界面層的形成方法及金屬柵極晶體管的形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種界面層的形成方法及金屬柵極晶體管的形成方法，所述界面層的形成方法不同于現(xiàn)有界面層形成方法，前者是先形成高K介質(zhì)層再形成界面層，具體的是在含有氧化氣體的氣體氛圍中進行退火處理，在退火過程中，在高溫環(huán)境下的具有較高能量的氧化氣體能穿過高K介質(zhì)層，并擴散到高K介質(zhì)層與襯底之間的界面處從而與襯底接觸，使得襯底與高K介質(zhì)層接觸的表面被氧化從而生長一層界面層。由于界面層是在高K介質(zhì)層之后形成的，故在形成界面層的過程中能修復高K介質(zhì)層的某些缺陷，例如，在形成界面層的退火過程中，氧化氣體能向高K介質(zhì)層補充氧原子，使得高K介質(zhì)層的實際組分更接近其理想化學分子式中對應(yīng)的組分。
【專利說明】界面層的形成方法及金屬柵極晶體管的形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導體制造領(lǐng)域，特別是涉及一種界面層的形成方法及一種金屬柵極 晶體管的形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導體技術(shù)的不斷發(fā)展，M0S晶體管的特征尺寸不斷縮小，M0S晶體管的柵 介質(zhì)層的厚度也按等比例縮小的原則變得越來越薄。當所述柵介質(zhì)層的厚度薄到一定的 程度后，其可靠性問題，尤其是與時間相關(guān)的擊穿、熱載流子效應(yīng)、柵電極中的雜質(zhì)向襯底 的擴散等問題，將嚴重影響器件的穩(wěn)定性和可靠性?，F(xiàn)在，氧化硅作為柵介質(zhì)層已經(jīng)達到 其物理厚度極限，利用高K介質(zhì)層替代氧化硅柵介質(zhì)層，可以在保持等效氧化層厚度（Ε0Τ， Equivalent Oxide Thickness)不變的情況下大大增加柵介質(zhì)層的物理厚度，從而減小了 柵極漏電流。
[0003] 但是由于高K介質(zhì)層大多是金屬離子氧化物，且沒有固定的原子配位，其與硅襯 底之間鍵合的穩(wěn)定程度較氧化硅與硅襯底之間鍵合的穩(wěn)定程度要差得多，造成高K介質(zhì) 層與硅襯底之間具有大量的界面缺陷。為了解決這個問題，現(xiàn)有技術(shù)的做法是：在硅襯底 上形成高K介質(zhì)層之前，先在娃襯底上形成一層界面層（Interfacial Layer, IL),然后在 界面層上形成高K介質(zhì)層。所述界面層的材料大多為氧化硅，其形成方法大多為熱生長法 (Rapid Thermal Oxidation，RT0)或化學生長法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種新的界面層形成方法。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種金屬柵極晶體管的形成方法，該方法包括利用上述 界面層形成方法形成界面層的步驟。
[0006] 具體地，本發(fā)明所提供的界面層的形成方法包括：將表面形成有高K介質(zhì)層的半 導體襯底置于包含氧化氣體的氣體氛圍中進行退火處理，以在半導體襯底與所述高K介質(zhì) 層接觸的表面生長界面層。
[0007] 可選的，所述界面層的材料為氧化硅。
[0008] 可選的，所述氧化氣體至少包含02、H20中的一種。
[0009] 可選的，所述界面層的材料為氮氧化硅。
[0010] 可選的，所述氧化氣體至少包含NO、N20中的一種。
[0011] 可選的，在進行所述退火處理之前，還包括：利用離子注入工藝向所述高K介質(zhì)層 中注入N原子；所述氧化氣體至少包含0 2、H20中的一種。
[0012] 可選的，所述高K介質(zhì)層的材料至少包括氧化鉿、硅氧化鉿、氧化鋯、硅氧化鋯中 的一種。
[0013] 可選的，所述高K介質(zhì)層的厚度為10人-50人。
[0014] 可選的，所述退火處理為毫秒退火。
[0015] 可選的，所述毫秒退火的工藝參數(shù)包括：退火時間為0. lms-3ms，退火溫度為 800。。-1200。。。
[0016] 可選的，所述氣體氛圍還包括：稀釋氣體，所述稀釋氣體為N2或八!·。
[0017] 具體地，本發(fā)明所提供的一種金屬柵極晶體管的形成方法包括：
