本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種NMOS晶體管及其制作方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體制造，尤其超大規(guī)模集成電路中，其主要器件是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS晶體管)。自從MOS晶體管問世以來，其幾何尺寸按照摩爾定律不斷減小，然而器件的物理極限會(huì)導(dǎo)致器件按比例縮小變得越來越困難。其中，在MOS晶體管制造領(lǐng)域，最具挑戰(zhàn)的是傳統(tǒng)的MOS工藝在器件按比例縮小過程中由于多晶硅、二氧化硅柵介質(zhì)層的厚度減小所帶來的柵極向襯底的漏電流問題。

為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中通過高K(介電常數(shù))柵介質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)材料，并使用金屬作為匹配的柵極。

對(duì)于NMOS晶體管，為控制門限電壓，現(xiàn)有技術(shù)中采用了功函數(shù)層來調(diào)節(jié)金屬柵極的功函數(shù)，使其處于預(yù)期的門限電壓范圍，例如4.0eV～4.3eV內(nèi)。

鈦基化合物的功函數(shù)層以及鎢的金屬柵極是一種常用的搭配。然而，實(shí)際使用表明，上述搭配調(diào)節(jié)的功函數(shù)經(jīng)常出現(xiàn)向變大方向漂移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是如何避免NMOS晶體管中，鈦基化合物的功函數(shù)層以及鎢的金屬柵極調(diào)節(jié)的功函數(shù)出現(xiàn)向變大方向漂移。

為解決上述問題，本發(fā)明的一方面提供一種NMOS晶體管，包括：

半導(dǎo)體襯底、位于所述半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)以及位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源漏區(qū)；其中，所述柵極結(jié)構(gòu)至少包括：

高K柵介質(zhì)層、位于所述高K柵介質(zhì)層上的功函數(shù)層、位于功函數(shù)層上的金屬柵擴(kuò)散阻擋層以及位于所述金屬柵擴(kuò)散阻擋層上的金屬柵極；所述功 函數(shù)層材質(zhì)為鈦基化合物，所述金屬柵極材質(zhì)為鎢；

此外，所述功函數(shù)層與所述金屬柵擴(kuò)散阻擋層之間具有硼離子擴(kuò)散阻擋層。

可選地，所述硼離子擴(kuò)散阻擋層材質(zhì)為鉭基化合物、鈦基化合物功函數(shù)層的氧化物、鈦基化合物功函數(shù)層的氮化物中的至少一種。

可選地，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括位于所述高K柵介質(zhì)層與功函數(shù)層之間的帽層與功函數(shù)層刻蝕停止層，其中，所述帽層位于高K柵介質(zhì)層的表面。

可選地，所述帽層的材質(zhì)為L(zhǎng)a₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、MoO、Pt、Ru、TaCNO、Ir、TaC、MoN、WN、Ti_xN_1-x中的至少一種，厚度范圍為

可選地，所述功函數(shù)層刻蝕停止層的材質(zhì)為TaN、Ta、TaAl中的至少一種，厚度范圍為

可選地，所述功函數(shù)層的材質(zhì)為Ti、Al、Ti_xAl_1-x、TiC、TiAlC的至少一種，厚度范圍為

可選地，所述硼離子擴(kuò)散阻擋層的材質(zhì)為TaN、TaC、TaAl的至少一種，厚度范圍為

可選地，所述高K柵介質(zhì)層的材質(zhì)為L(zhǎng)a₂O₃、BaZrO₃、HfZrO、HfZrON、HfLaO、HfSiO、HfSiON、LaSiO、AlSiO、HfTaO、HfTiO、BaO、TiO、Ti₂O₃、TiO₂、SrO、Al₂O₃、Si₃N₄中的至少一種，厚度范圍為

