專利名稱：晶體管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造領(lǐng)域，特別是涉及一種晶體管及其制作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代集成電路制造中的一個普遍趨勢是生產(chǎn)具有很小特征尺寸的晶體管。隨著晶體管尺寸變得越來越小，晶體管已經(jīng)出現(xiàn)了許多問題。例如，很薄的柵介質(zhì)層造成高的柵極電流泄露；另外，晶體管柵極的材料一般采用多晶硅，但多晶硅柵極往往會造成多晶硅耗盡或者硼穿透效應等問題，這些都會影響晶體管的性能。金屬是用于制作晶體管柵極的另一種材料，由金屬制作的柵極具有許多優(yōu)于多晶硅柵極的優(yōu)點。例如，金屬允許優(yōu)良的電流流動并且具有比多晶硅更少的電壓耗盡問題?，F(xiàn)有技術(shù)中一種晶體管的制作方法包括如下步驟:如圖1所示，在半導體襯底I上依次沉積高K柵介質(zhì)層2、金屬材料層3、多晶硅層4、圖形化光刻膠層5，金屬材料層3用于調(diào)節(jié)晶體管的功函數(shù)(work function),利用干法刻蝕依次去除沒有被圖形化光刻膠層5覆蓋的多晶硅層4、金屬材料層3、高K柵介質(zhì)層2，在半導體襯底I上形成由高K柵介質(zhì)層
2、金屬材料層3、多晶硅層4構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)6，堆疊結(jié)構(gòu)6用于定義晶體管柵極所在區(qū)域。干法刻蝕是一種利用等離子體進行刻蝕的方法，在利用干法刻蝕形成堆疊結(jié)構(gòu)6的過程中，等離子體會對暴露于等離子體環(huán)境下的堆疊結(jié)構(gòu)6的左右兩側(cè)造成損傷，以致影響晶體管的電學性能。對由上述方法形成的晶體管進行檢測發(fā)現(xiàn)，堆疊結(jié)構(gòu)6中的高K柵介質(zhì)層2的兩側(cè)2a由于受到等離子體的損害會產(chǎn)生漏電流的問題，并進而使晶體管的電流開關(guān)比(1n/1ff)、GIDL(Gate Induced Drain Leakage)等性能減退,使晶體管柵極產(chǎn)生較高的電流泄露。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是:在形成晶體管的過程中，晶體管的高K柵介質(zhì)層的兩側(cè)會被等離子體損傷并產(chǎn)生漏電流的問題，并進而使晶體管的電流開關(guān)比(1n/1ff)、GIDL(Gate Induced Drain Leakage)等性能減退,使晶體管柵極產(chǎn)生較高的電流泄露。為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種晶體管的制作方法，所述方法包括以下步驟:在半導體襯底上依次沉積高K柵介質(zhì)層、金屬材料層、犧牲材料層、圖形化光刻膠層，利用干法刻蝕依次去除沒有被圖形化光刻膠層覆蓋的犧牲材料層、金屬材料層，形成包括犧牲材料層、金屬材料層的堆疊結(jié)構(gòu)，堆疊結(jié)構(gòu)用于定義晶體管柵極所在區(qū)域。然后在形成有堆疊結(jié)構(gòu)的半導體襯底上形成側(cè)墻材料層，去除堆疊結(jié)構(gòu)頂部的側(cè)墻材料層及高K柵介質(zhì)層上方的側(cè)墻材料層，殘留在堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)墻材料層形成堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，去除未被堆疊結(jié)構(gòu)覆蓋的高K柵介質(zhì)層。去除堆疊結(jié)構(gòu)及高K柵介質(zhì)層上方的側(cè)墻材料層之后，由于堆疊結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成有側(cè)墻，去除未被堆疊結(jié)構(gòu)覆蓋的高K柵介質(zhì)層之后，位于堆疊結(jié)構(gòu)下方的高K柵介質(zhì)層的長度大于堆疊結(jié)構(gòu)的長度，這時可將高K柵介質(zhì)層視由兩部分組成:位于堆疊結(jié)構(gòu)正下方的高K柵介質(zhì)層及超出堆疊結(jié)構(gòu)的高K柵介質(zhì)層。