栅极结构的形成方法以及栅极结构的制作方法_2

文档序号:9689364阅读:来源:国知局
形成第一开口、第二开口之后,先形成NMOS器件的功函数层,因为NMOS器件的功函数层比较容易被去除,相对于现有技术先形成比较难以被去除的PMOS器件的功函数层,本发明先形成NMOS器件的功函数层有利于加快工艺进度,并且由于NMOS器件的功函数比较容易刻蚀,刻蚀时间也不至于过长,这有利于减少刻蚀过程中对其他半导体器件的影响。另外,在形成PMOS器件的功函数层之后,所述PMOS器件的功函数层还可以作为NMOS区域以及PMOS区域的扩散阻挡层,这意味着相较于现有技术可以省去一道形成扩散阻挡层的工艺;并且,由于不用在第一开口、第二开口中再形成一层扩散阻挡层,这在一定程度上增加了第一开口、第二开口的空间,进而有利于栅极的形成。
[0049]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例作详细的说明。
[0050]参考图6至图13为所示,为本发明栅极结构的形成方法一实施例中各个步骤的结构示意图。
[0051]首先参考图6,提供衬底40,所述衬底40具有NMOS区域200以及PMOS区域100,用于分别形成NMOS器件以及PMOS器件。
[0052]在所述衬底40的NMOS区域以及PMOS区域上形成介质层60,并分别在位于所述NMOS区域200以及PMOS区域100的介质层60中形成第一开口 201以及第二开口 101。第一开口 201以及第二开口 101中用于形成栅极。
[0053]在本实施例中,在形成所述介质层60之前,所述衬底40上还形成有对应于所述第一开口 201以及第二开口 101的栅介质层50。此处为现有技术,本发明对此不作赘述,同时也不作任何限定。
[0054]参考图7至图9,在本实施例中,在形成所述第一功函数层之前,在所述第一开口201以及第二开口 101形成有高K介质层110 (参考图7)、盖帽层120 (参考图8)以及停止层130 (参考图9)。
[0055]首先参考图7,在所述其中第一开口 201以及第二开口 101中形成高K介质层110。所述高K介质层110用于改善栅极的电学性能。
[0056]具体的,所述高K介质层110可以采用HfO作为材料。但是本发明对此不作限定,其他材料例如 LaO、A10、BaZrO,HfZrO, HfZrON, HfLaO, HfS1、HfS1N、LaS1、AlS1、HfTaO、HfT1, (Ba, Sr) T13 (BST)、A1203、Si3N4等也可以作为所述高K介质层110的材料,具体选择何种材料应根据实际情况而定。
[0057]然后参考图8,在所述第一开口 201以及第二开口 101中的高K介质层110上形成盖帽层120 (capping layer)。所述盖帽层120主要用于改善包括迁移率、电性以及栅极可靠性等的器件性能。
[0058]具体的,所述盖帽层120可以采用TiN作为材料。但是本发明对此不作限定,其他材料例如 La203、AL2O3, Ga2O3, In2O3, Mo0、Pt、Ru、TaCNO, Ir、TaC, MoN、WN 等也可以作为所述盖帽层120材料,具体选择何种材料应根据实际情况而定。
[0059]接着参考图9,在所述第一开口 201以及第二开口 101中的盖帽层120上形成停止层130。所述停止层130用于在后续形成所述第一功函数层的过程中,作为PMOS区域100中盖帽层120的刻蚀阻挡层。
[0060]在本实施例中,所述停止层130采用氮化钽作为材料。
[0061]参考图10,在衬底40以及所述第一开口 201、第二开口 101中形成第一功函数层210(图10仅示出了位于第一开口 201、第二开口 101中的第一功函数层210)。
[0062]具体的,本实施例中的第一功函数层210形成于第一开口 201、第二开口 101中的停止层130上。
