[发明专利]半导体结构以及晶体管的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体结构的形成方法、一种晶体管的形成方法。

背景技术

随着集成电路制造技术的快速发展，促使集成电路中的半导体器件，尤其是MOS（Metal Oxide Semiconductor，金属-氧化物-半导体）器件的尺寸不断地缩小，以此满足集成电路发展的小型化和集成化的要求。在MOS晶体管器件的尺寸持续缩小的过程中，现有工艺以氧化硅或氮氧化硅作为栅介质层的工艺受到了挑战。以氧化硅或氮氧化硅作为栅介质层所形成的晶体管出现了一些问题，包括漏电流增加以及杂质的扩散，从而影响晶体管的阈值电压，进而影响半导体器件的性能。

为解决以上问题，高K/金属栅极结构的晶体管被提出。采用高K（介电常数）材料代替常用的氧化硅或氮氧化硅栅介质材料，能够在半导体器件尺寸缩小的同时，减小漏电流的产生，并提高半导体器件的性能。

现有技术具有高K介质层的晶体管的形成方法为：

提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；在所述介质层表面形成高K介质层；在所述高K介质层表面形成保护层；在所述保护层表面形成栅电极层；以所述栅电极层为掩膜，刻蚀所述保护层、高K介质层和介质层直至暴露出半导体衬底表面；在所述栅电极层的两侧的半导体衬底表面形成侧墙；在紧邻所述侧墙和栅电极层两侧的半导体衬底内形成源/漏区。

然而以现有技术所形成的具有高K介质层的半导体结构中，高K介质层以及介质层内的缺陷较多、质量不好，导致所形成的晶体管性能不良。

更多具有高K介质层的晶体管的形成方法请参考专利号为US 8021824B2的美国专利文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体结构的形成方法和一种晶体管的形成方法，提高所形成的高K介质层和介质层的质量，从而提高以所述半导体结构所形成的晶体管的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体结构的形成方法，包括：

提供半导体衬底，采用化学氧化工艺在所述半导体衬底表面形成第一介质层；

在所述第一介质层表面形成高K介质层；

在形成高K介质层后，进行第一次热退火，去除所述第一介质层，所述第一次热退火的气体为氮气；

在第一次热退火后，进行第二次热退火，在所述高K介质层和半导体衬底之间形成第二介质层，所述第二次热退火的气体为氧化氮。

可选的，所述化学氧化工艺的反应物为臭氧和水，且所述臭氧在水中的质量体积比浓度为1~100ppm。

可选地，所述第一介质层的材料为氧化硅。

可选地，所述第一次热退火的温度至少为1000℃，时间为1秒~180秒，气压为0.01~0.1托。

可选地，所述第二介质层的厚度为5~15纳米。

可选地，所述第二介质层的材料为氮氧化硅。

可选地，所述第二次热退火的时间为1秒~180秒，温度为300~1200℃。

可选地，所述氧化氮气体为NO、N₂O、N₂O₃、N₂O₅或NO₂。

可选地，所述高K介质层的材料为氧化铪硅、氮氧化铪硅、氮氧化铪钽、氧化铪、氧化锆、氧化铪硅、氧化镧、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛或氧化铝。

可选地，所述高K介质层的厚度为

可选地，所述高K栅介质层的形成工艺为化学气相沉积工艺或单原子层沉积工艺。

可选地，所述半导体衬底的材料为硅、硅锗、碳化硅或绝缘体上硅。

本发明提供一种晶体管的形成方法，包括：如上任一项所述半导体结构的形成方法所形成的半导体结构；

在所述高K介质层表面形成栅电极层；

以所述栅电极层为掩膜刻蚀高K介质层和第二介质层并暴露出半导体衬底；

在刻蚀所述高K介质层和第二介质层后，在所述栅电极层两侧的半导体衬底表面形成侧墙；

以所述栅电极层和侧墙为掩膜，在所述侧墙和栅电极层两侧的半导体衬底内进行离子注入形成源/漏区。

可选地，所述栅电极层的材料为金属。

可选地，在所述高K介质层和栅电极层之间形成保护层。

可选地，所述保护层的形成工艺为化学气相沉积法或单层原子沉积法。

可选地，所述保护层的材料为氮化钛、氮化铊、氮化钨或氧化铝。