可選地，所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)具有側(cè)墻。

可選地，所述側(cè)墻的材質(zhì)為氮化硅、氮氧化硅、硼氮氧化硅、碳氮氧化硅或二氧化硅，厚度范圍為

可選地，所述NMOS晶體管為平面型晶體管或鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

本發(fā)明的另一方面提供了三種NMOS晶體管的制作方法，第一種制作方法包括：

提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上表面自下而上形成一氧化硅層以及多晶硅層；

干法刻蝕所述氧化硅層以及多晶硅層以形成偽柵極氧化層以及偽柵極；

在所述偽柵極氧化層以及偽柵極側(cè)壁形成側(cè)墻，以所述側(cè)墻為掩膜對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入以形成源漏區(qū)；

在所述偽柵極、側(cè)墻以及已形成源漏區(qū)的半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層，并化學(xué)機(jī)械研磨所述介質(zhì)層至所述偽柵極的頂部暴露出；

去除所述偽柵極以及偽柵極氧化層以形成凹槽，在所述凹槽內(nèi)以及凹槽外的介質(zhì)層上表面至少依次沉積高K氧化層、功函數(shù)層、硼離子擴(kuò)散阻擋層、金屬柵擴(kuò)散阻擋層以及金屬并研磨去除凹槽外多余的材質(zhì)，所述凹槽內(nèi)的高K氧化層與金屬分別形成高K柵介質(zhì)層、金屬柵極；其中，所述功函數(shù)層材質(zhì)為鈦基化合物，通過攜帶Al、C的氣體與TiCl化合物反應(yīng)生成，所述金屬柵極材質(zhì)為鎢，先通過WF₆與SiH₄反應(yīng)成核，后經(jīng)B₂H₆處理生成。

可選地，所述硼離子擴(kuò)散阻擋層的形成方法為：沉積鉭基化合物、對(duì)所述鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氧化處理以形成氧化物、或?qū)λ鲡伝衔锕瘮?shù)層進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理以形成氮化物。

可選地，對(duì)所述鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氧化處理以形成氧化物的工藝條件為：溫度范圍300℃～500℃，O₂與N₂的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr；

對(duì)所述鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理以形成氮化物的工藝條件為：溫度范圍300℃～500℃，等離子源功率小于500W，N₂與NH₃的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr。

第二種制作方法包括：

提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上表面自下而上形成一高K氧化層以及多晶硅層；

干法刻蝕所述高K氧化層以及多晶硅層以形成高K柵介質(zhì)層以及偽柵極；

在所述高K柵介質(zhì)層以及偽柵極側(cè)壁形成側(cè)墻，以所述側(cè)墻為掩膜對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入以形成源漏區(qū)；

在所述偽柵極、側(cè)墻以及已形成源漏區(qū)的半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層，并化學(xué)機(jī)械研磨所述介質(zhì)層至所述偽柵極的頂部暴露出；

去除所述偽柵極以形成凹槽，在所述凹槽內(nèi)以及凹槽外的介質(zhì)層上表面至少依次沉積功函數(shù)層、硼離子擴(kuò)散阻擋層、金屬柵擴(kuò)散阻擋層以及金屬并研磨去除凹槽外多余的材質(zhì)，所述凹槽內(nèi)的金屬形成金屬柵極；其中，所述功函數(shù)層材質(zhì)為鈦基化合物，通過攜帶Al、C的氣體與TiCl化合物反應(yīng)生成，所述金屬柵極材質(zhì)為鎢，先通過WF₆與SiH₄反應(yīng)成核，后經(jīng)B₂H₆處理生成。

可選地，所述硼離子擴(kuò)散阻擋層的形成方法為：沉積鉭基化合物、對(duì)所述鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氧化處理以形成氧化物、或?qū)λ鲡伝衔锕瘮?shù)層進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理以形成氮化物。

可選地，對(duì)所述鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氧化處理以形成氧化物的工藝條件為：溫度范圍300℃～500℃，O₂與N₂的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr；

對(duì)所述鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理以形成氮化物的工藝條件為：溫度范圍300℃～500℃，等離子源功率小于500W，N₂與NH₃的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr。

