[发明专利]高K栅介电层的制作方法及形成MOS晶体管的方法

权利要求书

1.一种高K栅介电层的制作方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介电保护层，所述介电保护层中形成有栅极开口，所述栅极开口使得半导体衬底露出；

在所述栅极开口中依次形成初始介电层与牺牲层，所述初始介电层与牺牲层保形覆盖栅极开口；

在所述栅极开口中垂直注入金属离子，将栅极开口底部的初始介电层与牺牲层分别转变为高K介电层与合金层。

2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述初始介电层包括氧化硅或氮氧化硅。

3.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述初始介电层的厚度小于6纳米。

4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述牺牲层采用多晶硅或非晶硅。

5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述牺牲层的厚度为30纳米至150纳米。

6.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述注入的金属离子包括Hf、Zr、La、Ti或Ta。

7.如权利要求.1所述的制作方法，其特征在于，所述金属离子的注入条件为：注入剂量1E16至1E17/平方厘米，注入能量为1keV至10keV。

8.一种应用权利要求1的制作方法形成MOS晶体管的方法，包括：在形成高K介电层与合金层后，

移除所述栅极开口中的牺牲层与合金层，露出高K介电层与初始介电层；

在所述栅极开口中填充栅极金属材料以形成金属栅极。

9.如权利要求8所述的形成MOS晶体管的方法，其中，在形成所述金属栅极前，还包括：在所述高K介电层与初始介电层上形成缓冲介电层，所述缓冲介电层保形覆盖所述栅极开口。

10.如权利要求9所述的形成MOS晶体管的方法，其中，所述缓冲介电层采用氧化硅或氮氧化硅。

11.如权利要求10所述的形成MOS晶体管的方法，其中，所述缓冲介电层为氧化硅时，采用快速热氧化的方法形成所述氧化硅；所述缓冲介电层为氮氧化硅时，采用先快速热氧化再快速热氮化的方法形成所述氮氧化硅。

12.如权利要求8至11任一项所述的形成MOS晶体管的方法，其中，所述金属栅极采用W、Co或Cu形成。

13.一种应用权利要求4的制作方法形成MOS晶体管的方法，包括：在形成高K介电层与合金层后，

在所述牺牲层与合金层上形成金属层；

对所述半导体衬底进行快速退火处理，使得所述牺牲层与合金层转变为金属硅化物；

在所述栅极开口中填充栅极金属材料以形成金属栅极。

14.如权利要求12所述的形成MOS晶体管的方法，其中，所述金属层包括Ti、Ta、Ni或Co。

15.如权利要求13或14所述的形成MOS晶体管的方法，其中，所述金属栅极采用W、Co或Cu形成。

16.一种应用权利要求1的制作方法形成MOS晶体管的方法，包括：在形成高K介电层与合金层后，

移除所述栅极开口中的牺牲层与合金层，露出高K介电层与初始介电层；

在所述高K介电层与初始介电层上依次形成衬垫层与间隙壁介电层；

各向异性刻蚀所述间隙壁介电层，移除栅极开口外与栅极开口底部的间隙壁介电层，在栅极开口的垂直侧壁形成第二间隙壁。

17.如权利要求14所述的形成MOS晶体管的方法，其中，所述衬垫层包括氧化硅或氮氧化硅，所述间隙壁介电层采用氮化硅。

18.如权利要求16或17所述的形成MOS晶体管的方法，其特征在于，所述金属栅极采用W、Co或Cu形成。