[發(fā)明專利]柵介質(zhì)層及MOS晶體管的形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110428309.7
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN103165431A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何永根;禹國賓;吳兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及柵介質(zhì)層及MOS晶體管的形成方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體器件集成度的不斷提高，技術(shù)節(jié)點(diǎn)的降低，傳統(tǒng)的柵介質(zhì)層不斷變薄，晶體管漏電量隨之增加，引起半導(dǎo)體器件功耗浪費(fèi)等問題。為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)提供一種將金屬柵極替代多晶硅柵極的解決方案。

在美國專利US6664195中提供了一種形成金屬柵極的方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有替代柵結(jié)構(gòu)、及位于所述半導(dǎo)體襯底上覆蓋所述替代柵結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層；以所述替代柵結(jié)構(gòu)作為停止層，對所述層間介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP)；除去所述替代柵結(jié)構(gòu)后形成溝槽；在溝槽底部依次形成柵介質(zhì)層、高K介質(zhì)層；再通過PVD方法在所述溝槽內(nèi)的高K介質(zhì)層上形成金屬層，且將金屬層填充滿溝槽，以形成金屬柵電極層；用化學(xué)機(jī)械研磨法研磨金屬柵電極層至露出層間介質(zhì)層，形成金屬柵極。

現(xiàn)有，制造高K/金屬柵極(HKMG)器件時，為縮小產(chǎn)生高性能的電勢，需要削減柵介質(zhì)層的等效氧化層厚度(EOT)。然而，隨著柵介質(zhì)層的厚度不斷減薄，需要在以二氧化硅為材料的柵介質(zhì)層表面采用等離子體工藝注入氮離子以提高柵介質(zhì)層的K(介電常數(shù))值；然而在氮離子注入過程中，由于分布不均導(dǎo)致K值偏移，且氮離子對半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生損害，影響后續(xù)形成于半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供一種柵介質(zhì)層及MOS晶體管的形成方法，防止柵介質(zhì)層的K值偏移，影響半導(dǎo)體器件的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種柵介質(zhì)層的形成方法，包括：

提供半導(dǎo)體襯底；

于半導(dǎo)體襯底上形成二氧化硅層；

在至少一次高功率高占空比條件下，于二氧化硅層表面注入氮離子；

在各次高功率高占空比條件下注入氮離子之前或之后，于低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比條件下，向二氧化硅層表面注入氮離子。

可選的，所述高功率為900W～2500W。

可選的，所述高占空比為10％～100％。

可選的，所述低功率為300W～900W。

可選的，所述低占空比為3％～10％。

可選的，注入氮離子的時間為10s～180s。

可選的，氮離子經(jīng)過等離子體處理氮?dú)饣蛞谎趸纬伞?/p>

可選的，在高功率高占空比條件下注入氮離子之后，低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比條件下注入氮離子之前還包括步驟：進(jìn)行第一退火工藝。

可選的，在低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比條件下注入氮離子之后還包括步驟：進(jìn)行第二退火工藝。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種MOS晶體管的形成方法，包括：

提供襯底，在所述襯底表面形成替代柵極結(jié)構(gòu)；

以替代柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，在襯底內(nèi)形成源/漏極；

在襯底上形成層間介質(zhì)層，且所述層間介質(zhì)層表面與替代柵極結(jié)構(gòu)頂部齊平；

以層間介質(zhì)層為掩膜，去除替代柵極結(jié)構(gòu)，形成溝槽；

于溝槽內(nèi)的半導(dǎo)體襯底上形成二氧化硅層；

在至少一次高功率高占空比條件下，于二氧化硅層表面注入氮離子；

在各次高功率高占空比條件下注入氮離子之前或之后，于低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比條件下，向二氧化硅層表面注入氮離子，形成氮氧化硅層，所述二氧化硅層和氮氧化硅層構(gòu)成柵介質(zhì)層；

在柵介質(zhì)層上形成填充滿溝槽的金屬柵極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)行高功率高占空比氮離子注入；在各次高功率高占空比條件下注入氮離子之前或之后，在低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比條件下，向二氧化硅層表面注入氮離子。在高功率高占空比的條件下向二氧化硅層表面注入氮離子，可以使氮元素在二氧化硅層濃度較高，于二氧化硅層表面形成氮氧化硅層；然后在低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比條件下繼續(xù)向二氧化硅層表面注入離子，由于等離子體能量較低能使氮離子集中在二氧化硅層表面，而不會深入二氧化硅層內(nèi)部至半導(dǎo)體襯底內(nèi)，不但保證了氮氧化硅層的均勻性，又避免了氮離子對半導(dǎo)體襯底的破壞，提高了半導(dǎo)體器件的性能。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)形成高K柵介質(zhì)層的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明形成高K柵介質(zhì)層的具體實(shí)施方式流程示意圖；

圖3至圖5為本發(fā)明形成高K柵介質(zhì)層的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；