第三種制作方法包括：

提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上表面形成一介質(zhì)層；

干法刻蝕所述介質(zhì)層以形成一凹槽，所述凹槽的底部暴露出所述半導(dǎo)體襯底；

在所述凹槽內(nèi)以及凹槽外的介質(zhì)層上至少依次沉積高K氧化層、功函數(shù)層、硼離子擴(kuò)散阻擋層、金屬柵擴(kuò)散阻擋層以及金屬并研磨去除凹槽外多余的材質(zhì)，所述凹槽內(nèi)的高K氧化層與金屬分別形成高K柵介質(zhì)層、金屬柵極；其中，所述功函數(shù)層材質(zhì)為鈦基化合物，通過攜帶Al、C的氣體與TiCl化合物反應(yīng)生成，所述金屬柵極材質(zhì)為鎢，先通過WF₆與SiH₄反應(yīng)成核，后經(jīng)B₂H₆處理生成；

去除介質(zhì)層，并在所述高K柵介質(zhì)層以及金屬柵極側(cè)壁形成側(cè)墻，以所 述側(cè)墻為掩膜對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入以形成源漏區(qū)。

可選地，所述硼離子擴(kuò)散阻擋層的形成方法為：沉積鉭基化合物、對(duì)所述鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氧化處理以形成氧化物、或?qū)λ鲡伝衔锕瘮?shù)層進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理以形成氮化物。

可選地，對(duì)所述鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氧化處理以形成氧化物的工藝條件為：溫度范圍300℃～500℃，O₂與N₂的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr；

對(duì)所述鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理以形成氮化物的工藝條件為：溫度范圍300℃～500℃，等離子源功率小于500W，N₂與NH₃的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr。

經(jīng)過分析，功函數(shù)偏大的原因是：鈦基化合物功函數(shù)層通過攜帶Al、C的氣體與TiCl化合物反應(yīng)生成，鎢金屬柵極通過WF₆與SiH₄反應(yīng)成核，后經(jīng)B₂H₆處理生成，前一反應(yīng)中的副產(chǎn)物含Cl，Cl副產(chǎn)物會(huì)吸附后一反應(yīng)引入的B，當(dāng)B進(jìn)入鈦基化合物功函數(shù)層后，引起了功函數(shù)層的功函數(shù)變大。基于上述分析，本發(fā)明在功函數(shù)層與金屬柵極之間形成一硼離子擴(kuò)散阻擋層。

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)：1)引入硼離子擴(kuò)散阻擋層，切斷了鈦基化合物功函數(shù)層中含Cl副產(chǎn)物對(duì)鎢金屬柵極形成引入的B的吸附，因而避免了由B引入導(dǎo)致的鈦基化合物功函數(shù)層的功函數(shù)向變大方向漂移。

2)可選方案中，上述硼離子擴(kuò)散阻擋層有三種形成方式，a)在鈦基化合物功函數(shù)層上沉積鉭基化合物，例如TaN、TaC、TaAl；b)對(duì)鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氧化處理以形成氧化物，工藝條件例如為：溫度范圍300℃～500℃，O₂與N₂的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr；c)對(duì)鈦基化合物功函數(shù)層進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理以形成氮化物，工藝條件例如為：溫度范圍300℃～500℃，等離子源功率小于500W，N₂與NH₃的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr。

3)可選方案中，功函數(shù)層與金屬柵極之間形成一硼離子擴(kuò)散阻擋層可以用于平面型NMOS晶體管或N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中的NMOS晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例中的NMOS晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中沿A-A直線的剖視圖；

圖4與圖5是一實(shí)施例中，圖1中的NMOS晶體管在不同制作階段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6與圖7是另一實(shí)施例中的NMOS晶體管在不同制作階段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8至圖9是再一實(shí)施例中，圖1中的NMOS晶體管在不同制作階段的結(jié)構(gòu)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)的說明。

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中的NMOS晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。參照?qǐng)D1所示，該NMOS晶體管包括：

