[發(fā)明專利]CMOS晶體管的形成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310612561.2
• 申請(qǐng)日: 2013-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104681489A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 三重野文健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/8238
• 分類號(hào): H01L21/8238;H01L21/28
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種CMOS晶體管的形成方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體器件集成度的不斷提高，技術(shù)節(jié)點(diǎn)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(fèi)等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)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(gè)主要工藝。

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)的層間介質(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，所述層間介質(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)層和金屬層，所述金屬層填充滿溝槽，作為晶體管的金屬柵極。

為了滿足高性能器件的需要，金屬柵還應(yīng)該具有柵極功函數(shù)調(diào)節(jié)能力。在金屬柵電極和柵介質(zhì)層之間會(huì)形成單層或者多層的功函數(shù)層，用來(lái)調(diào)節(jié)NMOS晶體管或者PMOS晶體管的閾值電壓。PMOS晶體管和NMOS晶體管的柵極功函數(shù)不一樣，所以CMOS晶體管中，往往需要針對(duì)NMOS晶體管和PMOS晶體管分別形成不同的功函數(shù)層。通常，現(xiàn)有技術(shù)同時(shí)在NMOS晶體管和PMOS晶體管形成相同的功函數(shù)層，所述功函數(shù)層包括NMOS晶體管和PMOS晶體管之間通用功函數(shù)層，以及針對(duì)PMOS晶體管的功函數(shù)層；然后再在PMOS晶體管區(qū)域的功函數(shù)層上形成掩膜層，以所述掩膜層為掩膜，去除NMOS區(qū)域上的PMOS功函數(shù)層，從而使NMOS晶體管和PMOS晶體管具有不同的功函數(shù)層。現(xiàn)有技術(shù)中通常采用光刻膠或者底部抗反射層等有機(jī)材料作為掩膜層的材料，以提高填充效果。但是有機(jī)材料很難去除干凈，所以在后續(xù)去除所述掩膜層時(shí)，會(huì)有掩膜層材料殘留，影響后續(xù)工藝中形成的柵極的質(zhì)量，影響CMOS晶體管的性能。

所以，現(xiàn)有技術(shù)形成的CMOS晶體管的性能有待進(jìn)一步的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供CMOS晶體管的形成方法，提高CMOS晶體管的性能。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種CMOS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NMOS區(qū)域和PMOS區(qū)域，所述半導(dǎo)體襯底表面具有介質(zhì)層，所述NMOS區(qū)域表面的介質(zhì)層內(nèi)具有第一凹槽，所述PMOS區(qū)域表面的介質(zhì)層內(nèi)具有第二凹槽；在所述第一凹槽和第二凹槽的內(nèi)壁表面以及介質(zhì)層表面依次形成柵介質(zhì)材料層、位于柵介質(zhì)材料層表面的第一金屬層、位于所述第一金屬層表面的第二金屬層、位于所述第二金屬層表面的第三金屬層；形成填充所述第一凹槽和第二凹槽的覆蓋材料層，所述覆蓋材料層的材料為絕緣介質(zhì)材料；去除NMOS區(qū)域上的覆蓋材料層；去除第二凹槽內(nèi)部分厚度的覆蓋材料層，形成覆蓋層，使所述第二凹槽內(nèi)的覆蓋層的表面低于介質(zhì)層的表面；以所述覆蓋層為掩膜，去除第一凹槽內(nèi)、介質(zhì)層上方以及所述覆蓋層上方的第二凹槽內(nèi)的第三金屬層、第二金屬層；去除所述覆蓋層，然后在所述第一凹槽內(nèi)形成第一柵極，在第二凹槽內(nèi)形成第二柵極。

可選的，采用濺射工藝形成所述覆蓋材料層。

可選的，所述濺射工藝采用單晶硅作為靶材，氧氣作為反應(yīng)氣體，氬氣為濺射氣體，沉積溫度為10℃～50℃，氧氣的流速為1sccm～2000sccm，氬氣的流速為1sccm～2000sccm。

可選的，采用物理氣相沉積工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝形成所述覆蓋材料層。

可選的，采用原子層沉積工藝或化學(xué)氣相沉積工藝形成所述柵介質(zhì)材料層、第一金屬層、第二金屬層和第三金屬層。

可選的，所述第一金屬層的材料為T(mén)iN。

可選的，所述第二金屬層的材料為T(mén)aN。

可選的，所述第三金屬層的材料為T(mén)iN。

可選的，所述第二金屬層的材料與第一金屬層的材料不相同。

可選的，所述第三金屬層的材料與第一金屬層的材料相同。

可選的，所述覆蓋材料層還覆蓋所述介質(zhì)層上的第三金屬層表面。

可選的，所述覆蓋材料層的材料為SiO₂、SiN、SiON或SiCN。

可選的，所述掩膜層的材料為光刻膠或底部抗發(fā)射材料。

可選的，所述覆蓋層的表面距離半導(dǎo)體襯底表面的距離為第二凹槽深度的1/2～3/4。

可選的，采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述第三金屬層和第二金屬層。