本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種高K金屬柵極結(jié)構(gòu)、鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制作方法。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)的MOS晶體管工藝中，通常采用二氧化硅作為柵介質(zhì)，重?fù)诫s的多晶硅作為柵極材料。隨著半導(dǎo)體器件的集成化和微型化的發(fā)展，采用材料為二氧化硅的柵介質(zhì)層和多晶硅的柵極層的MOS器件，出現(xiàn)了漏電量增加和柵極損耗等問題。為解決上述的問題，高K(高介電常數(shù)絕緣層)金屬柵極(High K Metal Gate，HKMG)工藝成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)，高K金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的半導(dǎo)體工藝制程。

然而，現(xiàn)有制作方法制作的高K金屬柵極結(jié)構(gòu)，易導(dǎo)致晶體管的匹配性能下降，即導(dǎo)致晶體管的性能失配問題(Mismatch)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種高K金屬柵極結(jié)構(gòu)、鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制作方法，以提高晶體管的匹配性能，防止晶體管出現(xiàn)性能失配問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種高K金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法，包括：

提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域具有第一凹槽，所述第二區(qū)域具有第二凹槽，所述第一凹槽內(nèi)具有第一高K介質(zhì)層和位于所述第一高K介質(zhì)層上的第一功函數(shù)金屬層，所述第二凹槽內(nèi)具有第二高K介質(zhì)層和位于所述第二高K介質(zhì)層上的第二功函數(shù)金屬層；

在所述第一凹槽內(nèi)的所述第一功函數(shù)金屬層上形成第一阻擋層；

在所述第二凹槽內(nèi)的所述第二功函數(shù)金屬層上形成第二阻擋層；

對(duì)所述第一凹槽內(nèi)的所述第一阻擋層進(jìn)行第一硅離子注入；

對(duì)所述第二凹槽內(nèi)的所述第二阻擋層進(jìn)行第二硅離子注入；

在對(duì)所述第一阻擋層進(jìn)行所述第一硅離子注入后，在所述第一凹槽內(nèi)填充滿第一鎢金屬柵極；

在對(duì)所述第二阻擋層進(jìn)行所述第二硅離子注入后，在所述第二凹槽內(nèi)填充滿第二鎢金屬柵極；

在進(jìn)行所述第一硅離子注入和所述第二硅離子注入后，所述制作方法還包括至少一個(gè)熱處理步驟。

可選的，第一阻擋層的材料為TiN，所述第二阻擋層的材料為TiN。

可選的，所述第一硅離子注入中，采用的注入劑量為1E13～1E16，采用的注入能量為10eV～3keV；所述第二硅離子注入中，采用的注入劑量為1E13～1E16，采用的注入能量為10eV～3keV。

可選的，所述第一阻擋層的厚度為所述第二阻擋層的厚度為

可選的，所述第一硅離子注入采用無掩膜離子注入；所述第二硅離子注入采用無掩膜離子注入。

為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法，采用如上所述的制作方法制作高K金屬柵極結(jié)構(gòu)。