半導(dǎo)體襯底1、位于半導(dǎo)體襯底1表面的柵極結(jié)構(gòu)2以及位于柵極結(jié)構(gòu)2兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底1內(nèi)的源漏區(qū)3；其中，柵極結(jié)構(gòu)2至少包括：

高K柵介質(zhì)層21、位于高K柵介質(zhì)層上的功函數(shù)層24、位于功函數(shù)層24上的硼離子擴(kuò)散阻擋層25、位于硼離子擴(kuò)散阻擋層25上的金屬柵擴(kuò)散阻擋層26以及位于金屬柵擴(kuò)散阻擋層26上的金屬柵極27；功函數(shù)層24材質(zhì)為鈦基化合物，金屬柵極27材質(zhì)為鎢。

鈦基化合物功函數(shù)層24通過攜帶Al、C的氣體與TiCl化合物反應(yīng)生成，鎢金屬柵極27通過WF₆與SiH₄反應(yīng)成核，后經(jīng)B₂H₆處理生成，前一反應(yīng)中的副產(chǎn)物含Cl，Cl副產(chǎn)物會(huì)吸附，當(dāng)B進(jìn)入鈦基化合物功函數(shù)層24后，會(huì)引起功函數(shù)層24的功函數(shù)變大。上述NMOS晶體管引入了硼離子擴(kuò)散阻擋層25，切斷了后一反應(yīng)引入的B進(jìn)入鈦基化合物功函數(shù)層24，因而避免了由B引入導(dǎo)致的鈦基化合物功函數(shù)層24的功函數(shù)向變大方向漂移。

上述硼離子擴(kuò)散阻擋層25有三種具體材質(zhì)，a)在鈦基化合物功函數(shù)層24上沉積的鉭基化合物，例如TaN、TaC、TaAl；b)對(duì)鈦基化合物功函數(shù)層24進(jìn)行低溫氧化處理以形成的氧化物，工藝條件例如為：溫度范圍300℃～500℃，O₂與N₂的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr；c)對(duì)鈦基化合物功函數(shù)層24進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理以形成的氮化物，工藝條件例如為：溫度范圍300℃～500℃，等離子源功率小于500W，N₂與NH₃的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr。

高K柵介質(zhì)層21的材質(zhì)可以為L(zhǎng)a₂O₃、BaZrO₃、HfZrO、HfZrON、HfLaO、HfSiO、HfSiON、LaSiO、AlSiO、HfTaO、HfTiO、BaO、TiO、Ti₂O₃、TiO₂、SrO、Al₂O₃、Si₃N₄中的至少一種，其中，HfZrO、HfZrON、HfLaO、HfSiO、HfSiON、LaSiO、AlSiO、HfTaO、HfTiO這幾種化合物是指上述各種元素組成的化合物或主要元素為上述幾種元素的化合物。例如AlSiO是指Al、Si、O組成的化合物或主要元素為Al、Si、O的化合物。功函數(shù)層24的材質(zhì)可以為Ti、Al、Ti_xAl_1-x、TiC、TiAlC的至少一種，其中，TiAlC指Ti、Al、C組成的化合物或主要元素為Ti、Al、C的化合物。金屬柵擴(kuò)散阻擋層26的材質(zhì)可以為TiN。

參照?qǐng)D1所示，在具體實(shí)施過程中，柵極結(jié)構(gòu)2還包括帽層22與功函數(shù)層刻蝕停止層23，其中，帽層22位于高K柵介質(zhì)層21表面，功函數(shù)層刻蝕停止層23位于帽層22表面。

帽層22的材質(zhì)可以為L(zhǎng)a₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、MoO、Pt、Ru、TaCNO、Ir、TaC、MoN、WN、Ti_xN_1-x中的至少一種。TaCNO指Ta、C、N、O組成的化合物或主要元素為Ta、C、N、O的化合物。帽層22可以通過材質(zhì)選擇以調(diào)節(jié)功函數(shù)層24的功函數(shù)。

