[发明专利]晶体管的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，尤其是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，尤其是金属-氧化物-半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)晶体管的尺寸不断地缩小，以此满足集成电路发展的小型化和集成化的要求。在MOS晶体管尺寸持续缩小的过程中，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包括漏电流增加以及杂质扩散等问题，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（metal gate）结构的MOS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，提高半导体器件的性能。

然而，MOS晶体管使用高K栅介质层的缺点在于，高K栅介质层界面品质较差，如果直接在半导体衬底上形成高K栅介质层，较差品质的界面容易削弱最终形成的半导体器件的电学性能。为此，可在半导体衬底与高K栅介质层之间设置界面层(interfacial layer，IL)，界面层不仅能在半导体衬底和界面层之间提供较佳品质的界面，还能在高K栅介质层和界面层之间提供较佳品质的界面，从而改善了高K栅介质层与衬底之间的界面特性。

请结合参考图1和图2，现有晶体管的形成方法包括：S1，提供半导体衬底100；S2，在半导体衬底100上形成界面层110；S3，在界面层110上形成高K栅介质层120；S4，进行退火处理；S5，在高K栅介质层120上形成帽盖层130。

其中，在形成高K栅介质层120之后，进行退火处理是为了增大高K栅介质层120的致密度，并减少界面层110和高K栅介质层120中的陷阱电荷（charge traps），然而，所述退火处理同时造成器件阈值电压漂移（Shift）。

为此，需要一种新的晶体管的形成方法，以防止晶体管器件阈值电压漂移。

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，以防止器件阈值电压漂移，提高晶体管的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种晶体管的形成方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成界面层；

在所述界面层上形成高K栅介质层；

在所述高K栅介质层上形成帽盖层；

在所述帽盖层上形成金属栅极；

在形成帽盖层之后，对所述界面层和所述高K栅介质层进行无氧致密化处理。

可选的，所述无氧致密化处理为激光退火工艺。

可选的，所述激光退火工艺在惰性气体或者氮气的气氛中进行，所述激光退火工艺的退火时间范围为0.25毫秒～1毫秒，所述激光退火工艺的退火温度范围为600℃～1100℃。

可选的，所述激光退火工艺采取固定激光光斑且移动半导体衬底的方式进行，所述激光光斑为长度为5mm～8mm且宽度为125μm的长方形或者长度为8mm～12mm且宽度为75μm的长方形。

可选的，在所述高K栅介质层上形成所述帽盖层之后，且在对所述界面层和所述高K栅介质层进行无氧致密化处理之前，还包括：在所述帽盖层上形成伪栅极。

可选的，在所述帽盖层上形成所述伪栅极之后，且在对所述界面层和所述高K栅介质层进行无氧致密化处理之前，还包括：去除所述伪栅极。

可选的，所述界面层的材料为二氧化硅或者含氮二氧化硅，厚度范围为

可选的，所述高K栅介质层的材料为氧化铪、氧化铪硅、氮氧化铪硅、氧化镧、氧化锆、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛或氧化铝中的一种或者多种，厚度范围为

可选的，所述帽盖层的材料为氮化钛、氮化铊和氮化钨中的一种或者多种，厚度范围为

可选的，所述半导体衬底表面具有氧化层，在所述半导体衬底上形成界面层之前，还包括步骤：去除所述氧化层直至暴露出所述半导体衬底表面。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，先在半导体衬底上形成界面层，在界面层上形成高K栅介质层，在高K栅介质层上形成帽盖层，之后，再对界面层和高K栅介质层进行无氧致密化处理，由于形成了帽盖层，帽盖层可以在无氧致密化处理过程中对高K栅介质层进行保护，防止环境中微量的氧气对界面层和高K栅介质层的氧化作用，从而防止后续形成的晶体管器件阈值电压发生漂移，提高了晶体管的性能。