[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(shè)計(jì)）人: 謝欣云
• 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: H01L21/336
• 分類號: 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，尤其涉及一種MOS晶體管的形成方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)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(zhì)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(zhì)層已經(jīng)達(dá)到其物理極限，利用高K柵介質(zhì)層替代氧化硅柵介質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(diǎn)。

負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性（NBTI：negative?bias?temperature?instability）效應(yīng)通常發(fā)生在PMOS晶體管中，當(dāng)器件的柵極處于負(fù)偏壓下時，器件的飽和漏極電流和跨導(dǎo)不斷減小、閾值電壓絕對值不斷增大。且這種導(dǎo)致器件性能衰退的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)，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(qiáng)，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(dǎo)致器件的閾值電壓等參數(shù)發(fā)生漂移，形成較為嚴(yán)重的熱載流子效應(yīng)（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(yīng)。

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

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)形成的MOS晶體管中負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)和熱載流子注入效應(yīng)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(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有偽柵，位于所述偽柵兩側(cè)的側(cè)墻，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和所述側(cè)墻的介質(zhì)層，所述介質(zhì)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(dǎo)體襯底表面；采用含氟溶液對所述開口暴露出的部分半導(dǎo)體襯底表面進(jìn)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(zhì)層，在所述柵介質(zhì)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(dǎo)體襯底表面進(jìn)行處理。

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

可選的，所述偽柵介質(zhì)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(zhì)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(zhì)層的干法刻蝕工藝為硅鈷鎳清洗工藝。

可選的，所述柵介質(zhì)層為高介電常數(shù)材料。

可選的，所述柵介質(zhì)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(zhì)層后，對所述柵介質(zhì)層進(jìn)行退火。

可選的，對所述柵介質(zhì)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(zhì)層后，在所述柵介質(zhì)層上形成功函數(shù)層。

可選的，還包括在所述偽柵兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源區(qū)和漏區(qū)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：