[发明专利]晶体管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种功函数可调的晶体管的制造方法。

背景技术

构成集成电路尤其超大规模集成电路的主要器件之一是金属-氧化物-半导体晶体管(MOS晶体管)。自MOS晶体管发明以来，其几何尺寸按照摩尔定律一直在不断缩小，目前其特征尺寸发展已进入深亚微米以下。在此尺度下，器件的特征尺寸按比例缩小变得越来越困难。另外，在MOS晶体管器件及其电路制造领域，最具挑战性的是传统CMOS工艺在器件按比例缩小过程中，由于多晶硅或者二氧化硅栅介质层高度减小所带来的从栅极向衬底的漏电流问题。

为解决上述漏电问题，目前MOS晶体管工艺中，采用高K介质层代替传统的二氧化硅介质层，并使用金属作为栅电极，两者配合构成MOS管的栅极结构。在这样的栅极结构中，采用厚度较小的高K介质层就可以达到减小漏电流的作用。在公开号为US 2011210402A1的美国专利申请中公开了一种具有金属栅的MOS晶体管的结构。

参考图1，示出了现有技晶体管一实施例的示意图。

所述晶体管包括：衬底，所述衬底中形成有隔离结构13，所述隔离结构13用于将衬底分为NMOS区域11和PMOS区域12，所述NMOS区域11上依次形成有中间层17、高K介质层14、第一帽层151、金属层18，所述PMOS区域12上依次形成有中间层17、高K介质层14、第二帽层152、金属层18。所述第一帽层151和第二帽层152的材料不同，可以分别向NMOS、PMOS提供不同的金属功函数。

对于NMOS，其金属功函数需在3.9ev～4.1ev的范围内，而对于PMOS而言，其金属功函数需在4.9ev～5.2ev的范围内，如何调节NMOS、PMOS的金属功函数成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种功函数可调的晶体管的制造方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种晶体管的制造方法，包括：提供衬底；在衬底上形成高K介质层；在高K介质层上形成具有第一功函数的帽层；在帽层上形成具有第二功函数的金属材料；通过热退火使所述金属材料向所述帽层扩散，形成功函数金属层；在功函数金属层上形成金属电极层。

可选地，所述衬底包括NMOS区域，在NMOS区域上形成的所述帽层的材料为氮化钛，所述金属材料为铝；所述功函数金属层为氮铝化钛。

可选地，通过原子层沉积或者物理气相沉积的方法形成所述帽层。

可选地，所述帽层的厚度在的范围内。

可选地，通过化学气相沉积或者物理气相沉积的方法形成所述金属材料。

可选地，所述金属材料的厚度在的范围内。

可选地，所述热退火的工艺条件包括：热退火的温度在400～500℃的范围内，热退火的时间在120～300秒的范围内。

可选地，所述金属电极层的材料为铝。

可选地，通过化学气相沉积或者物理气相沉积的方法形成铝材料的金属电极层。

可选地，还包括在形成金属电极层之前，在功函数金属层上形成阻挡层。

可选地，所述阻挡层的材料为氮化钽或者氮化钛。

可选地，所述阻挡层的材料为氮化钽，通过原子层沉积的方法形成所述阻挡层。

可选地，所述阻挡层的材料为氮化钛，通过物理气相沉积的方法形成所述阻挡层。

可选地，还包括在形成金属电极层之前，在阻挡层上形成金属浸润层。

可选地，所述金属浸润层的材料为钛或者钛铝合金。

可选地，通过物理气相沉积的方法形成所述金属浸润层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.通过热退火使所述金属材料向所述帽层扩散，形成功函数金属层，可以通过调节金属材料和帽层的厚度，或者通过调节热退火的工艺条件，获得功函数可调节的功函数金属层。

2.可选方案中，所述衬底包括NMOS区域，在NMOS区域上形成的所述帽层的材料为氮化钛，所述金属材料为铝；所述功函数金属层为氮铝化钛，通过调节氮化钛、铝的厚度来调节各元素的元素比，或者通过调节热退火的工艺条件，获得NMOS的功函数可调节的功函数金属层。

3.可选方案中，在形成金属电极层之前，在功函数金属层上形成阻挡层，可以防止金属电极层向功函数金属层发生扩散。

4.可选方案中，在形成金属电极层之前，在阻挡层上形成金属浸润层，所述金属浸润层可以使金属电极层向阻挡层扩散，从而防止在金属电极层形成空隙。

附图说明