晶體管及其形成方法技術

一種晶體管及其形成方法，晶體管包括：提供包括第一區域和第二區域的襯底；在襯底表面形成介質層，第一區域介質層內具有第一開口，第二區域的介質層內具有第二開口；在介質層表面、第一開口的側壁和底部表面、以及第二開口的側壁和底部表面形成柵介質層；在柵介質層表面形成覆蓋層，覆蓋層的材料為第一類型功函數材料；在第一區域的覆蓋層表面形成第一功函數層，第一功函數層的材料為第一類型功函數材料；在第一功函數層表面和第二區域的覆蓋層表面形成第二功函數層，第二功函數層的材料為第二類型功函數材料；在第二功函數層表面形成填充滿第一開口和第二開口的柵極層。改善了PMOS晶體管與NMOS晶體管之間的失配問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體制造
，尤其涉及一種晶體管及其形成方法。
技術介紹
靜態隨機存儲器(StaticRandomAccessMemory，SRAM)作為存儲器中的一員，具有高速度、低功耗與標準工藝相兼容等優點，廣泛應用于電腦、個人通信、消費電子產品(智能卡、數碼相機、多媒體播放器)等領域。靜態隨機存儲器的存儲單元包括4T(晶體管)結構和6T(晶體管)結構。對于6T靜態隨機存儲器的尺寸單元來說，包括：第一PMOS晶體管P1、第二PMOS晶體管P2、第一NMOS晶體管N1、第二NMOS晶體管N2、第三NMOS晶體管N3以及第四NMOS晶體管N4。其中，所述P1和P2為上拉晶體管；所述N1和N2為下拉晶體管；所述N3和N4為傳輸晶體管。現有技術為了在減小柵極尺寸的同時，抑制短溝道效應的產生，提出了一種高k金屬柵(HighKMetalGate，簡稱HKMG)結構晶體管。在所述高k金屬柵結構晶體管中，采用高k(介電常數)介質材料取代常規的氧化硅等材料作為晶體管的柵介質層，采用金屬材料取代常規的多晶硅等材料作為晶體管的柵電極層。而且，為了調節PMOS管和NMOS管的閾值電壓，現有技術會在PMOS晶體管和NMOS晶體管的柵介質層表面形成功函數層(workfunctionlayer)。其中，PMOS晶體管的功函數層需要具有較高的功函數，而NMOS晶體管的功函數層需要具有較低的功函數。因此，在PMOS晶體管和NMOS晶體管中，需要采用材料不同的功函數層，以滿足各自功函數調節的需求。然而，由于PMOS晶體管和NMOS晶體管所需的功函數層材料不同，導致所形成的靜態隨機存儲器的性能不穩定。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是提供一種晶體管及其形成方法，并改善PMOS晶體管與NMOS晶體管之間的失配問題。為解決上述問題，本專利技術提供一種晶體管及其形成方法，包括：提供襯底，所述襯底包括第一區域和第二區域；在所述襯底表面形成介質層，所述第一區域介質層內具有第一開口，所述第二區域的介質層內具有第二開口，所述第一開口和第二開口暴露部分襯底表面；在所述介質層表面、第一開口的側壁和底部表面、以及第二開口的側壁和底部表面形成柵介質層；在所述柵介質層表面形成覆蓋層，所述覆蓋層的材料為第一類型功函數材料；在第一區域的覆蓋層表面形成第一功函數層，所述第一功函數層的材料為第一類型功函數材料；在所述第一功函數層表面和第二區域的覆蓋層表面形成第二功函數層，所述第二功函數層的材料為第二類型功函數材料；在所述第二功函數層表面形成填充滿第一開口和第二開口的柵極層。可選的，所述第一類型功函數材料為N型功函數材料；所述第二類型功函數材料為P型功函數材料。可選的，所述覆蓋層的材料為TiCAl。可選的，還包括：在形成覆蓋層之后，進行退火。可選的，所述第一功函數層的材料為TiAl；所述第二功函數層的材料為TiSiN。可選的，還包括：在形成覆蓋層之后，形成第一功函數層之前，在所述覆蓋層表面形成第一阻擋層；所述第一功函數層形成于第一區域的第一阻擋層表面；所述第一阻擋層的材料為第二類型功函數材料。可選的，所述第一阻擋層的材料為TaN。可選的，還包括：在形成第二功函數層之后，形成所述柵極層之前，在所述第二功函數層表面形成第二阻擋層；所述柵極層位于所述第二阻擋層表面。