晶體管的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶體管的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件集成度的不斷提高，技術(shù)節(jié)點的降低，傳統(tǒng)的柵介質(zhì)層不斷變薄，晶體管漏電量隨之增加，引起半導(dǎo)體器件功耗浪費等問題。為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)提供一種將金屬柵極替代多晶硅柵極的解決方案。其中，“后柵(gate last)”工藝為形成高K金屬柵極晶體管的一個主要工藝。
[0003]現(xiàn)有采用后柵極工藝形成高K金屬柵極晶體管的方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵結(jié)構(gòu)和位于所述半導(dǎo)體襯底上并覆蓋所述偽柵結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括位于所述半導(dǎo)體襯底表面的偽柵介質(zhì)層和所述偽柵介質(zhì)層表面的偽柵極，所述介質(zhì)層的表面與偽柵結(jié)構(gòu)表面齊平；去除所述偽柵結(jié)構(gòu)后形成凹槽；在所述凹槽內(nèi)依次形成高K柵介質(zhì)層、保護層、功函數(shù)層和金屬層，所述金屬層填充滿凹槽，作為晶體管的金屬柵極。所述功函數(shù)層層的形成方法一般為物理氣相沉積工藝，具有較快的沉積效率并且形成的功函數(shù)層的雜質(zhì)含量較低，材料致密度較高。
[0004]隨著工藝節(jié)點的降低，去除偽柵結(jié)構(gòu)后形成的凹槽尺寸進一步降低，使得在所述凹槽內(nèi)形成功函數(shù)層的難度提高，在采用物理氣相沉積工藝形成所述功函數(shù)層的過程中，容易在凹槽開口出發(fā)生封閉現(xiàn)象，影響后續(xù)金屬層的填充，進而影響晶體管的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管的形成方法，提高晶體管的性能。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶體管的形成方法，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，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出部分半導(dǎo)體襯底第一區(qū)域表面的第一凹槽；在所述第一凹槽內(nèi)壁表面和介質(zhì)層上形成柵介質(zhì)材料層；在所述柵介質(zhì)材料層上形成保護材料層；采用物理氣相沉積工藝，在所述保護材料層上形成粘附材料層；采用原子層沉積工藝，在所述粘附材料層上表面形成第一功函數(shù)材料層，所述粘附材料層與第一功函數(shù)材料層的材料相同；在所述第一功函數(shù)材料層上形成柵極金屬層，所述柵極金屬層填充滿所述凹槽；以所述介質(zhì)層表面為停止層，對所述柵極金屬層、第一功函數(shù)材料層、粘附材料層、保護材料層和柵介質(zhì)材料層進行平坦化處理，形成位于所述第一凹槽內(nèi)的第一柵極結(jié)構(gòu)。
[0007]可選的，所述粘附材料層的材料為TiAl，所述第一功函數(shù)材料層的材料為TiAl。
[0008]可選的，所述粘附材料層的厚度小于lnm。
[0009]可選的，所述物理氣相沉積工藝為濺射工藝。
[0010]可選的，所述濺射工藝采用Ti靶和A1靶或者單獨采用TiAl合金靶材，Ar作為濺射氣體，Ar的流量為lOOsccm?lOOOsccm，濺射室的壓強為lE_2Pa?lE_3Pa，溫度為0°C?300。。。
[0011]可選的，所述原子層沉積工藝采用的反應(yīng)氣體包括含鈦前驅(qū)物和含鋁前驅(qū)物，反應(yīng)溫度為50°c?150°c，含鈦前驅(qū)物的流量為50SCCm?200SCCm，含鋁前驅(qū)物的流量為30sccm ?900sccmo
[0012]可選的，所述含鈦前驅(qū)物為TiCl4，含鋁前驅(qū)物為包含二甲基乙基胺鋁在內(nèi)的一種或多種化合物。
[0013]可選的，所述介質(zhì)層及介質(zhì)層內(nèi)第一凹槽的形成方法包括:在所述半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域上形成第一偽柵結(jié)構(gòu)，所述第一偽柵結(jié)構(gòu)覆蓋部分半導(dǎo)體襯底表面；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成覆蓋所述偽柵結(jié)構(gòu)的介質(zhì)材料層；以所述第一偽柵結(jié)構(gòu)頂部表面作為停止層，對所述介質(zhì)材料層進行平坦化，形成介質(zhì)層，使所述介質(zhì)層的表面與第一偽柵結(jié)構(gòu)的頂部表面齊平；去除所述第一偽柵結(jié)構(gòu)，形成第一凹槽。