在制作NMOS晶體管結(jié)構(gòu)過程中，通常同時(shí)兼容了PMOS晶體管的制作。有些實(shí)施例中，先在預(yù)定形成NMOS晶體管與PMOS晶體管的區(qū)域同時(shí)沉積適于PMOS晶體管功函數(shù)層。此種情況下，在形成NMOS晶體管的功函數(shù)層時(shí)，需去除該區(qū)域的適于PMOS晶體管功函數(shù)層。上述去除過程中，功函數(shù)層刻蝕停止層23能起到防止其下的帽層22被過度刻蝕的作用。功函數(shù)層刻蝕停止層23的材質(zhì)可以為TaN、Ta、TaAl中的至少一種。此外，柵極結(jié)構(gòu)2 兩側(cè)還可以具有側(cè)墻4。側(cè)墻4的材質(zhì)可以為氮化硅、氮氧化硅、硼氮氧化硅、碳氮氧化硅或二氧化硅。

可以看出，圖1中的NMOS晶體管為平面型晶體管。

圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例中的NMOS晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中沿A-A直線的剖視圖。與圖1中的晶體管相比，圖2與圖3所示為一種N型的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管與圖1中的平面型NMOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)2大致相同，區(qū)別在于，柵極結(jié)構(gòu)2不是位于平面的半導(dǎo)體襯底1上，還是橫跨在鰭部10上。鰭部10突出在半導(dǎo)體襯底1上，一般是通過對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行刻蝕后得到的。半導(dǎo)體襯底1表面以及鰭部10的側(cè)壁的一部分還覆蓋有絕緣層5。柵極結(jié)構(gòu)2的部分覆蓋絕緣層5的表面。柵極結(jié)構(gòu)2兩側(cè)的鰭部10具有源漏區(qū)3。

以下結(jié)合圖4至圖5所示，介紹一實(shí)施例中，圖1中的NMOS晶體管的制作方法。

首先，參照?qǐng)D4所示，提供半導(dǎo)體襯底1，在半導(dǎo)體襯底1上表面自下而上形成一氧化硅層以及多晶硅層；接著，干法刻蝕氧化硅層以及多晶硅層以形成偽柵極氧化層30以及偽柵極31，在偽柵極氧化層30以及偽柵極31側(cè)壁形成側(cè)墻4，以側(cè)墻4為掩膜對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行離子注入以形成源漏區(qū)3。

干法刻蝕氧化硅層以及多晶硅層的掩膜采用光刻工藝形成。

之后，參照?qǐng)D4與圖5所示，在偽柵極31、側(cè)墻4以及已形成源漏區(qū)3的半導(dǎo)體襯底1上形成介質(zhì)層6，并化學(xué)機(jī)械研磨介質(zhì)層6至偽柵極31的頂部暴露出。

介質(zhì)層6的材質(zhì)例如為二氧化硅，采用化學(xué)氣相沉積法形成。

接著，仍參照?qǐng)D5所示，去除偽柵極31以及偽柵極氧化層30以形成凹槽(未標(biāo)示)，在凹槽內(nèi)以及凹槽外的介質(zhì)層6上表面依次沉積高K氧化層21’、帽層22、功函數(shù)層刻蝕停止層23、功函數(shù)層24、硼離子擴(kuò)散阻擋層25、金屬柵擴(kuò)散阻擋層26以及金屬27’。之后，凹槽外多余的材質(zhì)通過研磨去除。 凹槽內(nèi)的高K氧化層21’與金屬27’分別形成高K柵介質(zhì)層21、金屬柵極27。

