本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造領(lǐng)域，特別涉及一種cmos器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路的集成度不斷提高，器件的尺寸不斷減小，傳統(tǒng)的平面的cmos(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件很難繼續(xù)減小關(guān)鍵尺寸，立體器件，如finfet(鰭式場效應(yīng)晶體管)器件。

在進(jìn)入納米節(jié)點(diǎn)之后，cmos器件的閾值電壓的調(diào)節(jié)一直是器件制造中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，目前，主要通過離子注入、柵寬(gatelength)、柵介質(zhì)層厚度以及功函數(shù)層來調(diào)節(jié)器件的閾值電壓，而隨著器件尺寸的進(jìn)一步減小，尤其是進(jìn)入10nm節(jié)點(diǎn)以下時(shí)，需要對多個(gè)閾值電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且由于尺寸減小帶來的空間限制及寄生效應(yīng)的影響，對閾值的調(diào)節(jié)提出了更高的要求，這些傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能很好地實(shí)現(xiàn)多閾值的調(diào)控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種cmos器件及其制造方法，實(shí)現(xiàn)閾值電壓的調(diào)節(jié)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明有如下技術(shù)方案：

一種cmos器件的制造方法，包括：

提供襯底，所述襯底上具有溝道區(qū)域以及溝道區(qū)域上的柵介質(zhì)層；

采用原子層沉積的方法沉積阻擋層，在用于形成阻擋層的前驅(qū)體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，以進(jìn)行阻擋層的原位摻雜；

在阻擋層上形成功函數(shù)層。

可選地，所述溝道區(qū)域?yàn)轹捇蚣{米線。

可選地，所述在阻擋層上形成功函數(shù)層包括：

采用原子層沉積的方法沉積功函數(shù)層，在用于形成阻擋層的前驅(qū)體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，以進(jìn)行功函數(shù)層的原位摻雜。

可選地，所述有機(jī)化合物氣體包括所述元素的氣態(tài)的氫化物、氯化物或所述元素的長鏈聚合物。

可選地，所述有機(jī)化合物氣體包括：sih4、bh3、nh3、ph3、ch4、geh4、h2s、sicl4、gecl4、bcl3、pcl3、硅氧烷、有機(jī)硅高分子、有機(jī)鍺高分子、有機(jī)硼高分子、有機(jī)磷高分子或有機(jī)硫高分子。

一種cmos器件的制造方法，包括：

提供襯底，所述襯底上具有溝道區(qū)域以及溝道區(qū)域上的柵介質(zhì)層；

在所述柵介質(zhì)層上形成阻擋層；

采用原子層沉積的方法沉積功函數(shù)層，在用于形成阻擋層的前驅(qū)體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，以進(jìn)行功函數(shù)層的原位摻雜。

可選地，所述溝道區(qū)域?yàn)轹捇蚣{米線。

可選地，所述有機(jī)化合物氣體包括所述元素的氣態(tài)的氫化物、氯化物或所述元素的長鏈聚合物。

可選地，所述有機(jī)化合物氣體包括：sih4、bh3、nh3、ph3、ch4、geh4、h2s、sicl4、gecl4、bcl3、pcl3、硅氧烷、有機(jī)硅高分子、有機(jī)鍺高分子、有機(jī)硼高分子、有機(jī)磷高分子或有機(jī)硫高分子。

一種cmos器件，包括：

襯底，所述襯底上具有溝道區(qū)域以及溝道區(qū)域上的柵介質(zhì)層；

柵介質(zhì)層上的阻擋層；

阻擋層上的功函數(shù)層；

其中，所述阻擋層和/或所述功函數(shù)層的化合物中包含si、b、n、p、c或ge元素。

可選地，所述溝道區(qū)域?yàn)轹捇蚣{米線。

本發(fā)明實(shí)施例提供的cmos器件及其制造方法，在金屬柵工藝中，形成阻擋層和/或功函數(shù)層的同時(shí)，在原子層沉積的前驅(qū)體中加入包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，這樣，在原子層沉積的同時(shí)對阻擋層和/或功函數(shù)層進(jìn)行了原位摻雜，實(shí)現(xiàn)閾值電壓的調(diào)節(jié)。該方法調(diào)節(jié)閾值的控制精度高，且工藝簡單易行，更適用于小尺寸器件中的多閾值的調(diào)控。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一的cmos器件的制造方法的流程示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的coms器件的制造方法中鰭的溝道區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的coms器件的制造方法中納米線的溝道區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4-圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例一的cmos器件的制造方法的制造過程中的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二的cmos器件的制造方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種cmos器件的制造方法，在形成金屬柵的過程中，在形成阻擋層和/或功函數(shù)層時(shí)，采用原子層沉積的方法，在原子層沉積的前驅(qū)體中，增加了包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，以實(shí)現(xiàn)阻擋層和/或功函數(shù)層的原位摻雜。

