[发明专利]一种场效应晶体管的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种半导体的制作方法，尤其涉及一种场效应晶体管的制备方法。

【背景技术】

随着半导体技术的发展，金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)已经得到了广泛的应用。近年来，以硅集成电路为核心的微电子技术得到了迅速的发展，集成电路芯片的发展基本上遵循摩尔定律，即半导体芯片的集成度以每18个月翻一番的速度增长。

可是随着半导体芯片集成度的不断增加，MOSFET的沟道长度也在不断的缩短，当MOSFET的沟道长度变得非常短时，会产生严重的短沟道效应，比如：沟道长度减小到一定程度后，源、漏结的耗尽区在整个沟道中所占的比重增大，栅下面的硅表面形成反型层所需的电荷量减小，因而阈值电压减，同时衬底内耗尽区沿沟道宽度侧向展宽部分的电荷使阈值电压增加，当沟道宽度减小到与耗尽层宽度同一量级时，阈值电压增加变得十分显著，会使半导体芯片性能劣化，甚至无法正常工作。

通过提高栅极对沟道的控制以及采用更浅的源漏结可以达到对短沟道效应更好的控制。在过去的几十年中，MOSFET器件的源漏深度、栅极氧化层的厚度以及栅极长度基本上都是按比例缩小，这样做的目的是为了控制短沟道器件的性能。通常减少栅极氧化层的有效厚度是提高栅极对沟道控制最直接的方式。

目前，对采用高介电常数的介质(高K介质)来作为栅极绝缘层的研究已经进行了十几年。高介电常数的介质，比如铪基氧化物可以得到1纳米以下的有效栅氧厚度，同时栅极隧穿电流可以保持一个比较低的水平。除了用高K介质取代传统的二氧化硅做栅极绝缘层之外，用金属栅电极取代传统的多晶硅栅电极可以消除多晶硅的耗尽效应，进一步减小有效的栅极绝缘层的厚度，从而进一步增强栅电极对沟道的控制。

为了使源漏区和衬底之间的PN结变的更浅，人们一直在研究超低能量的离子注入和毫秒级的热退火工艺，比如激光热退火和闪光退火。为了能够对注入的杂质离子进行充分激活，一般退火时的最高温度至少要达到900甚至1000摄氏度以上。目前，工业界最新世代的场效应晶体管技术就同时采用了高K栅介质/金属栅电极和毫米级的激光热退火工艺。常规的MOSFET器件的工艺技术采用先栅(Gate-First)工艺，即，栅绝缘层/栅电极在源漏区的杂质退火激活之前形成。但是由于高温热退火工艺对高K栅介质和硅衬底以及高K栅介质和金属栅电极界面的影响，会造成有效的栅介质厚度增加以及阈值电压漂移和不稳定。因此，现在已量产的高K栅介质/金属栅电极技术一般采用复杂的大马士革(Damascene)式后栅(Gate-Last)工艺。其特点是高K栅介质/金属栅电极在源漏区杂质激活之后形成，消除了高温退火带来的影响，但是其工艺复杂、成本高，而且由于受到大马士革工艺开孔填充比的限制导致其可缩微能力比常规的Gate-First工艺差。

如何解决或减少源漏区杂质退火对高K栅介质和硅衬底以及高K栅介质和金属栅电极界面的影响，对未来世代的MOSFET工艺集成技术和器件结构的发展都至关重要。

鉴于此，本发明即提出一种改进的场效应管制备方法，以消除或改善上述问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于提供一种改善或消除源漏区杂质退火对高K栅介质和硅衬底以及高K栅介质和金属栅电极界面的影响的场效应晶体管的制备工艺。

本发明通过这样的技术方案解决上述的技术问题：

本发明提供一种场效应晶体管的制备方法，该方法包括如下步骤：

提供第一型体衬底，利用光刻及刻蚀的方法形成浅槽，并在浅槽内生长形成二氧化硅浅槽隔离结构；

在衬底与浅槽隔离结构的上面进行淀积形成高K栅介质层以及金属栅电极层；

利用光刻及刻蚀等工艺形成栅极结构；

进行第二型体杂质离子注入，形成源漏扩展区；

淀积绝缘层，形成紧贴栅极边缘的侧墙；

进行第二型体杂质离子注入，形成第二型体场效应晶体管的源漏区，形成源漏区和硅衬底之间的PN结界面；

进行微波退火，激活注入的离子。

可选的，第一型体衬底可以为硅或绝缘体上的硅。

可选的，所述高K栅介质层可以为氧化铪、氧化硅铪、氮氧硅铪、氮氧硅、氧化铝、氧化镧、或者氧化锆，或者上述物质组成的多层结构或者混合物。

可选的，金属栅电极层可以为氮化钛、氮化钽、金属硅化物、金属钨、金属铝、金属钌、金属铂，或者上述物质组成的多层结构或混合物以及它们与多晶硅组成的多层结构。

可选的，上述的金属硅化物是镍、钛、钴、铂等金属与硅的化合物。