一個(gè)實(shí)施例中，高K氧化層21’的材質(zhì)為L(zhǎng)a₂O₃、BaZrO₃、HfZrO、HfZrON、HfLaO、HfSiO、HfSiON、LaSiO、AlSiO、HfTaO、HfTiO、BaO、TiO、Ti₂O₃、TiO₂、SrO、Al₂O₃、Si₃N₄中的至少一種，厚度范圍為例如采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、或原子層沉積法形成。帽層22的材質(zhì)為L(zhǎng)a₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、MoO、Pt、Ru、TaCNO、Ir、TaC、MoN、WN、Ti_xN_1-x中的至少一種，厚度范圍為例如采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、或原子層沉積法形成。功函數(shù)層刻蝕停止層23的材質(zhì)為TaN、Ta、TaAl中的至少一種，厚度范圍為例如采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、或原子層沉積法形成。功函數(shù)層24的材質(zhì)為Ti、Al、Ti_xAl_1-x、TiC、TiAlC的至少一種，為鈦基化合物，厚度范圍為例如采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、或原子層沉積法形成。

參照?qǐng)D5所示，在具體實(shí)施過程中，為防止高K氧化層21’改變暴露的半導(dǎo)體襯底1所承受的應(yīng)力(也即溝道區(qū)的應(yīng)力)，避免改變NMOS晶體管的電子遷移率，沉積高K氧化層21’前，先在凹槽底部暴露的半導(dǎo)體襯底1上形成一襯墊氧化層(未圖示)。上述襯墊氧化層例如采用熱氧化法生成，材質(zhì)為二氧化硅。

此外，沉積高K氧化層21’后，由于其缺陷較多，一般需進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶鸶纳破渲械娜毕?。上述高溫?zé)嵬嘶疬^程中，其上覆蓋的帽層22能避免空氣進(jìn)入高K氧化層21’，從而降低其K值(介電常數(shù))。

鈦基化合物功函數(shù)層24通過攜帶Al、C的氣體與TiCl化合物反應(yīng)生成。攜帶Al、C的氣體例如包含AlH₃N(CH3)₂(C₂H₅)與(CH₃)₂AlH中至少一種。TiCl指Ti、Cl組成的化合物或主要元素為Ti、Cl的化合物，例如為TiCl₄。

在具體實(shí)施過程中，硼離子擴(kuò)散阻擋層25具有三種形成方法：a)沉積鉭基化合物、b)對(duì)鈦基化合物功函數(shù)層24進(jìn)行低溫氧化處理以形成氧化物、或c)對(duì)鈦基化合物功函數(shù)層24進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理以形成氮化物。

對(duì)于a)，鉭基化合物例如為TaN、TaC、TaAl的至少一種，厚度范圍為

對(duì)于b)，對(duì)鈦基化合物功函數(shù)層24進(jìn)行低溫氧化處理，工藝條件為：溫度范圍300℃～500℃，O₂與N₂的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr。上述工藝下，鈦基化合物功函數(shù)層24的表層被氧化，形成了金屬氧化物。上述金屬氧化物的厚度范圍例如為

對(duì)于c)，對(duì)鈦基化合物功函數(shù)層24進(jìn)行低溫氮化處理或氮等離子體處理，工藝條件為：溫度范圍300℃～500℃，等離子源功率小于500W，N₂與NH₃的比例小于3:17，壓強(qiáng)范圍為1torr～5torr。上述工藝下，鈦基化合物功函數(shù)層24的表層被氮化，形成了金屬氮化物。上述金屬氮化物的厚度范圍例如為

上述處理中，由于a)方案中沉積的鉭基化合物較薄，b)、c)方案占用原功函數(shù)層24的厚度，因而硼離子擴(kuò)散阻擋層25不占用較多空間，有利于凹槽中后續(xù)其余材質(zhì)的填充，隨著半導(dǎo)體器件尺寸不斷減小，此種好處尤為明顯。

金屬柵擴(kuò)散阻擋層26的材質(zhì)可以為TiN，厚度范圍例如為金屬27’材質(zhì)為鎢，先通過WF₆與SiH₄反應(yīng)成核，后經(jīng)B₂H₆處理生成。

凹槽外多余的材質(zhì)通過拋光工藝，至與介質(zhì)層6的上表面齊平。上述拋光工藝?yán)鐬榛瘜W(xué)機(jī)械研磨法。

參照?qǐng)D4與圖5所示，可以看出，上述制作方法中，先形成了偽柵極31以及偽柵極氧化層30，后去除形成高K柵介質(zhì)層21與金屬柵極27，因而也稱后高K柵介質(zhì)層、金屬柵極工藝(HK and metal gate last)。