該方法尤其適用于小尺寸cmos器件的功函數(shù)調(diào)節(jié)，例如10nm以下的cmos器件，cmos器件的結(jié)構(gòu)可以為鰭式場效應(yīng)晶體管或納米線晶體管等，該方法可以應(yīng)用于前柵工藝或后柵工藝中。

在該方法中，在原子層沉積的同時(shí)對阻擋層和/或功函數(shù)層進(jìn)行了原位摻雜，實(shí)現(xiàn)閾值電壓的調(diào)節(jié)。該方法調(diào)節(jié)閾值的控制精度高，且工藝簡單易行，更適用于小尺寸器件中的多閾值的調(diào)控。

為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)效果，以下將結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

參考圖1所示，在步驟s101，提供襯底，所述襯底上具有溝道區(qū)域以及溝道區(qū)域上的柵介質(zhì)層，參考圖2和圖3所示。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述襯底為半導(dǎo)體襯底，可以為si襯底、ge襯底、sige襯底、soi(絕緣體上硅，silicononinsulator)或goi(絕緣體上鍺，germaniumoninsulator)等。在其他實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底還可以為包括其他元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體的襯底，例如gaas、inp或sic等，還可以為疊層結(jié)構(gòu)，例如si/sige等，還可以其他外延結(jié)構(gòu)，例如sgoi(絕緣體上鍺硅)等。

該襯底上已經(jīng)具有溝道區(qū)域以及柵介質(zhì)層，溝道區(qū)域?yàn)橛糜谛纬蓶艠O結(jié)構(gòu)的區(qū)域，在本發(fā)明實(shí)施例中，參考圖2所示，溝道區(qū)域可以為鰭110，參考圖3所示，溝道區(qū)域還可以為納米線210，溝道區(qū)域還可以是其他任何的結(jié)構(gòu)，可以采用合適的方法提供該溝道區(qū)域，本發(fā)明對溝道區(qū)域的結(jié)構(gòu)和形成方法不作限定。

可以根據(jù)后續(xù)形成的柵極結(jié)構(gòu)，來確定柵介質(zhì)層的材料，在本發(fā)明實(shí)施例中，后續(xù)形成的柵極為金屬柵極，柵介質(zhì)層可以采用高k介質(zhì)材料(例如，和氧化硅相比，具有高介電常數(shù)的材料)，高k介質(zhì)材料例如鉿基氧化物，hfo2、hfsio、hfsion、hftao、hftio等，此處僅為示例，本發(fā)明不限于此。柵介質(zhì)層與溝道區(qū)域之間還可以形成有界面層，界面層用于改善界面特性，界面層可以為氧化硅或氮氧化硅等。

在一些實(shí)施例中，可以是應(yīng)用于前柵工藝中，參考圖2所示，首先，通過刻蝕襯底100形成鰭110的溝道區(qū)域，而后，淀積形成柵介質(zhì)層112，之后，繼續(xù)進(jìn)行金屬柵極的形成；在另一些工藝中，可以是應(yīng)用于后柵工藝中，首先，參考圖2所示，刻蝕襯底100形成鰭110的溝道區(qū)域，而后，形成柵介質(zhì)層、偽柵極和源漏區(qū)(圖未示出)，在去除偽柵極之后，繼續(xù)進(jìn)行金屬柵極的形成。在另一些實(shí)施例中，還可以通過合適的方法形成納米線的溝道區(qū)域，在一個(gè)具體的示例中，參考圖3所示，可以通過刻蝕襯底200形成納米線210，納米線210的兩端被支撐結(jié)構(gòu)220支撐，其他區(qū)域被暴露出來，以用于形成全包圍的柵極結(jié)構(gòu)。以上形成溝道區(qū)域的方法僅為示例，本發(fā)明對此并不做限定。

在步驟s102，采用原子層沉積的方法沉積阻擋層114，在用于形成阻擋層的前驅(qū)體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，以進(jìn)行阻擋層的原位摻雜，參考圖4所示。

金屬柵極包括阻擋層、功函數(shù)層和金屬層，阻擋層用于防止金屬向柵介質(zhì)層以及溝道區(qū)域的擴(kuò)散，功函數(shù)層用于器件功函數(shù)的調(diào)節(jié)。通常地，阻擋層的材料主要包括：tin、tan、tinx、tanx、tinsi等。對于nmos器件，功函數(shù)層的材料主要包括：al、tial、tialx、tialcx、ticx、tacx等。對于pmos器件，功函數(shù)層的材料主要包括：tin、tan、tinx、tanx、tinsi等。

