界面层、高k介电层、盖帽层和阻挡层；步骤S103：在所述阻挡层上形成所述N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的功函数金属层；步骤S104：在所述功函数金属层上形成金属栅极。其中，所述盖帽层的材料为氮化钛，所述阻挡层的材料为氮化钽。其中，所述阻挡层的厚度为其中，所述半导体器件中的N型晶体管与P型晶体管的功函数金属层不同。其中，所述步骤S103包括：步骤S1031’：形成所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层；步骤S1032’：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S101：提供半导体衬底，在所述半导体衬底的拟形成N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的区域分别形成包括伪栅极氧化层、伪栅极和栅极侧壁的伪栅极结构，并在所述伪栅极结构之间形成层间介电层，去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层；步骤S102：在所述栅极侧壁之间自下而上依次形成N型低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型高阈值电压晶体管的界面层、高k介电层、盖帽层和阻挡层；步骤S103：在所述阻挡层上形成所述N型低阈值电压晶体管、所述N型高阈值电压晶体管、所述P型低阈值电压晶体管和所述P型高阈值电压晶体管的功函数金属层；步骤S104：在所述功函数金属层上分别形成所述N型低阈值电压晶体管、所述N型高阈值电压晶体管、所述P型低阈值电压晶体管和所述P型高阈值电压晶体管的金属栅极。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S101：提供半导体衬底，在所述半导体衬底的拟形成N型
低阈值电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管
和P型高阈值电压晶体管的区域分别形成包括伪栅极氧化层、伪栅极
和栅极侧壁的伪栅极结构，并在所述伪栅极结构之间形成层间介电
层，去除所述伪栅极和所述伪栅极氧化层；
步骤S102：在所述栅极侧壁之间自下而上依次形成N型低阈值
电压晶体管、N型高阈值电压晶体管、P型低阈值电压晶体管和P型
高阈值电压晶体管的界面层、高k介电层、盖帽层和阻挡层；
步骤S103：在所述阻挡层上形成所述N型低阈值电压晶体管、
所述N型高阈值电压晶体管、所述P型低阈值电压晶体管和所述P
型高阈值电压晶体管的功函数金属层；
步骤S104：在所述功函数金属层上分别形成所述N型低阈值电
压晶体管、所述N型高阈值电压晶体管、所述P型低阈值电压晶体
管和所述P型高阈值电压晶体管的金属栅极。
2.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
所述盖帽层的材料为氮化钛，所述阻挡层的材料为氮化钽。
3.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
所述阻挡层的厚度为4.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
所述半导体器件中的N型晶体管与P型晶体管的功函数金属层不同。
5.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
所述步骤S103包括：
步骤S1031：形成所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属
层和所述P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层；
步骤S1032：形成所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属
层、所述N型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型
低阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体
管的第二功函数金属层；
步骤S1033：形成所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属

\t层；
步骤S1034：形成所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属
层、所述N型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层以及所述P型
低阈值电压晶体管的第三功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体
管的第三功函数金属层。
6.如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈
值电压晶体管的第一功函数金属层的材料为氮化钛；
所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高
阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体
管的第二功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第二功函数
金属层的材料为氮化钽；
所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层为氮化钛；
所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N型高
阈值电压晶体管的第三功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体
管的第三功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第三功函数
金属层的材料为钛铝合金。
7.如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈
值电压晶体管的第一功函数金属层的厚度为所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高
阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体
管的第二功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第二功函数
金属层的厚度为所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层的厚度为10-50
8.如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
在所述步骤S101中，所提供的半导体衬底在拟形成的所述P型低阈
值电压晶体管的沟道区域形成有锗硅层以及位于所述锗硅层上的锗
硅盖帽层。
9.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，

\t所述锗硅层中锗的浓度为10%-60%，所述锗硅层的厚度为2-20nm；
所述锗硅盖帽层的材料为硅，所述锗硅盖帽层的厚度为2-15nm。
10.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
所述步骤S103包括：
步骤S1031’：形成所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金
属层和所述P型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层；
步骤S1032’：形成所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金
属层、所述N型高阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P
型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型高阈值电压晶
体管的第二功函数金属层；
步骤S1033’：形成所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金
属层和所述P型低阈值电压晶体管的第三功函数金属层；
步骤S1034’：形成所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金
属层、所述N型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层以及所述P
型低阈值电压晶体管的第四功函数金属层和所述P型高阈值电压晶
体管的第三功函数金属层。
11.如权利要求10所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈
值电压晶体管的第一功函数金属层的材料为氮化钛；
所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高
阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体
管的第二功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第二功函数
金属层的材料为氮化钽；
所述N型高阈值电压晶体管的第二功函数金属层和所述P型低
阈值电压晶体管的第三功函数金属层的材料为氮化钛；
形成所述N型低阈值电压晶体管的第二功函数金属层、所述N
型高阈值电压晶体管的第三功函数金属层以及所述P型低阈值电压
晶体管的第四功函数金属层和所述P型高阈值电压晶体管的第三功
函数金属层的材料为钛铝合金。
12.如权利要求10所述的半导体器件，其特征在于，
所述P型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层和所述P型高阈

\t值电压晶体管的第一功函数金属层的厚度为所述N型低阈值电压晶体管的第一功函数金属层、所述N型高
阈值电压晶体管的第一功函数金属层以及所述P型低阈值电压晶体...

【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