為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種高K金屬柵極結(jié)構(gòu)，包括：

半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；

所述第一區(qū)域具有第一高K介質(zhì)層和位于第一高K介質(zhì)層上的第一功函數(shù)金屬層；

所述第二區(qū)域具有第二高K介質(zhì)層和位于第二高K介質(zhì)層上的第二功函數(shù)金屬層；

所述第一功函數(shù)金屬層上具有第一鎢金屬柵極；

所述第二功函數(shù)金屬層上具有第二鎢金屬柵極；

所述第一功函數(shù)金屬層和所述第一鎢金屬柵極之間還具有第一阻擋層， 所述第一阻擋層的材料為含硅化合物；

所述第二功函數(shù)金屬層和所述第二鎢金屬柵極之間還具有第二阻擋層，所述第二阻擋層的材料為含硅化合物。

可選的，所述第一阻擋層的材料為TiSiN，所述第二阻擋層的材料為TiSiN。

可選的，所述第一阻擋層的厚度為所述第二阻擋層的厚度為

為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，具有如上所述的高K金屬柵極結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的技術(shù)方案中，經(jīng)過對(duì)第一阻擋層進(jìn)行第一硅離子注入，對(duì)第二阻擋層形成第二硅離子注入，在后續(xù)的熱處理步驟時(shí)，第一阻擋層和第二阻擋層內(nèi)的硅離子均與阻擋層反應(yīng)，形成能夠阻擋氟擴(kuò)散的含硅化合物。因此，所述含硅化合物能夠防止鎢金屬柵極中的氟穿透各阻擋層而進(jìn)入到相應(yīng)的功函數(shù)金屬層，從而防止功函數(shù)金屬層的功函數(shù)值發(fā)生變化，使功函數(shù)金屬層的電學(xué)性質(zhì)保持穩(wěn)定，因此，相應(yīng)器件的性能穩(wěn)定，相鄰的兩個(gè)同樣的晶體管的閾值電壓和飽和漏電流等電學(xué)參數(shù)相一致，即晶體管的匹配性能提高，防止晶體管發(fā)生失配問題。

進(jìn)一步，第一阻擋層的厚度為第一阻擋層的厚度如果小于不僅不利于后續(xù)第一硅離子注入的進(jìn)行，而且后續(xù)形成的含硅化合物厚度太薄，因此，控制第一阻擋層的厚度在以上。第一阻擋層的厚度如果大于后續(xù)第一凹槽不易填充，因此，控制第一阻擋層的厚度在以下。

附圖說明

圖1至圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的高K金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法中，各步驟對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

正如背景技術(shù)所述，現(xiàn)有制作方法易導(dǎo)致NMOS晶體管和PMOS晶體管的匹配性能下降。經(jīng)發(fā)明人分析，原來：對(duì)于采用鋁作為金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，由于鋁擴(kuò)散問題，導(dǎo)致晶體管(NMOS晶體管和PMOS晶體管等)的匹配性能下降嚴(yán)重；然而，對(duì)于采用鎢作為金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，雖然已經(jīng)不存在鋁擴(kuò)散問題，但是，仍然出現(xiàn)晶體管匹配性能下降的現(xiàn)象。發(fā)明人進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，原來，鎢金屬柵極是由化學(xué)氣相沉積法(CVD)形成的，而CVD形成鎢金屬柵極時(shí)，采用的前驅(qū)體通常是六氟化鎢(WF₆)或者是四氟化鎢(WF₄)，而六氟化鎢或四氟化鎢中的氟容易穿透過(penetrate)柵極結(jié)構(gòu)中的阻擋層，一旦氟穿透所述阻擋層而進(jìn)入到相應(yīng)的P型功函數(shù)金屬層或者N型功函數(shù)金屬層中，就會(huì)影響P型功函數(shù)金屬層和N型功函數(shù)金屬層的功函數(shù)值，從而使功函數(shù)金屬層的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生異常，導(dǎo)致器件的性能波動(dòng)增大，造成相鄰的兩個(gè)同樣的晶體管的閾值電壓(Vt)和飽和漏電流(Idsat)等電學(xué)參數(shù)不一樣，甚至相差很大，即晶體管的電學(xué)參數(shù)失配，亦即晶體管的匹配特性下降。

上述晶體管的匹配特性下降對(duì)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(Static Random Access Memory，SRAM)和中央處理器(Central Processing Unit，CPU)等半導(dǎo)體器件的影響尤其嚴(yán)重，SRAM或CPU中名義上相同的MOS晶體管時(shí)，如果出現(xiàn)上述情況，電學(xué)參數(shù)常常會(huì)發(fā)生漂移，造成原本應(yīng)相同的MOS晶體管的電學(xué)參數(shù)失配(Mismatch)，即匹配特性下降，從而會(huì)引起SRAM或CPU的性能下降，例如，會(huì)引起SRAM存儲(chǔ)速度變緩、功耗增加、時(shí)鐘混亂等問題，會(huì)引起CPU運(yùn)行速度變慢等問題，進(jìn)而引起由SRAM和CPU組成的半導(dǎo)體器件的性能下降。