可選的，所述第二阻擋層的材料為TiN。可選的，還包括：在形成所述柵介質層之前，在所述第一開口和第二開口底部的襯底表面形成界面層；所述柵介質層位于所述界面層表面。可選的，所述界面層的新材料為氧化硅；所述界面層采用氧化工藝形成。可選的，所述柵極層的材料包括鎢；所述柵介質層的材料為高k介質材料。可選的，所述介質層、第一開口和第二開口的形成步驟包括：分別在第一區域和第二區域的襯底表面形成偽柵極結構，所述偽柵極結構包括偽柵極層；在所述偽柵極結構兩側的襯底內形成源區和漏區；在所述襯底表面形成介質層，所述介質層暴露出所述偽柵極層；去除所述偽柵極層，在第一區域的介質層內形成第一開口，在第二區域的介質層內形成第二開口。可選的，所述偽柵極結構還包括：位于襯底表面的偽柵介質層；所述偽柵極層位于所述偽柵介質層表面。可選的，在去除所述偽柵極層之后，去除所述偽柵介質層。可選的，還包括：在形成柵極層之后，平坦化所述柵極層、第二功函數層、第一功函數層、覆蓋層和柵介質層，直至暴露出所述介質層表面為止。可選的，還包括：在所述平坦化工藝之后，在所述介質層內形成導電插塞，所述導電插塞位于所述源區和漏區表面。可選的，所述襯底包括：基底、位于基底表面的鰭部、以及位于基底表面的隔離層，所述隔離層覆蓋所述鰭部的部分側壁表面，且所述隔離層表面低于所述鰭部的頂部表面。可選的，所述第一區域用于形成下拉器件；所述第二區域用于形成上拉器件。相應的，本專利技術提供一種采用上述任一項方法所形成的晶體管，包括：襯底，所述襯底包括第一區域和第二區域；位于所述襯底表面的介質層，所述第一區域介質層內具有第一開口，所述第二區域的介質層內具有第二開口，所述第一開口和第二開口暴露部分襯底表面；位于所述介質層表面、第一開口的側壁和底部表面、以及第二開口的側壁和底部表面的柵介質層；位于所述柵介質層表面的覆蓋層，所述覆蓋層的材料為第一類型功函數材料；位于第一區域的覆蓋層表面的第一功函數層，所述第一功函數層的材料為第一類型功函數材料；位于所述第一功函數層表面和第二區域的覆蓋層表面的第二功函數層，所述第二功函數層的材料為第二類型功函數材料；位于所述第二功函數層表面的柵極層，所述柵極層填充滿第一開口和第二開口。與現有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下優點：本專利技術的形成方法中，在柵介質層表面所形成的覆蓋層材料為第一類型功函數材料，并在第一區域的覆蓋層表面形成第一功函數層，而所述第一功函數層的材料也為第一類型功函數材料。在第一區域，所述覆蓋層和第一功函數層到襯底的距離更近，所述覆蓋層和第一功函數層對襯底內的溝道區影響更大；當第一區域的晶體管類型與第一類型功函數材料相對應，所述覆蓋層和第一功函數層對晶體管閾值電壓的調節更精確穩定。由此能夠削弱第一區域和第二區域的晶體管之間的失配問題，由第一區域和第二區域的晶體管形成的靜態隨機存儲器性能改善。進一步，所述第一類型功函數材料為N型功函數材料；所述第二類型功函數材料為P型功函數材料，因此所述覆蓋層和第一功函數層均為N型功函數材料。當所述第一區域用于形成NMOS晶體管，所述第二區域用于形成PMOS晶體管，由于所述覆蓋層和第一功函數層到第一區域襯底的距離較小，所述覆蓋層和第一功函數層對第一區域襯底內的溝道區具有更大的影響，使得覆蓋層和第一功函數層對所形成的NMOS晶體管的閾值電壓調節更精確穩定，有利于削弱NMOS晶體管與PMOS晶體管之間的失配問題。進一步，所述覆蓋層的材料為TiCAl。由于所述覆蓋層內具有C離子，所述C離子能夠與Ti離子和Al離子形成穩定的原子復合體，因此，所述C離子能夠使覆蓋層內的Al離子更穩定，即使所述覆蓋層位于柵介質層表面，所述覆蓋層內的Al離子也難以擴散進入所述柵介質層和襯底內。