柵極結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利摘要】一種柵極結(jié)構(gòu)及其形成方法，所述柵極結(jié)構(gòu)的形成方法包括：提供襯底；在所述襯底表面形成依次形成柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層表面的緩沖層和位于緩沖層表面的柵極層，所述緩沖層的材料為無(wú)定形態(tài)。所述柵極結(jié)構(gòu)及其形成方法可以降低晶體管的閾值電壓的分布范圍。
【專利說(shuō)明】柵極結(jié)構(gòu)及其形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種柵極結(jié)構(gòu)及其形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸逐漸縮小，由于傳統(tǒng)的多晶硅柵極在小尺寸情況下存在很多問(wèn)題，例如多晶硅耗盡效應(yīng)、高電阻率和高K柵介質(zhì)不兼容等，金屬柵工藝開始應(yīng)用于超深亞微米器件的制備。
[0003]金屬柵極替代多晶硅柵極，采用高K材料作為柵介質(zhì)層，可以進(jìn)一步降低所述柵介質(zhì)層的厚度，提高晶體管的性能。然而晶體管尺寸的不斷縮小，高K金屬柵晶體管的制作工藝和物理性能同樣面臨越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。
[0004]其中，晶體管的閾值電壓變異是其中的一個(gè)重要問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，采用相同工藝形成的參數(shù)相同的晶體管，各個(gè)晶體管的閾值電壓并不完全相同，而是在一定的范圍內(nèi)呈現(xiàn)分布性，造成不同晶體管閾值電壓之間的差異，具有較大的閾值電壓分布范圍。晶體管的閾值電壓分布范圍較大會(huì)降低集成電路的性能，并增加芯片的功耗。晶體管的閾值電壓分布范圍越大，對(duì)集成電路的性能影響越大。
[0005]所以，需要一種可以降低相同工藝形成的多個(gè)晶體管的閾值電壓分布范圍的方法，降低晶體管閾值電壓差異對(duì)集成電路造成的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種柵極結(jié)構(gòu)及其形成方法，降低相同工藝形成的多個(gè)晶體管的閾值電壓的分布范圍。
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種柵極結(jié)構(gòu)及其形成方法，所述金屬柵極的形成方法包括:提供襯底；在所述襯底表面形成依次形成柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層表面的緩沖層和位于緩沖層表面的柵極層，所述緩沖層的材料為無(wú)定形態(tài)。
[0008]可選的，所述緩沖層的材料為無(wú)定形硅。
[0009]可選的，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述緩沖層，其中采用的反應(yīng)氣體包括:Si2H6, Si3H8, Si4H8, Si5H10 中的一種或幾種，反應(yīng)溫度為 200°C?400°C。
[0010]可選的，所述緩沖層內(nèi)摻雜有碳。
[0011]可選的，所述碳的濃度為lE19atom/cm3?lE22atom/cm3。
[0012]可選的，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述緩沖層，所述化學(xué)氣相沉積工藝中，采用的硅源氣體包括:Si2H6、Si3H8、Si4H8、Si5H1Q中的一種或幾種，采用的碳源氣體包括C2H2、C2H4、C3H6中的一種或幾種，反應(yīng)溫度為300°C?400°C。
[0013]可選的，所述緩沖層內(nèi)摻雜有氮。
[0014]可選的，所述氮的濃度為lE19atom/cm3?lE22atom/cm3。
[0015]可選的，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述緩沖層，所述化學(xué)氣相沉積工藝中，采用的硅源氣體包括:Si2H6、Si3H8、Si4H8、Si5H1Q中的一種或幾種，采用的氮源氣體包?Ν20、Ν0中的一種或幾種，反應(yīng)溫度為300°C?400°C。
[0016]可選的，所述緩沖層的厚度為Inm?5nm。
[0017]可選的，采用化學(xué)氣相沉積工藝、等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、液相外延工藝或?yàn)R射沉積工藝形成所述緩沖層。
[0018]可選的，所述柵極層的材料為N1、T1、TiN、TaN或TaC。
[0019]可選的，所述柵極層的材料中的晶粒尺寸小于3nm。
[0020]可選的，采用原子層沉積工藝形成材料為TiN的柵極層，采用的反應(yīng)氣體為TiCl4和NH3，反應(yīng)溫度為200°C?600°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為0.2托?2托。
[0021]可選的，還包括:在所述柵極層、緩沖層和柵介質(zhì)層的側(cè)壁表面形成側(cè)墻，在所述側(cè)墻兩側(cè)的未被覆蓋的襯底內(nèi)形成源極和漏極。
[0022]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種柵極結(jié)構(gòu)，包括:襯底；位于襯底表面的柵介質(zhì)層；位于所述柵介質(zhì)層表面的緩沖層，所述緩沖層的材料為無(wú)定形態(tài)；位于所述緩沖層表面的柵極層。