[0063]在本实施例中,可以采用采用钛铝(TiAl)作为所述第一功函数层210的材料。但是本发明对此不作限定,其他材料例如掺碳的钛铝(TiAlC)或者掺碳的钽铝(TaAlC)也可以作为所述第一功函数层210的材料。
[0064]在本实施例中,可以采用原子层沉积(Atomic Layer Deposit1n, ALD)的方式形成所述第一功函数层210。这种方式容易精确控制形成的第一功函数层210的厚度,且形成的第一功函数层210也比较均匀,覆盖能力也比较好。
[0065]但是本发明对于采用何种方式形成所述第一功函数层210不作限定。
[0066]结合参考图11,去除部分第一功函数层210,仅保留位于第一开口 201中的第一功函数层210,以形成NMOS器件的功函数层。
[0067]如前文所述,NMOS器件的功函数层比较容易被刻蚀,相较于现有技术先形成PMOS器件的功函数层,本步骤在一定程度上节省了时间;同时,由于不需要过多时间刻蚀所述NMOS器件的功函数层,也就是刻蚀时间可以相对缩短,器件的其他部分也不容易受到影响,例如,所述第二开口 101的形貌也不容易受到影响。
[0068]具体的,本实施例采用湿法刻蚀的方式去除部分第一功函数层210,以形成所述NMOS器件的功函数层。这种刻蚀方式比较容易控制,可以减少对器件其他部分的影响。
[0069]但是本发明对此不作限定,其他刻蚀方式例如干法刻蚀也可以用于刻蚀所述第一功函数层210。
[0070]进一步,在本实施例中,湿法刻蚀的刻蚀剂中包含SCI。所述SCl是一种复合化学剂,主要成分为NH40H、H2O2与H20。
[0071]采用这汇总刻蚀剂可以尽量快的去除所述第一功函数层210,在本实施例中,去除速率可达到200埃?400埃每分钟。
[0072]参考图12,在形成NMOS器件的功函数层之后,分别在所述第二开口 101中以及第一开口 201中的第一功函数层210上形成第二功函数层220,所述第二功函数层220作为PMOS区域100的功函数层,以及NMOS区域200和PMOS区域100的扩散阻挡层。
[0073]现有技术中在分别形成PMOS以及NMOS的功函数层之后,还需要额外形成一层扩散阻挡层(barrier layer),以防止后续形成的金属栅极向下扩散。本发明形成的第二功函数层220自身便作为NMOS区域200和PMOS区域100的扩散阻挡层,不仅节省了一道形成扩散阻挡层的工序,还节省了第一开口 201以及第二开口 101的空间,这有利于后续的形成栅极的材料填充至所述第一开口 201以及第二开口 101中。
[0074]在本实施例中,所述第二功函数层220采用氮化钛(TiN)作为材料。但是本发明对此不作限定,其他材料例如氮化钛硅(TiSiN)也可以作为所述第二功函数层220的材料。
[0075]为了使所述第二功函数层220足够厚以起到扩散阻挡层的作用,同时又不至于过厚影响器件结构,在本实施例中,所述第二功函数层220的厚度范围在25?60埃。
[0076]需要说明的是,以上厚度范围仅为本实施例的一个示例,在具体操作时,所述第二功函数层220的厚度可以根据实际情况进行调整。
[0077]在本实施例中,可以采用原子层沉积(Atomic Layer Deposit1n, ALD)的方式形成所述第二功函数层220。如前文所述,这种方式容易精确控制形成的第二功函数层220的厚度,且形成的第二功函数层220也比较均匀,覆盖能力也比较好。
[0078]但是本发明对于采用何种方式形成所述第二功函数层220不作限定。
[0079]参考图13,在形成所述第二功函数层220之后,在所述第一功函数层210、第二功函数层220上形成填充所述第一开口 201、第二开口 101的栅极202、102。
[0080]在本实施例中,所述是栅极202、102为金属栅极。具体的,所述金属栅极为钨栅极。
[0081]在本实施例中,所述第二功函数层220还可以作为所述钨栅极与下方第一功函数层210或者停止
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1