晶体管的制作方法技术

一种晶体管的制作方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成伪栅极结构，所述伪栅极结构包括栅介质层、位于所述栅介质层上的保护层、位于所述保护层上的氧化物层和位于所述氧化物层上的伪栅极；所述栅介质层的材料为含氧材料，所述氧扩散至保护层上表面形成氧化层；形成伪栅极结构后，形成晶体管的源极和漏极；形成源极和漏极后，在所述衬底上形成层间介质层，所述层间介质层暴露出所述伪栅极结构的上表面；去除所述伪栅极，在所述层间介质层中形成伪栅沟槽；形成伪栅沟槽后，去除所述氧化物层及所述氧化层；去除所述氧化物层、氧化层后，在所述伪栅沟槽中形成栅电极。该方法可以使晶体管得到均匀的阈值电压，从而提高其性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制造领域，特别是涉及一种。
技术介绍
随着互补金属氧化物半导体(CMOS)尺寸的不断减小，传统的Si02作为栅介质已经不能满足集成电路高速发展的需要。当Si02栅介质在IOnm厚度以下时将出现隧道电流、真空缺陷、可靠性变差和性能失效等问题，漏电流及功耗急剧上升，如果不能很好解决，功耗反而会随之增大。而且，由于短沟道效应的出现，会降低CMOS晶体管的阈值电压，出现阈值电压不稳定。为了解决这些问题，采用新型的高k金属栅极晶体管已经得到了广泛的研究和应用。相比传统工艺，高k金属栅极晶体管可使漏电流减少10倍之多，功耗也能得到很好的控制。而且，如果在相同功耗下，理论上性能可提升20%左右。现有技术中高k金属栅极包括:如图1所示，提供半导体衬底1，在半导体衬底I上形成介质材料层2a、位于介质材料层2a上的高k栅介质材料层3a。在沉积完高k栅介质材料层3a之后，需将形成有介质材料层2a及高k栅介质材料层3a的半导体衬底I运送至另一个反应腔室中，以在高k栅介质材料层3a上形成多晶娃材料层5a。为避免在运送形成有高k栅介质材料层3a的半导体衬底I及排队等待形成多晶硅材料层5a的过程中，高k栅介质材料层3a会暴露在大气环境中被氧化以致影响其质量，在沉积完高k栅介质材料层3a之后，需在同一个反应腔室中继续在高k栅介质材料层3a上形成保护材料层4a，保护材料层4a的材料可为TiN，TiN的形成方法可为 原子层沉积。将形成有保护材料层4a的半导体衬底I运送至另一个反应腔室中，在保护材料层4a上形成多晶娃材料层5a,多晶娃层5a用于形成伪栅极(dummy gate)。如图1和2所示，图形化所述介质材料层2a、高k栅介质材料层3a、保护材料层4a和多晶硅材料层5a，形成伪栅极结构，伪栅极结构包括:介质层2、高k栅介质层3、保护层4和多晶硅层5。然后根据欲形成的MOS晶体管的类型，进行离子注入，形成MOS晶体管的源极S和漏极D。如图2和图3所不,在半导体衬底I及多晶娃层5上形成层间介质层6,然后,对层间介质层6进行平坦化处理，直至露出多晶硅层5的表面。然后，去除多晶硅层5，形成伪栅沟槽7。如图3和图4所示，向伪栅沟槽7中填入金属，以形成金属栅极8。由上述制作方法形成的高k金属栅极晶体管，阈值电压分布不均匀。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是现有技术中形成的高k金属栅极晶体管阈值电压不均匀。为解决上述问题，本专利技术提供了一种，包括:提供衬底；在所述衬底上形成伪栅极结构，所述伪栅极结构包括栅介质层、位于所述栅介质层上的保护层、位于所述保护层上的氧化物层和位于所述氧化物层上的伪栅极；所述栅介质层的材料为含氧材料，所述氧扩散至保护层上表面形成氧化层；然后，形成晶体管的源极和漏极；接着，在所述衬底上形成层间介质层，所述层间介质层暴露出所述伪栅极结构的上表面；去除所述伪栅极，在所述层间介质层中形成伪栅沟槽；形成伪栅沟槽后，去除所述氧化物层及所述氧化层；去除所述氧化物层、氧化层后，在所述伪栅沟槽中形成栅电极。