晶体管的形成方法技术

一种晶体管的形成方法，所述晶体管的形成方法包括：提供半导体衬底，半导体衬底包括第一区域和第二区域；在半导体衬底表面形成伪栅介质材料层，伪栅介质材料层包括第一绝缘材料层和第二绝缘材料层；形成伪栅极和第二栅极；以所述伪栅极和第二栅极为掩膜，刻蚀伪栅介质材料层，形成伪栅介质层和第二栅介质层；在第一区域内形成第一源/漏区，在第二区域内形成第二源/漏区；在半导体衬底表面形成介质层，所述介质层的表面与伪栅极表面齐平；采用干法刻蚀工艺去除伪栅介质层中的第二绝缘材料层，再采用湿法刻蚀工艺去除伪栅介质层中的第一绝缘材料层，形成凹槽；在凹槽内形成第一栅极结构。所述方法能够节约步骤，提高晶体管的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种晶体管的形成方法。
技术介绍
随着半导体器件集成度的不断提高，技术节点的降低，传统的栅介质层不断变薄，晶体管漏电量随之增加，引起半导体器件功耗浪费等问题。为解决上述问题，现有技术提供一种将金属栅极替代多晶硅栅极的解决方案。其中，“后栅（gate last)”工艺为形成高K金属栅极晶体管的一个主要工艺。现有采用后栅极工艺形成高K金属栅极晶体管的方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有伪栅结构和位于所述半导体衬底上并覆盖所述伪栅结构的介质层，所述伪栅结构包括位于所述半导体衬底表面的伪栅介质层和所述伪栅介质层表面的伪栅极，所述介质层的表面与伪栅结构表面齐平；去除所述伪栅结构后形成凹槽；在所述凹槽内依次形成高K栅介质层和金属层，所述金属层填充满沟槽，作为晶体管的金属栅极。由于集成电路中，不同的器件的工作电压不同，需要形成不同厚度的栅介质层，栅介质层厚度较薄的高K金属栅极晶体管一般被应用于集成电路中的工作电压较低的核心器件中，例如逻辑器件中；而栅介质层厚度较厚的多晶硅栅极晶体管一般被应用于工作电压较高的外围电路中，例如输入/输出器件。现有技术通常会分别采用“后栅”工艺形成栅介质层较薄的高K金属栅极晶体管，采用“前栅”工艺形成栅介质层较厚的多晶硅栅极晶体管，形成工艺较为复杂，并且采用“后栅”工艺形成的晶体管的性能不够稳定。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种晶体管的形成方法，简化工艺步骤，提高形成的晶体管的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；在所述半导体衬底表面形成伪栅介质材料层，所述伪栅介质材料层包括位于半导体衬底表面的第一绝缘材料层和位于所述第一绝缘材料层表面的第二绝缘材料层；在第一区域的伪栅介质材料层表面形成伪栅极，在第二区域的伪栅介质材料层表面形成第二栅极；以所述伪栅极和第二栅极为掩膜，刻蚀所述伪栅介质材料层，形成位于伪栅极下方的伪栅介质层和位于第二栅极下方的第二栅介质层；在所述伪栅极两侧的半导体衬底的第一区域内形成第一源/漏区，在所述第二栅极两侧的半导体衬底的第二区域内形成第二源/漏区；在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层的表面与伪栅极表面齐平；去除伪栅极和伪栅介质层，形成凹槽，去除所述伪栅介质层的方法包括采用干法刻蚀工艺去除伪栅介质层中的第二绝缘材料层，再采用湿法刻蚀工艺去除伪栅介质层中的第一绝缘材料层；在所述凹槽内形成第一栅极结构。可选的，所述伪栅介质材料层的形成方法包括：在所述半导体衬底表面形成第一绝缘材料层，对所述第一绝缘材料层表面进行氮化，将部分厚度的第一绝缘材料层转变成第二绝缘材料层。可选的，对所述第一绝缘材料层表面进行氮化的工艺为去耦等离子体氮化工艺。可选的，其特征在于，所述第二绝缘材料层的厚度为所述伪栅介质材料层的厚度的70%～90%。可选的，所述伪栅介质材料层的厚度大于3nm。可选的，所述第一绝缘材料层和第二绝缘材料层的刻蚀速率不同。可选的，所述第一绝缘材料层的材料为氧化硅。可选的，所述第二绝缘材料层的材料为氮氧化硅。可选的，所述湿法刻蚀工艺采用的溶液为HF溶液。可选的，去除所述伪栅极的方法包括采用干法刻蚀工艺去除部分厚度的伪栅极，再采用湿法刻蚀工艺去除剩余的伪栅极。可选的，采用干法刻蚀工艺去除伪栅极厚度的70%～80%。可选的，所述伪栅极的材料为多晶硅，所述第二栅极的材料为多晶硅。可选的，形成所述伪栅极和第二栅极的方法包括：在所述伪栅介质材料层表面形成多晶硅层，在所述多晶硅层表面形成第一掩膜层，以所述第一掩膜层为掩膜刻蚀所述多晶硅层，形成伪栅极和第二栅极，去除所述第一掩膜层。可选的，在形成凹槽之前，在所述第二区域的介质层表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层覆盖第二栅极。可选的，所述第二掩膜层的材料为光刻胶。可选的，形成所述第一栅极结构的方法包括：在所述凹槽内依次形成界面层、第一栅介质层和第一栅极。可选的，形成所述第一栅极结构的方法包括：在所述凹槽内依次形成界面层、第一栅介质层、功函数层和第一栅极。可选的，采用化学气相沉积、原子层沉积或氧化工艺形成所述界面层。可选的，所述第一栅介质层的厚度小于第二栅介质层的厚度。可选的，所述第一栅介质层的材料包括HfO2、La2O3、HfSiON、ZrO2、Al2O3、HfSiO4、HfAlO2中的一种或多种；所述第一栅极的材料包括Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti、TiN、TaN、Ta、TaC、TaSiN、W、WN、WSi中的一种或多种；所述功函数层的材料包括Ti、Ta、TiN、TaN、TiAl、TaC、TaSiN、TiAlN中一种或多种。