需要說明的是，圖4與圖5所示為平面型的NMOS晶體管，在具體制作過程中，上述柵極結(jié)構(gòu)2也可以用于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。對(duì)于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，先制作鰭部10及絕緣層5。

圖6與圖7是另一實(shí)施例中的NMOS晶體管在不同制作階段的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7中的NMOS晶體管結(jié)構(gòu)類似圖1中的NMOS晶體管的結(jié)構(gòu)。

參照?qǐng)D6所示，與圖4所示的制作方法的區(qū)別在于：所提供的半導(dǎo)體襯 底1上表面自下而上形成的是一高K氧化層以及多晶硅層。上述高K氧化層干法刻蝕后形成的是高K柵介質(zhì)層21。后續(xù)去除的僅是多晶硅層形成的偽柵極31。參照?qǐng)D7所示，與圖5所示的NMOS晶體管相比，高K柵介質(zhì)層21僅存在于介質(zhì)層6內(nèi)所形成的凹槽的底部。除了上述區(qū)別，其它結(jié)構(gòu)的制作參照?qǐng)D4至圖5中的制作方法。

參照?qǐng)D6與圖7可以看出，本實(shí)施例中的制作方法中，先形成了高K柵介質(zhì)層21以及偽柵極31，后去除偽柵極31形成金屬柵極27，因而也稱先高K柵介質(zhì)層、后金屬柵極工藝(HK first and metal gate last)。

圖8至圖9是再一實(shí)施例中，圖1中的NMOS晶體管在不同制作階段的結(jié)構(gòu)示意圖。

參照?qǐng)D8所示，與圖4所示的制作方法的區(qū)別在于：先在半導(dǎo)體襯底1上表面形成的介質(zhì)層6內(nèi)干法刻蝕形成一凹槽60，凹槽60底部暴露出半導(dǎo)體襯底1。

上述形成凹槽60的方式為光刻、干法刻蝕。

之后，參照?qǐng)D5實(shí)施例中，如圖9所示，在凹槽60(參見圖8)內(nèi)以及凹槽60外的介質(zhì)層6上依次沉積高K氧化層21’、帽層22、功函數(shù)層刻蝕停止層23、功函數(shù)層24、硼離子擴(kuò)散阻擋層25、金屬柵擴(kuò)散阻擋層26以及金屬27’。之后，凹槽60外多余的材質(zhì)通過研磨去除。

凹槽內(nèi)的高K氧化層21’與金屬27’分別形成高K柵介質(zhì)層21、金屬柵極27。

接著，參照?qǐng)D1所示，去除介質(zhì)層6(參見圖9所示)，并在高K柵介質(zhì)層21以及金屬柵極27側(cè)壁形成側(cè)墻4，以側(cè)墻4為掩膜對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行離子注入以形成源漏區(qū)3。

除了上述區(qū)別，其它結(jié)構(gòu)的制作參照?qǐng)D4至圖5中的制作方法。

參照?qǐng)D8與圖9可以看出，本實(shí)施例中的制作方法中，先形成了高K柵介質(zhì)層21以及金屬柵極27，因而也稱先高K柵介質(zhì)層、金屬柵極工藝(HK and metal gate first)。

可以理解的是，不論后高K柵介質(zhì)層、金屬柵極工藝，還是先高K柵介質(zhì)層、后金屬柵極工藝，或先高K柵介質(zhì)層、金屬柵極工藝，其柵極結(jié)構(gòu)2都可以采用硼離子擴(kuò)散阻擋層25，以切斷鎢金屬柵極27制作時(shí)引入的B進(jìn)入鈦基化合物功函數(shù)層24，從而避免鈦基化合物功函數(shù)層24的功函數(shù)向變大方向漂移。

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