為此，本發(fā)明提供一種新的高K金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法，包括在第一功函數(shù)金屬層和第一鎢金屬柵極之間形成第一阻擋層，還包括在第二功函數(shù)金屬層和第二鎢金屬柵極之間形成第一阻擋層。其中，第一阻擋層經(jīng)過了第一硅離子注入，第二阻擋層經(jīng)過了第二硅離子注入。因此，第一阻擋層和第二阻擋層在后續(xù)的熱處理步驟過程中，均與注入的硅離子反應(yīng)形成含硅化合物，含硅化合物能夠防止第一鎢金屬柵極和第二鎢金屬柵極中的氟擴(kuò)散，從而保護(hù)第一功函數(shù)金屬層和第二功函數(shù)金屬層，使第一功函數(shù)金屬層和第二 功函數(shù)金屬層性能穩(wěn)定，從而使相應(yīng)的各晶體管性能穩(wěn)定，進(jìn)而防止各晶體管出現(xiàn)性能失配問題。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種高K金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法，請(qǐng)結(jié)合參考圖1至圖4。

請(qǐng)參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，半導(dǎo)體襯底100包括第一區(qū)域(未標(biāo)注)和第二區(qū)域(未標(biāo)注)，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域均位于半導(dǎo)體襯底100，圖1至圖4中，用虛線將所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域分開以示區(qū)別，在此一并說明。所述第一區(qū)域具有第一凹槽110，所述第一區(qū)域具有第二凹槽120。

本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100可以為硅襯底。其它實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100可以為其它合適半導(dǎo)體材料制作的襯底，例如可以為鍺襯底或鍺硅襯底等。

本實(shí)施例中，所述第一區(qū)域可以為NFET(Field Effect Transistor，F(xiàn)ET)區(qū)域，所述第二區(qū)域可以為PFET區(qū)域。需要說明的是，其它實(shí)施例中，所述第一區(qū)域也可以為PFET，此時(shí)相應(yīng)的所述第二區(qū)域?yàn)镹FET。

本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100的各區(qū)域之間可以具有隔離結(jié)構(gòu)(未標(biāo)注)。所述隔離結(jié)構(gòu)具體可以為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)。所述隔離結(jié)構(gòu)將各區(qū)域相互隔離。

本實(shí)施例中，所述第一區(qū)域具有第一偽柵極結(jié)構(gòu)(未示出)和位于所述第一偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第一偏移側(cè)墻(未標(biāo)注)和第一主側(cè)墻(未標(biāo)注)，所述第二區(qū)域具有第二偽柵極結(jié)構(gòu)(未示出)和位于所述第二偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第二偏移側(cè)墻(未標(biāo)注)和第二主側(cè)墻(未標(biāo)注)。第一偽柵極結(jié)構(gòu)、第一偏移側(cè)墻和第一主側(cè)墻運(yùn)用于形成第一類型晶體管的輕摻雜區(qū)域和重?fù)诫s區(qū)域等結(jié)構(gòu)，第二偽柵極結(jié)構(gòu)、第二偏移側(cè)墻和第二主側(cè)墻運(yùn)用于形成第二類型晶體管的輕摻雜區(qū)域和重?fù)诫s區(qū)域等結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的作用和制作過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。而形成第一凹槽110的過程可以為： 去除所述第一偽柵極結(jié)構(gòu)，直至形成位于所述第一側(cè)墻(第一側(cè)墻包括第一偏移側(cè)墻和第一主側(cè)墻)之間的第一凹槽110。形成第二凹槽120的過程可以為：去除所述第二偽柵極結(jié)構(gòu)，直至形成位于所述第二側(cè)墻(第二側(cè)墻包括第二偏移側(cè)墻和第二主側(cè)墻)之間的第二凹槽120。