[0023]可選的，所述緩沖層的材料為硅。
[0024]可選的，所述緩沖層內(nèi)摻雜有碳或氮，所述碳或氮的濃度為lE19atom/cm3?lE22atom/cm3。
[0025]可選的，所述緩沖層的厚度為Inm?5nm
[0026]可選的，所述柵極層的材料中的晶粒尺寸小于3nm。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0028]本發(fā)明的技術(shù)方案在形成柵極結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，在柵介質(zhì)層表面形成緩沖層，所述緩沖層的材料為無(wú)定形態(tài)，所述緩沖層中的原子呈無(wú)序排列狀態(tài)。后續(xù)在所述緩沖層表面形成柵極層，由于所述柵極層的結(jié)構(gòu)受到其底部的緩沖層表面原子排列結(jié)構(gòu)的影響，所述柵極層底部靠近緩沖層的原子也呈現(xiàn)無(wú)定形態(tài)，而在柵極層靠近表面的遠(yuǎn)離所述緩沖層部分，由于原子趨向低能量的有序排列會(huì)存在部分晶粒與無(wú)定形態(tài)的混合結(jié)構(gòu)，但是由于受到下方無(wú)定形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，所述部分晶粒的尺寸也很小。所以后續(xù)形成的柵極層中，晶粒尺寸和數(shù)量較低，由所述晶粒尺寸和數(shù)量造成的功函數(shù)差異性降低，從而采用上述方法形成的晶體管的閾值電壓分布范圍也減小。
[0029]進(jìn)一步，所述緩沖層中摻雜有碳或氮等元素，由于所述碳、氮和硅原子的原子半徑不同，在形成緩沖層的過(guò)程中，形成S1-S1、S1-C、C-C、S1-N、N-C、N-N等不同的化學(xué)鍵，所述化學(xué)鍵的長(zhǎng)度均不相同，造成不同晶格之間會(huì)晶格失配，有效抑制所述緩沖層的結(jié)晶化，從而有利于形成所述無(wú)定形態(tài)的緩沖層。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1至圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例中柵極結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程的示意圖；
[0031]圖6至圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例中柵極結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有的晶體管的閾值電壓分布較廣，會(huì)影響集成電路的性能。
[0033]發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有晶體管的閾值電壓與晶體管的柵極功函數(shù)相關(guān)，由于晶體管的柵極在形成過(guò)程中的差異性，導(dǎo)致柵極的功函數(shù)發(fā)生變化，從而造成晶體管的閾值電壓分布在一定范圍內(nèi)。
[0034]發(fā)明人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，所述晶體管柵極的功函數(shù)與柵極材料中晶體顆粒大小有關(guān)。由于柵極材料中晶體顆粒具有不同的晶體取向，不同的晶體取向會(huì)導(dǎo)致柵極與柵介質(zhì)層接觸面上的極化電荷的分布不均勻，導(dǎo)致柵極材料功函數(shù)發(fā)生變化。尺寸或取向不同的晶粒，其功函數(shù)也不相同，從而使采用同一工藝形成的多個(gè)晶體管的閾值電壓會(huì)不相同，呈現(xiàn)一定的分布性。
[0035]發(fā)明人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，晶體管的柵極材料的晶體顆粒越大，不同晶粒的功函數(shù)之間差別越大，從而對(duì)整個(gè)柵極的功函數(shù)的影響越大。而降低柵極材料中晶粒的尺寸或數(shù)量則可以降低這種差異性，從而使柵極的功函數(shù)較為穩(wěn)定，可以降低晶體管閾值電壓的分布性。而由于現(xiàn)有技術(shù)形成晶體管的過(guò)程中，通常會(huì)有較高溫度的退火工藝，例如形成源極和漏極的退火過(guò)程，會(huì)使柵極材料發(fā)生結(jié)晶，形成較大的晶體顆粒。
[0036]本發(fā)明提供了一種柵極結(jié)構(gòu)及其形成方法，形成晶體顆粒尺寸較低的柵極，從而降低相同工藝形成的多個(gè)晶體管的閾值電壓的分布范圍。
[0037]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0038]第一實(shí)施例
[0039]請(qǐng)參考圖1，提供襯底100，在所述襯底100表面形成柵介質(zhì)材料層200。
[0040]所述襯底100的材料為硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本實(shí)施例中，所述襯底100的材料為硅。
[0041]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述襯底100內(nèi)還形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0042]所述柵介質(zhì)材料層200的材料為高K介質(zhì)材料，例如HfO2、La2O3、HfS1N或HfAlO2等。本實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)材料層200的材料為HfO2。所述柵介質(zhì)材料層200的厚度為10埃?50埃。
