一种后金属栅极中功函数层调节方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件优化领域，尤其涉及一种后金属栅极工艺中调节功函数层的方法，通过在高k后金属栅半导体工艺中，利用铝离子注入TiN并退火形成TiAlN，替代单独淀积的TiAl层实现NMOS功函数层。只用一次金属膜淀积就实现了N型和P型两种功函数层，还省去了一般后金属栅制程中的阻挡层及选择性去除工艺，大大地简化了制程，同时通过控制Al的注入量也更容易实现NMOS功函数的调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件优化领域，尤其涉及。
技术介绍
随着超大规模集成电路技术的迅速发展，M0SFET器件的尺寸在不断减小，通常包括M0SFET器件沟道长度的减小，栅氧化层厚度的减薄等以获得更快的器件速度。但是发展至超深亚微米级时，特别是45纳米及以下技术节点时，已无法承受持续降低栅氧厚度所带来的高漏电。业界在45纳米及以下工艺引入了高k和金属栅的设计。且目前业界越来越多的转向后金属栅工艺。所以亟需一种新型的后金属栅极中功函数层调节方法。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供。—种后金属栅极中功函数层调节方法，其特征在于，包括:提供一具有第一凹槽的NM0S区域和具有第二凹槽的PM0S区域的半导体器件；于所述第一凹槽和所述第二凹槽的内部表面上淀积一厚度均匀的第一功函数层；沉积DU0至所述第一凹槽和所述第二凹槽的顶部平面；刻蚀去除所述第一凹槽内的所述DU0 ;对所述半导体器件进行离子注入；去除所述第二凹槽内的所述DU0 ;退火，以于所述NM0S区域形成后金属栅极的第二功函数层。上述的方法，其中，所述第一功函数层的材质为TiN。上述的方法，其中，所述离子为铝离子。上述的方法，其中，所述铝离子注入能量为0.l-10keVo上述的方法，其中，所述铝离子注入量为1E15-1E19。上述的方法，其中，退火温度为50°C -1250°C。上述的方法，其中，退火时间为0.l-1000so上述的方法，其中，所述第一功函数层为P型功函数层。上述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽底部表面均设置有过渡层，且所述过渡层表面、所述第一凹槽和所述第二凹槽侧壁沉积有高k介质层。述的方法，其中，所述第二功函数层的材质为TiAIN。综上所述，本专利技术提出了一种后金属栅极工艺中调节功函数层的方法，通过在高k后金属栅半导体工艺中，利用铝离子注入TiN并退火形成TiAIN，替代单独淀积的TiAl层实现NM0S功函数层。只用一次金属膜淀积就实现了 N型和P型两种功函数层，还省去了一般后金属栅制程中的阻挡层及选择性去除工艺，大大地简化了制程，同时通过控制A1的注入量也更容易实现NMOS功函数的调节。【附图说明】参考所附附图，以更加充分的描述本专利技术的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本专利技术范围的限制。图1-图7是本专利技术的结构剖面示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的技术方案及优点更加易于理解，下面结合附图作进一步详细说明。应当说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在高k后金属栅半导体工艺中，通常选用TiN作为PM0S的功函数层，而TiAl作为NM0S的功函数层，这种双型功函数层工艺不但需要阻挡层及选择性移除工艺，还会因为这些制程本身的波动而引入了额外的器件波动因素。如图1-图7所示，本专利技术设计，该方法包括:首先提供一半导体器件，该半导体器件包括有N0MS区域和PM0S区域，分别在NM0S区域和PM0S区域形成第一凹槽11和第二凹槽22，且第一凹槽1和第二凹槽2的形貌是相同的，凹槽底部是硅衬底的上表面，然后在硅衬底为底部的凹槽内沉积一层过渡层，该过渡层可以是氧化硅，然后在以该过渡层为底的第一凹槽1和第二凹槽2内侧壁和过渡层的上表面沉积一层高k介质层。该半导体器件的硅衬底上沉积的是一层以SiN为材质的介质层，然后在该介质层的PM0S区域和NM0S区域分别刻蚀出一个凹槽。然后在第一凹槽1和第二凹槽2的高k介质层的表面上沉积一层第一功函数层3，该第一功函数层3为P型功函数层，该P型功函数层是一次性沉积形成的，且沉积的厚度是根据PM0S需求进行确定的，具体的要根据半导体器件的功能要求进行计算。当沉积好一层P型功函数层后，在第一凹槽1和第二凹槽2内沉积DU04，且该DU04整个填满第一凹槽1和第二凹槽2，并至第一凹槽1和第二凹槽2的顶部平面。