在晶體管的實際工作中，只有位于堆疊結(jié)構(gòu)正下方的高K柵介質(zhì)層才是真正有效的部分，超出堆疊結(jié)構(gòu)的高K柵介質(zhì)層無法起到柵介質(zhì)層的作用。這樣，即使高K柵介質(zhì)層的兩側(cè)會受到等離子體的損害，即超出堆疊結(jié)構(gòu)的高K柵介質(zhì)層會受到等離子體的損害，但位于堆疊結(jié)構(gòu)正下方的高K柵介質(zhì)層沒有受到等離子體的損害，即高K柵介質(zhì)層的有效部分沒有受到等離子體的損害。因此，形成的晶體管中高K柵介質(zhì)層不會產(chǎn)生漏電流的問題，提高了晶體管的電學性能。鑒于此，本發(fā)明提供了一種晶體管的制作方法，其包括以下步驟:提供半導體襯底；在所述半導體襯底上依次沉積高K柵介質(zhì)層、金屬材料層、犧牲材料層；去除部分所述犧牲材料層及其正下方的金屬材料層，在所述半導體襯底上形成包括犧牲材料層與金屬材料層的堆疊結(jié)構(gòu)，所述堆疊結(jié)構(gòu)用于定義晶體管柵極所在區(qū)域；在形成有所述堆疊結(jié)構(gòu)的半導體襯底上沉積側(cè)墻材料層；去除所述堆疊結(jié)構(gòu)頂部的側(cè)墻材料層、高K柵介質(zhì)層上方的側(cè)墻材料層，殘留在所述堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)墻材料層形成所述堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，去除未被所述堆疊結(jié)構(gòu)覆蓋的高K柵介質(zhì)層。可選的，所述犧牲材料層為多晶硅層。可選的，所述金屬材料層包括氮氧化鈦或氮氧化鉭中的至少一種。可選的，所述高K柵介質(zhì)層的材料包括氧化鉿、氮氧化鉿、氧化鑭、氮氧化鑭、氧化鋁、氮氧化鋁中的至少一種?？蛇x的，在所述半導體襯底上沉積高K柵介質(zhì)層之前，在所述半導體襯底上形成低K柵介質(zhì)層，所述低K柵介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅。本發(fā)明還提供了一種晶體管，其包括:位于半導體襯底上方的高K柵介質(zhì)層，所述高K柵介質(zhì)層具有第一長度；所述高K柵介質(zhì)層上設(shè)有柵極，所述柵極具有第二長度，所述第二長度小于所述
第一長度；所述柵極的側(cè)壁設(shè)有側(cè)墻?？蛇x的，所述柵極包括金屬材料層、位于所述金屬材料層上方的金屬柵極材料層。可選的，所述金屬材料層包括氮氧化鈦或氮氧化鉭中的至少一種?？蛇x的，所述高K柵介質(zhì)層的材質(zhì)包括氧化鉿、氮氧化鉿、氧化鑭、氮氧化鑭、氧化鋁、氮氧化鋁中的至少一種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:形成的晶體管中高K柵介質(zhì)層不會產(chǎn)生漏電流的問題，提高了晶體管的電流開關(guān)比(1n/1ff)、GIDL(Gate Induced DrainLeakage)等性能,使晶體管柵極產(chǎn)生較少的電流泄露。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種晶體管制作過程中晶體管的剖視圖。圖2是本發(fā)明的晶體管的制作方法的實施例中晶體管的制作流程圖。圖3至圖9是本發(fā)明的晶體管的制作方法的實施例中在制作晶體管過程中晶體管的剖視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的可實施方式的一部分，而不是其全部。根據(jù)這些實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下可獲得的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明的保護范圍。圖2是本發(fā)明的晶體管的制作方法的實施例中晶體管的制作流程圖。如圖2所示，所述方法包括以下步驟:S1:提供半導體襯底，在半導體襯底上依次沉積高K柵介質(zhì)層、金屬材料層、犧牲材料層。S2:去除部分犧牲材料層及其正下方的金屬材料層，在半導體襯底上形成包括犧牲材料層與金屬材料層的堆疊結(jié)構(gòu)，堆疊結(jié)構(gòu)用于定義晶體管柵極所在區(qū)域。S3:在形成有堆疊結(jié)構(gòu)的半導體襯底上沉積側(cè)墻材料層。