[0043]請(qǐng)參考圖2，在所述柵介質(zhì)材料層200表面形成緩沖材料層300。
[0044]所述緩沖材料層300的材料為無(wú)定形態(tài)材料。所述緩沖材料層300的形成工藝可以是化學(xué)氣相沉積、等離子體化學(xué)氣相沉積、液相外延或?yàn)R射沉積等工藝。所述緩沖材料層300的厚度為Inm?5nm,較佳的可以是2nm。
[0045]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述緩沖材料層300的材料為無(wú)定形硅。采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述無(wú)定形硅，其中采用的硅源氣體為Si2H6、Si3H8, Si4H8, Si5H10中的一種或幾種，反應(yīng)壓強(qiáng)為0.1托?0.5托，反應(yīng)溫度為300°C?600°C，較佳的為500°C。在較高溫度下沉積形成所述緩沖層，所述硅形成的晶粒尺寸交底不易形成晶體，從而可以形成質(zhì)量較佳的無(wú)定形硅層作為緩沖材料層300。
[0046]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在沉積形成所述無(wú)定形硅的過(guò)程中，添加含有碳或氮的氣體源，可以阻止硅在沉積過(guò)程發(fā)生結(jié)晶。由于碳、氮與硅原子的原子半徑不同，碳的原子半徑為77皮米，氮為70皮米，而硅的原子半徑為111皮米。在沉積過(guò)程中，在所述緩沖材料層300中會(huì)形成S1-S1、S1-C, C-C、S1-N, N-C、N-N等不同的化學(xué)鍵，所述三種化學(xué)鍵的長(zhǎng)度都不相同，從而在沉積形成所述緩沖材料層的過(guò)程中，造成不同晶格之間會(huì)晶格失配，從而降低所述緩沖材料層中晶粒的尺寸。所述晶粒的尺寸隨碳原子或氮原子的濃度增加而減小，當(dāng)碳原子或原子的達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)形成無(wú)定形態(tài)的緩沖材料層。
[0047]本實(shí)施例中，所述緩沖材料層300的材料為摻碳的無(wú)定形硅。具體的，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述緩沖材料層，其中采用的硅源氣體為Si3H8，采用的碳源氣體為C2H2，載氣為H2,反應(yīng)壓強(qiáng)為I托?500托，反應(yīng)溫度為300°C?600°C，例如350°C，其中Si3H8的流量為 50sccm ?100sccm, C2H2 的流量為 1sccm ?500sccm, H2 流量為 10sccm ?5000sccm。形成的緩沖材料層300的厚度為Inm?5nm，較佳的，所述緩沖材料層300的厚度為2nm。所述緩沖材料層300中碳原子的濃度為lE19atom/cm3?lE22atom/cm3,較佳的，所述碳原子的濃度為lE20atom/cm3。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述硅源氣體還可以是Si2H6、Si3H8、Si4H8、Si5H10中的一種或幾種，所述碳源氣體可以是C2H2、C2H4, C3H6中的一種或幾種。
[0048]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述緩沖材料層300的材料為摻氮的無(wú)定形硅。其中，氮的濃度為lE19atom/cm3?lE22atom/cm3,較佳的，所述碳原子的濃度為lE20atom/cm3?？梢圆捎没瘜W(xué)氣相沉積工藝形成所述摻氮的無(wú)定形硅，其中采用的硅源氣體可以是Si2H6、Si3H8, Si4H8, Si5H10中的一種或幾種，氮源氣體可以是N20、NO中的一種或兩種。
[0049]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述緩沖材料層300的材料可以是同時(shí)摻雜了碳和氮的無(wú)定形娃，其中，碳和氮的總濃度為lE19atom/cm3?lE22atom/cm3。
[0050]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以采用等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、液相外延工藝或?yàn)R射沉積工藝形成所述緩沖材料層300。
[0051]請(qǐng)參考圖3，在所述緩沖材料層300表面形成柵極材料層400。
[0052]所述柵極材料層300的材料為N1、T1、TiN、TaN或TaC，采用原子層沉積工藝(ALD)形成所述柵極材料層400。
[0053]本實(shí)施例中，所述柵極材料層400的材料為TiN。
[0054]具體的，采用原子層沉積工藝(ALD)形成所述柵極材料層300過(guò)程中，將前驅(qū)氣體為TiCl4和NH3,采用脈沖方式交替輸送進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)，采用He作為輔助氣體，反應(yīng)溫度為400°C?650°C，較佳的為550°C以上。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，含有Ti的金屬前驅(qū)氣體還可以是二乙氨基四鈦(TDEAT)或二甲氨基四鈦(TDMAT)。
