一種CMOS器件及其制造方法與流程

本發明涉及半導體器件及其制造領域，特別涉及一種cmos器件及其制造方法。

背景技術：

隨著集成電路的集成度不斷提高，器件的尺寸不斷減小，傳統的平面的cmos(互補金屬氧化物半導體)器件很難繼續減小關鍵尺寸，立體器件，如finfet(鰭式場效應晶體管)器件。

在進入納米節點之后，cmos器件的閾值電壓的調節一直是器件制造中的重點和難點，目前，主要通過離子注入、柵寬(gatelength)、柵介質層厚度以及功函數層來調節器件的閾值電壓，而隨著器件尺寸的進一步減小，尤其是進入10nm節點以下時，需要對多個閾值電壓進行調節，而且由于尺寸減小帶來的空間限制及寄生效應的影響，對閾值的調節提出了更高的要求，這些傳統的方法已經不能很好地實現多閾值的調控。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種cmos器件及其制造方法，實現閾值電壓的調節。

為實現上述目的，本發明有如下技術方案：

一種cmos器件的制造方法，包括：

提供襯底，所述襯底上具有溝道區域以及溝道區域上的柵介質層；

采用原子層沉積的方法沉積阻擋層，在用于形成阻擋層的前驅體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，以進行阻擋層的原位摻雜；

在阻擋層上形成功函數層。

可選地，所述溝道區域為鰭或納米線。

可選地，所述在阻擋層上形成功函數層包括：

采用原子層沉積的方法沉積功函數層，在用于形成阻擋層的前驅體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，以進行功函數層的原位摻雜。

可選地，所述有機化合物氣體包括所述元素的氣態的氫化物、氯化物或所述元素的長鏈聚合物。

可選地，所述有機化合物氣體包括：sih4、bh3、nh3、ph3、ch4、geh4、h2s、sicl4、gecl4、bcl3、pcl3、硅氧烷、有機硅高分子、有機鍺高分子、有機硼高分子、有機磷高分子或有機硫高分子。

一種cmos器件的制造方法，包括：

提供襯底，所述襯底上具有溝道區域以及溝道區域上的柵介質層；

在所述柵介質層上形成阻擋層；

采用原子層沉積的方法沉積功函數層，在用于形成阻擋層的前驅體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，以進行功函數層的原位摻雜。

可選地，所述溝道區域為鰭或納米線。

可選地，所述有機化合物氣體包括所述元素的氣態的氫化物、氯化物或所述元素的長鏈聚合物。

可選地，所述有機化合物氣體包括：sih4、bh3、nh3、ph3、ch4、geh4、h2s、sicl4、gecl4、bcl3、pcl3、硅氧烷、有機硅高分子、有機鍺高分子、有機硼高分子、有機磷高分子或有機硫高分子。

一種cmos器件，包括：

襯底，所述襯底上具有溝道區域以及溝道區域上的柵介質層；

柵介質層上的阻擋層；

阻擋層上的功函數層；

其中，所述阻擋層和/或所述功函數層的化合物中包含si、b、n、p、c或ge元素。

可選地，所述溝道區域為鰭或納米線。

本發明實施例提供的cmos器件及其制造方法，在金屬柵工藝中，形成阻擋層和/或功函數層的同時，在原子層沉積的前驅體中加入包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，這樣，在原子層沉積的同時對阻擋層和/或功函數層進行了原位摻雜，實現閾值電壓的調節。該方法調節閾值的控制精度高，且工藝簡單易行，更適用于小尺寸器件中的多閾值的調控。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了根據本發明實施例一的cmos器件的制造方法的流程示意圖；

圖2示出了根據本發明實施例的coms器件的制造方法中鰭的溝道區域的結構示意圖；

圖3示出了根據本發明實施例的coms器件的制造方法中納米線的溝道區域的結構示意圖；

圖4-圖5示出了本發明實施例一的cmos器件的制造方法的制造過程中的截面結構示意圖；

圖6示出了根據本發明實施例二的cmos器件的制造方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。

其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

本發明實施例提供了一種cmos器件的制造方法，在形成金屬柵的過程中，在形成阻擋層和/或功函數層時，采用原子層沉積的方法，在原子層沉積的前驅體中，增加了包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，以實現阻擋層和/或功函數層的原位摻雜。

該方法尤其適用于小尺寸cmos器件的功函數調節，例如10nm以下的cmos器件，cmos器件的結構可以為鰭式場效應晶體管或納米線晶體管等，該方法可以應用于前柵工藝或后柵工藝中。

在該方法中，在原子層沉積的同時對阻擋層和/或功函數層進行了原位摻雜，實現閾值電壓的調節。該方法調節閾值的控制精度高，且工藝簡單易行，更適用于小尺寸器件中的多閾值的調控。