S4:去除堆疊結(jié)構(gòu)頂部的側(cè)墻材料層及高K柵介質(zhì)層上方的側(cè)墻材料層，殘留在堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)墻材料層形成堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，去除未被堆疊結(jié)構(gòu)覆蓋的高K柵介質(zhì)層。S5:去除堆疊結(jié)構(gòu)中的犧牲材料層，在堆疊結(jié)構(gòu)中形成開口。S6:在半導體襯底上沉積金屬柵極材料層,堆疊結(jié)構(gòu)中的開口被金屬柵極材料層填充，形成晶體管柵極。S7:對柵極兩側(cè)的半導體襯底進行離子注入，形成晶體管的源極/漏極。下面來詳細說明本發(fā)明中晶體管的制作方法。首先執(zhí)行步驟S1:提供半導體襯底，在半導體襯底上依次沉積高K柵介質(zhì)層、金屬材料層、犧牲材料層。如圖3所示，提供半導體襯底10，半導體襯底10可以是半導體領(lǐng)域中常用的襯底材料，如硅片等。在半導體襯底10依次沉積高K柵介質(zhì)層11、金屬材料層12、犧牲材料層13。高K柵介質(zhì)層11的材料可以是常用的具有較大介電常數(shù)K的材料，在本實施例中，其材料包括氧化鉿(HfO)、氮氧化鉿(HfON)、氧化鑭(LaO)、氮氧化鑭(LaON)、氧化招(AlO)、氮氧化鋁(AlON)中的至少一種。高K柵介質(zhì)層11的厚度可為8A 20A。金屬材料層12用來調(diào)節(jié)晶體管的功函數(shù)(work function), P型晶體管與N型晶體管的功函數(shù)不相同，因此，當晶體管為不同類型的晶體管時，需使用不同材質(zhì)的金屬材料層12。在本實施例中，金屬材料層12的材料包括氮氧化鈦(titanium oxynitride)、氮氧化鉭(tantalum oxynitride)中的至少一種。金屬材料層12的厚度可為1θΑ 40A。犧牲材料層13用來定義晶體管柵極所在區(qū)域，后續(xù)會被去除，并被金屬填充。犧牲材料層13的材料可以為很多種，在本實施例中，犧牲材料層13為多晶硅。在半導體襯底10上沉積犧牲材料層13之后，在犧牲材料層13上形成圖形化光刻膠層14，被圖形化光刻膠層14覆蓋的區(qū)域后續(xù)會形成晶體管柵極。在本發(fā)明的其它實施例中，在半導體襯底上沉積高K柵介質(zhì)層之前，可在半導體襯底上沉淀低K柵介質(zhì)層，如氧化硅等，氧化硅的厚度可為OA 20A。接著執(zhí)行步驟S2:去除部分犧牲材料層及其正下方的金屬材料層，在半導體襯底上形成包括犧牲材料層與金屬材料層的堆疊結(jié)構(gòu)，堆疊結(jié)構(gòu)用于定義晶體管柵極所在區(qū)域。如圖4所示，去除沒有被圖形化光刻膠層14覆蓋的犧牲材料層13及其正下方的金屬材料層12，以形成包括犧牲材料層13與金屬材料層12的堆疊結(jié)構(gòu)15。堆疊結(jié)構(gòu)15用于定義晶體管柵極所在區(qū)域。去除犧牲材料層13及其正下方的金屬材料層12的方法有多種，如干法刻蝕、濕法刻蝕等常用的刻蝕方法。形成堆疊結(jié)構(gòu)15之后，去除圖形化光刻膠層14。接著執(zhí)行步驟S3:在形成有堆疊結(jié)構(gòu)的半導體襯底上沉積側(cè)墻材料層。如圖5所示，在形成有堆疊結(jié)構(gòu)15的半導體襯底10上沉積側(cè)墻材料層16，未被堆疊結(jié)構(gòu)15覆蓋的高K柵介質(zhì)層11上方、堆疊結(jié)構(gòu)15的兩側(cè)、堆疊結(jié)構(gòu)15頂部均被側(cè)墻材料層16覆蓋。側(cè)墻材料層16可以是常用的側(cè)墻材料，如氧化硅、氮化硅等。接著執(zhí)行步驟S4:去除堆疊結(jié)構(gòu)頂部的側(cè)墻材料層及高K柵介質(zhì)層上方的側(cè)墻材料層，殘留在堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)墻材料層形成堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，去除未被堆疊結(jié)構(gòu)覆蓋的高K柵介質(zhì)層。如圖6所示，去除堆疊結(jié)構(gòu)15頂部的側(cè)墻材料層16及高K柵介質(zhì)層11上方的側(cè)墻材料層16，殘留在堆疊結(jié)構(gòu)15兩側(cè)的側(cè)墻材料層16形成堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)墻17，去除未被堆疊結(jié)構(gòu)15覆蓋的高K柵介質(zhì)層U。