晶體管的形成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種晶體管的形成方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體器件集成度的不斷提高，技術節點的降低，傳統的柵介質層不斷變薄，晶體管漏電量隨之增加，引起半導體器件功耗浪費等問題。為解決上述問題，現有技術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主要工藝。
[0003]現有采用后柵極工藝形成高K金屬柵極晶體管的方法，包括:提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有偽柵結構和位于所述半導體襯底上并覆蓋所述偽柵結構的介質層，所述偽柵結構包括位于所述半導體襯底表面的偽柵介質層和所述偽柵介質層表面的偽柵極，所述介質層的表面與偽柵結構表面齊平；去除所述偽柵結構后形成凹槽；在所述凹槽內依次形成高K柵介質層、保護層、功函數層和金屬層，所述金屬層填充滿凹槽，作為晶體管的金屬柵極。所述功函數層層的形成方法一般為物理氣相沉積工藝，具有較快的沉積效率并且形成的功函數層的雜質含量較低，材料致密度較高。
[0004]隨著工藝節點的降低，去除偽柵結構后形成的凹槽尺寸進一步降低，使得在所述凹槽內形成功函數層的難度提高，在采用物理氣相沉積工藝形成所述功函數層的過程中，容易在凹槽開口出發生封閉現象，影響后續金屬層的填充，進而影響晶體管的性能。
【發明內容】
[0005]本發明解決的問題是提供一種晶體管的形成方法，提高晶體管的性能。
[0006]為解決上述問題，本發明提供一種晶體管的形成方法，包括:提供半導體襯底，所述半導體襯底包括第一區域，所述半導體襯底表面形成有介質層，所述介質層內具有暴露出部分半導體襯底第一區域表面的第一凹槽；在所述第一凹槽內壁表面和介質層上形成柵介質材料層；在所述柵介質材料層上形成保護材料層；采用物理氣相沉積工藝，在所述保護材料層上形成粘附材料層；采用原子層沉積工藝，在所述粘附材料層上表面形成第一功函數材料層，所述粘附材料層與第一功函數材料層的材料相同；在所述第一功函數材料層上形成柵極金屬層，所述柵極金屬層填充滿所述凹槽；以所述介質層表面為停止層，對所述柵極金屬層、第一功函數材料層、粘附材料層、保護材料層和柵介質材料層進行平坦化處理，形成位于所述第一凹槽內的第一柵極結構。
[0007]可選的，所述粘附材料層的材料為TiAl，所述第一功函數材料層的材料為TiAl。
[0008]可選的，所述粘附材料層的厚度小于lnm。
[0009]可選的，所述物理氣相沉積工藝為濺射工藝。
[0010]可選的，所述濺射工藝采用Ti靶和A1靶或者單獨采用TiAl合金靶材，Ar作為濺射氣體，Ar的流量為lOOsccm?lOOOsccm，濺射室的壓強為lE_2Pa?lE_3Pa，溫度為0°C?300。。。
[0011]可選的，所述原子層沉積工藝采用的反應氣體包括含鈦前驅物和含鋁前驅物，反應溫度為50°c?150°c，含鈦前驅物的流量為50SCCm?200SCCm，含鋁前驅物的流量為30sccm ?900sccmo
[0012]可選的，所述含鈦前驅物為TiCl4，含鋁前驅物為包含二甲基乙基胺鋁在內的一種或多種化合物。
[0013]可選的，所述介質層及介質層內第一凹槽的形成方法包括:在所述半導體襯底的第一區域上形成第一偽柵結構，所述第一偽柵結構覆蓋部分半導體襯底表面；在所述半導體襯底表面形成覆蓋所述偽柵結構的介質材料層；以所述第一偽柵結構頂部表面作為停止層，對所述介質材料層進行平坦化，形成介質層，使所述介質層的表面與第一偽柵結構的頂部表面齊平；去除所述第一偽柵結構，形成第一凹槽。
[0014]可選的，所述半導體襯底還包括第二區域，所述介質層內還具有暴露出部分半導體襯底第二區域表面的第二凹槽；在第一凹槽內壁表面和介質層表面形成的柵介質材料層也覆蓋第二凹槽內壁表面；在形成所述保護材料層之后，在所述保護材料層表面形成刻蝕停止材料層；在所述刻蝕停止材料層表面形成第二功函數材料層，然后去除位于第一區域上的第二功函數材料層；再在所述第一區域的刻蝕停止材料層表面以及第二區域的第二功函數材料層表面形成所述粘附材料層。
