[發(fā)明專利]形成水平方向功函數(shù)可變的柵極的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410174782.0
• 申請(qǐng)日: 2014-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN103943485A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L21/265
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種形成水平方向功函數(shù)可變的柵極的方法。

背景技術(shù)

包括半導(dǎo)體在內(nèi)的所有導(dǎo)電材料的特征在于對(duì)施加的能量有某種響應(yīng)度。該響應(yīng)度稱為材料的“功函數(shù)”，且通常用電子伏(eV)表示。材料的該屬性由在真空中從材料的費(fèi)米能級(jí)移除一個(gè)電子所需的最小能量的大小來定義。不同的材料具有不同的費(fèi)米能級(jí)、不同的電子結(jié)構(gòu)，因此需要不同大小的施加能量來移除一個(gè)電子。

對(duì)于許多未摻雜的半導(dǎo)體材料如多晶硅，費(fèi)米能級(jí)以及相應(yīng)的功函數(shù)通常處于所謂的硅的導(dǎo)帶(約4.1eV)和硅的價(jià)帶(約5.2eV)之間的中間位置，該類型的功函數(shù)在下文中稱為“中間帶隙型(mid-bandgap)”。相反，常規(guī)半導(dǎo)體材料已經(jīng)被選擇性摻雜從而產(chǎn)生N型或P型材料。N型半導(dǎo)體材料具有與硅的價(jià)帶相比更靠近硅的導(dǎo)帶的費(fèi)米能級(jí)，而P型半導(dǎo)體材料具有相反的特性。

在當(dāng)代半導(dǎo)體器件中大量形成諸如晶體管的PMOS和NMOS型器件。這些器件類型的每種在運(yùn)行上受益于柵極電極，其分別具有包括P型和N型功函數(shù)的P型和N型性能特征。因此，常規(guī)多晶硅CMOS柵極電極通常被摻雜有選定的P型和N型雜質(zhì)，從而將未摻雜多晶硅的中間帶隙型功函數(shù)分別修改或者調(diào)節(jié))到更恰當(dāng)?shù)剡m合PMOS和NMOS器件的水平。

但是隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸變小，柵極尺寸的進(jìn)一步減小，當(dāng)柵極的長(zhǎng)度減小到與溝道的深度在一個(gè)數(shù)量級(jí)的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生短溝道效應(yīng)，閾值電壓漂移，漏電流增大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種形成水平方向功函數(shù)可變的柵極的方法，用以避免短溝道效應(yīng)，以及進(jìn)一步的閾值電壓漂移，漏電流增大等問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種形成水平方向功函數(shù)可變的柵極的方法，其包括：

在襯底上從下到上依次形成柵極介質(zhì)層、柵極材料層、硬介質(zhì)掩膜層；

通過光刻和刻蝕，圖案化所述柵極材料層上的硬介質(zhì)掩膜層，形成用于刻蝕所述柵極材料層的圖形；

對(duì)位于刻蝕所述柵極材料層的圖形兩側(cè)的柵極材料層按照設(shè)定的傾斜角度進(jìn)行離子注入，以調(diào)整所述柵極材料層水平方向的功函數(shù)，形成離子摻雜區(qū)。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述柵極介質(zhì)層的材料為氧化物。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述柵極材料層的材料為多晶硅、金屬、導(dǎo)電性金屬氮化物、導(dǎo)電性金屬氧化物、金屬硅化物中的一種或多種的組合。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，根據(jù)化學(xué)氣相沉積或者物理氣相沉積形成所述柵極介質(zhì)層、柵極材料層。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述硬介質(zhì)掩膜層的材料為氮化物。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，根據(jù)化學(xué)氣相沉積形成所述硬介質(zhì)掩膜層。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子注入的傾斜角度10度-45度。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述對(duì)位于刻蝕所述柵極材料層的圖形兩側(cè)的柵極材料層按照設(shè)定的傾斜角度進(jìn)行離子注入時(shí)，位于刻蝕所述柵極材料層的圖形正下方的部分柵極材料層不形成離子摻雜區(qū)。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述對(duì)位于刻蝕所述柵極材料層的圖形兩側(cè)的柵極材料層進(jìn)行傾斜角度的離子注入時(shí)，注入的離子包括元素周期表中III簇和V簇范圍內(nèi)的任一元素的離子。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述方法還包括：以所述圖形作為掩膜，去除離子注入后的所述柵極材料層和柵極介質(zhì)層，形成水平方向的功函數(shù)可變的柵極。

與現(xiàn)有的方案相比，本發(fā)明中，對(duì)位于刻蝕所述柵極材料層的圖形兩側(cè)的柵極材料層按照設(shè)定的傾斜角度進(jìn)行離子注入，以調(diào)整所述柵極材料層水平方向的功函數(shù)，形成離子摻雜區(qū)，從而避免了段溝道效應(yīng)，消除了閾值電壓的漂移，以及漏電流的增大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例形成水平方向功函數(shù)可變的柵極的方法流程示意圖；

圖2為步驟S101處理半成品結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為步驟S102處理之后的半成品結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為經(jīng)過步驟S103處理之后的半成品結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為經(jīng)過步驟S104處理之后的半成品結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地闡述。應(yīng)該理解，以下列舉的實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制。

本發(fā)明的核心思想：