[发明专利]MOS晶体管的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种MOS晶体管的形成方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，MOS晶体管的特征尺寸不断缩小，MOS晶体管的栅介质层的厚度也按等比例缩小的原则变得越来越薄。氧化硅层作为栅介质层已经达到其物理极限，利用高K栅介质层替代氧化硅栅介质层，可以在保持等效氧化层厚度（EOT）不变的情况下大大增加其物理厚度，从而减小了栅极漏电流。但由于高K栅介质层大多是金属离子氧化物，且没有固定的原子配位，其与硅衬底之间键合的稳定程度较氧化硅与硅衬底之间键合的稳定程度相比要差得多，造成高K栅介质层与硅衬底之间具有大量的界面缺陷，晶体管的可靠性问题成为了研究的重点。

负偏压温度不稳定性（NBTI：negative bias temperature instability）效应通常发生在PMOS晶体管中，当器件的栅极处于负偏压下时，器件的饱和漏极电流和跨导不断减小、阈值电压绝对值不断增大。且这种导致器件性能衰退的负偏压温度不稳定性效应，会随着栅极上的偏置电压的增加和温度的升高而更加显著。

另外，随着MOS晶体管沟道长度的减小，在器件操作过程中，晶体管沟道区域的电场变的很强，使得载流子在输送过程中发生碰撞电离，产生额外的电子空穴对，成为热载流子，纵向电压使部分热载流子注入栅氧化层，导致器件的阈值电压等参数发生漂移，形成较为严重的热载流子效应（HCI：hot carrier injection）。由于电子与空穴的平均自由程不同，电子注入的几率要比空穴高很多，因此NMOS晶体管更容易引起热载流子注入效应。

因此，现有技术形成的MOS晶体管中负偏压温度不稳定性效应和热载流子注入效应明显，可靠性不佳。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术形成的MOS晶体管中负偏压温度不稳定性效应和热载流子注入效应明显，可靠性不佳。

为解决上述问题，本发明提供了一种MOS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伪栅，位于所述伪栅两侧的侧墙，覆盖所述半导体衬底和所述侧墙的介质层，所述介质层的顶表面与所述伪栅的顶表面齐平；去除所述伪栅，形成开口，所述开口暴露出部分半导体衬底表面；采用含氟溶液对所述开口暴露出的部分半导体衬底表面进行氟化处理，形成含氟表面；在所述含氟表面上形成界面层；在所述界面层上形成栅介质层，在所述栅介质层上形成栅电极。

可选的，所述含氟溶液为HF溶液、NH₄F溶液、或者HF和NH₄F混合溶液。

可选的，所述HF溶液中HF与H₂O的摩尔比为1:100。

可选的，所述界面层为氧化层。

可选的，形成所述氧化层的工艺为采用O₃溶液或者NH₄OH、H₂O₂和H₂O的混合溶液对所述开口暴露出的部分半导体衬底表面进行处理。

可选的，所述伪栅包括伪栅介质层和伪栅电极层，所述伪栅电极层位于所述伪栅介质层上。

可选的，所述伪栅介质层的材料为氧化硅，所述伪栅电极层的材料为多晶硅。

可选的，去除所述伪栅的工艺包括：采用湿法刻蚀工艺、或者先干法刻蚀再湿法刻蚀的工艺去除所述伪栅电极层；采用干法刻蚀工艺去除所述伪栅介质层。

可选的，所述湿法刻蚀工艺采用四甲基氢氧化铵溶液。

可选的，去除所述伪栅介质层的干法刻蚀工艺为硅钴镍清洗工艺。

可选的，所述栅介质层为高介电常数材料。

可选的，所述栅介质层的材料为HfO₂、Al₂O₃、ZrO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO和HfZrO中的一种或几种。

可选的，所述栅电极的材料为金属。

可选的，所述栅电极的材料为钴。

可选的，还包括在所述界面层上形成栅介质层后，对所述栅介质层进行退火。

可选的，对所述栅介质层的退火包括毫秒退火和快速热处理。

可选的，所述快速热处理的温度为600摄氏度～800摄氏度。

可选的，还包括在所述界面层上形成栅介质层后，在所述栅介质层上形成功函数层。

可选的，还包括在所述伪栅两侧的半导体衬底内形成源区和漏区。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：