[0018] 提供半導體襯底；
[0019] 在所述半導體襯底上形成偽柵極；
[0020] 在所述偽柵極周圍形成側(cè)墻；
[0021] 在所述半導體襯底及側(cè)墻上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層的表面與所述偽柵 極的上表面齊平；
[0022] 去除所述偽柵極以形成溝槽；
[0023] 在所述溝槽內(nèi)形成高K介質(zhì)層；
[0024] 利用如上所述的方法在半導體襯底與高K介質(zhì)層接觸的表面形成界面層；
[0025] 在所述溝槽內(nèi)形成位于高K介質(zhì)層上的金屬柵極。
[0026] 可選的，在形成所述偽柵極之前，在所述半導體襯底上形成刻蝕終止層；在去除所 述偽柵極之后、形成高K介質(zhì)層之前，去除所述刻蝕終止層。
[0027] 可選的，所述刻蝕終止層的材料為氧化硅。
[0028] 具體地，本發(fā)明所提供的另一種金屬柵極晶體管的形成方法包括：
[0029] 提供半導體襯底；
[0030] 在所述半導體襯底上形成高K介質(zhì)層；
[0031] 利用如上所述的方法在半導體襯底與高K介質(zhì)層接觸的表面形成界面層；
[0032] 在所述高K介質(zhì)層上形成偽柵極；
[0033] 去除未被所述偽柵極覆蓋住的高K介質(zhì)層及界面層之后，在所述界面層、高K介質(zhì) 層和偽柵極的周圍形成側(cè)墻；
[0034] 在所述半導體襯底及側(cè)墻上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層的表面與所述偽柵 極的上表面齊平；
[0035] 去除所述偽柵極以形成溝槽；
[0036] 在所述溝槽內(nèi)形成位于高K介質(zhì)層上的金屬柵極。
[0037] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：
[0038] 本發(fā)明所提供的界面層形成方法不同于現(xiàn)有界面層形成方法，現(xiàn)有界面層形成方 法中是在高K介質(zhì)層之前形成界面層，而本發(fā)明是先形成高K介質(zhì)層再形成界面層，具體的 方法是在含有氧化氣體的氣體氛圍中進行退火處理，在退火處理過程中，在高溫環(huán)境下的 具有較高能量的氧化氣體能穿過高K介質(zhì)層，并擴散到高K介質(zhì)層與半導體襯底之間的界 面處從而與半導體襯底接觸，在氧化氣體的氧化作用下，半導體襯底與高K介質(zhì)層接觸的 表面被氧化從而生長一層界面層。由于本發(fā)明中的界面層是在高K介質(zhì)層之后形成的，故 在形成界面層的過程中能修復高K介質(zhì)層的某些缺陷，例如，在形成界面層的退火處理過 程中，氧化氣體能向高K介質(zhì)層補充氧原子，使得高K介質(zhì)層的實際組分更接近其理想化學 分子式中對應(yīng)的組分。
[0039] 當所述退火處理為毫秒退火時，與其它退火工藝相比，毫秒退火能減少形成界面 層所需的熱預算。
[0040] 在本發(fā)明所提供的一種金屬柵極晶體管的形成方法中，先形成偽柵極，然后去除 偽柵極，再依次形成高K介質(zhì)層、利用本發(fā)明所提供的界面層形成方法形成界面層，最后形 成金屬柵極。當形成界面層的退火處理工藝為毫秒退火時，可以在極短的時間內(nèi)就在半導 體襯底表面生長一層界面層，幾乎不會使源區(qū)和漏區(qū)中的摻雜離子發(fā)生擴散；另外，界面層 是利用熱生長方法形成的，其比利用化學生長法所形成的界面層質(zhì)量高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041] 圖1至圖7是本發(fā)明的實施例一中金屬柵極晶體管在各個制作階段的剖面圖；
[0042] 圖8至圖13是本發(fā)明的實施例二中金屬柵極晶體管在各個制作階段的剖面圖。

【具體實施方式】
[0043] 如前所述，現(xiàn)有界面層的形成方法中，是先形成界面層再在界面層上形成高K介 質(zhì)層。而本發(fā)明所提供的是一種新的界面層形成方法，該方法先形成高K介質(zhì)層再形成界 面層。
[0044] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實施例做詳細的說明。
