[发明专利]高K金属栅晶体管的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种高K金属栅晶体管的形成方法。

背景技术

互补型金属氧化物半导体管(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)是构成集成电路的基本半导体器件之一。所述互补型金属氧化物半导体管包括：P型金属氧化物半导体(PMOS)和N型金属氧化物半导体(NMOS)。

现有技术为了在减小栅极尺寸的同时控制短沟道效应，提出了高K金属栅(HKMG，High K Metal Gate)晶体管，即采用高K介质材料取代常规的氧化硅等材料作为晶体管的栅介质层，采用金属材料取代常规的多晶硅等材料作为晶体管的栅电极层。而且，为了调节PMOS管和NMOS管的阈值电压，现有技术会在PMOS管和NMOS管的栅介质层表面形成功函数层(work function layer)；其中，PMOS管的功函数层需要具有较高的功函数，而NMOS管的功函数层需要具有较低的功函数。因此，在PMOS管和NMOS管中，功函数层的材料不同，以满足各自功函数调节的需求。

现有技术采用后栅(Gate Last)工艺形成互补型金属氧化物半导体管时，包括：在形成PMOS管的区域和形成NMOS管的区域的半导体衬底表面分别形成伪栅极层；在所述伪栅极层两侧的衬底内形成源区和漏区后，在半导体衬底表面形成暴露出伪栅极层的介质层；在去除PMOS管的区域或NMOS管的区域的伪栅极层之后，在介质层内形成开口，并依次在所述开口内形成栅介质层、功函数层和栅电极层。其中，栅电极层的材料为金属，栅介质层的材料为高K材料；而且，PMOS管的区域的功函数层材料与NMOS管的区域的功函数层材料不同。

然而，由于PMOS晶体管和NMOS晶体管所需的功函数层材料不同，容易导致互补型金属氧化物半导体管的性能不稳定。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种高K金属栅晶体管的形成方法，所形成的高K金属栅晶体管的性能改善。

为解决上述问题，本发明提供一种高K金属栅晶体管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；在所述衬底表面形成介质层，所述介质层内具有第一开口和第二开口，所述第一开口暴露出第一区域的部分衬底表面，所述第二开口暴露出第二区域的部分衬底表面；在所述介质层表面、第一开口的侧壁和底部的衬底表面、以及第二开口的侧壁和底部的衬底表面形成栅介质层；在形成所述栅介质层之后，在第一开口内形成填充满所述第一开口的牺牲层；在形成所述牺牲层之后，在第二开口内形成第二功函数层以及位于第二功函数层表面的第二栅极层，所述第二栅极层填充满所述第二开口；在形成所述第二栅极层之后，去除第一开口内的牺牲层；在去除第一开口内的牺牲层之后，在所述第一开口内形成第一功函数层、以及位于第一功函数层表面的第一栅极层，所述第一栅极层填充满所述第一开口。

可选的，所述第一区域为NMOS区；所述第二区域为PMOS区。

可选的，所述第一功函数层的材料为TiAlC；所述第二功函数层的材料为TiN。

可选的，所述第一栅极层的材料为TiAl或W；所述第二栅极层的材料为W。

可选的，所述衬底包括：半导体基底；分别位于第一区域和第二区域的半导体基底表面的若干鳍部；位于半导体基底表面的隔离层，所述隔离层覆盖部分鳍部的侧壁，且所述隔离层表面低于所述鳍部的顶部表面。

可选的，所述第一开口横跨第一区域的鳍部，且所述第一开口暴露出第一区域的部分鳍部侧壁和顶部表面；所述第二开口横跨第二区域的鳍部，且所述第二开口暴露出第二区域的部分鳍部侧壁和顶部表面。

可选的，所述栅介质层形成于第一开口和第二开口暴露出的鳍部的侧壁和顶部表面。

可选的，还包括：在形成所述牺牲层之前，在所述栅介质层表面形成覆盖层；所述覆盖层的材料为TiN。

可选的，在形成覆盖层之后，形成所述牺牲层之前，进行退火工艺。

可选的，还包括：在形成所述牺牲层之前，在所述覆盖层表面形成第一阻挡层；在去除牺牲层之后，去除第一开口内的第一阻挡层；所述第一阻挡层的材料为TaN。

可选的，所述牺牲层的材料为底层抗反射层材料、深紫外光吸收氧化材料或有机介质层材料。

可选的，所述牺牲层的形成步骤包括：在所述栅介质层表面形成填充满所述第一开口和第二开口的牺牲膜；平坦化所述牺牲膜，去除位于介质层顶部上的部分牺牲膜；在平坦化工艺之后，去除第二开口内的牺牲膜。