[0014]可選的，所述半導(dǎo)體襯底還包括第二區(qū)域，所述介質(zhì)層內(nèi)還具有暴露出部分半導(dǎo)體襯底第二區(qū)域表面的第二凹槽；在第一凹槽內(nèi)壁表面和介質(zhì)層表面形成的柵介質(zhì)材料層也覆蓋第二凹槽內(nèi)壁表面；在形成所述保護材料層之后，在所述保護材料層表面形成刻蝕停止材料層；在所述刻蝕停止材料層表面形成第二功函數(shù)材料層，然后去除位于第一區(qū)域上的第二功函數(shù)材料層；再在所述第一區(qū)域的刻蝕停止材料層表面以及第二區(qū)域的第二功函數(shù)材料層表面形成所述粘附材料層。
[0015]可選的，在形成所述第一凹槽內(nèi)的第一柵極結(jié)構(gòu)的同時，形成位于第二凹槽內(nèi)的第二柵極結(jié)構(gòu)。
[0016]可選的，所述保護材料層的材料為TiN,厚度為lnm?3nm。
[0017]可選的，所述刻蝕停止材料層的材料為TaN,厚度為lnm?3nm。
[0018]可選的，所述第二功函數(shù)材料層的材料為TiN,厚度為3nm?6nm。
[0019]可選的，還包括:在形成所述柵介質(zhì)材料層之前，在所述第一凹槽和第二凹槽底部的半導(dǎo)體襯底表面形成界面層。
[0020]可選的，采用氧化工藝形成所述界面層，所述界面層的材料為氧化硅，所述界面層的厚度為lnm?2nm。
[0021]可選的，在形成所述柵極金屬層之前，在所述第一功函數(shù)材料層表面形成擴散阻擋材料層。
[0022]可選的，所述擴散阻擋層的材料為TiN,所述擴散阻擋材料層的厚度為2nm?4nm。
[0023]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:
[0024]本發(fā)明的技術(shù)方案中，在所述第一凹槽內(nèi)壁表面依次形成柵介質(zhì)材料層、位于柵介質(zhì)材料層表面的保護材料層之后，采用物理氣相沉積工藝在所述保護材料層表面形成粘附材料層；然后再采用原子層沉積工藝在所述粘附材料層表面形成第一功函數(shù)材料層，并且所述粘附材料層與第一功函數(shù)材料層的材料相同。由于物理氣相沉積工藝的沉積氣體的能量較大，可以形成較為致密的粘附材料層，使得所述粘附材料層與相鄰的保護材料層之間具有較高的粘附性；并且，由于所述第一功函數(shù)材料層與粘附材料層的材料相同，所以，所述第一功函數(shù)材料層與粘附材料層之間具有較高的粘附性和較高的界面質(zhì)量，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述粘附材料層使得第一功函數(shù)材料層與保護材料層之間具有較高的粘附力，從而避免第一功函數(shù)層產(chǎn)生剝離，從而可以提高晶體管的性能。并且，由于原子層沉積工藝的沉積速率較為均勻，具有較高的溝槽填充能力，采用所述原子層沉積工藝形成所述第一功函數(shù)材料層，可以避免所述第一功函數(shù)材料層在形成過程中在第一凹槽頂部發(fā)生閉合現(xiàn)象，從而提聞形成的晶體管的性能。
[0025]進一步，所述粘附材料層的厚度小于lnm，雖然所述粘附材料層的材料與第一功函數(shù)材料層的材料相同，但是由于所述粘附材料層的厚度較小，對功函數(shù)幾乎沒有影響，不會影響到晶體管的功函數(shù)。而且，所述粘附材料層的厚度較小，不會在第一凹槽的頂部開口處造成封閉，也不會對第一凹槽的深寬比造成影響，從而不會提高在第一凹槽內(nèi)形成第一功函數(shù)層的難度。
【附圖說明】
[0026]圖1至圖15是本發(fā)明的實施例的晶體管形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有技術(shù)采用物理氣相沉積工藝形成的功函數(shù)層在凹槽內(nèi)的沉積質(zhì)量較差，容易造成凹槽頂部封閉而影響形成的晶體管的性能。
[0028]研究發(fā)現(xiàn)，可以采用具有較高凹槽填充性能的原子層沉積工藝替代所述物理氣相沉積工藝形成所述功函數(shù)層。
[0029]但是進一步研究發(fā)現(xiàn)，雖然采用原子層沉積工藝形成功函數(shù)層，具有較高的凹槽填充能力，不會造成凹槽頂部封閉的現(xiàn)象，但是在形成NM0S功函數(shù)層的過程中發(fā)現(xiàn)，采用原子層沉積工藝形成的NM0S功函數(shù)層的自身沉積質(zhì)量以及與相鄰層(例如:保護層)之間的界面質(zhì)量卻比物理氣相沉積形成的功函數(shù)層要差。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，由于物理氣相沉積工藝形成功函數(shù)層的過程中，反應(yīng)溫度以及沉積原子能量都較高，形成的NM0S功函數(shù)層的致密度較高，與相鄰層之間的粘附性較高，從而使得形成的NM0S功函數(shù)層的質(zhì)量較好，并且與相鄰層之間具有較高的界面質(zhì)量。而采用原子層沉積工藝形成NM0S功函數(shù)層的過程中，由于反應(yīng)物的特性要求，以及降低所述NM0S功函數(shù)層的電阻及含碳量等要求，所述原子層沉積工藝的反應(yīng)溫度較低，一般為50°C?150°C左右，導(dǎo)致形成的NM0S功函數(shù)層的致密度不高，并且NM0S功函數(shù)層內(nèi)還可能具有反應(yīng)物雜質(zhì),導(dǎo)致NM0S功函數(shù)層的沉積質(zhì)量不高；而且，由于原子層沉積工藝反應(yīng)溫度不高，反應(yīng)氣體的能量較低，最終形成的