[发明专利]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。所述高K/金属栅极结构的晶体管采用高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，能够使晶体管尺寸缩小的同时，减小漏电流的产生，并提高晶体管的性能。

现有技术的高K/金属栅极结构的晶体管包括：位于半导体衬底表面的绝缘层，所述绝缘层的材料为氧化硅；位于所述绝缘层表面的高K介质层；位于所述高K介质层表面的保护层，所述保护层的材料为氮化钛和氮化钽中的一种或两种组合；位于所述保护层表面的栅电极层，所述栅电极层的材料为金属；位于所述栅电极层两侧的半导体内的源区或漏区。

然而，现有技术所形成的高K/金属栅极结构的晶体管性能不稳定。

更多K/金属栅极结构的晶体管的形成方法请参考公开号为US2009/0142899A1的美国专利文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种晶体管的形成方法，使所形成的晶体管性能稳定。

为解决上述问题，本发明提供一种晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成高K介质薄膜、以及位于所述高K介质薄膜表面的栅电极薄膜；刻蚀部分所述栅电极薄膜和高K介质薄膜，形成栅电极层和高K介质层；对所述栅电极层和高K介质层进行清洗；在清洗之后，进行热退火，所述热退火的气体为氢气；在清洗之后，在所述栅电极层和高K介质层两侧的半导体衬底表面形成第一侧墙；在热退火后并形成第一侧墙之后，在所述栅电极层和第一侧墙两侧形成源区或漏区。

可选地，所述热退火的工艺参数为：氢气的流量为0.1标准升每分钟-20标准升每分钟，气压为100毫托-50托，温度为400摄氏度-630摄氏度。

可选地，在清洗之后，热退火之前，采用氢氟酸溶液浸渍所述栅电极层、和高K介质层。

可选地，所述氢氟酸溶液中，水与49%氢氟酸的体积比为100:1-2000：1。

可选地，所述第一侧墙的材料为氮化硅，形成方法为化学沉积工艺。

可选地，所述化学沉积工艺为：反应气体为硅源气体和氨气，温度为300摄氏度-630摄氏度，气压为20毫托-10托。

可选地，在采用氢气热退火的同时，形成所述第一侧墙，所采用的气体包括硅源气体、氨气和氢气。

可选地，在采用氢气热退火之后，形成第一侧墙。

可选地，对所述栅电极层和高K介质层进行清洗的工艺为灰化工艺或湿法清洗。

可选地，对所述栅电极层和高K介质层进行湿法清洗时，清洗液为双氧水。

可选地，对所述栅电极层和高K介质层进行灰化工艺时，温度为80~300℃，气体为氧气和氮气的混合气体、或氮气和氢气的混合气体。

可选地，还包括：在所述高K介质层和半导体衬底之间形成绝缘层；在所述高K介质层和栅电极层之间形成保护层。

可选地，所述绝缘层的材料为氧化硅，所述保护层的材料为氮化钛和氮化钽中的一种或两种组合。

可选地，所述栅电极层的材料为金属或多晶硅。

可选地，所述栅电极层的材料为多晶硅时，在形成源区或漏区后，在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层的顶部与栅电极层的表面齐平，所述介质层的材料为氧化硅；形成介质层后，去除所述栅电极层，形成开口；在所述开口内填充满金属材料，形成金属栅电极，所述金属栅电极的顶部与所述介质层顶部齐平。

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