鳍式场效应管的形成方法技术

一种半导体器件的形成方法，包括：在第一开口底部和侧壁上形成高k栅介质层，所述高k栅介质层还位于所述暴露出的NMOS区域的鳍部的部分顶部和侧壁上；在所述高k栅介质层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成N型功函数层，所述N型功函数层内含有Al离子；对所述N型功函数层进行回流退火处理，所述回流退火处理适于使位于所述拐角区域的N型功函数层厚度变厚，且还适于使所述拐角区域的N型功函数层内的Al离子向所述阻挡层内扩散；在进行所述回流退火处理之后，在所述N型功函数层上形成填充满所述第一开口的金属层。本发明专利技术增加了NMOS鳍式场效应管的沟道区的有效沟道长度，改善了形成的鳍式场效应管的电学性能。

Forming method of fin type field effect tube

Including the method of forming a semiconductor device: the formation of high k gate dielectric layer in the first opening at the bottom and the side wall part, top and side walls of the NMOS region of the high k gate dielectric layer is positioned on the exposed fin portion; barrier layer is formed on the high k gate dielectric layer in the barrier; the formation of N type function layer, the N type work function layer containing Al ion; the N type function layer reflow annealing, the annealing treatment for the thickness of reflux type N work function layer is located on the corner of the area is thick, and is also suitable for the Al ion N function layer of the corner region within the barrier to internal diffusion; after the reflow annealing, forming a metal layer filled with the first opening of the N type of function layer. The invention increases the effective channel length of the channel area of the NMOS fin type field effect tube, and improves the electrical performance of the finned FET.