在本實(shí)施例中，采用原子層沉積(ald，atomiclayerdeposition)形成阻擋層，在用于形成阻擋層的前驅(qū)體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，也就是說，在原有的用于生成阻擋層的原子層沉積的前驅(qū)體中，還額外加入了包含這些元素中的某種元素的有機(jī)化合物氣體，該有機(jī)物化合物氣體也作為前驅(qū)體，這樣，在沉積的同時(shí)，相當(dāng)于原位摻雜了si、b、n、p、c或ge元素到阻擋層中，從而實(shí)現(xiàn)閾值電壓的調(diào)節(jié)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，有機(jī)化合物氣體可以為包括上述元素之一的短鏈化合物氣體或長鏈聚合物氣體，短鏈化合物氣體例如為氫化物、氯化物、氧化物等，長鏈聚合物氣體例如為有機(jī)化合物氣體，具體的，有機(jī)化合物氣體可以為sih4(硅烷)、bh3(硼烷)、nh3(氨氣)、ph3(磷化氫)、ch4(甲烷)、geh4(鍺烷)、h2s(硫化氫)、sicl4、gecl4、bcl3、pcl3、硅氧烷、有機(jī)硅高分子、有機(jī)鍺高分子、有機(jī)硼高分子、有機(jī)磷高分子、有機(jī)硫高分子等。這些氣體也作為前驅(qū)體進(jìn)行阻擋層的沉積，這樣，si、b、n、p、c或ge這些元素也會(huì)結(jié)合到阻擋層的化合物中，生成包含有si、b、n、p、c或ge元素的阻擋層。為了便于理解，以一個(gè)具體的示例進(jìn)行說明，在該示例中，要沉積tin的阻擋層，在生成tin的阻擋層的前驅(qū)體中額外加入sih4的有機(jī)化合物氣體，作為原位摻雜的前驅(qū)體，這樣，由于原子沉積的表面吸附及反應(yīng)，si原子也被結(jié)合到阻擋層的化合物中，生成tinsi的阻擋層，相當(dāng)于在tin的阻擋層中摻雜了si原子，起到了閾值調(diào)節(jié)的作用。

在步驟s103，在阻擋層114上形成功函數(shù)層116，參考圖5所示。

根據(jù)具體的需要，采用合適的方法在阻擋層上形成功函數(shù)層。可以采用原子層沉積或化學(xué)氣相沉積或其他合適的方法來形成該功函數(shù)層。

優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，采用原子層沉積的方法沉積功函數(shù)層，在用于形成阻擋層的前驅(qū)體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，以進(jìn)行功函數(shù)層的原位摻雜。

采用原子層沉積(ald，atomiclayerdeposition)形成功函數(shù)層，在用于形成功函數(shù)層的前驅(qū)體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，也就是說，在原有的用于生成功函數(shù)層的原子層沉積的前驅(qū)體中，還額外加入了包含這些元素中的某種元素的有機(jī)化合物氣體，該有機(jī)物化合物氣體也作為前驅(qū)體，這樣，在沉積的同時(shí)，相當(dāng)于原位摻雜了si、b、n、p、c或ge元素到阻擋層中，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)閾值電壓的調(diào)節(jié)。

在一個(gè)具體的示例中，nmos器件的功函數(shù)層采用tialc，在生成tialc的功函數(shù)層的前驅(qū)體中額外加入sih4的有機(jī)化合物氣體，作為原位摻雜的前驅(qū)體，這樣，si原子也被結(jié)合到阻擋層的化合物中，生成tialcsi的功函數(shù)層，相當(dāng)于在tialc的功函數(shù)層中摻雜了si原子，起到了閾值調(diào)節(jié)的作用。在另一個(gè)具體的示例中，pnos器件的功函數(shù)層采用tin，可以在生成tin的功函數(shù)層的前驅(qū)體中額外加入sih4的有機(jī)化合物氣體，作為原位摻雜的前驅(qū)體。

在10nm以下的器件中，對于nmos和pmos器件，典型地會(huì)有四種核心器件，也就是有四種閾值電壓需要調(diào)節(jié)，這四種閾值電壓分別為hvt、rvt、lvt、slvt，若要實(shí)現(xiàn)分別的調(diào)控會(huì)增加額外的工藝步驟且難以實(shí)現(xiàn)，而在形成阻擋層的同時(shí)就進(jìn)行了閾值電壓的調(diào)控，或者進(jìn)一步在形成功函數(shù)層的同時(shí)進(jìn)一步進(jìn)行閾值電壓的調(diào)控，無需額外工藝步驟，工藝簡單易行。

