一种半导体器件制备方法及制备得到的半导体器件技术

本发明专利技术提出了一种半导体器件制备方法及制备得到的半导体器件，该方法包括：提供半导体衬底；在半导体衬底上，形成后栅凹槽；在后栅凹槽上形成界面氧化层；在界面氧化层上形成高k栅介质层；在高k栅介质层上形成扩散阻挡层；在扩散阻挡层上形成功能金属层，其中，功能金属层能够降低等效氧化层厚度；在功能金属层上方形成功函数金属层；形成金属填充层填充后栅凹槽。根据本发明专利技术提供的降低EOT的方法，即在栅叠层中，使用降低等效氧化层厚度（EOT）功能的金属层，可以降低栅叠层结构的EOT，为小尺寸器件性能提升提供解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件制备方法及制备得到的半导体器件
本专利技术涉及一种半导体制造工艺方法，具体地，涉及一种半导体器件制备方法及制备得到的半导体器件。
技术介绍
在CMOS器件中，随着沟道长度的缩小，为抑制短沟效应，提高器件性能，SiO2栅介质层的厚度需要相应缩小。当集成电路技术发展到亚50nm技术节点以后，SiO2栅介质的厚度需要缩小到1nm以下。对与小于1nm的SiO2，由于显著的直接隧穿效应导致的不可接受的高泄漏电流和高功耗，无法满足技术的需求。高k材料在45nm技术节点被引入栅叠层结构中。引入高k栅介质后，期望在保持相同等效SiO2氧化层厚度（EOT）的情况下增加栅介质的物理厚度，从而可以使隧穿电流得到有效的抑制。在保证漏电流满足器件要求的前提下，EOT越小，越能获得较好的器件性能。因此，开发一种可在保证漏电流满足器件要求的前提下半导体器件制备方法对半导体制造领域及其重要。
技术实现思路
本专利技术的目的至少部分地在于提供一种半导体器件制备方法及制备得到的半导体器件，可以降低栅叠层结构的EOT，为小尺寸器件性能提升提供解决方案。根据本专利技术的一方面，提供一种半导体器件制备方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上，形成后栅凹槽；在所述后栅凹槽上形成界面氧化层；在所述界面氧化层上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成扩散阻挡层；在所述扩散阻挡层上形成功能金属层，其中，所述功能金属层能够降低等效氧化层厚度；在所述功能金属层上方形成功函数金属层；形成金属填充层填充所述后栅凹槽。优选地，形成所述后栅凹槽包括：在所述半导体衬底上形成浅槽隔离区；在所述半导体衬底上形成P阱区和N阱区，所述浅槽隔离区将所述P阱区和所述N阱区隔离开；在所述衬底上的所述P阱区和所述N阱区形成虚设栅极以及形成源漏区；在所述虚设栅极上方填充层间介质层；通过CMP工艺磨平所述层间介质层，露出所述虚设栅极；通过湿法腐蚀工艺去除所述虚设栅极，形成后栅凹槽。优选地，所述扩散阻挡层为TiN或TaN或其组合。优选地，，所述功能金属层为含Al的金属碳化物。优选地，述含Al的金属碳化物为TiAlC，TaAlC或MoAlC中的任意一种或其组合。优选地，所述含Al的金属碳化物使用单原子层沉积方法制备，其中Al原子含量不大于40%。优选地，所述含Al的金属碳化物中，Al原子的存在方式为Al-Al键。优选地，所述功能金属层的厚度为0.5nm~5nm。优选地，所述功函数金属层含有的材料为HfN、TiN、TaN、MoN、TiAlN、TaAlN、MoAlN、HfCNx、TiAl、TaAl、HfC、TiC、TaC、TiAlC、TaAlC、Ru、Re、Pt、RuO2、TaRux、HfRu中的任意一种或其组合。优选地，所述金属填充层的材料为金属材料。根据本专利技术的另一方面，提供一种半导体器件，包括：半导体衬底；所述半导体衬底中的浅槽隔离区、P阱区和N阱区，所述浅槽隔离区将所述P阱区和所述N阱区隔离开；所述P阱区和所述N阱区中的源漏区；所述浅槽隔离区和所述源漏区上方的填充层间介质层；所述层间介质层之间依次设置的界面氧化层、高k栅介质层、扩散阻挡层、功能金属层、功函数金属层、金属填充层。优选地，所述含Al的金属碳化物为TiAlC，TaAlC或MoAlC中的任意一种或其组合。优选地，所述含Al的金属碳化物使用单原子层沉积方法制备，其中Al原子含量不大于40%。优选地，所述含Al的金属碳化物中，Al原子的存在方式为Al-Al键。优选地，所述功能金属层的厚度为0.5nm~5nm。根据本专利技术提供的降低EOT的方法，即在栅叠层中，使用单原子层沉积（ALD）含Al的金属碳化物金属作为降低等效氧化层厚度（EOT）功能金属层，可以降低栅叠层结构的EOT，为小尺寸器件性能提升提供解决方案。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚地讨论，各个部件的尺寸可以任意地增加或减少。图1示出了根据本专利技术的半导体器件制备方法的流程图。图2至图8为根据本专利技术实施例提供的半导体器件制备方法对应的剖面结构示意图。具体实施方式以下公开内容提供了多种不同实施例或实例，以实现本专利技术的不同特征。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在...下方”、“在...