請(qǐng)結(jié)合參考圖2至圖4，第一凹槽110內(nèi)具有第一高K介質(zhì)層111和位于第一高K介質(zhì)層111上的第一功函數(shù)金屬層114(請(qǐng)參考圖4)，第二凹槽120內(nèi)具有第二高K介質(zhì)層121和位于第二高K介質(zhì)層121上的第二功函數(shù)金屬層123。具體制作上述結(jié)構(gòu)時(shí)，本實(shí)施例可以采取以下過程：先在第一凹槽110內(nèi)形成第一高K介質(zhì)層111，在第二凹槽120內(nèi)形成第二高K介質(zhì)層121；然后在第一凹槽110內(nèi)形成第一刻蝕停止層112，在第二凹槽120內(nèi)形成第二刻蝕停止層122；然后在第一凹槽110和第二凹槽120內(nèi)均形成第二功函數(shù)金屬層123；再形成掩膜層(未示出)覆蓋第二凹槽120，以所述掩膜層為掩模，以第一刻蝕停止層112為終止層，刻蝕位于第一凹槽110內(nèi)的第二功函數(shù)金屬層123，從而去除位于第一凹槽110內(nèi)的第二功函數(shù)金屬層123，去除第一凹槽110內(nèi)第二功函數(shù)金屬層123后的結(jié)構(gòu)如圖3所示；最后在第一凹槽110內(nèi)形成第一功函數(shù)金屬層114，如圖4所示。

需要說明的是，其它實(shí)施例中，也可以先在第一凹槽內(nèi)形成第一高K介質(zhì)層，在第二凹槽內(nèi)形成第二高K介質(zhì)層；然后在第一凹槽內(nèi)形成第一刻蝕停止層，在第二凹槽內(nèi)形成第二刻蝕停止層；之后，在第一凹槽和第二凹槽內(nèi)均形成第一功函數(shù)金屬層；再形成掩膜層(未示出)覆蓋第一凹槽，以所述掩膜層為掩模，以第二刻蝕停止層為終止層，刻蝕位于第二凹槽內(nèi)的第一功函數(shù)金屬層，從而去除位于第二凹槽內(nèi)的第一功函數(shù)金屬層；最后在第二凹槽內(nèi)形成第二功函數(shù)金屬層。

本實(shí)施例中，第一高K介質(zhì)層111和第二高K介質(zhì)層121可以在第一凹槽110和第二凹槽120均未被掩膜層覆蓋時(shí)，采用同一工藝同時(shí)形成，即第一高K介質(zhì)層111和第二高K介質(zhì)層121可以為覆蓋在不同區(qū)域的同一層結(jié)構(gòu)。同樣的，第一刻蝕停止層112和第二刻蝕停止層122可以采用同一工藝同時(shí)形成，即第一刻蝕停止層112和第二刻蝕停止層122可以為覆蓋在不同區(qū)域的同一層結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，本實(shí)施例在第一凹槽110內(nèi)具有第一高K介質(zhì)層111之前，還可以先在第一凹槽110內(nèi)形成第一界面層(未示出)，在第二凹槽120內(nèi)具有第二高K介質(zhì)層121之前，還可以先在第二凹槽120內(nèi)形成第二界面層(未示出)。并且，第一界面層和第二界面層可以采用同一工藝同時(shí)形成，即第一界面層和第二界面層可以為覆蓋在不同區(qū)域的同一層結(jié)構(gòu)。第一界面層和第二界面層的制作方法和作用為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。

需要說明的是，本實(shí)施例在第一凹槽110內(nèi)具有第一高K介質(zhì)層111之后，還可以在第一高K介質(zhì)層111上形成第一帽蓋層(未示出)保護(hù)第一高K介質(zhì)層111。在第二凹槽120內(nèi)具有第二高K介質(zhì)層121之后，還可以在第二高K介質(zhì)層121上形成第二帽蓋層(未示出)保護(hù)第二高K介質(zhì)層121。第一帽蓋層和第二帽蓋層也可以為覆蓋在不同區(qū)域的同一層結(jié)構(gòu)。第一帽蓋層和第二帽蓋層的材料、作用和制作方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，在第一凹槽110內(nèi)的第一功函數(shù)金屬層114上形成第一阻擋層115，在第二凹槽120內(nèi)的第二功函數(shù)金屬層123上形成第二阻擋層125。

第一阻擋層115的材料的第二阻擋層125的材料的選擇，考慮的是后續(xù)經(jīng)過硅離子注入后，能夠反應(yīng)形成可以防止氟擴(kuò)散的相應(yīng)含硅化合物。發(fā)明人經(jīng)過對(duì)各種不同材料的分析和實(shí)驗(yàn)，并對(duì)這些材料實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，最終得到TiN能夠與后續(xù)注入的硅離子發(fā)生反應(yīng)，在后續(xù)的熱處理步驟過程中，進(jìn)行反應(yīng)并形成相應(yīng)具有防止氟擴(kuò)散能力的含硅化合物，此含硅化合物的其中一種為TiSiN。因此，本實(shí)施例中，第一阻擋層115的材料為TiN，第二阻擋層125的材料為TiN。