這樣，就形成了金屬柵極中的阻擋層和功函數(shù)層，之后，可以繼續(xù)進(jìn)行器件的加工，形成器件的其他部件，例如進(jìn)一步形成金屬柵極的金屬層，以及其他互聯(lián)結(jié)構(gòu)等。

實(shí)施例二

與實(shí)施例一不同的是，在本實(shí)施例中，在形成功函數(shù)層時(shí)，采用原子層沉積的方法，并進(jìn)行原位摻雜。以下將重點(diǎn)描述與實(shí)施例一種不同的部分，相同部分將不再贅述。

參考圖6所示，在步驟s201，提供襯底，所述襯底上具有溝道區(qū)域以及溝道區(qū)域上的柵介質(zhì)層，參考圖2和圖3所示。

同實(shí)施例一的步驟s101。

在步驟s202，在所述柵介質(zhì)層112上形成阻擋層114，參考圖4所示。

可以采用合適的方法形成該阻擋層，例如可以采用原子層沉積或化學(xué)氣相沉積等方法，所述阻擋層的材料可以包括：tin、tan、tinx、tanx、tinsi等。

在步驟s203，采用原子層沉積的方法沉積功函數(shù)層116，在用于形成功函數(shù)層的前驅(qū)體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，以進(jìn)行功函數(shù)層的原位摻雜，參考圖5所示。

在該實(shí)施例中，采用原子層沉積(ald，atomiclayerdeposition)形成功函數(shù)層，在用于形成功函數(shù)層的前驅(qū)體中增加包含si、b、n、p、c或ge元素的有機(jī)化合物氣體，也就是說，在原有的用于生成功函數(shù)層的原子層沉積的前驅(qū)體中，還額外加入了包含這些元素中的某種元素的有機(jī)化合物氣體，該有機(jī)物化合物氣體也作為前驅(qū)體，這樣，在沉積的同時(shí)，相當(dāng)于原位摻雜了si、b、n、p、c或ge元素到阻擋層中，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)閾值電壓的調(diào)節(jié)。

同實(shí)施例一種的有機(jī)化合物氣體，有機(jī)化合物氣體可以為包括上述元素之一的短鏈化合物氣體或長鏈聚合物氣體，短鏈化合物氣體例如為氫化物、氯化物、氧化物等，長鏈聚合物氣體例如為有機(jī)化合物氣體，具體的，有機(jī)化合物氣體可以為sih4(硅烷)、bh3(硼烷)、nh3(氨氣)、ph3(磷化氫)、ch4(甲烷)、geh4(鍺烷)、h2s(硫化氫)、sicl4、gecl4、bcl3、pcl3、硅氧烷、有機(jī)硅高分子、有機(jī)鍺高分子、有機(jī)硼高分子、有機(jī)磷高分子、有機(jī)硫高分子等。這些氣體也作為前驅(qū)體進(jìn)行阻擋層的沉積，這樣，si、b、n、p、c或ge這些元素也會(huì)結(jié)合到阻擋層的化合物中，生成包含有si、b、n、p、c或ge元素的阻擋層。

在該實(shí)施例中，在形成功函數(shù)層的同時(shí)，通過原位摻雜進(jìn)行了閾值電壓的調(diào)控，無需額外工藝步驟，工藝簡單易行。

這樣，就形成了金屬柵極中的阻擋層和功函數(shù)層，之后，可以繼續(xù)進(jìn)行器件的加工，形成器件的其他部件，例如進(jìn)一步形成金屬柵極的金屬層，以及其他互聯(lián)結(jié)構(gòu)等。

此外，本發(fā)明還提供了由上述方法形成的cmos器件，參考圖5所示，包括：

襯底100，所述襯底100上具有溝道區(qū)域110以及溝道區(qū)域110上的柵介質(zhì)層112；

柵介質(zhì)層112上的阻擋層114；

阻擋層114上的功函數(shù)層116；

其中，所述阻擋層114和/或所述功函數(shù)層116的化合物中包含si、b、n、p、c或ge元素。

其中，參考圖2或3所示，所述溝道區(qū)域?yàn)轹?10或納米線210。

其中，阻擋層可以為tin、tan、tinx、tanx、tinsi等，這些化合物中還可以包含有si、b、n、p、c或ge元素。

對于nmos器件，功函數(shù)層可以為al、tial、tialx、tialcx、ticx、tacx等，這些化合物中還可以包含有si、b、n、p、c或ge元素。

對于pmos器件，功函數(shù)層可以為tin、tan、tinx、tanx、tinsi等，這些化合物中還可以包含有si、b、n、p、c或ge元素。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何的簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。