可选地，所述伪栅极结构的形成方法包括:在所述衬底上由下至上依次形成栅介质材料层、保护材料层、氧化物材料层和伪栅材料层；图形化所述栅介质材料层、保护材料层、氧化物材料层和伪栅材料层，对应分别形成栅介质层、保护层、氧化物层和伪栅极。可选地，所述图形化所述栅介质材料层、保护材料层、氧化物材料层和伪栅材料层的方法包括:在所述伪栅材料层上形成图形化的掩模层，定义伪栅极结构的位置；以所述图形化的掩模层为掩模，对所述伪栅极材料层进行第一刻蚀，形成伪栅极；对所述伪栅极侧壁进行氧化，在伪栅极侧壁形成侧壁氧化层；在伪栅极侧壁形成侧壁氧化层后，以所述图形化的掩模层及侧壁氧化层为掩模，进行第二刻蚀，刻蚀至所述衬底上表面，形成栅介质层和保护层，所述栅介质材料层对应形成栅介质层，所述保护材料层对应形成保护层；所述第一刻蚀完全刻蚀所述氧化物材料层，形成氧化物层；或者，所述第一刻蚀刻蚀部分厚度的所述氧化物材料层，所述第二刻蚀刻蚀剩余的氧化物材料层，形成氧化物层。可选地，所述伪栅极侧墙氧化的方法为在反应腔内，使所述伪栅极侧壁进行自氧化；或者，在刻蚀反应腔内用氧等离子体轰击所述伪栅极侧壁，对所述伪栅极侧壁进行氧化。可选地，所述第一刻蚀、形成所述侧壁氧化层和所述第二刻蚀在同一反应腔内进行。可选地，所述伪栅极结构还包括介质层，所述介质层位于所述衬底和所述栅介质层之间。可选地，所述介质层的材料为SiO2或者SiON。可选地，所述栅介质层的材料为高k栅介质材料。可选地，所述高k 栅介质材料为 Hf02、HfSiO, HfTaO, HfTiO, HfZrO, A1203、La2O3>ZrO2, LaAlO 或 HfSiON。可选地，所述保护层的材料为TaN或TiN。可选地，所述氧化物层的材料为Si02。可选地，所述氧化物层的厚度小于I 00 A,可选地，所述氧化物材料层的形成方法为化学气相沉积或物理气相沉积。可选地，所述伪栅极的材料为多晶硅。可选地，在所述伪栅极结构形成后，形成所述晶体管的源极和漏极之前，在所述伪栅极结构周围形成侧墙，所述侧墙为单层结构或叠层结构，当侧墙为单层结构时，侧墙的材料为氮化硅，当侧墙为叠层结构时，侧墙的最里层为氮化硅。可选地，利用稀释的氢氟酸去除所述氧化物层和氧化层。可选地，稀释的氢氟酸需要满足其对所述氧化物层、氧化层的刻蚀速率小于100 人/min。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:本技术方案形成晶体管的方法，在伪栅极结构的保护层和伪栅极之间增加了氧化物层。在去除伪栅极的刻蚀中，该刻蚀对氧化物层的刻蚀速率很低，氧化物层可以作为刻蚀停止层，避免由于过刻蚀而对保护层造成不规则损伤。而且使保护层上表面直接与氧化物层接触，可以减小形成氧化物层后在保护层上表面形成的氧化层的厚度，并使该氧化层的厚度均匀。在去除氧化物层和氧化层时，常采用湿法刻蚀，湿法刻蚀对氧化物层的选择性很高，对保护层的选择性很低，因此即使刻蚀时间过长，也不会对保护层造成损伤。综上，在伪栅极结构的保护层和伪栅极之间形成氧化物层，可以使保护层厚度均匀，使晶体管具有均匀的阈值电压，从而提高了其性能。而且在去除伪栅极的刻蚀中，该刻蚀对氧化物层的刻蚀速率很低，有利于去除伪栅极刻蚀工艺的操作和刻蚀形貌的控制。在具体实施例中，在伪栅极侧壁形成侧壁氧化层。形成厚度为t的侧壁氧化层，只会消耗厚度为0.45t的伪栅极材料，而在原伪栅极的几何尺寸外会形成厚度为0.55t的侧壁氧化层。