位于堆疊結(jié)構(gòu)15下方的高K柵介質(zhì)層11具有第一長度LI，堆疊結(jié)構(gòu)15具有第二長度L2，堆疊結(jié)構(gòu)15兩側(cè)形成有側(cè)墻17，因此，第一長度LI大于第二長度L2。這時，高K柵介質(zhì)層11視由兩部分組成:位于堆疊結(jié)構(gòu)15正下方的高K柵介質(zhì)層Ila及超出堆疊結(jié)構(gòu)15的高K柵介質(zhì)層lib。側(cè)墻材料層16、未被堆疊結(jié)構(gòu)15覆蓋的高K柵介質(zhì)層11的去除方法有多種，在本實施例中，該去除方法為回刻(etch back)。在晶體管的實際工作中，只有位于堆疊結(jié)構(gòu)15正下方的高K柵介質(zhì)層Ila才是真正有效的部分，超出堆疊結(jié)構(gòu)15的高K柵介質(zhì)層Ilb無法起到柵介質(zhì)層的作用。即使高K柵介質(zhì)層11的兩側(cè)會受到等離子體的損害，即超出堆疊結(jié)構(gòu)15的高K柵介質(zhì)層Ilb會受到等離子體的損害，但位于堆疊結(jié)構(gòu)15正下方的高K柵介質(zhì)層Ila沒有受到等離子體的損害，即高K柵介質(zhì)層11的有效部分沒有受到等離子體的損害。因此，形成的晶體管中高K柵介質(zhì)層不會產(chǎn)生漏電流的問題，提高了晶體管的電學性能。接著執(zhí)行步驟S5:去除堆疊結(jié)構(gòu)中的犧牲材料層，在堆疊結(jié)構(gòu)中形成開口。如圖7所示，去除堆疊結(jié)構(gòu)15中的犧牲材料層13，在堆疊結(jié)構(gòu)15中形成開口 18。接著執(zhí)行步驟S6:在半導體襯底上沉積金屬柵極材料層，堆疊結(jié)構(gòu)中的開口被金屬柵極材料層填充，形成晶體管柵極。如圖8所示，在半導體襯底10上沉積金屬柵極材料層19，堆疊結(jié)構(gòu)15中的開口 18被金屬柵極材料層19填充。金屬柵極材料層19可以是常見的金屬柵極材料，如鈦鋁、氮化鈦鋁、氮化鎢等，它可包括一層或多層不同的金屬。當晶體管的類型(P型晶體管或N型晶體管)不同時，需對應選擇合適的金屬柵極材料。堆疊結(jié)構(gòu)15中的金屬柵極材料層19與其下方的金屬材料層12共同構(gòu)成晶體管的柵極。最后執(zhí)行步驟S7:對柵極兩側(cè)的半導體襯底進行離子注入，形成晶體管的源極/漏極。如圖9所示，對柵極兩側(cè)的半導體襯底10進行離子注入形成晶體管的源極/漏極20。本發(fā)明還提供了一種晶體管，如圖9所示，晶體管包括:位于半導體襯底10上方的高K柵介質(zhì)層11，高K柵介質(zhì)層11具有第一長度LI，高K柵介質(zhì)層11的材料包括氧化鉿(HfO)、氮氧化鉿(HfON)、氧化鑭(LaO)、氮氧化鑭(LaON)、氧化招(AlO)、氮氧化招(AlON)中的至少一種；高K柵介質(zhì)層11上設(shè)有柵極，柵極具有第二長度L2，第二長度L2小于第一長度LI,柵極包括金屬材料層12、位于金屬材料層12上方的金屬柵極材料層19,金屬材料層12用于調(diào)節(jié)晶體管的功函數(shù),其材料包括氮氧化鈦(titanium oxynitride)、氮氧化鉭(tantalum oxynitride)中的至少一種,金屬柵極材料層19包括鈦招、氮化鈦招、氮化鶴
坐寸ο柵極的側(cè)壁設(shè)有側(cè)墻17，高K柵介質(zhì)層11的長度大于柵極的長度，側(cè)墻17位于高K柵介質(zhì)層11上方。在本發(fā)明的其它實施例中，高K柵介質(zhì)層11下方還可設(shè)有低K柵介質(zhì)層，如氧化硅等。上述通過實施例的說明，應能使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，并能夠再現(xiàn)和使用本發(fā)明。本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本文中所述的原理可以在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下對上述實施例作各種變更和修改是顯而易見的。因此，本發(fā)明不應被理解為限制于本文所示的上述實施例，其保護范圍應由所附的權(quán)利要求書來界定。