需要說明的是，其它實(shí)施例中，第一阻擋層115和第二阻擋層125也可以采用其它材料，只需要保證所采用的材料能夠與注入硅離子反應(yīng)形成能夠防止氟擴(kuò)散的含硅化合物即可。

在形成上述第一阻擋層115和第二阻擋層125之后，本實(shí)施例對(duì)第一凹槽110內(nèi)的第一阻擋層115進(jìn)行第一硅離子注入，對(duì)第二凹槽120內(nèi)的第二 阻擋層125進(jìn)行第二硅離子注入。

本實(shí)施例中，第一阻擋層115的厚度為第一阻擋層115的厚度如果小于不僅不利于后續(xù)第一硅離子注入的進(jìn)行，而且后續(xù)形成的含硅化合物(TiSiN)厚度太薄，因此，控制第一阻擋層115的厚度在以上。第一阻擋層115的厚度如果大于后續(xù)第一凹槽110不易填充，因此，控制第一阻擋層115的厚度在以下。

本實(shí)施例中，第二阻擋層125的厚度為其原因與前述第一阻擋層115的厚度選擇原因相同，可參考前述內(nèi)容。

本實(shí)施例中，所述第一硅離子注入中，采用的注入劑量為1E13～1E16，采用的注入能量為10eV～3keV。第一硅離子注入采用的注入劑量影響后續(xù)第一阻擋層115內(nèi)形成的含硅化合物的成分多少，進(jìn)而影響后續(xù)含硅化合物對(duì)氟擴(kuò)散阻擋作用的大小，為了保證對(duì)氟擴(kuò)散阻擋作用達(dá)到相應(yīng)的水平，本實(shí)施例將注入劑量控制為1E13～1E16。注入能量影響硅離子的注入位置深度，為了保證注入的硅離子進(jìn)入到第一阻擋層115內(nèi)，本實(shí)施例將注入能量控制為10eV～3keV。

本實(shí)施例中，所述第二硅離子注入中，采用的注入劑量為1E13～1E16，采用的注入能量為10eV～3keV，其原因與前述第一硅離子相應(yīng)工藝參數(shù)選擇原因相同，可參考前述內(nèi)容。

本實(shí)施例中，所述第一硅離子注入采用無掩膜硅離子注入，即所述第一硅離子注入采用的具體方法為無掩膜硅離子注入(blanket Si implant)。采用無掩膜硅離子注入即不需要采用額外的掩膜對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，從而可以節(jié)省工藝步驟，節(jié)約成本。在形成第一阻擋層115之后，不需要制作掩膜層而直接進(jìn)行第一硅離子注入，工藝簡(jiǎn)單，成本低。

本實(shí)施例中，所述第二硅離子注入也采用無掩膜硅離子注入，其原因與前述第一硅離子的選擇原因相同，可參考前述內(nèi)容。

需要特別說明的是，本實(shí)施例中，經(jīng)過上述描述可知，第一硅離子注入和第二硅離子注入均可以采用無掩膜硅離子注入方法，由此容易知道，本實(shí)施例中，第一硅離子注入和第二硅離子注入可以采用同一離子注入過程實(shí)施， 即本實(shí)施例中，第一硅離子注入和第二硅離子注入為同一注入。其它實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝还桦x子注入和第二硅離子注入不采用無掩膜硅離子注入方法時(shí)，第一硅離子注入和第二硅離子注入仍然可以采用同一離子注入過程實(shí)施，從而節(jié)省工藝步驟，降低成本。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，在對(duì)第一阻擋層115進(jìn)行所述第一硅離子注入后，在第一凹槽110內(nèi)填充滿第一鎢金屬柵極116，在對(duì)第二阻擋層125進(jìn)行所述第二硅離子注入后，在第二凹槽120內(nèi)填充滿第二鎢金屬柵極126。其中，第一鎢金屬柵極116和第二鎢金屬柵極126可以采用同一工藝同時(shí)形成。

