功函数调节层的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种功函数调节层的制造方法，涉及半导体技术领域。该方法包括：将用于形成半导体器件的基底放入反应腔室，然后执行第一主步骤和第二主步骤以在该基底上形成用作功函数调节层的钛铝合金层；第一主步骤包括：第一子步骤，包括：向反应腔室中通入含钛的第一前驱体；以及第二子步骤，包括：向反应腔室中通入含铝的第二前驱体，第二前驱体与第一前驱体发生反应以形成钛铝合金；第二主步骤包括：第三子步骤，包括：向反应腔室中通入含铝的第三前驱体，其中，第三前驱体的分子量小于第二前驱体的分子量，第三前驱体与第一前驱体发生反应以形成钛铝合金。本发明专利技术可以减小长沟道器件和短沟道器件的Al/Ti比值的差值，从而改善半导体器件的阈值电压的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
功函数调节层的制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种功函数调节层的制造方法。
技术介绍
目前，在半导体工艺技术中，ALD(atomiclayerdeposition，原子层沉积)技术被广泛地使用，尤其应用于半导体器件的金属栅极的制造工艺中。例如，可以利用ALD技术形成钛铝合金(TiAl)层，该钛铝合金层被用作NMOS器件的功函数调节层。但是，利用现有的ALD技术形成的钛铝合金层将会导致NMOS器件的阈值电压的上扬问题，即随着沟道长度逐渐减小，阈值电压显著增加，这将降低NMOS器件的性能。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人发现，利用现有的ALD技术形成的钛铝合金层将会导致NMOS器件的阈值电压的上扬问题，即随着沟道长度逐渐减小，阈值电压显著增加，这将降低NMOS器件的性能。本专利技术一个实施例的目的之一是提供一种功函数调节层的制造方法，从而改善半导体器件的阈值电压的上扬问题。根据本专利技术的第一方面，提供了一种功函数调节层的制造方法，包括：将用于形成半导体器件的基底放入反应腔室，然后执行第一主步骤和第二主步骤以在所述基底上形成用作功函数调节层的钛铝合金层；所述第一主步骤包括：第一子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含钛的第一前驱体；以及第二子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第二前驱体，所述第二前驱体与所述第一前驱体发生反应以形成钛铝合金；所述第二主步骤包括：第三子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第三前驱体，其中，所述第三前驱体的分子量小于所述第二前驱体的分子量，所述第三前驱体与所述第一前驱体发生反应以形成钛铝合金。在一个实施例中，所述第一前驱体包括TiCl4；所述第二前驱体包括Al(C2H5)3；所述第三前驱体包括Al(CH3)3。在一个实施例中，所述第一子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未吸附在所述基底上的所述第一前驱体的至少一部分；所述第二子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未反应的所述第一前驱体和所述第二前驱体的混合气体的至少一部分以及发生反应后的第一产物气体；所述第三子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未反应的所述第一前驱体、所述第二前驱体和所述第三前驱体的混合气体的至少一部分以及发生反应后的第二产物气体。在一个实施例中，所述第二主步骤还包括：第四子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含钛的第四前驱体，其中，所述第四前驱体的分子量大于所述第一前驱体的分子量；以及第五子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第五前驱体，所述第五前驱体与所述第四前驱体发生反应以形成钛铝合金。在一个实施例中，所述第四前驱体包括：Ti[N(C2H5)(CH3)]4或者Ti[N(CH3)2]4；所述第五前驱体包括：Al(C2H5)3。在一个实施例中，所述第四子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未吸附在所述基底上的所述第四前驱体的至少一部分；所述第五子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未反应的所述第四前驱体和所述第五前驱体的混合气体的至少一部分以及发生反应后的第三产物气体。在一个实施例中，在执行所述第一主步骤和所述第二主步骤的过程中，多次循环执行所述第一主步骤和所述第二主步骤，直至所述钛铝合金层的厚度达到目标厚度。在一个实施例中，在所述多次循环执行所述第一主步骤和所述第二主步骤中的每一次循环执行的过程包括：对所述第一主步骤循环执行m次，然后对所述第二主步骤循环执行n次；其中，所述m和所述n均为正整数，且m大于n。在一个实施例中，所述m取值为2、3或4；所述n取值为1。在上述制造方法中，由于含铝的第三前驱体的分子量小于含铝的第二前驱体的分子量，因此在第二前驱体分子不容易进入基底的开口中的情况下，第三前驱体分子能够进入该开口继续与第一前驱体分子反应以形成钛铝合金。因此可以提高短沟道器件的Al/Ti比值，进而可以减小长沟道器件和短沟道器件的Al/Ti比值的差值，并且可以提高钛铝合金层的均匀性，因此可以获得比较好的功函数调节层(即钛铝合金层)，从而改善半导体器件的阈值电压的均匀性，改善了半导体器件的阈值电压的上扬问题，提高器件性能。根据本专利技术的第二方面，提供了一种功函数调节层的制造方法，包括：将用于形成半导体器件的基底放入反应腔室，然后执行第一主步骤和第二主步骤以在所述基底上形成用作功函数调节层的钛铝合金层；所述第一主步骤包括：第一子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含钛的第一前驱体；以及第二子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第二前驱体，所述第二前驱体与所述第一前驱体发生反应以形成钛铝合金；所述第二主步骤包括：第四子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含钛的第四前驱体，其中，所述第四前驱体的分子量大于所述第一前驱体的分子量；以及第五子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第五前驱体，所述第五前驱体与所述第四前驱体发生反应以形成钛铝合金。在一个实施例中，所述第一前驱体包括TiCl4；所述第二前驱体包括Al(C2H5)3；所述第四前驱体包括：Ti[N(C2H5)(CH3)]4或者Ti[N(CH3)2]4；所述第五前驱体包括：Al(C2H5)3。