在沉积好DU04后，可是去除NM0S区域的DU04，使得第二凹槽2内的TiN完全暴露出来，然后对该半导体器件进行铝离子注入，具体的时注入过程中，铝离子的注入能量为0.1?lOkeV，注入量为1E15?1E19。注入完铝离子后去除PM0S区域内第二凹槽2的DU0，这样在NM0S区域的第一凹槽1内形成一层A1层5，然后进行退火制程，该退火制程的退火温度为50?1250°C，时间为0.1?1000s。经过上述的步骤后，在NM0S区域的第一凹槽1内形成了一层TiAIN为材质的第二功函数层6。最后对第一凹槽1和第二凹槽2进行金属的填充，以形成后金属栅极。下面结合具体实施例进行说明实施例在高k后金属栅半导体工艺中，本专利技术利用铝离子注入TiN并退火形成TiAIN，替代单独淀积的TiAl层实现NM0S功函数层。这种方法只用一次金属膜淀积就实现了 N型和P型两种功函数层，还省去了一般后金属栅制程中的阻挡层及选择性去除工艺，大大地简化了制程，同时通过控制A1的注入量也更容易实现NMOS功函数的调节。具体方法如下:步骤1在晶圆上按照正常工艺流程至高k介电层上方的P型功函数层氮化钛(TiN)淀积之前；步骤2根据PM0S需求确定厚度，单层一次性淀积P型功函数层TiN ;步骤3进行正常的DU0填充；步骤4通过光刻和刻蚀去除NM0S区域的DU0，曝露出TiN ；步骤5铝(A1)离子注入；步骤6去除晶圆上剩余的光阻和DU0 ；步骤7通过退火工艺使A1在NM0S上的TiN层中充分扩散以形成TiAIN，成为NM0S的功函数层；步骤8后续正常金属栅电极填充工艺。通过上述实施例的说明，本专利技术在高k后金属栅半导体工艺中，利用铝离子注入TiN并退火形成TiAIN，替代单独淀积的TiAl层实现NM0S功函数层。方法简单，易操作。通过说明和附图，给出了【具体实施方式】的特定结构的典型实施例，基于本专利技术精神，还可作其他的转换。尽管上述专利技术提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本专利技术的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本专利技术的意图和范围内。【主权项】1.，其特征在于，包括: 提供一具有第一凹槽的NMOS区域和具有第二凹槽的PMOS区域的半导体器件，且所述NMOS区域设置有第一凹槽，所述PMOS区域区域设置有第二凹槽； 于所述第一凹槽和所述第二凹槽的内部表面上淀积一厚度均匀的第一功函数层； 沉积DUO至所述第一凹槽和所述第二凹槽的顶部平面； 刻蚀去除所述第一凹槽内的所述DUO ; 对所述半导体器件进行离子注入； 去除所述第二凹槽内的所述DUO ; 退火，以于所述NMOS区域形成后金属栅极的第二功函数层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述第一功函数层的材质为TiN。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子为铝离子。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述铝离子注入能量为0.1-1OkeV05.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述铝离子注入量为1E15-1E19。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，退火温度为50°C-1250°C。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，退火时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种后金属栅极中功函数层调节方法，其特征在于，包括：提供一具有第一凹槽的NMOS区域和具有第二凹槽的PMOS区域的半导体器件，且所述NMOS区域设置有第一凹槽，所述PMOS区域区域设置有第二凹槽；于所述第一凹槽和所述第二凹槽的内部表面上淀积一厚度均匀的第一功函数层；沉积DUO至所述第一凹槽和所述第二凹槽的顶部平面；刻蚀去除所述第一凹槽内的所述DUO；对所述半导体器件进行离子注入；去除所述第二凹槽内的所述DUO；退火，以于所述NMOS区域形成后金属栅极的第二功函数层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何志斌，景旭斌，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31