晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术为一种晶体管，其包括具有沟道区的基底；位于该基底沟道区两端的源区和漏区；界于所述源区和漏区之间的该沟道区上方基底顶层的栅极高Ｋ介质层；位于该栅极高Ｋ介质层下面的界面层，该界面层第一部分靠近源极，第二部分靠近漏极，且第一部分的等效氧化层厚度大于第二层。非对称替代的金属栅形成非对称界面层，在漏极侧较薄而在源极侧较厚。在较薄的漏极侧，短沟道效应比较重要，非对称的界面层有利于控制短沟道效应；在较厚的源极侧，载流子迁移率对器件影响较大，非对称的界面层可以避免载流子迁移速率下降。此外，非对称替代的金属栅也可以形成非对称的金属功函数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及关于一种晶体管，特别是一种具有非对称结构栅极的晶体管及其 制造方法。
技术介绍
限制金属氧化物半导体(M0Q晶体管尺寸进一步缩小的主要问题是短沟道效应 (SCE)，且该现象主要发生在沟道长度小于0. 1微米时。器件失效包括但不仅限于DIBL (漏 极感应载流子势垒降低，即低的源漏极击穿电压)、亚阈值泄露、和阈值不稳定等。这些问题 统称为短沟道效应，主要与界面层的等效氧化层厚度(EOT)有关，而薄的EOT有利于控制短 沟道效应(特别是在漏端)，如引文High-performance High-K/Metal Gatesfor 45nm CMOS and Beyond with Gate-First Processing(M. Chudziket al. VLSI 2007, IBM et al.) PJf 述。如图1所示，当栅极氧化层厚度Tinv(等效氧化层厚度，EOT)的电学厚度减小时，DIBL 随之减小。此夕卜艮据弓I文 Extremely Scaled Gate-First High-K Metal GateStack with EOT of 0. 55nm Using Novel Interfacial Layer ScavengingTechniques for 22nm Technology Node and Beyond(K. Choi et al. VLSI2009, IBM)所述，当等效氧化层厚度 (EOT)继续减小时，电子迁移率(在Erff = lMV/cm处)会继续降低，如图2所示。同时，当 等效氧化层厚度(EOT)继续减小时，空穴迁移率(在Erff = lMV/cm处)也会继续降低，如 图3所示。这说明界面层会引起的载流子迁移率的下降。综上所述，需要一种晶体管及其制造技术，在降低等效氧化层厚度(EOT)来抑制 短沟道效应的同时控制载流子迁移率的下降。
技术实现思路
在本专利技术的具体实施方式中，晶体管包括具有沟道区的基底；位于该基底沟道 区两端的源区和漏区；界于所述源区和漏区之间的该沟道区上方基底顶层的栅极高K介质 层；位于该栅极高K介质层下面的界面层，该界面层包括两部分，第一部分靠近源极，第二 部分靠近漏极，且第一部分的等效氧化层厚度大于第二层。根据该晶体管的具体实施方式，所述界面层第一部分的厚度大于0. 5nm，而所述界 面层第二部分的厚度小于0. 5nm。根据该晶体管的具体实施方式，所述界面层第一部分占据的长度小于界面层总长 度的2/3，而所述第二部分占据了总长度剩余的部分。根据该晶体管的具体实施方式，该晶体管还包括位于所述栅极高K介质层顶层 的氧吸收层；围绕该氧吸收层的掩蔽层。根据该晶体管的具体实施方式，所述氧吸收层包括位于所述漏极侧且与所述栅 极高K介质层接触的第一氧吸收层；位于所述源极侧且与所述栅极高K介质层接触的第二 氧吸收层；所述第一氧吸收层的氧吸收能力高于第二氧吸收层的氧吸收能力。根据该晶体管的具体实施方式，所述第一氧吸收层为Ti，Hf，Ta, W和/或其氮化 物。根据该晶体管的具体实施方式，所述栅极高K介质层的介质常数大于4。根据该晶体管的具体实施方式，所述栅极高K介质层为HfO2, ZrO2或者A1203。根据该晶体管的具体实施方式，在所述栅极高K介质层上方还形成一层金属膜。根据该晶体管的具体实施方式，此处所说的金属薄膜为Ti，Ta, Al或其氮化物。非对称替代的金属栅形成非对称界面层，在漏极侧较薄而在源极侧较厚。在较薄 的漏极侧，短沟道效应比较重要，非对称的界面层有利于控制短沟道效应；在较厚的源极 侧，载流子迁移率对器件影响较大，非对称的界面层可以避免载流子迁移速率下降。此外，非对称替代的金属栅也可以形成非对称的金属功函数。本专利技术还提供一种晶体管的制造方法，包括在硅片上制备源极，漏极，栅极高K 介质层，多晶硅栅和覆盖多晶硅栅的掩蔽层；在所述掩蔽层、源极和漏极上淀积一层层间介 质；进行平坦化处理去除所述层间介质的顶部直到露出所述掩蔽层的顶部；刻蚀去除所述 掩蔽层的顶部直到露出所述多晶硅栅的顶部；刻蚀去除所述栅极高K介质层上面的多晶硅 栅极形成一个空腔；在所述空腔内形成第一氧吸收层；在所述空腔剩余部分形成第二氧吸 收层；此处所述的第一氧吸收层吸收氧的能力强于第二氧吸收层。