晶體管的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體管的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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MOS (Metal Oxide Semiconductor,金屬-氧化物-半導(dǎo)體)器件的尺寸不斷地縮小，以此滿足集成電路發(fā)展的微型化和集成化的要求，而晶體管器件是MOS器件中的重要組成部分之一。
[0003]對(duì)于晶體管器件來說，隨著晶體管的尺寸持續(xù)縮小，現(xiàn)有技術(shù)以氧化硅或氮氧化硅材料形成的柵介質(zhì)層時(shí)，已無法滿足晶體管對(duì)于性能的要求。尤其是以氧化硅或氮氧化硅作為柵介質(zhì)層所形成的晶體管容易產(chǎn)漏電流以及雜質(zhì)擴(kuò)散等一系列問題，從而影響晶體管的閾值電壓，造成晶體管的可靠性和穩(wěn)定性下降。
[0004]為解決以上問題，提出了一種以高K柵介質(zhì)層和金屬柵構(gòu)成的晶體管，即高K金屬柵(HKMG，High K Metal Gate)晶體管。所述高K金屬柵晶體管采用高K(介電常數(shù))材料代替常用的氧化硅或氮氧化硅作為柵介質(zhì)材料，以金屬材料或金屬化合物材料替代傳統(tǒng)的多晶硅柵極材料，形成金屬柵。所述高K金屬柵晶體管能夠在縮小尺寸的情況下，能夠減小漏電流，降低工作電壓和功耗，以此提高晶體管的性能。
[0005]然而，隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，難以進(jìn)一步降低高K金屬柵晶體管的閾值電壓，使得高K金屬柵晶體管的功耗無法進(jìn)一步降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是降低晶體管的閾值電壓，降低晶體管功耗。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶體管的形成方法，包括:提供襯底，所述襯底表面具有偽柵極層，所述襯底表面具有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層覆蓋所述偽柵極層的側(cè)壁表面，且所述介質(zhì)層暴露出所述偽柵極層；去除所述偽柵極層，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成開口，所述開口底部暴露出襯底表面；在所述開口底部的襯底表面形成界面層；在所述開口的側(cè)壁表面和所述開口底部的界面層表面形成柵介質(zhì)層；在所述柵介質(zhì)層內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子；在所述柵介質(zhì)層表面形成填充滿所述開口的柵極層。
[0008]可選的，所述柵介質(zhì)層和柵極層的形成工藝包括:在所述介質(zhì)層表面、開口的側(cè)壁表面和界面層表面形成柵介質(zhì)膜；在所述柵介質(zhì)膜表面形成柵極膜，所述柵極膜填充滿所述開口 ；平坦化所述柵極膜和柵介質(zhì)膜，直至暴露出所述介質(zhì)層表面為止，形成所述柵介質(zhì)層和柵極層。
[0009]可選的，在所述柵介質(zhì)層內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子的工藝包括:在形成所述柵極膜之前，采用離子注入工藝、等離子體摻雜工藝或原位摻雜工藝在所述柵介質(zhì)膜內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子。
[0010]可選的，在所述柵介質(zhì)層內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子的工藝還包括:采用離子注入工藝、等離子體摻雜工藝或原位摻雜工藝在所述柵介質(zhì)膜內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子之前或之后，對(duì)所述柵介質(zhì)層進(jìn)行熱處理。
[0011]可選的，所述熱處理工藝為激光退火、快速熱退火、尖峰退火、形成氣體退火或高壓退火；所述激光退火工藝的溫度大于1000°c ;所述快速熱退火或尖峰退火的溫度為500°C?800°C ;形成氣體退火的溫度大于400°C。
