[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（未标示），所述栅极结构的顶部表面不高于所述介质层105表面，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表面的金属栅极层102，位于高K栅介质层101和金属栅极层102两侧的半导体衬底100表面的侧墙103；位于所述栅极结构两侧的半导体衬底100内的源区和漏区104。

然而，现有技术的高K介质层和金属栅极结构的晶体管性能不佳。

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US2009/0289334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，能够形成性能优良的具有高K介质层和金属栅极结构的晶体管。

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，所述半导体衬底表面具有栅极结构，所述栅极结构包括栅介质层、栅介质层表面的栅极层，所述栅极层的材料为金属，所述半导体衬底表面还具有覆盖所述栅极结构侧壁的介质层；在所述介质层和栅极层表面形成牺牲层，所述牺牲层内含有金属原子，且所述牺牲层的金属原子与所述栅极层的金属材料不同；采用热退火工艺使牺牲层内的金属原子扩散入栅极层内，在所述栅极层表面形成覆盖层；去除位于覆盖层和介质层表面的剩余牺牲层。

可选地，所述牺牲层内还包括硅原子。

可选地，所述牺牲层的材料包括钛、钴、锰、钽、镍、钌或铝硅。

可选地，所述热退火工艺的温度为400摄氏度-700摄氏度。

可选地，所述去除覆盖层表面深夜的牺牲层的工艺为湿法刻蚀工艺，刻蚀液包括盐酸和氢氟酸中的一种或两种。

可选地，所述刻蚀液还包括双氧水。

可选地，所述栅极层的材料为铜、铝、钨或银。

可选地，还包括：形成于所述栅介质层和栅极层之间的功函数层，所述功函数层的材料为氮化钽、钽、钛、氮化钛、钌、铜锰、钛铝碳、钛铝、钴或镧。

可选地，还包括：形成于栅介质层表面的保护层，所述保护层的材料为氮化钛或氮化钽。

可选地，还包括：形成与栅介质层和半导体衬底之间的氧化硅层。

可选地，所述栅介质层的材料为高K材料。

可选地，所述栅极结构的形成方法为：在半导体衬底表面形成伪栅极层；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的顶部齐平；去除所述伪栅极层，在所述介质层内形成开口；在所述开口内沉积栅介质层，并在所述栅介质层表面形成填充满所述开口的栅极层；采用化学机械抛光工艺去除高于所述介质层的栅介质层和栅极层。

可选地，在形成介质层之前，在所述伪栅极层两侧的半导体层表面形成侧墙，所述侧墙的材料为氧化硅、氮化硅和低K介质材料中的一种或多种组合。

可选地，所述介质层的形成方法为：在所述半导体衬底和伪栅极层表面形成介质薄膜；采用化学机械抛光工艺去除高于所述伪栅极层的介质薄膜。

可选地，在形成所述介质薄膜之前，在所述半导体衬底和伪栅极层表面形成抛光停止层。

可选地，所述介质层和抛光停止层的材料为氧化硅或低K介质材料，且所述介质层和抛光停止层的材料不同。

可选地，所述介质层的顶部表面等于或高于所述栅极层的顶部表面。

可选地，在去除覆盖层和介质层表面剩余的牺牲层之后，在所述覆盖层表面形成绝缘层，所述绝缘层的表面等于或高于所述介质层表面。