该厚度为0.55t的侧壁氧化层在第二刻蚀过程中可以作为掩模，使栅介质层的宽度较无侧壁氧化层时要大，制成晶体管后沟道长度相对增加，能减弱短沟道效应，还有利于提高阈值电压的均匀性。而且在干法刻蚀去除伪栅极时，该干法刻蚀对侧壁氧化层的刻蚀速率很慢，因此可以有效控制该刻蚀工艺，起到保护其他材料层的作用。【附图说明】图1至图4是现有技术中高k金属栅极的中间结构剖面示意图；图5是本专利技术具体实施例的晶体管的制作流程示意图；图6至图14是本专利技术具体实施例的晶体管制作方法的剖面结构示意图。【具体实施方式】
技术介绍
中所提到的金属栅极容易导致保护层的不规则损伤，并在保护层表面形成的深度不均匀的氧化层，造成晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管的制作方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底上形成伪栅极结构，所述伪栅极结构包括栅介质层、位于所述栅介质层上的保护层、位于所述保护层上的氧化物层和位于所述氧化物层上的伪栅极；所述栅介质层的材料为含氧材料，所述氧扩散至保护层上表面形成氧化层；形成伪栅极结构后，形成晶体管的源极和漏极；形成源极和漏极后，在所述衬底上形成层间介质层，所述层间介质层暴露出所述伪栅极结构的上表面；去除所述伪栅极，在所述层间介质层中形成伪栅沟槽；形成伪栅沟槽后，去除所述氧化物层及所述氧化层；去除所述氧化物层、氧化层后，在所述伪栅沟槽中形成栅电极。

【技术特征摘要】
1.一种晶体管的制作方法，其特征在于，包括: 提供衬底； 在所述衬底上形成伪栅极结构，所述伪栅极结构包括栅介质层、位于所述栅介质层上的保护层、位于所述保护层上的氧化物层和位于所述氧化物层上的伪栅极；所述栅介质层的材料为含氧材料，所述氧扩散至保护层上表面形成氧化层； 形成伪栅极结构后，形成晶体管的源极和漏极； 形成源极和漏极后，在所述衬底上形成层间介质层，所述层间介质层暴露出所述伪栅极结构的上表面； 去除所述伪栅极，在所述层间介质层中形成伪栅沟槽； 形成伪栅沟槽后，去除所述氧化物层及所述氧化层； 去除所述氧化物层、氧化层后，在所述伪栅沟槽中形成栅电极。2.如权利要求1所述的晶体管的制作方法，其特征在于，所述伪栅极结构的形成方法包括: 在所述衬底上由下 至上依次形成栅介质材料层、保护材料层、氧化物材料层和伪栅材料层； 图形化所述栅介质材料层、保护材料层、氧化物材料层和伪栅材料层，对应分别形成栅介质层、保护层、氧化物层和伪栅极。3.如权利要求2所述的晶体管的制作方法，其特征在于，图形化所述栅介质材料层、保护材料层、氧化物材料层和伪栅材料层的方法包括: 在所述伪栅材料层上形成图形化的掩模层，定义伪栅极结构的位置； 以所述图形化的掩模层为掩模，对所述伪栅极材料层进行第一刻蚀，形成伪栅极； 对所述伪栅极侧壁进行氧化，在伪栅极侧壁形成侧壁氧化层； 在伪栅极侧壁形成侧壁氧化层后，以所述图形化的掩模层及侧壁氧化层为掩模，进行第二刻蚀，刻蚀至所述衬底上表面，形成栅介质层和保护层，所述栅介质材料层对应形成栅介质层，所述保护材料层对应形成保护层； 所述第一刻蚀完全刻蚀所述氧化物材料层，形成氧化物层；或者，所述第一刻蚀刻蚀部分厚度的所述氧化物材料层，所述第二刻蚀刻蚀剩余的氧化物材料层，形成氧化物层。4.如权利要求3所述的晶体管的制作方法，其特征在于，形成侧壁氧化层的方法为:在反应腔内，使所述伪栅极侧壁进行自氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬江，李凤莲，王新鹏，张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31