[发明专利]晶体管的形成方法

说明书

一种晶体管的形成方法，包括：提供包括第一区域的半导体衬底，表面形成有介质层，介质层内具有暴露出部分半导体衬底第一区域表面的第一凹槽；在第一凹槽内壁表面和介质层上形成栅介质材料层；在栅介质材料层上形成保护材料层；采用物理气相沉积工艺，在保护材料层上形成粘附材料层；采用原子层沉积工艺，在粘附材料层上表面形成第一功函数材料层粘附材料层与第一功函数材料层的材料相同；在第一功函数材料层上形成栅极金属层，栅极金属层填充满所述凹槽；以介质层表面为停止层，对栅极金属层、第一功函数材料层、粘附材料层、保护材料层和栅介质材料层进行平坦化处理，形成位于所述第一凹槽内的第一栅极结构。上述方法可以提高晶体管的性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶体管的形成方法。

背景技术

随着半导体器件集成度的不断提高，技术节点的降低，传统的栅介质层不断变薄，晶体管漏电量随之增加，引起半导体器件功耗浪费等问题。为解决上述问题，现有技术提供一种将金属栅极替代多晶硅栅极的解决方案。其中，“后栅(gate last)”工艺为形成高K金属栅极晶体管的一个主要工艺。

现有采用后栅极工艺形成高K金属栅极晶体管的方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有伪栅结构和位于所述半导体衬底上并覆盖所述伪栅结构的介质层，所述伪栅结构包括位于所述半导体衬底表面的伪栅介质层和所述伪栅介质层表面的伪栅极，所述介质层的表面与伪栅结构表面齐平；去除所述伪栅结构后形成凹槽；在所述凹槽内依次形成高K栅介质层、保护层、功函数层和金属层，所述金属层填充满凹槽，作为晶体管的金属栅极。所述功函数层层的形成方法一般为物理气相沉积工艺，具有较快的沉积效率并且形成的功函数层的杂质含量较低，材料致密度较高。

随着工艺节点的降低，去除伪栅结构后形成的凹槽尺寸进一步降低，使得在所述凹槽内形成功函数层的难度提高，在采用物理气相沉积工艺形成所述功函数层的过程中，容易在凹槽开口出发生封闭现象，影响后续金属层的填充，进而影响晶体管的性能。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种晶体管的形成方法，提高晶体管的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域，所述半导体衬底表面形成有介质层，所述介质层内具有暴露出部分半导体衬底第一区域表面的第一凹槽；在所述第一凹槽内壁表面和介质层上形成栅介质材料层；在所述栅介质材料层上形成保护材料层；采用物理气相沉积工艺，在所述保护材料层上形成粘附材料层；采用原子层沉积工艺，在所述粘附材料层上表面形成第一功函数材料层，所述粘附材料层与第一功函数材料层的材料相同；在所述第一功函数材料层上形成栅极金属层，所述栅极金属层填充满所述凹槽；以所述介质层表面为停止层，对所述栅极金属层、第一功函数材料层、粘附材料层、保护材料层和栅介质材料层进行平坦化处理，形成位于所述第一凹槽内的第一栅极结构。

可选的，所述粘附材料层的材料为TiAl，所述第一功函数材料层的材料为TiAl。

可选的，所述粘附材料层的厚度小于1nm。

可选的，所述物理气相沉积工艺为溅射工艺。

可选的，所述溅射工艺采用Ti靶和Al靶或者单独采用TiAl合金靶材，Ar作为溅射气体，Ar的流量为100sccm～1000sccm，溅射室的压强为1E-2Pa～1E-3Pa，温度为0℃～300℃。

可选的，所述原子层沉积工艺采用的反应气体包括含钛前驱物和含铝前驱物，反应温度为50℃～150℃，含钛前驱物的流量为50sccm～200sccm，含铝前驱物的流量为30sccm～900sccm。

可选的，所述含钛前驱物为TiCl₄，含铝前驱物为包含二甲基乙基胺铝在内的一种或多种化合物。