正如前面所述，形成鎢金屬柵極的過程通常采用六氟化鎢或四氟化鎢做為前驅(qū)體，并且采用化學(xué)氣相沉積法或者原子層沉積法進(jìn)行。具體過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，在此不再贅述。

需要特別說明的是，本實(shí)施例中，在進(jìn)行所述第一硅離子注入和所述第二硅離子注入后，所述制作方法還包括至少一個(gè)熱處理步驟。所述第一硅離子注入和所述第二硅離子注入分別在第一阻擋層115和第二阻擋層125內(nèi)注入了硅離子，但是，注入的硅離子并不是馬上與相應(yīng)阻擋層的材料發(fā)生反應(yīng)，而是需要在一定的溫度條件才能促使反應(yīng)的發(fā)生。通常情況下，上述反應(yīng)通常只需要在大約高于室溫100℃的條件下就可以進(jìn)行，溫度越高，反應(yīng)越迅速。通常在整個(gè)高K金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作過程中，在完成上述第一硅離子注入和第二硅離子注入后，至少會(huì)進(jìn)行一個(gè)熱處理步驟，這些熱處理步驟就能夠促使硅離子與阻擋層的材料發(fā)生反應(yīng)，從而形成所述含硅化合物。

其中，所述熱處理步驟可以是加熱工藝條件或者退火工藝。例如沉積形成鎢金屬柵極時(shí)，如果采用高于室溫一定溫度的條件進(jìn)行沉積時(shí)，就可以促使上述反應(yīng)(硅離子和相應(yīng)阻擋層材料反應(yīng))的發(fā)生。而通?？梢圆捎迷?50℃～600℃的溫度條件下，采用化學(xué)氣相沉積法形成鎢金屬柵極。在鎢金屬柵極沉積之后，還可以進(jìn)行退火工藝，所述退火工藝的溫度通常高于450℃，也能夠促使上述反應(yīng)的快速進(jìn)行。

在上述形成第一鎢金屬柵極116和第二鎢金屬柵極126的過程中，由于通常采用六氟化鎢或四氟化鎢做為前驅(qū)體，因此形成的第一鎢金屬柵極116 和第二鎢金屬柵極126會(huì)帶有氟。本實(shí)施例經(jīng)過對(duì)第一阻擋層115進(jìn)行第一硅離子注入，對(duì)第二阻擋層125形成第二硅離子注入，從而在第一阻擋層115和第二阻擋層125內(nèi)，在后續(xù)熱處理步驟時(shí)，均能夠反應(yīng)形成可以阻擋氟擴(kuò)散的含硅化合物，從而防止氟擴(kuò)散到第一功函數(shù)金屬層114和第二功函數(shù)金屬層123，進(jìn)而防止第一區(qū)域形成的晶體管和第二區(qū)域形成的晶體管性能發(fā)生變化，即防止晶體管發(fā)生失配，從而提高晶體管的匹配性能。

本實(shí)施例所提供的高K金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法中，在所述熱處理步驟過程中，第一阻擋層115和第二阻擋層125均能夠與注入的硅離子反應(yīng)，形成能夠阻擋氟擴(kuò)散的含硅化合物。因此，含硅化合物能夠防止第一鎢金屬柵極116中的氟穿透第一阻擋層115而進(jìn)入到相應(yīng)的第一功函數(shù)金屬層114，含硅化合物能夠防止第二鎢金屬柵極126中的氟穿透第二阻擋層125而進(jìn)入到相應(yīng)的第二功函數(shù)金屬層123，從而防止P型功函數(shù)金屬層和N型功函數(shù)金屬層的功函數(shù)值發(fā)生變化，使功函數(shù)金屬層的電學(xué)性質(zhì)保持穩(wěn)定，相應(yīng)器件的性能穩(wěn)定，因此，相鄰的兩個(gè)同樣的晶體管的閾值電壓和飽和漏電流等電學(xué)參數(shù)相一致，即晶體管的電學(xué)參數(shù)相匹配，防止晶體管發(fā)生失配問題。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法包括采用上述實(shí)施例提供的制作方法形成高K金屬柵極結(jié)構(gòu)。因此，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法制作過程中，高K金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作過程可以參考前述實(shí)施例相應(yīng)內(nèi)容，因此可以同時(shí)結(jié)合參考圖1至圖4。