[0015]可選的，在形成所述第一凹槽內的第一柵極結構的同時，形成位于第二凹槽內的第二柵極結構。
[0016]可選的，所述保護材料層的材料為TiN,厚度為lnm?3nm。
[0017]可選的，所述刻蝕停止材料層的材料為TaN,厚度為lnm?3nm。
[0018]可選的，所述第二功函數材料層的材料為TiN,厚度為3nm?6nm。
[0019]可選的，還包括:在形成所述柵介質材料層之前，在所述第一凹槽和第二凹槽底部的半導體襯底表面形成界面層。
[0020]可選的，采用氧化工藝形成所述界面層，所述界面層的材料為氧化硅，所述界面層的厚度為lnm?2nm。
[0021]可選的，在形成所述柵極金屬層之前，在所述第一功函數材料層表面形成擴散阻擋材料層。
[0022]可選的，所述擴散阻擋層的材料為TiN,所述擴散阻擋材料層的厚度為2nm?4nm。
[0023]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:
[0024]本發明的技術方案中，在所述第一凹槽內壁表面依次形成柵介質材料層、位于柵介質材料層表面的保護材料層之后，采用物理氣相沉積工藝在所述保護材料層表面形成粘附材料層；然后再采用原子層沉積工藝在所述粘附材料層表面形成第一功函數材料層，并且所述粘附材料層與第一功函數材料層的材料相同。由于物理氣相沉積工藝的沉積氣體的能量較大，可以形成較為致密的粘附材料層，使得所述粘附材料層與相鄰的保護材料層之間具有較高的粘附性；并且，由于所述第一功函數材料層與粘附材料層的材料相同，所以，所述第一功函數材料層與粘附材料層之間具有較高的粘附性和較高的界面質量，與現有技術相比，所述粘附材料層使得第一功函數材料層與保護材料層之間具有較高的粘附力，從而避免第一功函數層產生剝離，從而可以提高晶體管的性能。并且，由于原子層沉積工藝的沉積速率較為均勻，具有較高的溝槽填充能力，采用所述原子層沉積工藝形成所述第一功函數材料層，可以避免所述第一功函數材料層在形成過程中在第一凹槽頂部發生閉合現象，從而提聞形成的晶體管的性能。
[0025]進一步，所述粘附材料層的厚度小于lnm，雖然所述粘附材料層的材料與第一功函數材料層的材料相同，但是由于所述粘附材料層的厚度較小，對功函數幾乎沒有影響，不會影響到晶體管的功函數。而且，所述粘附材料層的厚度較小，不會在第一凹槽的頂部開口處造成封閉，也不會對第一凹槽的深寬比造成影響，從而不會提高在第一凹槽內形成第一功函數層的難度。
【附圖說明】
[0026]圖1至圖15是本發明的實施例的晶體管形成過程的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]如【背景技術】中所述，現有技術采用物理氣相沉積工藝形成的功函數層在凹槽內的沉積質量較差，容易造成凹槽頂部封閉而影響形成的晶體管的性能。
[0028]研究發現，可以采用具有較高凹槽填充性能的原子層沉積工藝替代所述物理氣相沉積工藝形成所述功函數層。
[0029]但是進一步研究發現，雖然采用原子層沉積工藝形成功函數層，具有較高的凹槽填充能力，不會造成凹槽頂部封閉的現象，但是在形成NM0S功函數層的過程中發現，采用原子層沉積工藝形成的NM0S功函數層的自身沉積質量以及與相鄰層(例如:保護層)之間的界面質量卻比物理氣相沉積形成的功函數層要差。經過研究發現，由于物理氣相沉積工藝形成功函數層的過程中，反應溫度以及沉積原子能量都較高，形成的NM0S功函數層的致密度較高，與相鄰層之間的粘附性較高，從而使得形成的NM0S功函數層的質量較好，并且與相鄰層之間具有較高的界面質量。而采用原子層沉積工藝形成NM0S功函數層的過程中，由于反應物的特性要求，以及降低所述NM0S功函數層的電阻及含碳量等要求，所述原子層沉積工藝的反應溫度較低，一般為50°C?150°C左右，導致形成的NM0S功函數層的致密度不高，并且NM0S功函數層內還可能具有反應物雜質,導致NM0S功函數層的沉積質量不高；而且，由于原子層沉積工藝反應溫度不高，反應氣體的能量較低，最終形成的