[0045] 本發(fā)明所提供的界面層形成方法包括以下步驟：將表面形成有高K介質(zhì)層的半導 體襯底置于包含氧化氣體的氣體氛圍中進行退火處理，以在半導體襯底與所述高K介質(zhì)層 接觸的表面處生長界面層。其中 ：
[0046] 所述半導體襯底為體硅（bulk silicon)襯底或絕緣體上硅（SOI)襯底等常用的襯 底材料，還可向半導體襯底中摻加如鍺、砷化銦、碲化鉛、碲化鎵等材料。
[0047] 高K介質(zhì)層的形成方法包括化學氣相沉積法（Chemical Vapor Deposition, 簡稱CVD)、原子層沉積法（Atomic Layer Deposition,簡稱ALD)、金屬有機氣相沉積法 (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，簡稱 M0CVD)、分子束外延法（Molecular Beam Epitaxy，簡稱 MBE)、物理氣相沉積法（Physical Vapor Deposition，簡稱 PVD)等。當 然，高K介質(zhì)層還可利用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的其它沉積技術(shù)形成。
[0048] 高Κ介質(zhì)層至少包括氧化鉿（Η--2)、硅氧化鉿（HfSi02)、氧化鋯（Zr0 2)、硅氧化鋯 (ZrSi02)中的一種。當然，高K介質(zhì)層還可包括其它介電常數(shù)大于氧化硅介電常數(shù)（3. 9)的 介電材料，例如氮氧化鉿、氮氧化鋯，還包括向前述高K介質(zhì)層中摻入一些其它，如Y (釔)、 La (鑭)、Er (鉺)、鋁（A1)等元素后的材料。
[0049] 由于高K介質(zhì)層的厚度較薄，一般為10A-50 A，故在所述退火處理過程中，在高溫 環(huán)境下的具有較高能量的所述氧化氣體能穿過所述高K介質(zhì)層，并擴散到高K介質(zhì)層與半 導體襯底之間的界面處從而與半導體襯底接觸，在氧化氣體的氧化作用下，半導體襯底與 高K介質(zhì)層接觸的表面被氧化從而生長一層界面層。在一個實施例中，經(jīng)過退火處理所形 成的界面層厚度為4A-15A。
[0050] 在一個實施例中，所述界面層的材料為氧化硅。在這種情況下，所述退火處理中所 采用的所述氧化氣體至少包含〇 2、h2o (氣態(tài)）中的一種。當所述氧化氣體包含〇2時，高溫 環(huán)境下的所述氧化氣體與半導體襯底發(fā)生如下化學反應(yīng)，Si+0 2 - si〇2，從而形成材料為氧 化硅的界面層；當所述氧化氣體包含h2o (氣態(tài))時，高溫環(huán)境下的所述氧化氣體與半導體襯 底發(fā)生如下化學反應(yīng)，Si+2H20 (氣態(tài)）一Si02+2H2，從而形成材料為氧化硅的界面層。
[0051] 在一個實施例中，所述界面層的材料為氮氧化硅。在這種情況下，所述退火處 理中所采用的所述氧化氣體至少包含NO、N 20中的一種。當所述氧化氣體包含N0時，高 溫環(huán)境下的所述氧化氣體與半導體襯底發(fā)生如下化學反應(yīng)，Si+N0 - SiON，從而形成材 料為氮氧化硅的界面層，氮氧化硅界面層的介電常數(shù)比氧化硅界面層的介電常數(shù)大；當 所述氧化氣體包含N 20時，高溫環(huán)境下的所述氧化氣體與半導體襯底發(fā)生如下化學反應(yīng)， 2Si+2N20 - 2Si0N+N2，從而形成材料為氮氧化硅的界面層。
[0052] 當所述界面層的材料為氮氧化硅時，界面層還可利用以下方法形成：在半導體襯 底上形成高K介質(zhì)層之后，利用離子注入工藝向高K介質(zhì)層中注入N原子，在包含氧化氣體 (如0 2或H20 (氣態(tài))）的氣體氛圍中進行退火處理，在高溫環(huán)境下的具有較高能量的所述氧 化氣體能穿過所述高K介質(zhì)層，并擴散到高K介質(zhì)層與半導體襯底之間的界面處從而與半 導體襯底接觸，在氧化氣體的氧化作用下，半導體襯底與高K介質(zhì)層接觸的表面被氧化從 而生長一層氧化硅界面層，與此同時，高溫環(huán)境下的高K介質(zhì)層中的N原子會擴散到氧化硅 界面層中從而形成氮氧化硅界面層。
[0053] 當然，所述氧化氣體還可為其它能在高溫環(huán)境下與硅發(fā)生化學反應(yīng)并生成氧化硅 或氮氧化硅的氣體。
[0054] 所述退火處理的氣體氛圍除了包含氧化氣體之外，還可包括稀釋氣體，如N2、Ar 等。