具體的，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法提供半導(dǎo)體襯底100，半導(dǎo)體襯底100包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域具有第一凹槽110，所述第一區(qū)域具有第二凹槽120，所述第一凹槽110內(nèi)具有第一高K介質(zhì)層111和位于第一高K介質(zhì)層111上的第一功函數(shù)金屬層114，所述第二凹槽120內(nèi)具有第二高K介質(zhì)層121和位于第二高K介質(zhì)層121上的第二功函數(shù)金屬層123；在所述第一凹槽110內(nèi)的第一功函數(shù)金屬層114上形成第一阻擋層115；在所述第二凹槽120內(nèi)的第二功函數(shù)金屬層123上形成第二阻擋層125；對(duì)所述第一凹槽110內(nèi)的所述第一阻擋層115進(jìn)行第一硅離子注入；對(duì)所述第二凹槽120內(nèi)的所述第二阻擋層125進(jìn)行第二硅離子注入；在對(duì)所述第一阻擋層115 進(jìn)行所述第一硅離子注入后，在所述第一凹槽110內(nèi)填充滿第一鎢金屬柵極116；在對(duì)所述第二阻擋層125進(jìn)行所述第二硅離子注入后，在所述第二凹槽120內(nèi)填充滿第二鎢金屬柵極126。在形成第一鎢金屬柵極116和第二鎢金屬柵極126之后，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法可以進(jìn)行后段工藝(BEOL)。更多詳細(xì)的過程可以參考前述實(shí)施例相應(yīng)內(nèi)容。

需要特別說明的是，在進(jìn)行所述第一硅離子注入和所述第二硅離子注入后，所述制作方法還包括至少一個(gè)熱處理步驟。所述熱處理步驟除了可以為前述實(shí)施例提到的兩個(gè)過程(鎢金屬柵極沉積過程中的加熱步驟和鎢金屬柵極沉積后的退火步驟)，在整個(gè)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作過程中，還可以是指金屬硅化物的熱退火步驟和合金化熱處理步驟。其中，合金化熱處理步驟用來改善器件的穩(wěn)定性。該合金化步驟主要是將晶體管器件置于高溫環(huán)境下，并通入氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，使氫離子與器件中游離態(tài)的懸空鍵結(jié)合，形成穩(wěn)定的形態(tài)，同時(shí)，釋放器件與金屬層，金屬層與導(dǎo)線層等各層之間的應(yīng)力，從而提高器件的穩(wěn)定程度。其它實(shí)施例中，所述熱處理步驟還可以包括在所述第一硅離子注入和所述第二硅離子注入后，相應(yīng)的均溫退火(soak anneal)等工藝步驟。

本實(shí)施例中，第一阻擋層115的材料可以為TiN，所述第二阻擋層125的材料可以為TiN；所述第一硅離子注入中，采用的注入劑量可以為1E13～1E16，采用的注入能量可以為10eV～3keV；所述第二硅離子注入中，采用的注入劑量可以為1E13～1E16，采用的注入能量可以為10eV～3keV；所述第一阻擋層115的厚度可以為所述第二阻擋層125的厚度可以為所述第一硅離子注入采用無掩膜離子注入；所述第二硅離子注入采用無掩膜離子注入。相應(yīng)原因可參考前述實(shí)施例相應(yīng)內(nèi)容。