在一个实施例中，所述第一子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未吸附在所述基底上的所述第一前驱体的至少一部分；所述第二子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未反应的所述第一前驱体和所述第二前驱体的混合气体的至少一部分以及发生反应后的第一产物气体；所述第四子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未吸附在所述基底上的所述第四前驱体的至少一部分；所述第五子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未反应的所述第四前驱体和所述第五前驱体的混合气体的至少一部分以及发生反应后的第三产物气体。在一个实施例中，在执行所述第一主步骤和所述第二主步骤的过程中，多次循环执行所述第一主步骤和所述第二主步骤，直至所述钛铝合金层的厚度达到目标厚度。在一个实施例中，在所述多次循环执行所述第一主步骤和所述第二主步骤中的每一次循环执行的过程包括：对所述第一主步骤循环执行m次，然后对所述第二主步骤循环执行n次；其中，所述m和所述n均为正整数，且m大于n。在一个实施例中，所述m取值为2、3或4；所述n取值为1。在上述制造方法中，由于含钛的第四前驱体的分子量大于含钛的第一前驱体的分子量，可以使得第四前驱体分子比较难地进入基底的开口中，因此可以降低钛铝合金中的含钛量，从而可以提高短沟道器件的Al/Ti比值，进而可以减小长沟道器件和短沟道器件的Al/Ti比值的差值，因此可以改善半导体器件的阈值电压的均匀性，改善了半导体器件的阈值电压的上扬问题，提高器件性能。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本专利技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术，其中：图1A是示出检测得到的半导体器件的阈值电压与沟道长度的关系图。图1B是示意性地示出现有技术中在制造半导体器件时形成功函数调节层的过程中的一个阶段的结构的横截面图。图2是示意性地示出根据本专利技术一个实施例的制造功函数调节层时所使用的基底的横截面图。图3是示出根据本专利技术一个实施例的功函数调节层的制造方法的流程图。图4是示出根据本专利技术另一个实施例的功函数调节层的制造方法的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功函数调节层的制造方法，其特征在于，包括：将用于形成半导体器件的基底放入反应腔室，然后执行第一主步骤和第二主步骤以在所述基底上形成用作功函数调节层的钛铝合金层；所述第一主步骤包括：第一子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含钛的第一前驱体；以及第二子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第二前驱体，所述第二前驱体与所述第一前驱体发生反应以形成钛铝合金；所述第二主步骤包括：第三子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第三前驱体，其中，所述第三前驱体的分子量小于所述第二前驱体的分子量，所述第三前驱体与所述第一前驱体发生反应以形成钛铝合金。

【技术特征摘要】
1.一种功函数调节层的制造方法，其特征在于，包括：将用于形成半导体器件的基底放入反应腔室，然后执行第一主步骤和第二主步骤以在所述基底上形成用作功函数调节层的钛铝合金层；所述第一主步骤包括：第一子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含钛的第一前驱体；以及第二子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第二前驱体，所述第二前驱体与所述第一前驱体发生反应以形成钛铝合金；所述第二主步骤包括：第三子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第三前驱体，其中，所述第三前驱体的分子量小于所述第二前驱体的分子量，所述第三前驱体与所述第一前驱体发生反应以形成钛铝合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一前驱体包括TiCl4；所述第二前驱体包括Al(C2H5)3；所述第三前驱体包括Al(CH3)3。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未吸附在所述基底上的所述第一前驱体的至少一部分；所述第二子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未反应的所述第一前驱体和所述第二前驱体的混合气体的至少一部分以及发生反应后的第一产物气体；所述第三子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未反应的所述第一前驱体、所述第二前驱体和所述第三前驱体的混合气体的至少一部分以及发生反应后的第二产物气体。4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述第二主步骤还包括：第四子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含钛的第四前驱体，其中，所述第四前驱体的分子量大于所述第一前驱体的分子量；以及第五子步骤，包括：向所述反应腔室中通入含铝的第五前驱体，所述第五前驱体与所述第四前驱体发生反应以形成钛铝合金。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第四前驱体包括：Ti[N(C2H5)(CH3)]4或者Ti[N(CH3)2]4；所述第五前驱体包括：Al(C2H5)3。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第四子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未吸附在所述基底上的所述第四前驱体的至少一部分；所述第五子步骤还包括：从所述反应腔室中抽出未反应的所述第四前驱体和所述第五前驱体的混合气体的至少一部分以及发生反应后的第三产物气体。7.根据权利要求3或6所述的方法，其特征在于，在执行所述第一主步骤和所述第二主步骤的过程中，多次循环执行所述第一主步骤和所述第二主步骤，直至所述钛铝合金层的厚度达到目标厚度。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述多次循环执行所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩，徐建华，
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