[0055]在所述緩沖材料層300表面形成所述柵極材料層400時(shí)，由于所述緩沖材料層300為無(wú)定形態(tài)，原子排列為無(wú)序狀態(tài)，導(dǎo)致所述緩沖材料層300表面的原子排列無(wú)序。ALD工藝在所述緩沖材料層400表面以單原子層的形式一層一層向上生長(zhǎng)，并且將晶格結(jié)構(gòu)逐層向上傳遞，所以，所述柵極材料層400的結(jié)構(gòu)受到底層的緩沖材料層300的晶格排列的強(qiáng)烈影響。由于所述緩沖材料層300的表面原子排列無(wú)序，所以在所述緩沖材料層300表面形成的原子層的原子排列也呈無(wú)序狀態(tài)，隨著原子層的逐漸生長(zhǎng)，這種無(wú)序結(jié)構(gòu)逐漸向上傳遞。雖然，隨著柵極材料層400厚度的增加，遠(yuǎn)離所述緩沖材料層表面的柵極材料層中400中，原子會(huì)通過(guò)擴(kuò)散逐漸趨于低能量的有序排列方式形成一定尺寸的晶粒，但是所述柵極材料層400中還是存在大量的無(wú)定形態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述柵極材料層400為無(wú)定形態(tài)和晶粒共同存在的一個(gè)混合體，并且所述晶粒的尺寸較小。所述柵極材料層400中，所述柵極材料中的晶粒尺寸小于3nm。
[0056]并且在現(xiàn)有技術(shù)中，直接在所述柵介質(zhì)材料層表面形成柵極材料層，由于所述柵介質(zhì)材料層表面的原子排列較為有序，后續(xù)在沉積過(guò)程中，原子更趨向于有序排列，會(huì)首先在所述柵介質(zhì)材料層表面形成島狀的晶核，后續(xù)在所述晶核表面繼續(xù)生長(zhǎng)形成柵極材料層，所以形成的柵極材料層中晶粒的尺寸和數(shù)量會(huì)較大。而本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于所述緩沖材料層的表面原子排列無(wú)序，從而在所述緩沖材料層表面不會(huì)或僅形成少量的島狀晶核，從而使得后續(xù)形成的柵極材料層中晶粒的尺寸和數(shù)量會(huì)較小。
[0057]請(qǐng)參考圖4，刻蝕所述柵極材料層400、緩沖材料層300和柵介質(zhì)材料層200 (請(qǐng)參考圖3)，形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)，所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層201、緩沖層301和柵極層401。
[0058]具體的，形成所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)的方法為:在所述柵極材料層表面形成圖形化掩膜層，所述圖形化掩膜層覆蓋所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)的位置，以所述圖形化掩膜層為掩膜，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述柵極材料層400、緩沖材料層300和柵介質(zhì)材料層200(請(qǐng)參考圖3)，形成柵介質(zhì)層201、緩沖層301和柵極層401。
[0059]與現(xiàn)有技術(shù)相比，位于所述緩沖層301表面的柵極層401中，晶粒的數(shù)量和尺寸都相應(yīng)減小，從而采用上述工藝形成多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)中的柵極層的功函數(shù)差異較小，從而后續(xù)形成的晶體管的閾值電壓差異也較小，晶體管的閾值電壓分布范圍變小。
[0060]請(qǐng)參考圖5，在所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成側(cè)墻500，以所述側(cè)墻500和柵極堆疊結(jié)構(gòu)為掩膜對(duì)所述半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行源漏離子注入，并進(jìn)行退火處理激活注入離子，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成源極101和漏極102。
[0061]所述側(cè)墻500的材料為氮化硅。所述側(cè)墻500還可以是多層堆疊結(jié)構(gòu)，例如氧化娃和氮化娃的堆疊結(jié)構(gòu)。
[0062]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以先在所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻，以所述第一側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)作為掩膜，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進(jìn)行輕摻雜離子注入；然后，在所述第一側(cè)墻表面形成第二側(cè)墻，再在所述第一側(cè)墻、第二側(cè)墻兩側(cè)暴露出的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進(jìn)行重?fù)诫s離子注入，形成源區(qū)和漏區(qū)，所述輕摻雜離子注入工藝可以降低MOS晶體管的熱載流子注入效應(yīng)和短溝道效應(yīng)。
