[发明专利]晶体管的形成方法、高K栅介质层的形成方法

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、高K栅介质层的形成方法。

背景技术

随着集成电路制造技术的不断发展，晶体管的特征尺寸也越来越小，传统的氧化硅作为栅介质层，已经不能满足集成电路高速发展的需求。随着工艺节点的不断减小，栅氧化硅层的厚度也不断减小，所述栅氧化硅层厚度的减小，会导致晶体管的漏电流呈指数级的增长。因此，高K栅介质层/金属栅极的栅极叠层结构被引入到晶体管中，取代现有的栅氧化硅层/多晶硅栅极。

现有技术的晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；形成位于所述半导体衬底表面的高K栅介质层；形成覆盖所述高K栅介质层表面的金属栅电极层；形成位于所述金属栅电极层、高K栅介质层两侧的半导体衬底内的源极和漏极。

然而，现有技术形成的晶体管的质量不够稳定。

更多关于晶体管的形成方法，请参考公开号为“US6664160B2”的美国专利。

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、高K栅介质层的形成方法，形成的晶体管的质量稳定，形成的高K栅介质层的质量好，工艺简单。

为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；采用等离子体沉积工艺形成位于所述半导体衬底表面的高K栅介质层，其中，所述等离子体沉积工艺采用的反应物为氢氧化铪、氢氧化锆和氮气，所述高K栅介质层的材料为掺氮的氧锆铪；形成位于所述高K栅介质层表面的金属栅电极层；形成位于所述金属栅电极层、高K栅介质层两侧的半导体衬底内的源极和漏极。

可选地，所述等离子体沉积工艺的射频频率为5E2赫兹-1E5赫兹，功率为100千瓦-500千瓦，反应温度为200摄氏度-400摄氏度。

可选地，所述等离子体沉积工艺时，通入的气体还包括氧气。

可选地，所述等离子体沉积工艺时，通入的气体还包括氩气。

相应的，发明人还提供了一种高K栅介质层的形成方法，包括：提供具有等离子体源气体的反应腔室，在所述反应腔室的基台表面放置半导体衬底；使反应腔室内的等离子体源气体形成等离子体；向具有等离子体的反应腔室内通入反应物，所述反应物包括氢氧化铪、氢氧化锆和氮气；采用等离子体轰击所述反应物，形成覆盖所述半导体衬底表面的高K栅介质层，所述高K栅介质层的材料为掺氮的氧锆铪。

可选地，形成等离子体时的射频频率为5E2赫兹-1E5赫兹，功率为100千瓦-500千瓦。

可选地，等离子体轰击时，腔室内的温度为200摄氏度-400摄氏度。

可选地，通入的氢氧化铪、氢氧化锆和氮气的体积比为2：1：0.2。

可选地，通入的氢氧化铪的流量为0.8标准升每分钟-1.2标准升每分钟，氢氧化锆的流量0.4标准升每分钟-0.6标准升每分钟，氮气的流量为0.08标准升每分钟-0.12标准升每分钟。

可选地，还包括：在采用等离子体轰击所述反应物前，向所述反应腔室内通入氧气。

可选地，还包括：在采用等离子体轰击所述反应物前，向所述反应腔室内通入氩气，其流量为0.2标准升每分钟-0.4标准升每分钟。

可选地，所述高K栅介质层的厚度为1.5纳米-3.0纳米。

可选地，还包括：形成位于所述半导体衬底和高K栅介质层之间的有界面层，所述界面层的材料为氧化硅或氮化硅。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

直接采用等离子体化学气相沉积工艺使氢氧化锆（Zr（OH）₄）和氢氧化铪（Hf（OH）₄）发生反应，形成氧锆铪，并且通入氮气，使得氧锆铪内掺杂氮，形成具有较高抗热载流子能量、且K值较高的高K栅介质层。本发明实施例形成的高K栅介质层的质量较好，工艺步骤简单。

进一步的，在采用等离子体轰击所述反应物前，向所述反应腔室内通入氧气。所述氧气在后续与形成的氧-锆-铪的组合物中的悬挂键相结合，生成较为稳定的结构，形成的氧锆铪（HfZrO）质量稳定，即高K栅介质层的质量较好。

由氢氧化铪、氢氧化锆和氮气，经等离子体沉积工艺形成高K栅介质层，不仅形成工艺简单，形成的高K栅介质层的质量好。而且，由于形成高K栅介质层时没有氯的参与，后续采用此高K栅介质层形成晶体管时，所述晶体管的阈值电压高，性能优越。