[發明專利]晶體管的制造方法

有效

• 申請號: 201110319253.1
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN103065964A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 平延磊;鮑宇;三重野文健
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/223
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種晶體管的制造方法。

背景技術

構成集成電路尤其超大規模集成電路的主要器件之一是金屬-氧化物-半導體晶體管(MOS晶體管)。自MOS晶體管發明以來，其幾何尺寸按照摩爾定律一直在不斷縮小，目前其特征尺寸發展已進入深亞微米以下。在此尺度下，器件的特征尺寸按比例縮小變得越來越困難。另外，在MOS晶體管器件及其電路制造領域，最具挑戰性的是傳統CMOS工藝在器件按比例縮小過程中，由于多晶硅或者二氧化硅柵介質層高度減小所帶來的從柵極向襯底的漏電流問題。

為解決上述漏電問題，目前MOS晶體管工藝中，采用高K介質層代替傳統的二氧化硅介質層，并使用金屬作為柵電極，兩者配合構成MOS管的柵極結構。在這樣的柵極結構中，采用厚度較小的高K介質層就可以達到減小漏電流的作用。在公開號為US?2011210402A1的美國專利申請中公開了一種具有金屬柵的MOS晶體管的結構。

由于高K介質層和襯底之間的粘附性較差，現有技術中，在襯底上形成高K介質層之前，還會襯底上形成一層中間層(Interfacial?layer)。此外，還會在高K介質層上形成帽層作為功函數金屬層，從而形成具有多層堆疊柵極結構的晶體管。

參考圖1，示出了現有技術具有多層堆疊柵極結構的晶體管一實施例的示意圖。所述晶體管包括：襯底，所述襯底中形成有隔離結構13，所述隔離結構13用于將襯底分割為NMOS區域11和PMOS區域12，所述NMOS區域11上依次形成有中間層17、高K介質層14、第一帽層151、金屬層18，所述PMOS區域12上依次形成有中間層17、高K介質層14、第二帽層152、金屬層18。所述第一帽層151和第二帽層152的材料不同，可以分別向NMOS、PMOS提供不同的功函數。

現有技術中，所述中間層17的材料可以是氧化硅，現有技術采用諸如原位蒸汽法(In-Situ?Steam?Generation，ISSG)、爐管熱氧化方法(Furnace?Thermal?Oxidation)、化學氧化方法(Chemical?Oxidation)或紫外線氧氣區方法(Ultraviolet?Ozone)形成所述氧化硅。

然而，采用ISSG或化學氧化方法形成的氧化硅的致密性不好，這會引起漏電流的問題。

采用爐管熱氧化方法形成氧化硅時花費的時間較長。

采用紫外線氧氣區方法則需要將襯底轉移到其他真空腔進行氧化，從而造成破真空，進而造成襯底的進一步氧化，這樣難以控制形成的氧化硅的厚度和質量。

如何提高中間層的質量，進而提高形成的MOS管的性能成為本領域技術人員亟待解決的問題之一。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種質量較高的晶體管。

為了解決上述問題，本發明提供一種晶體管的制造方法，包括：提供襯底；在襯底形成高K介質層；在高K介質層上形成含氧或氮的帽層，用作后續形成器件的功函數金屬層；使氧或氮在高K介質層中擴散，并擴散至襯底表面，在襯底表面形成中間層；在帽層上形成金屬層。

可選地，所述使氧或氮在高K介質層中擴散，并擴散至襯底表面，在襯底表面形成中間層的步驟包括：通過熱退火使氧或氮在高K介質層中擴散。

可選地，所述熱退火包括快速熱氧化或者激光退火。

可選地，所述熱退火的溫度在600～1000℃的范圍內，所述熱退火的時間1～30s的范圍內。

可選地，所述中間層的厚度在的范圍內。

可選地，所述在高K介質層上形成含氧或氮的帽層的步驟包括：在氧氣或氮氣的環境中形成所述帽層。

可選地，所述含氧或氮的帽層提供NMOS適用的功函數。

可選地，所述帽層的材料包括含氧的氮化鈦、含氧的氮化鉭或者含氧或氮的碳化鉭。

可選地，通過原子層沉積的方法形成所述帽層。

可選地，所述襯底分為NMOS區域和PMOS區域，所述帽層為含氧的帽層，所述在高K介質層上形成含氧或氮的帽層的步驟包括：在NMOS區域和PMOS區域上形成含氧量為第一濃度的帽層；保持NMOS區域上帽層的含氧量不變，而增大PMOS區域上帽層中的含氧量，使PMOS區域上帽層的含氧量為第二濃度。

可選地，所述保持NMOS區域上帽層的含氧量不變，而增大PMOS區域上帽層中的含氧量的步驟包括：在NMOS區域上的帽層上方涂覆光刻膠，而露出PMOS區域上的帽層；通過氧的離子注入、擴散或者氣體團簇離子束的方法增大PMOS區域上帽層中的含氧量。