[0012]可選的，還包括:在形成所述柵極膜之前，在所述柵介質(zhì)膜表面形成覆蓋膜，在所述覆蓋膜表面形成柵極膜；平坦化所述柵極膜、覆蓋膜和柵介質(zhì)膜，直至暴露出所述介質(zhì)層表面為止，在柵極層和柵介質(zhì)層之間形成覆蓋層。
[0013]可選的，在所述覆蓋膜內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子；在所述覆蓋膜內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子的工藝為離子注入工藝或原位摻雜工藝。
[0014]可選的，還包括:在形成所述覆蓋膜之后，在所述覆蓋膜表面形成阻擋膜，在所述阻擋膜表面形成柵極膜；平坦化所述柵極膜、阻擋膜、覆蓋膜和柵介質(zhì)膜，直至暴露出所述介質(zhì)層表面為止，在柵極層和覆蓋層之間形成阻擋層。
[0015]可選的，在所述阻擋膜內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子；在所述覆蓋膜內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子的工藝為離子注入工藝或原位摻雜工藝。
[0016]可選的，所述逆反應(yīng)離子包括硅離子、鈦離子、鑭離子、鋁離子中的一種或多種。
[0017]可選的，所述逆反應(yīng)離子的摻雜濃度為lE12atom/cm3?lE21atom/cm3。
[0018]可選的，所述界面層的材料為氧化硅或氮氧化硅；所述界面層的厚度為5埃?10埃；所述界面層的形成包括熱氧化工藝、氮化氧化工藝、化學(xué)氧化工藝、化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。
[0019]可選的，所述襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的襯底表面均具有偽柵極層。
[0020]可選的，還包括:在形成柵極層之前，在第一區(qū)域的柵介質(zhì)層上形成第一功函數(shù)層；在形成柵極層之前，在第二區(qū)域的柵介質(zhì)層上形成第二功函數(shù)層；在所述第一功函數(shù)層和第二功函數(shù)層表面形成柵極層。
[0021]可選的，還包括:在所述襯底和偽柵極層之間形成偽柵介質(zhì)層；在去除偽柵極層之后，去除開口底部的偽柵介質(zhì)層。
[0022]可選的，所述偽柵介質(zhì)層的材料為氧化硅；所述偽柵介質(zhì)層的形成工藝為熱氧化工藝、原位蒸汽生成氧化工藝、化學(xué)氣相沉積工藝；所述偽柵介質(zhì)層的厚度為5埃?100埃。
[0023]可選的，還包括:在所述偽柵極層的側(cè)壁表面形成側(cè)墻，所述介質(zhì)層覆蓋于所述側(cè)墻表面；所述側(cè)墻的材料為SiN、Si0N、Si0CN、S1BN中的一種或多種組合；所述側(cè)墻的形成工藝包括化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝；所述側(cè)墻的厚度為20埃?200埃。
[0024]可選的，還包括:在所述介質(zhì)層與所述偽柵極層和襯底之間形成停止層；所述停止層的材料與介質(zhì)層的材料不同；所述停止層的材料為SiN、S1N, S1CN, S1BN中的一種或多種組合；所述停止層的形成工藝包括化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝；所述停止層的厚度為10埃?200埃。
[0025]可選的，所述柵介質(zhì)層的厚度為10埃?50埃；所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料。
[0026]可選的，所述柵極層的為金屬，所述金屬為銅、鎢或鋁；在形成所述柵極層之后，進(jìn)行熱處理工藝，所述熱處理工藝包括形成氣體退火；所述形成氣體退火工藝的溫度大于400°C,氣體包括氮?dú)狻錃庵械囊环N或兩種。
[0027]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):