【技术实现步骤摘要】
鳍式场效应管的形成方法
本专利技术涉及半导体制作
，特别涉及一种鳍式场效应管的形成方法。
技术介绍
随着半导体工艺技术的不断发展，半导体工艺节点遵循摩尔定律的发展趋势不断减小。为了适应工艺节点的减小，不得不不断缩短MOSFET场效应管的沟道长度。沟道长度的缩短具有增加芯片的管芯密度，增加MOSFET场效应管的开关速度等好处。然而，随着器件沟道长度的缩短，器件源极与漏极间的距离也随之缩短，这样一来栅极对沟道的控制能力变差，栅极电压夹断(pinchoff)沟道的难度也越来越大，使得亚阈值漏电(subthresholdleakage)现象，即所谓的短沟道效应(SCE：short-channeleffects)更容易发生。因此，为了更好的适应器件尺寸按比例缩小的要求，半导体工艺逐渐开始从平面MOSFET晶体管向具有更高功效的三维立体式的晶体管过渡，如鳍式场效应管(FinFET)。FinFET中，栅至少可以从两侧对超薄体(鳍部)进行控制，具有比平面MOSFET器件强得多的栅对沟道的控制能力，能够很好的抑制短沟道效应；且FinFET相对于其他器件，具有更好的现有的集成电路制作技术的兼容性。然而，现有技术形成的鳍式场效应管的性能有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种鳍式场效应管的形成方法，改善形成的鳍式场效应管的电学性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种鳍式场效应管的形成方法，包括：提供包括NMOS区域的衬底、位于衬底上分立的鳍部，所述衬底上还形成有覆盖鳍部侧壁的隔离层，所述隔离层顶部低于鳍部顶部，所述隔离层上还形成有层间介质层，其中，所述NMOS区域的层间介质层内形成有第一开口，所述第一开口横跨NMOS区域的鳍部，且暴露出NMOS区域的鳍部的部分顶部和侧壁，所述第一开口的底部与侧壁之间具有拐角区域；在所述第一开口底部和侧壁上形成高k栅介质层，所述高k栅介质层还位于所述暴露出的NMOS区域的鳍部的部分顶部和侧壁上；在所述高k栅介质层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成N型功函数层，所述N型功函数层内含有Al离子；对所述N型功函数层进行回流退火处理，所述回流退火处理适于使位于所述拐角区域的N型功函数层厚度变厚，且还适于使所述拐角区域的N型功函数层内的Al离子向所述阻挡层内扩散；在进行所述回流退火处理之后，在所述N型功函数层上形成填充满所述第一开口的金属层。可选的，所述高于隔离层顶部表面的鳍部包括：鳍部底部区域、以及位于鳍部底部区域上方的鳍部顶部区域；其中，所述回流退火处理还适于使位于所述鳍部底部区域侧壁上的N型功函数层的厚度变薄。可选的，在进行所述回流退火处理之前，位于所述鳍部底部区域侧壁上的N型功函数层的厚度为33埃～88埃；在进行所述回流退火处理之后，位于所述鳍部底部区域侧壁上的N型功函数层的厚度为30埃～80埃。可选的，相邻鳍部之间的隔离层顶部表面为下凹弧形表面。可选的，所述回流退火处理的工艺参数包括：退火温度为100℃～300℃，退火时长为10min～120min。可选的，所述N型功函数层的材料为TiAl、TiAlC、TiAlN或AlN。可选的，在进行所述回流退火处理之前，所述N型功函数层的厚度为33埃～88埃。可选的，所述阻挡层的材料为TiN或TaN。可选的，在进行所述回流退火处理之前，所述阻挡层的厚度为10埃～20埃。可选的，高于所述隔离层的鳍部底部宽度尺寸大于所述鳍部顶部宽度尺寸。可选的，所述衬底还包括PMOS区域，所述PMOS区域的层间介质层内形成有第二开口，所述第二开口横跨所述PMOS区域的鳍部，且暴露出PMOS区域的鳍部的部分顶部和侧壁。可选的，所述第二开口底部和侧壁上还形成有高k栅介质层；所述第二开口内的高k栅介质层上还形成有P型功函数层；且所述金属层还位于所述P型功函数层上且填充满所述第二开口。可选的，形成所述高k栅介质层、阻挡层以及P型功函数层的工艺步骤包括：在所述第一开口底部和侧壁上形成高k栅介质层，同时还在所述第二开口底部和侧壁上形成高k栅介质层；在所述第一开口内以及第二开口内的高k栅介质层上形成第一功函数层；去除位于所述第一开口内的第一功函数层，露出第一开口的高k栅介质层；在所述第一开口内的高k栅介质层上、以及第二开口的第一功函数层上形成第二功函数层，其中，所述第一开口内的第二功函数层为所述阻挡层，所述第二开口内的第一功函数层和第二功函数层作为所述P型功函数层。可选的，所述第一功函数层的材料为TiN或TaN；所述第二功函数层的材料为TiN或TaN。可选的，在形成所述金属层之前，还包括步骤：在所述N型功函数层上形成盖帽层，所述盖帽层的材料为TiN或TaN。可选的，所述高k栅介质层的材料包括HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO2或Al2O3。可选的，所述金属层的材料包括Cu、Al或W。可选的，在形成所述金属层之前，所述高k栅介质层、阻挡层以及N型功函数层还位于层间介质层的顶部上；形成所述金属层的工艺步骤包括：在所述N型功函数层形成填充满所述第一开口的金属膜，所述金属膜顶部高于层间介质层顶部；去除高于所述层间介质层顶部的金属膜形成所述金属层，还去除高于所述层间介质层顶部的N型功函数层、阻挡层以及高k栅介质层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的鳍式场效应管的形成方法的技术方案中，对N型功函数层进行回流退火处理，所述回流退火处理适于使第一开口拐角区域的N型功函数层的厚度变厚，且还适于所述拐角区域的N型功函数层内的Al离子向阻挡层内扩散，由于拐角区域的N型功函数层的厚度较厚，使得扩散进入拐角区域的阻挡层内的Al离子含量足，所述拐角区域的Al离子扩散进入阻挡层的扩散能力较其他区域Al离子扩散进入阻挡层的扩散能力强，因此能够显著的改善拐角区域的阻挡层造成的势垒过高的问题，使得所述拐角区域阻挡层产生的势垒明显减小，因此NMOS区域的有效沟道区长度变长，具体的，含有Al离子的阻挡层下方的鳍部内也将形成有效沟道区。因此，本实施例形成的鳍式场效应中的有效沟道区长度变长，短沟道效应问题得到改善，从而提高器件的电学性能。可选方案中，所述回流退火处理还适于使鳍部底部区域侧壁上的N型功函数层厚度变薄，因此所述鳍部底部区域对应的第一栅极结构具有较高的阈值电压，从而弥补或抵消了由于鳍部底部区域宽度尺寸较大造成的短沟道控制能力弱的缺陷，使得鳍部底部区域形成的第一栅极结构对沟道区也具有优异的短沟道控制能力，防止在鳍部底部区域出现源漏穿通问题，从而进一步改善形成的鳍式场效应管的电学性能。附图说明图1及图2为一种NMOS鳍式场效应管的剖面结构示意图；图3至图14为本专利技术实施例提供的鳍式场效应管形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术形成的鳍式场效应管的电学性能有待提高。参考图1及图2，图1及图2为一种NMOS鳍式场效应管的剖面结构示意图，其中，图1为垂直于鳍部延伸方向上的剖面结构示意图，图2为平行于鳍部延伸方向的剖面结构示意图。形成所述NMOS鳍式场效应管的工艺步骤包括：提供衬底101、位于衬底101上的鳍部102、以及位于衬底101上且覆盖鳍部102侧壁的隔离层103，所述隔离层103顶部低于鳍部102顶部；所述隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，包括：提供包括NMOS区域的衬底、位于衬底上分立的鳍部，所述衬底上形成有覆盖鳍部侧壁的隔离层，所述隔离层顶部低于鳍部顶部，且所述隔离层上形成有层间介质层，其中，所述NMOS区域的层间介质层内形成有第一开口，所述第一开口横跨NMOS区域的鳍部，且暴露出NMOS区域的鳍部的部分顶部和侧壁，所述第一开口的底部与侧壁之间具有拐角区域；在所述第一开口底部和侧壁上形成高k栅介质层，所述高k栅介质层还位于所述暴露出的NMOS区域的鳍部的部分顶部和侧壁上；在所述高k栅介质层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成N型功函数层，所述N型功函数层内含有Al离子；对所述N型功函数层进行回流退火处理，所述回流退火处理适于使位于所述拐角区域的N型功函数层厚度变厚，且还适于使所述拐角区域的N型功函数层内的Al离子向所述阻挡层内扩散；在进行所述回流退火处理之后，在所述N型功函数层上形成填充满所述第一开口的金属层。