權(quán)利要求
1.一種晶體管的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供半導體襯底； 在所述半導體襯底上依次沉積高K柵介質(zhì)層、金屬材料層、犧牲材料層； 去除部分所述犧牲材料層及其正下方的金屬材料層，在所述半導體襯底上形成包括犧牲材料層與金屬材料層的堆疊結(jié)構(gòu)，所述堆疊結(jié)構(gòu)用于定義晶體管柵極所在區(qū)域； 在形成有所述堆疊結(jié)構(gòu)的半導體襯底上沉積側(cè)墻材料層； 去除所述堆疊結(jié)構(gòu)頂部的側(cè)墻材料層、高K柵介質(zhì)層上方的側(cè)墻材料層，殘留在所述堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)墻材料層形成所述堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，去除未被所述堆疊結(jié)構(gòu)覆蓋的高K柵介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述犧牲材料層為多晶硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述金屬材料層包括氮氧化鈦或氮氧化鉭中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述高K柵介質(zhì)層的材料包括氧化鉿、氮氧化鉿、氧化鑭、氮氧化鑭、氧化鋁、氮氧化鋁中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述半導體襯底上沉積高K柵介質(zhì)層之前，在所述半導體襯底上形成低K柵介質(zhì)層，所述低K柵介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅。
6.一種晶體管，其特征在于，其包括: 位于半導體襯底上方的高K柵介質(zhì)層，所述高K柵介質(zhì)層具有第一長度； 所述高K柵介質(zhì)層上設(shè)有柵極，所述柵極具有第二長度，所述第二長度小于所述第一長度； 所述柵極的側(cè)壁設(shè)有側(cè)墻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶體管，其特征在于，所述柵極包括金屬材料層、位于所述金屬材料層上方的金屬柵極材料層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶體管，其特征在于，所述金屬材料層包括氮氧化鈦或氮氧化鉭中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶體管，其特征在于，所述高K柵介質(zhì)層的材質(zhì)包括氧化鉿、氮氧化鉿、氧化鑭、氮氧化鑭、氧化鋁、氮氧化鋁中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種晶體管及其制作方法，所述方法包括以下步驟提供半導體襯底；在半導體襯底上依次沉積高K柵介質(zhì)層、金屬材料層、犧牲材料層；去除部分犧牲材料層及其正下方的金屬材料層，在半導體襯底上形成包括犧牲材料層與金屬材料層的堆疊結(jié)構(gòu)，堆疊結(jié)構(gòu)用于定義晶體管柵極所在區(qū)域；在形成有堆疊結(jié)構(gòu)的半導體襯底上沉積側(cè)墻材料層；去除堆疊結(jié)構(gòu)及高K柵介質(zhì)層上方的側(cè)墻材料層，殘留在堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)墻材料層形成堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，去除未被堆疊結(jié)構(gòu)覆蓋的高K柵介質(zhì)層。形成的晶體管中高K柵介質(zhì)層不會產(chǎn)生漏電流的問題，提高了晶體管的電流開關(guān)比、GIDL等性能，使晶體管柵極產(chǎn)生較少的電流泄漏。
文檔編號H01L29/78GK103177966SQ201110436570
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者平延磊, 何其旸 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司