[發(fā)明專(zhuān)利]晶體管的形成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310611805.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104681435A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周祖源
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/336
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)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)體工藝領(lǐng)域，尤其是涉及一種晶體管的形成方法。

背景技術(shù)

隨著集成電路制造技術(shù)的快速發(fā)展，促使集成電路中的半導(dǎo)體器件，尤其是金屬-氧化物-半導(dǎo)體(Metal?Oxide?Semiconductor，MOS)晶體管的尺寸不斷地縮小，以此滿足集成電路發(fā)展的小型化和集成化的要求。在MOS晶體管尺寸持續(xù)縮小的過(guò)程中，以氧化硅或氮氧化硅作為柵介質(zhì)層的工藝受到了挑戰(zhàn)。以氧化硅或氮氧化硅作為柵介質(zhì)層所形成的晶體管出現(xiàn)包括漏電流增加以及雜質(zhì)擴(kuò)散等問(wèn)題，從而影響晶體管的閾值電壓，進(jìn)而影響半導(dǎo)體器件的性能。

為解決以上問(wèn)題，高K-金屬柵極（metal?gate）結(jié)構(gòu)的MOS晶體管被提出。采用高K(介電常數(shù))材料代替常用的氧化硅或氮氧化硅柵介質(zhì)材料，能夠在半導(dǎo)體器件尺寸縮小的同時(shí)，減小漏電流的產(chǎn)生，提高半導(dǎo)體器件的性能。

然而，MOS晶體管使用高K柵介質(zhì)層的缺點(diǎn)在于，高K柵介質(zhì)層界面品質(zhì)較差，如果直接在半導(dǎo)體襯底上形成高K柵介質(zhì)層，較差品質(zhì)的界面容易削弱最終形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。為此，可在半導(dǎo)體襯底與高K柵介質(zhì)層之間設(shè)置界面層(interfacial?layer，IL)，界面層不僅能在半導(dǎo)體襯底和界面層之間提供較佳品質(zhì)的界面，還能在高K柵介質(zhì)層和界面層之間提供較佳品質(zhì)的界面，從而改善了高K柵介質(zhì)層與襯底之間的界面特性。

請(qǐng)結(jié)合參考圖1和圖2，現(xiàn)有晶體管的形成方法包括：S1，提供半導(dǎo)體襯底100；S2，在半導(dǎo)體襯底100上形成界面層110；S3，在界面層110上形成高K柵介質(zhì)層120；S4，進(jìn)行退火處理；S5，在高K柵介質(zhì)層120上形成帽蓋層130。

其中，在形成高K柵介質(zhì)層120之后，進(jìn)行退火處理是為了增大高K柵介質(zhì)層120的致密度，并減少界面層110和高K柵介質(zhì)層120中的陷阱電荷（charge?traps），然而，所述退火處理同時(shí)造成器件閾值電壓漂移（Shift）。

為此，需要一種新的晶體管的形成方法，以防止晶體管器件閾值電壓漂移。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問(wèn)題是，提供一種晶體管的形成方法，以防止器件閾值電壓漂移，提高晶體管的性能。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種晶體管的形成方法，包括：

提供半導(dǎo)體襯底；

在所述半導(dǎo)體襯底上形成界面層；

在所述界面層上形成高K柵介質(zhì)層；

在所述高K柵介質(zhì)層上形成帽蓋層；

在所述帽蓋層上形成金屬柵極；

在形成帽蓋層之后，對(duì)所述界面層和所述高K柵介質(zhì)層進(jìn)行無(wú)氧致密化處理。

可選的，所述無(wú)氧致密化處理為激光退火工藝。

可選的，所述激光退火工藝在惰性氣體或者氮?dú)獾臍夥罩羞M(jìn)行，所述激光退火工藝的退火時(shí)間范圍為0.25毫秒～1毫秒，所述激光退火工藝的退火溫度范圍為600℃～1100℃。

可選的，所述激光退火工藝采取固定激光光斑且移動(dòng)半導(dǎo)體襯底的方式進(jìn)行，所述激光光斑為長(zhǎng)度為5mm～8mm且寬度為125μm的長(zhǎng)方形或者長(zhǎng)度為8mm～12mm且寬度為75μm的長(zhǎng)方形。

可選的，在所述高K柵介質(zhì)層上形成所述帽蓋層之后，且在對(duì)所述界面層和所述高K柵介質(zhì)層進(jìn)行無(wú)氧致密化處理之前，還包括：在所述帽蓋層上形成偽柵極。

可選的，在所述帽蓋層上形成所述偽柵極之后，且在對(duì)所述界面層和所述高K柵介質(zhì)層進(jìn)行無(wú)氧致密化處理之前，還包括：去除所述偽柵極。

可選的，所述界面層的材料為二氧化硅或者含氮二氧化硅，厚度范圍為

可選的，所述高K柵介質(zhì)層的材料為氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦或氧化鋁中的一種或者多種，厚度范圍為

可選的，所述帽蓋層的材料為氮化鈦、氮化鉈和氮化鎢中的一種或者多種，厚度范圍為

可選的，所述半導(dǎo)體襯底表面具有氧化層，在所述半導(dǎo)體襯底上形成界面層之前，還包括步驟：去除所述氧化層直至暴露出所述半導(dǎo)體襯底表面。

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)：

本發(fā)明的技術(shù)方案中，先在半導(dǎo)體襯底上形成界面層，在界面層上形成高K柵介質(zhì)層，在高K柵介質(zhì)層上形成帽蓋層，之后，再對(duì)界面層和高K柵介質(zhì)層進(jìn)行無(wú)氧致密化處理，由于形成了帽蓋層，帽蓋層可以在無(wú)氧致密化處理過(guò)程中對(duì)高K柵介質(zhì)層進(jìn)行保護(hù)，防止環(huán)境中微量的氧氣對(duì)界面層和高K柵介質(zhì)層的氧化作用，從而防止后續(xù)形成的晶體管器件閾值電壓發(fā)生漂移，提高了晶體管的性能。