為了更好地理解本發明的技術方案和技術效果，以下將結合具體的實施例進行詳細的說明。

實施例一

參考圖1所示，在步驟s101，提供襯底，所述襯底上具有溝道區域以及溝道區域上的柵介質層，參考圖2和圖3所示。

在本發明實施例中，所述襯底為半導體襯底，可以為si襯底、ge襯底、sige襯底、soi(絕緣體上硅，silicononinsulator)或goi(絕緣體上鍺，germaniumoninsulator)等。在其他實施例中，所述半導體襯底還可以為包括其他元素半導體或化合物半導體的襯底，例如gaas、inp或sic等，還可以為疊層結構，例如si/sige等，還可以其他外延結構，例如sgoi(絕緣體上鍺硅)等。

該襯底上已經具有溝道區域以及柵介質層，溝道區域為用于形成柵極結構的區域，在本發明實施例中，參考圖2所示，溝道區域可以為鰭110，參考圖3所示，溝道區域還可以為納米線210，溝道區域還可以是其他任何的結構，可以采用合適的方法提供該溝道區域，本發明對溝道區域的結構和形成方法不作限定。

可以根據后續形成的柵極結構，來確定柵介質層的材料，在本發明實施例中，后續形成的柵極為金屬柵極，柵介質層可以采用高k介質材料(例如，和氧化硅相比，具有高介電常數的材料)，高k介質材料例如鉿基氧化物，hfo2、hfsio、hfsion、hftao、hftio等，此處僅為示例，本發明不限于此。柵介質層與溝道區域之間還可以形成有界面層，界面層用于改善界面特性，界面層可以為氧化硅或氮氧化硅等。

在一些實施例中，可以是應用于前柵工藝中，參考圖2所示，首先，通過刻蝕襯底100形成鰭110的溝道區域，而后，淀積形成柵介質層112，之后，繼續進行金屬柵極的形成；在另一些工藝中，可以是應用于后柵工藝中，首先，參考圖2所示，刻蝕襯底100形成鰭110的溝道區域，而后，形成柵介質層、偽柵極和源漏區(圖未示出)，在去除偽柵極之后，繼續進行金屬柵極的形成。在另一些實施例中，還可以通過合適的方法形成納米線的溝道區域，在一個具體的示例中，參考圖3所示，可以通過刻蝕襯底200形成納米線210，納米線210的兩端被支撐結構220支撐，其他區域被暴露出來，以用于形成全包圍的柵極結構。以上形成溝道區域的方法僅為示例，本發明對此并不做限定。

在步驟s102，采用原子層沉積的方法沉積阻擋層114，在用于形成阻擋層的前驅體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，以進行阻擋層的原位摻雜，參考圖4所示。

金屬柵極包括阻擋層、功函數層和金屬層，阻擋層用于防止金屬向柵介質層以及溝道區域的擴散，功函數層用于器件功函數的調節。通常地，阻擋層的材料主要包括：tin、tan、tinx、tanx、tinsi等。對于nmos器件，功函數層的材料主要包括：al、tial、tialx、tialcx、ticx、tacx等。對于pmos器件，功函數層的材料主要包括：tin、tan、tinx、tanx、tinsi等。

在本實施例中，采用原子層沉積(ald，atomiclayerdeposition)形成阻擋層，在用于形成阻擋層的前驅體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，也就是說，在原有的用于生成阻擋層的原子層沉積的前驅體中，還額外加入了包含這些元素中的某種元素的有機化合物氣體，該有機物化合物氣體也作為前驅體，這樣，在沉積的同時，相當于原位摻雜了si、b、n、p、c或ge元素到阻擋層中，從而實現閾值電壓的調節。

在本發明實施例中，有機化合物氣體可以為包括上述元素之一的短鏈化合物氣體或長鏈聚合物氣體，短鏈化合物氣體例如為氫化物、氯化物、氧化物等，長鏈聚合物氣體例如為有機化合物氣體，具體的，有機化合物氣體可以為sih4(硅烷)、bh3(硼烷)、nh3(氨氣)、ph3(磷化氫)、ch4(甲烷)、geh4(鍺烷)、h2s(硫化氫)、sicl4、gecl4、bcl3、pcl3、硅氧烷、有機硅高分子、有機鍺高分子、有機硼高分子、有機磷高分子、有機硫高分子等。這些氣體也作為前驅體進行阻擋層的沉積，這樣，si、b、n、p、c或ge這些元素也會結合到阻擋層的化合物中，生成包含有si、b、n、p、c或ge元素的阻擋層。為了便于理解，以一個具體的示例進行說明，在該示例中，要沉積tin的阻擋層，在生成tin的阻擋層的前驅體中額外加入sih4的有機化合物氣體，作為原位摻雜的前驅體，這樣，由于原子沉積的表面吸附及反應，si原子也被結合到阻擋層的化合物中，生成tinsi的阻擋層，相當于在tin的阻擋層中摻雜了si原子，起到了閾值調節的作用。

在步驟s103，在阻擋層114上形成功函數層116，參考圖5所示。

根據具體的需要，采用合適的方法在阻擋層上形成功函數層。可以采用原子層沉積或化學氣相沉積或其他合適的方法來形成該功函數層。

優選地，在本實施例中，采用原子層沉積的方法沉積功函數層，在用于形成阻擋層的前驅體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，以進行功函數層的原位摻雜。