下面”、“下部”、“在...上面”、“上部”等空间关系术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中示出的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定位（旋转90度或在其他方位），并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。首先参考图1，图1示出了根据本专利技术的半导体器件制备方法的流程图。在步骤S11，提供半导体衬底10。在本实施例中，半导体衬底10包括硅衬底，半导体衬底10还可以包括其他基本半导体或化合物半导体，例如Si、Ge、GeSi、GaAs、InP、SiC或金刚石等。根据现有技术公知的设计要求（例如p型衬底或者n型衬底），半导体衬底10可以包括各种掺杂配置。此外，可选地，半导体衬底10可以包括外延层，可以被应力改变以增强性能，以及可以包括绝缘体上硅（SOI）结构。在步骤S12，在所述半导体衬底10上，形成后栅凹槽。形成后栅凹槽的一个具体方法可以参考如下，需要说明的是，本实施例图示中，采用了平面机构的CMOS，但是，本专利技术更有利地可以被用于包括FinFET结构的CMOS中。如图2所示，在半导体衬底上10形成浅槽隔离区13；在半导体衬底上10形成P阱区11和N阱区12，浅槽隔离区13将P阱区11和N阱区12隔离开。如图3所示，在衬底10上的P阱区11和N阱区12形成虚设栅极14以及形成源漏区15。如图4所示，在虚设栅极14上方填充层间介质层16。如图5所示，通过CMP工艺磨平层间介质层16，露出虚设栅极14。如图6所示，通过湿法腐蚀工艺去除虚设栅极14形成后栅凹槽17。在FinFET结构的CMOS器件中，后栅凹槽位于相邻半导体鳍片之间，具体相处工艺与平面结构CMOS器件的后栅凹槽形成工艺类似，此处不再赘述。在步骤S13，如图7和图8所示，在所述后栅凹槽17上形成界面氧化层18。可以热生长的方式形成界面氧化层，也可以湿法的方式生长界面氧化层。在本专利技术实施例中，界面氧化层为SiO2，也可以为氮氧化物层，其厚度大约为0.3-1nm。在步骤S14，如图7和图8所示，在所述界面氧化层18上形成高k栅介质层19。可以使用ALD技术形成高k栅介质层，例如高k栅介质材料为HfO2、ZrO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件制备方法，所述方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上，形成后栅凹槽；在所述后栅凹槽上形成界面氧化层；在所述界面氧化层上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成扩散阻挡层；在所述扩散阻挡层上形成功能金属层，其中，所述功能金属层能够降低等效氧化层厚度；在所述功能金属层上方形成功函数金属层；形成金属填充层填充所述后栅凹槽。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件制备方法，所述方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上，形成后栅凹槽；在所述后栅凹槽上形成界面氧化层；在所述界面氧化层上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成扩散阻挡层；在所述扩散阻挡层上形成功能金属层，其中，所述功能金属层能够降低等效氧化层厚度；在所述功能金属层上方形成功函数金属层；形成金属填充层填充所述后栅凹槽。2.根据权利要求1所述的半导体器件制备方法，其特征在于，形成所述后栅凹槽包括：在所述半导体衬底上形成浅槽隔离区；在所述半导体衬底上形成P阱区和N阱区，所述浅槽隔离区将所述P阱区和所述N阱区隔离开；在所述衬底上的所述P阱区和所述N阱区形成虚设栅极以及形成源漏区；在所述虚设栅极上方填充层间介质层；通过CMP工艺磨平所述层间介质层，露出所述虚设栅极；通过湿法腐蚀工艺去除所述虚设栅极，形成后栅凹槽。3.根据权利要求1所述的半导体器件制备方法，其特征在于，所述扩散阻挡层为TiN或TaN或其组合。4.根据权利要求1所述的半导体器件制备方法，其特征在于，所述功能金属层为含Al的金属碳化物。5.根据权利要求1所述的半导体器件制备方法，其特征在于，所述含Al的金属碳化物为TiAlC，TaAlC或MoAlC中的任意一种或其组合。6.根据权利要求1和权利要求2所述的半导体器件制备方法，其特征在于，所述含Al的金属碳化物使用单原子层沉积方法制备，其中Al原子含量不大于40%。7.根据权利要求1和权利要求2所述的半导体器件制备方法，其特征在于，所述含Al的金属碳化物中，Al原子的存在方式为Al-Al键。8.根据权利要求1和权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：项金娟，王晓磊，高建峰，李亭亭，李俊峰，赵超，王文武，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11