進一步，在形成覆蓋層之后，形成第一功函數層之前，在所述覆蓋層表面形成第一阻擋層；所述第一功函數層形成于第一區域的第一阻擋層表面；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種晶體管的形成方法，其特征在于，包括：提供襯底，所述襯底包括第一區域和第二區域；在所述襯底表面形成介質層，所述第一區域介質層內具有第一開口，所述第二區域的介質層內具有第二開口，所述第一開口和第二開口暴露部分襯底表面；在所述介質層表面、第一開口的側壁和底部表面、以及第二開口的側壁和底部表面形成柵介質層；在所述柵介質層表面形成覆蓋層，所述覆蓋層的材料為第一類型功函數材料；在第一區域的覆蓋層表面形成第一功函數層，所述第一功函數層的材料為第一類型功函數材料；在所述第一功函數層表面和第二區域的覆蓋層表面形成第二功函數層，所述第二功函數層的材料為第二類型功函數材料；在所述第二功函數層表面形成填充滿第一開口和第二開口的柵極層。

【技術特征摘要】
1.一種晶體管的形成方法，其特征在于，包括：提供襯底，所述襯底包括第一區域和第二區域；在所述襯底表面形成介質層，所述第一區域介質層內具有第一開口，所述第二區域的介質層內具有第二開口，所述第一開口和第二開口暴露部分襯底表面；在所述介質層表面、第一開口的側壁和底部表面、以及第二開口的側壁和底部表面形成柵介質層；在所述柵介質層表面形成覆蓋層，所述覆蓋層的材料為第一類型功函數材料；在第一區域的覆蓋層表面形成第一功函數層，所述第一功函數層的材料為第一類型功函數材料；在所述第一功函數層表面和第二區域的覆蓋層表面形成第二功函數層，所述第二功函數層的材料為第二類型功函數材料；在所述第二功函數層表面形成填充滿第一開口和第二開口的柵極層。2.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述第一類型功函數材料為N型功函數材料；所述第二類型功函數材料為P型功函數材料。3.如權利要求2所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述覆蓋層的材料為TiCAl。4.如權利要求1或3所述的晶體管的形成方法，其特征在于，還包括：在形成覆蓋層之后，進行退火。5.如權利要求2所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述第一功函數層的材料為TiAl；所述第二功函數層的材料為TiSiN。6.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，還包括：在形成覆蓋層之后，形成第一功函數層之前，在所述覆蓋層表面形成第一阻擋層；所述第一功函數層形成于第一區域的第一阻擋層表面；所述第一阻擋層的材料為第二類型功函數材料。7.如權利要求6所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述第一阻擋層的材料為TaN。8.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，還包括：在形成第二功函數層之后，形成所述柵極層之前，在所述第二功函數層表面形成第二阻擋層；所述柵極層位于所述第二阻擋層表面。9.如權利要求8所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述第二阻擋層的材料為TiN。10.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，還包括：在形成所述柵介質層之前，在所述第一開口和第二開口底部的襯底表面形成界面層；所述柵介質層位于所述界面層表面。11.如權利要求10所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述界面層的新材料為氧化硅；所述界面層采用氧化工藝形成。12.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述柵極層的材...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李勇，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31