[0028]本發(fā)明的形成方法中，在去除偽柵極層，并在介質(zhì)層內(nèi)形成暴露出襯底表面的開口之后，在開口底部的襯底表面形成界面層，在所述開口的側(cè)壁表面和底部的界面層表面形成柵介質(zhì)層；在所述柵介質(zhì)層內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子，所述逆反應(yīng)離子具有與氧離子的鍵合能較強(qiáng)的化學(xué)鍵，容易與氧離子發(fā)生鍵合，因此，摻雜于所述柵介質(zhì)層內(nèi)的逆反應(yīng)離子能夠自界面層內(nèi)拉取氧離子并發(fā)生鍵合，從而使所述界面層內(nèi)的氧離子含量降低，以此提高所述界面層的介電常數(shù)，使所述界面層的等效氧化層厚度減小。而且，所述逆反應(yīng)離子與氧離子鍵合之后形成的化合物介電常數(shù)高于界面層材料的介電常數(shù)，能夠使柵極層到襯底之間的等效氧化層厚度減小。因此，所形成的晶體管閾值電壓下降，晶體管的能耗降低。
[0029]進(jìn)一步，所述界面層的材料為氧化硅或氮氧化硅，所述界面層的材料含有氧離子；所述逆反應(yīng)離子包括硅離子、鈦離子、鑭離子、鋁離子中的一種或多種，由于所述逆反應(yīng)離子均與氧離子之間存在較大鍵合能，因此，在柵介質(zhì)層內(nèi)摻雜所述逆反應(yīng)離子之后，所述逆反應(yīng)離子能夠自界面層內(nèi)拉取氧離子并發(fā)生鍵合。由于所述界面層內(nèi)的氧離子含量減少，使得所述界面層內(nèi)的硅離子含量提高，由此提高所述界面層的介電常數(shù)，以降低所述界面層的等效氧化層厚度。而且，所述硅離子、鈦離子、鑭離子或鋁離子與氧離子形成的化合物的介電常數(shù)高于所述界面層材料的介電常數(shù)，因此，所述柵介質(zhì)層和界面層的等效氧化層厚度能夠降低。由此，能夠降低晶體管的閾值電壓。
[0030]進(jìn)一步，在采用離子注入工藝或原位摻雜工藝在所述柵介質(zhì)膜內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子之后，對(duì)所述柵介質(zhì)層進(jìn)行熱處理。由于所述柵介質(zhì)膜與所述界面層相接觸，所述熱處理工藝能夠促使所述柵介質(zhì)膜內(nèi)的逆反應(yīng)離子拉取界面層內(nèi)的氧離子，以此降低所述界面層內(nèi)的氧離子含量，以降低界面層的等效氧化層厚度。而且，所述熱處理工藝還能夠修復(fù)所述柵介質(zhì)膜內(nèi)的缺陷，提高所述柵介質(zhì)膜的質(zhì)量。
[0031]進(jìn)一步，在形成所述柵極膜之前，在所述柵介質(zhì)膜表面形成覆蓋膜，且所述覆蓋膜內(nèi)能夠摻雜逆反應(yīng)離子。所述覆蓋膜用于形成覆蓋層，所述覆蓋層用于在后續(xù)所形成的柵極層和柵介質(zhì)層之間進(jìn)行隔離，使晶體管的性能穩(wěn)定。由于所述覆蓋膜位于柵介質(zhì)膜表面，在所述覆蓋膜內(nèi)摻雜逆反應(yīng)離子時(shí)，所述覆蓋膜內(nèi)的逆反應(yīng)離子也能夠拉取界面層內(nèi)氧離子，能夠使界面層內(nèi)的氧離子含量進(jìn)一步降低，以進(jìn)一步降低界面層的等效氧化層厚度。
[0032]進(jìn)一步，在形成所述覆蓋膜之后，在所述覆蓋膜表面形成阻擋膜，且所述阻擋膜內(nèi)能夠摻雜逆反應(yīng)離子。所述阻擋膜用于在后續(xù)工藝中，作為刻蝕阻擋層，以保護(hù)覆蓋膜或柵介質(zhì)膜的表面。而摻雜于阻擋層內(nèi)的逆反應(yīng)離子也能夠用于拉取界面層內(nèi)的氧離子，以提高界面層的介電常數(shù)，降低柵極層和襯底之間的等效氧化層厚度。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的高K金屬柵晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2至圖12是本發(fā)明實(shí)施例的晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]如【背景技術(shù)】所述，需要降低高K金屬柵晶體管的閾值電壓，以降低半導(dǎo)體器件的功耗。
[0036]請(qǐng)參考圖1，圖1是本發(fā)明實(shí)施例的高K金屬柵晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，包括:襯底