【技术特征摘要】
1.一种鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，包括：提供包括NMOS区域的衬底、位于衬底上分立的鳍部，所述衬底上形成有覆盖鳍部侧壁的隔离层，所述隔离层顶部低于鳍部顶部，且所述隔离层上形成有层间介质层，其中，所述NMOS区域的层间介质层内形成有第一开口，所述第一开口横跨NMOS区域的鳍部，且暴露出NMOS区域的鳍部的部分顶部和侧壁，所述第一开口的底部与侧壁之间具有拐角区域；在所述第一开口底部和侧壁上形成高k栅介质层，所述高k栅介质层还位于所述暴露出的NMOS区域的鳍部的部分顶部和侧壁上；在所述高k栅介质层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成N型功函数层，所述N型功函数层内含有Al离子；对所述N型功函数层进行回流退火处理，所述回流退火处理适于使位于所述拐角区域的N型功函数层厚度变厚，且还适于使所述拐角区域的N型功函数层内的Al离子向所述阻挡层内扩散；在进行所述回流退火处理之后，在所述N型功函数层上形成填充满所述第一开口的金属层。2.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，高于所述隔离层顶部表面的鳍部包括：鳍部底部区域、以及位于鳍部底部区域上方的鳍部顶部区域；其中，所述回流退火处理还适于使位于所述鳍部底部区域侧壁上的N型功函数层的厚度变薄。3.如权利要求2所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，在进行所述回流退火处理之前，位于所述鳍部底部区域侧壁上的N型功函数层的厚度为33埃～88埃；在进行所述回流退火处理之后，位于所述鳍部底部区域侧壁上的N型功函数层的厚度为30埃～80埃。4.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，相邻鳍部之间的隔离层顶部表面为下凹弧形表面。5.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述回流退火处理的工艺参数包括：退火温度为100℃～300℃，退火时长为10min～120min。6.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述N型功函数层的材料为TiAl、TiAlC、TiAlN或AlN。7.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，在进行所述回流退火处理之前，所述N型功函数层的厚度为33埃～88埃。8.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述阻挡层的材料为TiN或TaN。9.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，在进行所述回流退火处理之前，所述阻挡层的厚度为10埃～20埃。10.如权利要...

【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