[0063]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以在所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成所述側(cè)墻之后，以所述側(cè)墻和柵極堆疊結(jié)構(gòu)為掩膜，對(duì)所述側(cè)墻兩側(cè)暴露出的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，形成溝槽，并在溝槽內(nèi)利用外延工藝填充滿鍺硅材料或碳化硅材料，形成源區(qū)和漏區(qū)。所述鍺硅材料或碳化硅材料在外延工藝中原位摻雜有P型或N型雜質(zhì)離子。在其他實(shí)施例中，也可以形成所述鍺硅材料或碳化硅材料后，利用離子注入工藝在所述鍺硅材料或碳化硅材料中摻雜有雜質(zhì)離子。利用所述鍺硅材料或碳化硅材料形成源區(qū)和漏區(qū)會(huì)對(duì)MOS晶體管溝道區(qū)的晶格產(chǎn)生應(yīng)力作用，有利于提高溝道區(qū)載流子的遷移速率，提高M(jìn)OS晶體管的電學(xué)性能。
[0064]現(xiàn)有技術(shù)中，在形成源極和漏極過(guò)程中進(jìn)一步退火會(huì)使得柵極材料中的晶粒尺寸進(jìn)一步提高；而本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于在所述柵極層401位于所述緩沖層301表面，而所述緩沖層301為無(wú)定形態(tài)，雖然在后續(xù)形成晶體管的源極和漏極的過(guò)程中，會(huì)進(jìn)行退火處理，但是由于所述緩沖層301的存在，所述緩沖層301中摻雜了碳或氮等元素，在高溫退火過(guò)程中不易結(jié)晶化，并且所述緩沖層301表面的柵極層401中存在無(wú)定形態(tài)和部分晶粒結(jié)構(gòu)，在退火過(guò)程中，晶粒的數(shù)量可能增加，但是晶粒尺寸不會(huì)明顯增大，仍然能夠保持在小于3nm的范圍內(nèi)。
[0065]由于所述柵極層401的材料晶粒尺寸較小，所述晶粒尺寸小于3nm，所以，所述柵極層401的晶粒尺寸對(duì)柵極層401的功函數(shù)影響較小，進(jìn)而可以使形成的晶體管的閾值電壓分布范圍較小。
[0066]第二實(shí)施例
[0067]本實(shí)施例中，也可以采用后柵工藝形成所述晶體管，具體形成方法請(qǐng)參考圖6?圖9。
[0068]請(qǐng)參考圖6，在所述半導(dǎo)體襯底500表面形成偽柵結(jié)構(gòu)503及所述偽柵結(jié)構(gòu)503側(cè)壁表面的側(cè)墻504 ;以所述側(cè)墻504和偽柵結(jié)構(gòu)503為掩膜，在所述偽柵結(jié)構(gòu)503兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)進(jìn)行源漏離子注入并退火，形成源極501和漏極502 ;在所述半導(dǎo)體襯底表面形成介質(zhì)層600，所述介質(zhì)層的表面與偽柵結(jié)構(gòu)503的表面齊平。
[0069]所述偽柵結(jié)構(gòu)503的材料為多晶硅層。
[0070]所述偽柵結(jié)構(gòu)503可以包括位于所述半導(dǎo)體襯底表面的偽柵介質(zhì)層和所述偽柵介質(zhì)層表面的多晶硅層，所述偽柵介質(zhì)層的材料可以是二氧化硅層，后續(xù)去除所述偽柵結(jié)構(gòu)503的同時(shí)去除所述偽柵介質(zhì)層和多晶硅層。
[0071]所述偽柵結(jié)構(gòu)503可以包括位于半導(dǎo)體襯底500表面的柵介質(zhì)層和所述柵介質(zhì)層表面的多晶硅層，后續(xù)保留所述柵介質(zhì)層。
[0072]請(qǐng)參考圖7，去除所述偽柵結(jié)構(gòu)503 (請(qǐng)參考圖6)。
[0073]采用濕法或干法刻蝕工藝去除所述偽柵結(jié)構(gòu)503，形成開口 601。后續(xù)在所述開口601內(nèi)形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
[0074]請(qǐng)參考圖8，在所述介質(zhì)層600表面和開口 601 (請(qǐng)參考圖7)表面依次形成所述柵介質(zhì)材料層602、緩沖材料層603和柵極材料層604。
[0075]請(qǐng)參考圖9，以所述介質(zhì)層600為研磨停止層進(jìn)形化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述介質(zhì)層上方的部分柵介質(zhì)材料層602、緩沖材料層603和柵極材料層604，形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)，所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括:柵介質(zhì)層602a、緩沖層603a和柵極層604a。
[0076]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以采用刻蝕工藝，去除所述介質(zhì)層上方的部分柵介質(zhì)材料層602、緩沖材料層603和柵極材料層604，形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
