[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，含有高K介质层和金属栅极结构的晶体管被提出。所述含有高K介质层和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。

现有技术具有高K介质层和金属栅极结构的晶体管如图1所示，包括：位于半导体衬底100表面的介质层105和栅极结构（未示出），且所述栅极结构的顶部表面与所述介质层105表面齐平，所述栅极结构包括：位于半导体衬底100表面的高K栅介质层101，位于高K栅介质层101表面的功函数层102，位于所述功函数层102表面的金属栅极层103，位于高K栅介质层101、功函数层102和金属栅极层103两侧的半导体衬底100表面的侧墙104；位于所述栅极结构两侧的半导体衬底100内的源区和漏区106。

然而，现有技术的高K介质层和金属栅极结构的晶体管容易产生漏电流，或产生短沟道效应，性能不佳。

更多含有高K介质层和金属栅极结构的晶体管的相关资料请参考公开号为US2011/0272766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，抑制漏电流及短沟道效应，改善晶体管的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种晶体管的形成方法，包括：提供具有有源区的半导体衬底，在所述有源区内进行离子注入形成掺杂层，所注入的离子p型或n型，所述掺杂层的表面与半导体衬底表面齐平；采用热退火工艺激活所述掺杂层；在所述热退火工艺之后，在所述掺杂层的表面形成介质层和伪栅极层，所述介质层覆盖所述伪栅极层的侧壁，且所述介质层的顶部表面与所述伪栅极层的顶部表面齐平；以所述介质层为掩膜，刻蚀所述伪栅极层和掺杂层，直至贯穿所述掺杂层的厚度，并暴露出半导体衬底的有源区为止，形成开口；在所述开口底部形成半导体层，所述半导体层的表面不高于半导体衬底的表面；在形成所述半导体层之后，在所述开口内形成高K金属栅极结构。

可选地，所述半导体层的表面低于所述半导体衬底的表面。

可选地，在形成所述半导体层之后，形成所述高K金属栅极结构之前，在所述开口的侧壁表面形成侧墙，使所述侧墙的材料为氮化硅和氧化硅中的一种或两种组合。

可选地，所述半导体层的材料为硅、锗或硅锗，所述半导体层的形成工艺为选择性外延沉积工艺。

可选地，所述高K金属栅极结构包括：位于所述开口底部的半导体层表面的过渡层；位于所述开口侧壁和过渡层表面的高K栅介质层；位于所述高K栅介质层表面，且填充满所述开口的金属栅电极层。

可选地，所述过渡层的材料为氧化硅。

可选地，在形成所述过渡层之后，形成所述高K栅介质层之前，进行热退火工艺。

可选地，在刻蚀所述伪栅极层和掺杂层形成开口之后，形成所述半导体层之前，进行热退火工艺。

可选地，在形成半导体层之后，形成高K金属栅极结构之前，进行热退火工艺。

可选地，所述热退火工艺为：气体为氢气，温度大于300摄氏度，气压为1毫托~1托。

可选地，所述介质层和伪栅极层的形成工艺为：在采用热退火工艺激活所述掺杂层之后，在所述掺杂层表面形成伪栅极层；在形成所述伪栅极层之后，在所述掺杂层表面形成覆盖所述伪栅极层侧壁的介质层，所述介质层的顶部与所述伪栅极层顶部齐平。

可选地，在所述有源区内进行离子注入形成掺杂层之前，在所述半导体衬底表面形成绝缘层，所述绝缘层为氧化硅层和氮化硅层中的一层或多层重叠。

可选地，在形成所述高K金属栅极结构之前，对所述半导体层进行离子注入，所注入的离子与掺杂层内所注入的离子的导电类型相同或相反。

可选地，当所注入的离子与掺杂层内所注入的离子导电类型相同时，所述离子注入工艺的方向向所述半导体层两侧的掺杂层倾斜。