[发明专利]高K栅介质层的形成方法及形成装置、晶体管的形成方法有效

申请号：	201110398208.X	申请日：	2011-12-02
公开（公告）号：	CN103137461A	公开（公告）日：	2013-06-05
发明（设计）人：	三重野文健	申请（专利权）人：	中芯国际集成电路制造（上海）有限公司
主分类号：	H01L21/283	分类号：	H01L21/283;H01L21/336
代理公司：	北京集佳知识产权代理有限公司 11227	代理人：	骆苏华
地址：	201203 ***	国省代码：	上海;31
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摘要：
搜索关键词：	介质形成方法装置晶体管
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【说明书】：

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种高K栅介质层的形成方法及形成装置、晶体管的形成方法。

背景技术

随着晶体管的特征尺寸越来越小，相应的核心器件所占用面积也相应减小，导致单位面积的能量密度大幅增高，漏电问题更加凸显，功耗也随之增大。因此在低工艺节点中，传统的以二氧化硅为材料的栅极介质层的工艺已遇到瓶颈，无法满足晶体管的工艺要求。为解决上述瓶颈，目前采用高介电常数(高k：k值大于等于10)介质材料作为栅介质层，然后，形成以金属为材料的栅极以减小漏电，使功耗得到很好的控制。

现有技术的高K栅介质层的形成方法，包括：

请参考图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100表面形成有伪栅介质层101，所述伪栅介质层101表面形成伪栅电极层103，所述伪栅电极层103表面形成有光刻胶层105，所述光刻胶层105具有定义出高K栅介质层的图形；

请参考图2，以所述光刻胶层为掩膜刻蚀所述伪栅电极层103和伪栅介质层101，然后去除所述光刻胶层；

请参考图3，形成覆盖所述半导体衬底100、且与所述伪栅电极层103表面齐平的绝缘层107；

请参考图4，去除所述伪栅电极层103和伪栅介质层101，形成开口108；

请参考图5，采用物理气相沉积工艺形成覆盖所述开口的底部和侧壁的高K栅介质层109；在所述开口内填充满金属栅电极层111。

然而，采用现有技术形成高K栅介质层的方法，形成的晶体管的寄生电容较大，影响了晶体管的性能。

更多关于高K栅介质层的形成方法请参考公开号为“US20040266120A1”的美国专利。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种寄生电容小的高K栅介质层的形成方法及形成装置、晶体管的形成方法。

为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种高K栅介质层的形成方法，包括：

提供半导体衬底，位于所述半导体衬底表面的绝缘层、以及贯穿所述绝缘层的厚度的开口；

采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，在所述开口的底部形成金属层；

氧化所述金属层形成高K栅介质层。

可选地，所述采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，在所述开口的底部形成金属层的步骤包括：提供金属板，放置所述金属板于开口上方；等离子态的氯气与所述金属板发生反应，形成气态的金属氯化物；所述气态的金属氯化物中的金属与开口底部的半导体衬底中的硅相结合，形成金属硅化物层；所述气态的金属氯化物与所述金属硅化物层反应，在所述开口底部形成金属层。

可选地，所述金属板的材料为铪、镧、锆、钽、钛或铝。

可选地，还包括：将氯气等离子化成等离子态。

可选地，形成所述等离子态的氯气的工艺参数包括：频率为2-4MHz；功率为200-500W；压力为0.01-0.1Torr；Cl₂的流量为500-2000sccm。

可选地，还包括：通入惰性气体作为等离子态的氯气的载体。

可选地，所述惰性气体为Ar、He或N₂。

可选地，所述惰性气体的流量为500-3000sccm。

可选地，形成所述金属层的工艺参数包括：温度为250-350℃；压力为0.01-0.1Torr。

可选地，还包括多次以下步骤：采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，在所述开口的底部形成金属层；氧化所述金属层形成高K栅介质层。可选地，每次在所述开口的底部形成金属层的厚度小于

可选地，氧化所述金属层形成高K栅介质层时通入的气体为臭氧或等离子态的氧。

可选地，氧化所述金属层形成高K栅介质层的工艺参数包括：臭氧的流量为500-2000sccm；压强为0.01-0.1Torr。

可选地，还包括：在在所述开口的底部形成金属层后，对所述金属层进行净化处理，再氧化所述金属层。

可选地，所述净化处理的方法包括：向所述金属层表面通入惰性气体。