[發(fā)明專利]MOS晶體管的形成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310105929.6
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN104078358A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 謝欣云
• 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
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種MOS晶體管的形成方法。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發(fā)展，MOS晶體管的特征尺寸不斷縮小，MOS晶體管的柵介質層的厚度也按等比例縮小的原則變得越來越薄。氧化硅層作為柵介質層已經(jīng)達到其物理極限，利用高K柵介質層替代氧化硅柵介質層，可以在保持等效氧化層厚度（EOT）不變的情況下大大增加其物理厚度，從而減小了柵極漏電流。但由于高K柵介質層大多是金屬離子氧化物，且沒有固定的原子配位，其與硅襯底之間鍵合的穩(wěn)定程度較氧化硅與硅襯底之間鍵合的穩(wěn)定程度相比要差得多，造成高K柵介質層與硅襯底之間具有大量的界面缺陷，晶體管的可靠性問題成為了研究的重點。

負偏壓溫度不穩(wěn)定性（NBTI：negative?bias?temperature?instability）效應通常發(fā)生在PMOS晶體管中，當器件的柵極處于負偏壓下時，器件的飽和漏極電流和跨導不斷減小、閾值電壓絕對值不斷增大。且這種導致器件性能衰退的負偏壓溫度不穩(wěn)定性效應，會隨著柵極上的偏置電壓的增加和溫度的升高而更加顯著。

另外，隨著MOS晶體管溝道長度的減小，在器件操作過程中，晶體管溝道區(qū)域的電場變的很強，使得載流子在輸送過程中發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生額外的電子空穴對，成為熱載流子，縱向電壓使部分熱載流子注入柵氧化層，導致器件的閾值電壓等參數(shù)發(fā)生漂移，形成較為嚴重的熱載流子效應（HCI：hot?carrier?injection）。由于電子與空穴的平均自由程不同，電子注入的幾率要比空穴高很多，因此NMOS晶體管更容易引起熱載流子注入效應。

因此，現(xiàn)有技術形成的MOS晶體管中負偏壓溫度不穩(wěn)定性效應和熱載流子注入效應明顯，可靠性不佳。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術形成的MOS晶體管中負偏壓溫度不穩(wěn)定性效應和熱載流子注入效應明顯，可靠性不佳。

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種MOS晶體管的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底表面具有偽柵，位于所述偽柵兩側的側墻，覆蓋所述半導體襯底和所述側墻的介質層，所述介質層的頂表面與所述偽柵的頂表面齊平；去除所述偽柵，形成開口，所述開口暴露出部分半導體襯底表面；采用含氟溶液對所述開口暴露出的部分半導體襯底表面進行氟化處理，形成含氟表面；在所述含氟表面上形成界面層；在所述界面層上形成柵介質層，在所述柵介質層上形成柵電極。

可選的，所述含氟溶液為HF溶液、NH₄F溶液、或者HF和NH₄F混合溶液。

可選的，所述HF溶液中HF與H₂O的摩爾比為1:100。

可選的，所述界面層為氧化層。

可選的，形成所述氧化層的工藝為采用O₃溶液或者NH₄OH、H₂O₂和H₂O的混合溶液對所述開口暴露出的部分半導體襯底表面進行處理。

可選的，所述偽柵包括偽柵介質層和偽柵電極層，所述偽柵電極層位于所述偽柵介質層上。

可選的，所述偽柵介質層的材料為氧化硅，所述偽柵電極層的材料為多晶硅。

可選的，去除所述偽柵的工藝包括：采用濕法刻蝕工藝、或者先干法刻蝕再濕法刻蝕的工藝去除所述偽柵電極層；采用干法刻蝕工藝去除所述偽柵介質層。

可選的，所述濕法刻蝕工藝采用四甲基氫氧化銨溶液。

可選的，去除所述偽柵介質層的干法刻蝕工藝為硅鈷鎳清洗工藝。

可選的，所述柵介質層為高介電常數(shù)材料。

可選的，所述柵介質層的材料為HfO₂、Al₂O₃、ZrO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO和HfZrO中的一種或幾種。

可選的，所述柵電極的材料為金屬。

可選的，所述柵電極的材料為鈷。

可選的，還包括在所述界面層上形成柵介質層后，對所述柵介質層進行退火。

可選的，對所述柵介質層的退火包括毫秒退火和快速熱處理。

可選的，所述快速熱處理的溫度為600攝氏度～800攝氏度。

可選的，還包括在所述界面層上形成柵介質層后，在所述柵介質層上形成功函數(shù)層。

可選的，還包括在所述偽柵兩側的半導體襯底內形成源區(qū)和漏區(qū)。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術方案具有以下優(yōu)點：