半导体器件及其形成方法技术

一种半导体器件及其形成方法，其中，半导体器件的形成方法包括：提供衬底，所述衬底表面具有介质层，所述介质层内具有六个开口，开口的侧壁和底部表面具有栅介质层，所述栅介质层表面具有覆盖层；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；在第一开口内的第一功函数层表面、以及第五开口和第六开口的覆盖层表面形成扩散层；进行退火工艺，使扩散层的材料扩散入第一功函数层和覆盖层内，在第一开口内形成掺杂功函数层，在第五开口和第六开口内形成掺杂覆盖层；之后去除扩散层，在第四开口的覆盖层和第五开口的掺杂覆盖层表面形成第二功函数层；之后在六个开口内形成第三功函数层和金属栅。所述方法简单，形成的半导体器件性能改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
技术介绍
互补型金属氧化物半导体管（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）使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，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（work function layer）；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。现有技术形成互补型金属氧化物半导体管时，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；以所述伪栅极层为掩膜形成源区和漏区后，在半导体衬底表面形成于伪栅极层表面齐平的介质层；在形成介质层之后，去除PMOS管的区域或NMOS管的区域的伪栅极层，在介质层内形成开口，并依次在所述开口内沉积栅介质层、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，所述形成互补型金属氧化物半导体管的方法即用于形成高K金属栅（HKMG，High K Metal Gate）的后栅（Gate Last）工艺。此外，形成于PMOS管的区域的功函数层材料、与形成于NMOS管的区域的功函数层材料不同。然而，以现有技术形成多阈值电压晶体管的工艺过于复杂，生产成本高且生产效率低。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体器件及其形成方法，所形成的半导体器件的形成工艺简化、性能改善、稳定性提高。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面具有介质层，所述介质层内具有第一开口、第二开口、第三开口、第四开口、第五开口和第六开口，所述第一开口、第二开口、第三开口、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，所述栅介质层表面具有覆盖层，由第一开口、第二开口和第三开口形成的晶体管类型相对于由第四开口、第五开口和第六开口形成的晶体管类型相反；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；在第一开口内的第一功函数层表面、以及第五开口和第六开口的覆盖层表面形成扩散层，所述扩散层的功函数类型与第一功函数层相反；进行退火工艺，使扩散层的材料扩散入第一功函数层和覆盖层内，在第一开口内形成掺杂功函数层，在第五开口和第六开口内形成掺杂覆盖层；在退火工艺之后，去除剩余的扩散层，并在第四开口的覆盖层表面和第五开口的掺杂覆盖层表面形成第二功函数层，所述第二功函数层的功函数类型与第一功函数层相反；在形成第二功函数层之后，在第一开口、第二开口、第三开口、第四开口、第五开口和第六开口内形成第三功函数层、以及位于第三功函数层表面的金属栅，所述第三功函数层的功函数类型与第一功函数层相同。可选的，所述第一功函数层的材料为P型功函数材料，所述第三功函数层的材料为N型功函数材料；所述扩散层的材料为TiAl或Al，所述扩散层的厚度为所述扩散层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；去除扩散层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。可选的，所述第一开口、第二开口、第三开口用于形成PMOS晶体管的栅极结构；所述第四开口、第五开口、第六开口用于形成NMOS晶体管。可选的，所述退火工艺的参数包括：时间为10秒～30秒，温度为500℃～800℃，气体包括氮气。可选的，所述第一功函数层的形成工艺包括：在第三开口、第四开口、第五开口和第六开口内形成第一牺牲层；在所述第一牺牲层和介质层表面、以及第一开口和第二开口内沉积第一功函数膜；采用抛光工艺去除第一牺牲层和介质层表面的第一功函数膜，形成第一功函数层；在所述抛光工艺之后，去除所述第一牺牲层。可选的，所述第一牺牲层的材料为光刻胶，去除第一牺牲层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。可选的，所述扩散层的形成工艺包括：在第二开口、第三开口和第四开口内形成第二牺牲层；在所述第二牺牲层和介质层表面、以及第一开口、第五开口和第六开口内沉积扩散膜；采用抛光工艺去除第二牺牲层和介质层表面的扩散膜，形成扩散层；在所述抛光工艺之后，去除所述第二牺牲层。可选的，所述第二牺牲层的材料为光刻胶，去除第二牺牲层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。可选的，所述第二功函数层的形成工艺包括：在第一开口、第二开口、第三开口和第六开口内形成第三牺牲层；在所述第三牺牲层和介质层表面、以及第四开口和第五开口内沉积第二功函数膜；采用抛光工艺去除第三牺牲层和介质层表面的第二功函数膜，形成第二功函数层；在所述抛光工艺之后，去除所述第三牺牲层。可选的，所述第三牺牲层的材料为光刻胶，去除第三牺牲层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。可选的，还包括：在形成第一功函数层之前，在第一开口和第二开口内的覆盖层表面形成第一阻挡层，所述第一功函数层形成于第一开口和第二开口内的第一阻挡层表面。可选的，所述第一阻挡层的材料为TaN、Ta为TaAl，厚度为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。可选的，还包括：在退火工艺之后，形成第二功函数层之前，在第一开口、第二开口、第三开口、第四开口、第五开口和第六开口内形成第二阻挡层，所述第二功函数层形成于第四开口和第五开口的第二阻挡层表面。可选的，所述第二阻挡层的材料为TaN、Ta为TaAl，厚度为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。可选的，还包括：在栅介质层和衬底之间形成结合层，所述结合层的材料为氧化硅或氮氧化硅，所述结合层的厚度为所述结合层的形成工艺包括热氧化工艺、化学氧化工艺、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺。可选的，所述栅介质层的材料为高K介质材料，所述高K介质材料包括La2O3、Al2O3、BaZrO、HfZrO4、HfZrON、HfLaO、HfSiO、HfSiON、LaSiO、AlSiO、HfTaO、Hf本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底表面具有介质层，所述介质层内具有第一开口、第二开口、第三开口、第四开口、第五开口和第六开口，所述第一开口、第二开口、第三开口、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，所述栅介质层表面具有覆盖层，由第一开口、第二开口和第三开口形成的晶体管类型相对于由第四开口、第五开口和第六开口形成的晶体管类型相反；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；在第一开口内的第一功函数层表面、以及第五开口和第六开口的覆盖层表面形成扩散层，所述扩散层的功函数类型与第一功函数层相反；进行退火工艺，使扩散层的材料扩散入第一功函数层和覆盖层内，在第一开口内形成掺杂功函数层，在第五开口和第六开口内形成掺杂覆盖层；在退火工艺之后，去除剩余的扩散层，并在第四开口的覆盖层表面和第五开口的掺杂覆盖层表面形成第二功函数层，所述第二功函数层的功函数类型与第一功函数层相反；在形成第二功函数层之后，在第一开口、第二开口、第三开口、第四开口、第五开口和第六开口内形成第三功函数层、以及位于第三功函数层表面的金属栅，所述第三功函数层的功函数类型与第一功函数层相同。...

