[發明專利]半導體器件的形成方法

在審

• 申請號: 201310092799.7
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN104064452A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 何永根;陳勇
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/8238
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種半導體器件的形成方法。

背景技術

在現有的金屬柵工藝中，可以通過調節晶體管的功函數來調整晶體管的閾值電壓，進而改善晶體管的性能。考慮到NMOS晶體管和PMOS晶體管的工作原理不同，若NMOS晶體管的金屬柵功函數減小，PMOS晶體管的金屬柵功函數增大，可以降低NMOS晶體管和PMOS晶體管的閾值電壓，進而提高晶體管的性能。例如，對NMOS晶體管的金屬柵極的功函數范圍大約為4.1～4.3eV，PMOS晶體管的金屬柵極的功函數范圍大約為5.0～5.2eV。因此，在現有技術中，對NMOS晶體管和PMOS晶體管的金屬柵極會選擇不同的材料，進而可以獲得具有不同功函數范圍的金屬柵極。

在現有技術中，形成上述NMOS晶體管和PMOS晶體管的金屬柵極的方法，包括：

參照圖1，在襯底10中形成有隔離結構11，隔離結構11將襯底隔離為P型有源區和N型有源區，在襯底10上還形成有HfO₂層12、位于HfO₂層12上的TiAlN層13；

參照圖1和圖2，圖形化TiAlN層13，刻蝕去除N型有源區的TiAlN層，剩余P型有源區的TiAlN層14；

參照圖3，在N型有源區的HfO₂層12上形成TiN層15；

參照圖3和圖4，圖形化TiAlN層14、TiN層15和HfO₂層12，在P型有源區形成PMOS晶體管的柵極16及高K柵介質層161，在N型有源區形成NMOS晶體管的柵極17和高K柵介質層171。其中，柵極16的TiAlN材料為PMOS晶體管提供較高的功函數，柵極17的TiN材料為NMOS晶體管提供較低的功函數。

但是，使用現有技術形成的金屬柵極應用到晶體管中，得到晶體管的性能不佳。

發明內容

本發明解決的問題是使用現有技術形成的金屬柵極應用到晶體管中，得到晶體管的性能不佳。

為解決上述問題，本發明提供一種新的半導體器件的形成方法，包括：

提供半導體襯底，在所述襯底中形成有隔離結構，所述隔離結構將襯底隔離為第一有源區和第二有源區，所述第一有源區和第二有源區的類型相反；

在所述襯底上形成高K介質層、位于高K介質層上的導電層，將位于第一有源區的導電層定義為第一導電層，位于第二有源區的導電層定義為第二導電層；

對所述第一導電層和/或第二導電層進行功函數調整；

進行功函數調整后，圖形化第一導電層、第二導電層和高K介質層，形成位于第一有源區的第一柵極及位于第一柵極下的第一高K柵介質層，位于第二有源區的第二柵極及位于第二柵極下的第二高K柵介質層。

可選的，對所述第一導電層或第二導電層進行功函數調整的方法，包括：

在所述導電層上形成圖形化的掩模層，定義第一導電層或第二導電層的位置；

以所述圖形化的掩模層為掩模，對第一導電層或第二導電層進行離子注入，用于調整功函數；

去除圖形化的掩模層。

可選的，對所述第一導電層和第二導電層進行功函數調整的方法，包括：

在所述導電層上形成第一掩模層，定義第一導電層的位置；

以所述第一掩模層為掩模，對第一導電層進行第一類型離子注入，用于調整功函數；

去除第一掩模層；

去除第一掩模層后，形成第二掩模層，定義第二導電層的位置；

以所述第二掩模層為掩模，對第二導電層進行第二類型離子注入，用于調整功函數，其中，第一類型離子不同于第二類型離子類型；

去除第二掩模層。

可選的，當第一有源區的類型為P型有源區，第二有源區的類型為N型有源區時，對第一導電層注入的離子為鑭或鍶，對第二導電層注入的離子為鋁或鉺；當第一有源區的類型為N型有源區，第二有源區的類型為P型有源區時，對第一導電層注入的離子為鋁或鉺，對第二導電層注入的離子為鑭或鍶。

可選的，第一導電層和/或第二導電層注入的離子劑量范圍為1e14～1e16atom/cm²，提供能量范圍為2～40keV。

可選的，在去除圖形化的掩模層后，進行退火處理。

可選的，去除第一掩模層后、去除第二掩模層后，均進行退火處理。

可選的，所述退火處理過程發生在N₂和/或Ar氣體環境中，所述溫度范圍為500～1000℃，退火處理時間為5～100s。