[0077]在該實(shí)施例中，采用后柵工藝，在形成所述柵極堆疊結(jié)構(gòu)之前就形成了晶體管的源極和漏極，并對(duì)所述源極漏極進(jìn)行了退火處理，所以后續(xù)形成柵堆疊結(jié)構(gòu)時(shí)，不需要進(jìn)行高溫退火處理，避免退火造成柵極層中材料的結(jié)晶化，從而可以進(jìn)一步降低柵極層中晶粒的數(shù)量和尺寸，進(jìn)一步降低所述晶體管的閾值電壓的分布范圍。
[0078]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以采用上述方法，形成鰭式晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。
[0079]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底； 在所述襯底表面形成依次形成柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層表面的緩沖層和位于緩沖層表面的柵極層，所述緩沖層的材料為無(wú)定形態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述緩沖層的材料為無(wú)定形娃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述緩沖層，其中采用的反應(yīng)氣體包括:Si2H6、Si3H8, Si4H8, Si5H10中的一種或幾種，反應(yīng)溫度為300°C?600°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述緩沖層內(nèi)摻雜有碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述碳的濃度為lE19atom/cm3 ?lE22atom/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述緩沖層，所述化學(xué)氣相沉積工藝中，采用的硅源氣體包括:Si2H6、Si3H8, Si4H8,Si5H10中的一種或幾種，采用的碳源氣體包括切2、C2H4, C3H6中的一種或幾種，反應(yīng)溫度為300。。?600。。。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述緩沖層內(nèi)摻雜有氮。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述氮的濃度為lE19atom/cm3 ?lE22atom/cm3。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述緩沖層，所述化學(xué)氣相沉積工藝中，采用的硅源氣體包括:Si2H6、Si3H8, Si4H8,Si5H10中的一種或幾種，采用的氮源氣體包括隊(duì)0、NO中的一種或幾種，反應(yīng)溫度為300°C?600。。。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述緩沖層的厚度為Inm ?5nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工藝、等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、液相外延工藝或?yàn)R射沉積工藝形成所述緩沖層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述柵極層的材料為N1、T1、TiN、TaN*TaC。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述柵極層的材料中的晶粒尺寸小于3nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，采用原子層沉積工藝形成材料為TiN的柵極層，反應(yīng)氣體為TiCl4和NH3,反應(yīng)溫度為200°C?600°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為0.2托?2托。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括:在所述柵極層、緩沖層和柵介質(zhì)層的側(cè)壁表面形成側(cè)墻，在所述側(cè)墻兩側(cè)的未被覆蓋的襯底內(nèi)形成源極和漏極。
16.一種柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包括: 襯底； 位于襯底表面的柵介質(zhì)層； 位于所述柵介質(zhì)層表面的緩沖層，所述緩沖層的材料為無(wú)定形態(tài)； 位于所述緩沖層表面的柵極層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述緩沖層的材料為硅。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述緩沖層內(nèi)摻雜有碳或氮，所述碳或氮的濃度為 lE19atom/cm3 ?lE22atom/cm3。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述緩沖層的厚度為Inm?5nm。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柵極層的材料中的晶粒尺寸小于3nm。
【文檔編號(hào)】H01L21/285GK104183475SQ201310190298
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】三重野文健 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司