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的技术方案，在半导体衬底第一区域和第二区域表面形成伪栅介质材料层，一部分伪栅介质材料层作为后续在第二区域内形成的第二晶体管的第二栅介质层，一部分伪栅介质材料层作为后续在第一区域内形成的第一晶体管的伪栅介质层，不用单独形成所述第二栅介质层和伪栅介质层，可以简化工艺步骤。并且，本专利技术在采用后栅工艺在半导体衬底第一区域内形成第一晶体管的同时，在第二区域内形成第二晶体管，简化工艺步骤。由于所述伪栅介质层包括第一绝缘材料层和第二绝缘材料层，采用干法刻蚀刻蚀掉伪栅介质层中的第二绝缘材料层之后，再用湿法刻蚀工艺去除伪栅介质层中的第二绝缘材料层。由于此时湿法刻蚀去除的第二绝缘材料层的厚度较小，刻蚀时间较短，可以减少所述湿法刻蚀工艺对介质层造成的损失，并且采用湿法刻蚀工艺可以降低对衬底的损伤，提高后续形成的界面层的质量，从而提高后续在第二区域内形成的第二晶体管的性能。进一步的，所述第一绝缘材料层和第二绝缘材料层的刻蚀速率不同，在采用干法刻蚀去除所述第二绝缘材料层的过程中，容易判断第二绝缘材料层的刻蚀是否完成，从而可以避免过刻蚀对衬底造成损伤。进一步，本专利技术的技术方案还可以采用干法和湿法结合的方式去除伪栅极，由于所述伪栅极的尺寸较小，采用干法刻蚀工艺会在伪栅极的底部拐角处存在残留的伪栅极材料，而采用湿法刻蚀工艺会对凹槽侧壁造成损伤。本专利技术的技术方案采用干法刻蚀工艺去除大部分的伪栅极，可以降低后续采用湿法刻蚀的量，降低所述湿法刻蚀对凹槽侧壁的损伤，后续再采用湿法刻蚀工艺，去除剩余的伪栅极材料，可以确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；在所述半导体衬底表面形成伪栅介质材料层，所述伪栅介质材料层包括位于半导体衬底表面的第一绝缘材料层和位于所述第一绝缘材料层表面的第二绝缘材料层；在第一区域的伪栅介质材料层表面形成伪栅极，在第二区域的伪栅介质材料层表面形成第二栅极；以所述伪栅极和第二栅极为掩膜，刻蚀所述伪栅介质材料层，形成位于伪栅极下方的伪栅介质层和位于第二栅极下方的第二栅介质层；在所述伪栅极两侧的半导体衬底的第一区域内形成第一源/漏区，在所述第二栅极两侧的半导体衬底的第二区域内形成第二源/漏区；在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层的表面与伪栅极表面齐平；去除伪栅极和伪栅介质层，形成凹槽，去除所述伪栅介质层的方法包括采用干法刻蚀工艺去除伪栅介质层中的第二绝缘材料层，再采用湿法刻蚀工艺去除伪栅介质层中的第一绝缘材料层；在所述凹槽内形成第一栅极结构。

【技术特征摘要】
1.一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；
在所述半导体衬底表面形成伪栅介质材料层，所述伪栅介质材料层包括
位于半导体衬底表面的第一绝缘材料层和位于所述第一绝缘材料层表面的第
二绝缘材料层；
在第一区域的伪栅介质材料层表面形成伪栅极，在第二区域的伪栅介质
材料层表面形成第二栅极；
以所述伪栅极和第二栅极为掩膜，刻蚀所述伪栅介质材料层，形成位于
伪栅极下方的伪栅介质层和位于第二栅极下方的第二栅介质层；
在所述伪栅极两侧的半导体衬底的第一区域内形成第一源/漏区，在所述
第二栅极两侧的半导体衬底的第二区域内形成第二源/漏区；
在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层的表面与伪栅极表面齐
平；
去除伪栅极和伪栅介质层，形成凹槽，去除所述伪栅介质层的方法包括
采用干法刻蚀工艺去除伪栅介质层中的第二绝缘材料层，再采用湿法刻蚀工
艺去除伪栅介质层中的第一绝缘材料层；
在所述凹槽内形成第一栅极结构。
2.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述伪栅介质材
料层的形成方法包括：在所述半导体衬底表面形成第一绝缘材料层，对所述
第一绝缘材料层表面进行氮化，将部分厚度的第一绝缘材料层转变成第二绝
缘材料层。
3.根据权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，对所述第一绝缘
材料层表面进行氮化的工艺为去耦等离子体氮化工艺。
4.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，其特征在于，所
述第二绝缘材料层的厚度为所述伪栅介质材料层的厚度的70%～90%。
5.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述伪栅介质材
料层的厚度为3nm以上。
6.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘材
料层和第二绝缘材料层的刻蚀速率不同。
7.根据权利要求6所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘材
料层的材料为氧化硅。
8.根据权利要求6所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二绝缘材
料层的材料为掺氮的氧化硅。
9.根据权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工
艺采用的溶液为HF溶液。
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢欣云，洪中山，
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