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底表面具有介质层，所述介质层内具有第一开口、第
二开口、第三开口、第四开口、第五开口和第六开口，所述第一开口、第二
开口、第三开口、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，所述栅介质层表面具有覆盖层，由第一开口、第二开口和第三开口
形成的晶体管类型相对于由第四开口、第五开口和第六开口形成的晶体管类
型相反；
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；
在第一开口内的第一功函数层表面、以及第五开口和第六开口的覆盖层
表面形成扩散层，所述扩散层的功函数类型与第一功函数层相反；
进行退火工艺，使扩散层的材料扩散入第一功函数层和覆盖层内，在第
一开口内形成掺杂功函数层，在第五开口和第六开口内形成掺杂覆盖层；
在退火工艺之后，去除剩余的扩散层，并在第四开口的覆盖层表面和第
五开口的掺杂覆盖层表面形成第二功函数层，所述第二功函数层的功函数类
型与第一功函数层相反；
在形成第二功函数层之后，在第一开口、第二开口、第三开口、第四开
口、第五开口和第六开口内形成第三功函数层、以及位于第三功函数层表面
的金属栅，所述第三功函数层的功函数类型与第一功函数层相同。
2.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一功函
数层的材料为P型功函数材料，所述第三功函数层的材料为N型功函数材
料；所述扩散层的材料为TiAl或Al，所述扩散层的厚度为所述
扩散层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；去除扩散层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。
3.如权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一开口、
第二开口、第三开口用于形成PMOS晶体管的栅极结构；所述第四开口、
第五开口、第六开口用于形成NMOS晶体管。
4.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述退火工艺
的参数包括：时间为10秒～30秒，温度为500℃～800℃，气体包括氮气。
5.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一功函
数层的形成工艺包括：在第三开口、第四开口、第五开口和第六开口内形
成第一牺牲层；在所述第一牺牲层和介质层表面、以及第一开口和第二开
口内沉积第一功函数膜；采用抛光工艺去除第一牺牲层和介质层表面的第
一功函数膜，形成第一功函数层；在所述抛光工艺之后，去除所述第一牺
牲层。
6.如权利要求5所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一牺牲
层的材料为光刻胶，去除第一牺牲层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工
艺。
7.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述扩散层的
形成工艺包括：在第二开口、第三开口和第四开口内形成第二牺牲层；在
所述第二牺牲层和介质层表面、以及第一开口、第五开口和第六开口内沉
积扩散膜；采用抛光工艺去除第二牺牲层和介质层表面的扩散膜，形成扩
散层；在所述抛光工艺之后，去除所述第二牺牲层。
8.如权利要求7所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第二牺牲
层的材料为光刻胶，去除第二牺牲层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工
艺。
9.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第二功函
数层的形成工艺包括：在第一开口、第二开口、第三开口和第六开口内形
成第三牺牲层；在所述第三牺牲层和介质层表面、以及第四开口和第五开
口内沉积第二功函数膜；采用抛光工艺去除第三牺牲层和介质层表面的第
二功函数膜，形成第二功函数层；在所述抛光工艺之后，去除所述第三牺
牲层。
10.如权利要求9所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第三牺牲
层的材料为光刻胶，去除第三牺牲层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工
艺。
11.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，还包括：在形
成第一功函数层之前，在第一开口和第二开口内的覆盖层表面形成第一阻
挡层，所述第一功函数层形成于第一开口和第二开口内的第一阻挡层表面。
12.如权利要求11所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一阻挡
层的材料为TaN、Ta为TaAl，厚度为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。
13.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，还包括：在退
火工艺之后，形成第二功函数层之前，在第一开口、第二开口、第三开口、

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，
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