本實(shí)施例所提供的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法中，采用前述實(shí)施例所提供的方法形成了高K金屬柵極結(jié)構(gòu)。因此，所形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，高K金屬柵極結(jié)構(gòu)包括在第一功函數(shù)金屬層114和第一鎢金屬柵極116之間形成第一阻擋層115，還包括在第二功函數(shù)金屬層123和第二鎢金屬柵極126之間形成第一阻擋層125。其中，第一阻擋層115經(jīng)過了第一硅離子注入，第二阻擋層125經(jīng)過了第二硅離子注入。因此，第一阻擋層115和第二阻擋層 125在后續(xù)的熱處理步驟過程中，均與注入的硅離子反應(yīng)形成含硅化合物，含硅化合物能夠防止第一鎢金屬柵極116和第二鎢金屬柵極126中的氟擴(kuò)散，從而保護(hù)第一功函數(shù)金屬層114和第二功函數(shù)金屬層123，使第一功函數(shù)金屬層114和第二功函數(shù)金屬層123性能穩(wěn)定，從而使相應(yīng)的各晶體管性能穩(wěn)定，進(jìn)而防止各晶體管出現(xiàn)性能失配問題。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種高K金屬柵極結(jié)構(gòu)，所述高K金屬柵極結(jié)構(gòu)可以采用本說明書第一個(gè)實(shí)施例提供的制作方法形成，因此，可以參考本說明書第一個(gè)實(shí)施例相應(yīng)內(nèi)容。

具體的，請(qǐng)參考圖4，所述高K金屬柵極結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100包括第一區(qū)域和第二區(qū)域。所述第一區(qū)域具有第一高K介質(zhì)層111和位于第一高K介質(zhì)層111上的第一功函數(shù)金屬層114。所述第二區(qū)域具有第二高K介質(zhì)層121和位于第二高K介質(zhì)層121上的第二功函數(shù)金屬層123。第一功函數(shù)金屬層114上具有第一鎢金屬柵極116。第二功函數(shù)金屬層123上具有第二鎢金屬柵極126。第一功函數(shù)金屬層114和第一鎢金屬柵極116之間還具有第一阻擋層116。第二功函數(shù)金屬層123和第二鎢金屬柵極126之間還具有第二阻擋層126。第一阻擋層116的材料為含硅化合物。第二阻擋層126的材料為含硅化合物。

本實(shí)施例中，所述第一阻擋層116的材料可以為TiSiN，所述第二阻擋層126的材料可以為TiSiN。所述第一阻擋層116的厚度可以為所述第二阻擋層126的厚度可以為所述第一阻擋層116的材料和厚度選擇原因可參考前述實(shí)施例相應(yīng)內(nèi)容。

本實(shí)施例所提供的高K金屬柵極結(jié)構(gòu)中，在第一功函數(shù)金屬層114和第一鎢金屬柵極116之間還具有第一阻擋層116，并且第一阻擋層116為含硅化合物，含硅化合物能夠防止第一鎢金屬柵極116中由于制作工藝而帶入的氟擴(kuò)散至第一功函數(shù)金屬層114，因此能夠防止制作在第一區(qū)域的晶體管器件性能發(fā)生變動(dòng)。同樣的，在第二功函數(shù)金屬層124和第二鎢金屬柵極126之間還具有第二阻擋層126，并且第二阻擋層126為含硅化合物，含硅化合物能夠防止第二鎢金屬柵極126中由于制作工藝而帶入的氟擴(kuò)散至第二功函數(shù)金屬層124，因此能夠防止制作在第二區(qū)域的晶體管器件性能發(fā)生變動(dòng)。通過設(shè)置 第一阻擋層116和第二阻擋層126為含硅化合物，本實(shí)施例提供的高K金屬柵極結(jié)構(gòu)能夠防止相應(yīng)的晶體管發(fā)生失配問題。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有上述實(shí)施例所提供的高K金屬柵極結(jié)構(gòu)。具體的，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100包括第一區(qū)域和第二區(qū)域。所述第一區(qū)域具有第一高K介質(zhì)層111和位于第一高K介質(zhì)層111上的第一功函數(shù)金屬層114。所述第二區(qū)域具有第二高K介質(zhì)層121和位于第二高K介質(zhì)層121上的第二功函數(shù)金屬層123。第一功函數(shù)金屬層114上具有第一鎢金屬柵極116。第二功函數(shù)金屬層123上具有第二鎢金屬柵極126。第一功函數(shù)金屬層114和第一鎢金屬柵極116之間還具有第一阻擋層116。第二功函數(shù)金屬層123和第二鎢金屬柵極126之間還具有第二阻擋層126。

本實(shí)施例所提供的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，由于具有上述實(shí)施例所提供的高K金屬柵極結(jié)構(gòu)，因引，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，第一阻擋層116和第二阻擋層126為含硅化合物，因此，能夠防止所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管發(fā)生失配問題。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。