在此方法的其他备选方案中，刻蚀去除所述多晶硅栅后，还需要在所述高K层上 形成一层金属薄膜。在此方法的其他备选方案中，所述金属薄膜为Ti，Ta, Al和/或它们的氮化物。在此方法的其他备选方案中，所述栅极高K介质层包括介电常数大于4的高K介 质材料。在此方法的其他备选方案中，所述掩蔽层为硅氧化物，硅氮化物或者两者的混合 物。在此方法的其他备选方案中，所述层间介质为二氧化硅。在此方法的其他备选方案中，所述掩蔽层采用化学机械研磨或者反应离子刻蚀方 法移除。在此方法的其他备选方案中，第一种氧吸收材料是倾斜淀积在所述层间介质层， 掩蔽层，所述空腔内漏极一侧的栅极高K介质层上的，一次形成所述第一氧吸收层。在此方法的其他备选方案中，所述第一氧吸收层为Ti，Hf，Ta，W和/或其氮化物。在此方法的其他备选方案中，第二种氧吸收材料淀积在所述空腔内剩余的部分， 并用化学机械研磨法在空腔源极侧的栅极高K介质层上形成所述第二氧吸收层。其中，第 二种氧吸收材料可以与第一种氧吸收材料相同。本专利技术的上述技术方案与下面的描述和附图相结合能够得到更好的体会和理解。 然而应该注意到，下面的描述是针对本专利技术的较佳实施方式和众多相关细节的，并通过举 例方式来说明本专利技术的实现方式。在没有背离本专利技术精神的前提下，可以在本专利技术范围内 做出其它改变和修改，这些改变和修改都是包含在本专利技术中的。附图说明图1显示在不同Tinv点处DIBL和Lgate的对比；图2显示电子迁移率(在Eeff = lMV/cm处)相对EOT的变化趋势；图3显示空穴迁移率(在Eeff = lMV/cm处)相对EOT的变化趋势；图4为根据本专利技术具体实施方式的晶体管横截结构面示意图；图5为根据本专利技术具体实施方式的制造晶体管方法步骤一的横截面结构示意图；图6为根据本专利技术具体实施方式的制造晶体管方法步骤二的横截面结构示意图；图7为根据本专利技术具体实施方式的制造晶体管方法步骤三的横截面结构示意图；图8为根据本专利技术具体实施方式的制造晶体管方法步骤四的横截面结构示意图；图9为根据本专利技术具体实施方式的制造晶体管方法步骤五的横截面结构示意图；图10为根据本专利技术具体实施方式的制造晶体管方法步骤六的横截面结构示意 图；图11为根据本专利技术具体实施方式的制造晶体管方法步骤六的横截面结构示意 图；图12为根据本专利技术具体实施方式的制造晶体管方法步骤七的横截面结构示意 图。具体实施例方式以下将参照具体实施方式及其附图详细说明本专利技术的各种特征和优点。同时，请 注意附图中的各项特征并非按比例绘出。将公知部件和处理技术的描述省略从而使本专利技术 更为明晰。此处所述具体实施方式仅用于更好的理解本专利技术并帮助本领域技术人员实施本 专利技术。因此，具体实施方式不应限制本专利技术的范围。如上所述，本专利技术涉及到一种晶体管，更确切的说是一种带有非对称替代栅的晶 体管，其相关特性将在这里具体描述。请注意，相似或相应本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种晶体管，包括：基底，所述基底具有沟道区；源区和漏区，其位于该基底沟道区的两端；栅极高Ｋ介质层，其界于所述源区和漏区之间，并位于该沟道区上方处的基底顶层；界面层，其位于该栅极高Ｋ介质层的下方，其中，该界面层包括两部分，第一部分靠近源极，第二部分靠近漏极，且所述第一部分的等效氧化层厚度大于所述第二部分的等效氧化层厚度。

【技术特征摘要】
1.一种晶体管，包括 基底，所述基底具有沟道区；源区和漏区，其位于该基底沟道区的两端；栅极高K介质层，其界于所述源区和漏区之间，并位于该沟道区上方处的基底顶层； 界面层，其位于该栅极高K介质层的下方，其中，该界面层包括两部分，第一部分靠近源极，第二部分靠近漏极，且所述第一部分 的等效氧化层厚度大于所述第二部分的等效氧化层厚度。2.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述界面层第一部分的厚度大于0.5nm, 而所述界面层第二部分的厚度小于0. 5nm。3.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述界面层第一部分占据的长度小于界 面层总长度的2/3，而所述第二部分占据了总长度剩余的部分。4.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，该晶体管还包括 氧吸收层，其位于所述栅极高K介质层的顶部。5.如权利要求4所述的晶体管，其特征在于，所述氧吸收层包括 第一氧吸收层，其位于所述漏极一侧；第二氧吸收层，其位于所述源极一侧；其中，所述第一氧吸收层的氧吸收能力高于第二氧吸收层的氧吸收能力。6.如权利要求5所述的晶体管，其特征在于，所述第一氧吸收层为Ti，Hf,Ta,W和/或 其氮化物。7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹海洲，骆志炯，朱慧珑，
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：11[中国|北京]