MOS晶体管的形成方法技术

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。本发明专利技术MOS晶体管的形成方法降低了负偏压温度不稳定性效应和热载流子注入效应，MOS晶体管可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
MOS晶体管的形成方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种MOS晶体管的形成方法。
技术介绍
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(NBT1: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(HC1:hot carrier inject1n)。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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术提供了一种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NH40H、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Hf02、A1203、ZrO2, HfS1、HfS1N、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。 [0021 ] 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，本专利技术技术方案具有以下优点: 本专利技术实施例的MOS晶体管的形成方法中，在去除伪栅，形成暴露出部分半导体衬底表面的开口后，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，所述半导体衬底表面的娃材料的悬挂键与氟离子反应形成娃-氟(S1-F)键,形成含氟表面。所述含氟表面中的硅-氟键可以减少并防止硅材料的悬挂键与氢离子反应形成硅-氢(S1-H)键，由于硅-氟键的键能大于硅-氢键的键能，后续在MOS晶体管的操作过程中，在强电场作用下，硅-氟键不容易被打断，不会形成界面陷阱电荷，减小了负偏压温度不稳定性。另外，由于硅-氟键的键能更高，减少了载流子输运过程中由于碰撞电离而产生的电子空穴对，减小了热载流子效应。且采用含氟溶液对所述开口暴漏出的部分半导体衬底进行氟化处理时，不会对半导体衬底表面造成损伤。后续在所述含氟表面上形成界面层，所述界面层还可以作为阻挡层，可以防止含氟表面中的氟离子重新形成氟分子后逸出，防止含氟表面中的硅-氟键密度降低。 进一步的，本专利技术实施例的MOS晶体管的形成方法中，去除所述伪栅时，先采用湿法刻蚀去除伪栅电极层，再采用硅钴镍清洗(SiCoNi Clean)工艺去除伪栅介质层。所述湿法刻蚀去除伪栅电极层采用四甲基氢氧化铵溶液，由于湿法刻蚀较高的刻蚀选择比，在去除所述伪栅电极层的工艺中，伪栅介质层可以作为刻蚀阻挡层，保护伪栅介质层下的半导体衬底免受损伤。另外，去除所述伪栅介质层的工艺采用硅钴镍清洗工艺，由于硅钴镍清洗工艺为低强度的氧化物化学刻蚀方法，与干法刻蚀方法相比，进一步减小了等离子轰击作用对伪栅介质层下的半导体衬底的损伤，而且对半导体器件中其他氧化物结构的损伤也进一步减少。 【附图说明】 图1至图6是本专利技术实施例的MOS晶体管的形成过程的剖面结构示意图。 【具体实施方式】 由
技术介绍
可知，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。 本专利技术的专利技术人通过对MOS晶体管中负偏压温度不稳定性效应的研究发现，负偏压温度不稳定性效应主要是由硅与栅介质层界面陷阱电荷和氧化层电荷的变化而引起的。在栅极的娃与栅介质层界面中存在着一些娃的悬挂键，一般认为这些悬挂键与氢结合形成硅-氢(S1-H)键，称为氢钝化。但是在晶体管工作过程中在栅极上形成一个高电场，此时硅-氢键就容易被打断，形成H、H+或者H2。这样硅的悬挂键就会吸引电荷，成为界面陷阱电荷，造成负偏压温度不稳定性效应。另外，MOS晶体管操作过程中，界面处硅-氢键键能较低，沟道区载流子在强电场下与半导体晶格碰撞电离，容易产生额外的电子空穴对，成为热载流子，所述热载流子在电场作用下注入栅氧化层，形成热载流子注入效应。 基于以上研究，本专利技术的专利技术人提出一种MOS晶体管的形成方法，在去除伪栅，形成暴露出部分半导体衬底表面的开口后，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，所述半导体衬底表面的硅材料的悬挂键与氟离子反应形成硅-氟键，形成含氟表面。由于娃-氟键的键能大于娃-氢键的键能，后续在MOS晶体管的操作过程中，在强电场作用下，硅-氟键不容易被打断，不会形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MOS晶体管的形成方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种MOS晶体管的形成方法，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述含氟溶液为HF溶液、NH4F溶液、或者HF和NH4F的混合溶液。3.如权利要求2所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述HF溶液中HF与H2O的摩尔比为1:100。4.如权利要求1所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述界面层为氧化层。5.如权利要求4所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述氧化层的工艺为采用O3溶液或者ΝΗ40Η、Η202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。6.如权利要求1所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，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。7.如权利要求6所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，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。8.如权利要求7所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢欣云，
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