采用原子層沉積(ald，atomiclayerdeposition)形成功函數層，在用于形成功函數層的前驅體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，也就是說，在原有的用于生成功函數層的原子層沉積的前驅體中，還額外加入了包含這些元素中的某種元素的有機化合物氣體，該有機物化合物氣體也作為前驅體，這樣，在沉積的同時，相當于原位摻雜了si、b、n、p、c或ge元素到阻擋層中，從而進一步實現閾值電壓的調節。

在一個具體的示例中，nmos器件的功函數層采用tialc，在生成tialc的功函數層的前驅體中額外加入sih4的有機化合物氣體，作為原位摻雜的前驅體，這樣，si原子也被結合到阻擋層的化合物中，生成tialcsi的功函數層，相當于在tialc的功函數層中摻雜了si原子，起到了閾值調節的作用。在另一個具體的示例中，pnos器件的功函數層采用tin，可以在生成tin的功函數層的前驅體中額外加入sih4的有機化合物氣體，作為原位摻雜的前驅體。

在10nm以下的器件中，對于nmos和pmos器件，典型地會有四種核心器件，也就是有四種閾值電壓需要調節，這四種閾值電壓分別為hvt、rvt、lvt、slvt，若要實現分別的調控會增加額外的工藝步驟且難以實現，而在形成阻擋層的同時就進行了閾值電壓的調控，或者進一步在形成功函數層的同時進一步進行閾值電壓的調控，無需額外工藝步驟，工藝簡單易行。

這樣，就形成了金屬柵極中的阻擋層和功函數層，之后，可以繼續進行器件的加工，形成器件的其他部件，例如進一步形成金屬柵極的金屬層，以及其他互聯結構等。

實施例二

與實施例一不同的是，在本實施例中，在形成功函數層時，采用原子層沉積的方法，并進行原位摻雜。以下將重點描述與實施例一種不同的部分，相同部分將不再贅述。

參考圖6所示，在步驟s201，提供襯底，所述襯底上具有溝道區域以及溝道區域上的柵介質層，參考圖2和圖3所示。

同實施例一的步驟s101。

在步驟s202，在所述柵介質層112上形成阻擋層114，參考圖4所示。

可以采用合適的方法形成該阻擋層，例如可以采用原子層沉積或化學氣相沉積等方法，所述阻擋層的材料可以包括：tin、tan、tinx、tanx、tinsi等。

在步驟s203，采用原子層沉積的方法沉積功函數層116，在用于形成功函數層的前驅體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，以進行功函數層的原位摻雜，參考圖5所示。

在該實施例中，采用原子層沉積(ald，atomiclayerdeposition)形成功函數層，在用于形成功函數層的前驅體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機化合物氣體，也就是說，在原有的用于生成功函數層的原子層沉積的前驅體中，還額外加入了包含這些元素中的某種元素的有機化合物氣體，該有機物化合物氣體也作為前驅體，這樣，在沉積的同時，相當于原位摻雜了si、b、n、p、c或ge元素到阻擋層中，從而進一步實現閾值電壓的調節。

同實施例一種的有機化合物氣體，有機化合物氣體可以為包括上述元素之一的短鏈化合物氣體或長鏈聚合物氣體，短鏈化合物氣體例如為氫化物、氯化物、氧化物等，長鏈聚合物氣體例如為有機化合物氣體，具體的，有機化合物氣體可以為sih4(硅烷)、bh3(硼烷)、nh3(氨氣)、ph3(磷化氫)、ch4(甲烷)、geh4(鍺烷)、h2s(硫化氫)、sicl4、gecl4、bcl3、pcl3、硅氧烷、有機硅高分子、有機鍺高分子、有機硼高分子、有機磷高分子、有機硫高分子等。這些氣體也作為前驅體進行阻擋層的沉積，這樣，si、b、n、p、c或ge這些元素也會結合到阻擋層的化合物中，生成包含有si、b、n、p、c或ge元素的阻擋層。

在該實施例中，在形成功函數層的同時，通過原位摻雜進行了閾值電壓的調控，無需額外工藝步驟，工藝簡單易行。

這樣，就形成了金屬柵極中的阻擋層和功函數層，之后，可以繼續進行器件的加工，形成器件的其他部件，例如進一步形成金屬柵極的金屬層，以及其他互聯結構等。

此外，本發明還提供了由上述方法形成的cmos器件，參考圖5所示，包括：

襯底100，所述襯底100上具有溝道區域110以及溝道區域110上的柵介質層112；

柵介質層112上的阻擋層114；

阻擋層114上的功函數層116；

其中，所述阻擋層114和/或所述功函數層116的化合物中包含si、b、n、p、c或ge元素。

其中，參考圖2或3所示，所述溝道區域為鰭110或納米線210。

其中，阻擋層可以為tin、tan、tinx、tanx、tinsi等，這些化合物中還可以包含有si、b、n、p、c或ge元素。

對于nmos器件，功函數層可以為al、tial、tialx、tialcx、ticx、tacx等，這些化合物中還可以包含有si、b、n、p、c或ge元素。

對于pmos器件，功函數層可以為tin、tan、tinx、tanx、tinsi等，這些化合物中還可以包含有si、b、n、p、c或ge元素。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何的簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。