[0055] 所述退火處理可為現(xiàn)有技術(shù)中的多種退火工藝，如超級退火（super anneal)、快 速熱退火（rapid thermal anneal)、毫秒退火（millisecond anneal)等。在一個實施例 中，所述退火處理為毫秒退火，與其它退火工藝相比，毫秒退火能減少形成界面層所需的熱 預算（thermal budget)。所述毫秒退火可分為激光毫秒退火及閃光燈毫秒退火，在一個 實施例中，所述毫秒退火為激光毫秒退火。所述毫秒退火工藝中，若退火時間太短，則形 成的界面層太薄，無法起到界面層應(yīng)有的作用；若退火時間太長，則形成的界面層太厚；若 退火溫度太低，則氧化氣體的能量不夠，不足以使氧化氣體穿過高K介質(zhì)層并擴散到半導 體襯底表面；若退火溫度太高，則會增加退火處理裝置的要求，使退火處理裝置的成本增 力口；另外，若退火溫度太高，可能會使已形成的高K介質(zhì)層發(fā)生再結(jié)晶，影響了高K介質(zhì)層 的質(zhì)量。綜合考慮以上因素，在一個實施例中，所述毫秒退火的工藝參數(shù)包括：退火時間為 0· lms-3ms，退火溫度為 800°C -1200°C。
[0056] 在一個具體的實施例中，所述毫秒退火工藝是在02及稀釋氣體如N2的氣體氛圍中 進行，其中，〇2的流量為2sccm-100sccm，0 2的濃度為lOppm-lOOOppm。
[0057] 本發(fā)明所提供的界面層形成方法能帶來以下有益效果：
[0058] 1、與利用化學生長法所形成的界面層相比，本發(fā)明中的界面層是利用熱生長法形 成，使得界面層的質(zhì)量更佳。
[0059] 2、本發(fā)明中的界面層是在高K介質(zhì)層之后形成的，故在形成界面層的過程中能修 復高K介質(zhì)層的某些缺陷，例如，高K介質(zhì)層大多是金屬離子氧化物，如氧化鉿、氧化鋯等， 其大多是利用化學氣相沉積方法形成，由于化學氣相沉積工藝中發(fā)生的化學反應(yīng)往往比較 復雜，得到的膜的組分可能并非要求的組分，如氧化鉿的理想化學分子式為Hf〇 2，氧化鋯的 理想化學分子式為Zr02，即高K介質(zhì)層的理想化學計量比為1:2,但形成的高K介質(zhì)層的實 際化學計量比小于1:2,在形成界面層的退火處理過程中，氧化氣體能向高K介質(zhì)層中補充 氧原子，使得高Κ介質(zhì)層的實際組分更接近其理想化學分子式中對應(yīng)的組分。
[0060] 本發(fā)明中的界面層形成方法與其它一些半導體工藝結(jié)合在一起可用于制作金屬 柵極晶體管，下面就其中兩種金屬柵極晶體管的形成方法作介紹。
[0061] 實施例一
[0062] 如圖1所示，首先執(zhí)行步驟S1 :提供半導體襯底100。
[0063] 半導體襯底100為體硅（bulk silicon)襯底或絕緣體上硅（SOI)襯底等常用的 襯底材料，還可向半導體襯底1〇〇中摻加如鍺、砷化銦、碲化鉛、碲化鎵等材料。半導體襯底 100內(nèi)形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110,以將金屬柵極晶體管與形成在半導體襯底100上的其它 器件隔離開來。
[0064] 繼續(xù)參照圖1所示，接著執(zhí)行步驟S2 :在半導體襯底100上形成偽柵極130。
[0065] 在一個實施例中，偽柵極130的形成方法包括：在半導體襯底100上形成刻蝕終 止層；在所述刻蝕終止層上形成偽柵材料層，其材料可為多晶硅或氮化硅；在所述偽柵材 料層上形成圖形化光刻膠層，以所述圖形化光刻膠層為掩模對所述偽柵材料層進行干法刻 蝕，剩余的未被刻蝕的偽柵材料層構(gòu)成偽柵極130。形成偽柵極130之后，再以所述圖形化 光刻膠層為掩模對所述刻蝕終止層進行干法刻蝕，形成圖形化的刻蝕終止層120,然后去除 圖形化光刻膠層。
[0066] 刻蝕終止層120的材料可為氧化硅。偽柵極130和刻蝕終止層120在后續(xù)工藝中 會被去除，根據(jù)需要還可在偽柵極130上方形成其它材料層，如硬掩模層(未圖示)。
[0067] 如圖2所示，接著執(zhí)行步驟S3 :在偽柵極130周圍形成側(cè)墻150。
[0068] 在一個實施例中，側(cè)墻150的形成方法包括：在半導體襯底100、刻蝕終止層120 及偽柵極130上形成側(cè)墻材料層；對所述側(cè)墻材料層進行回刻，以形成側(cè)墻150,側(cè)墻150 的材料可為氮化硅或氮氧化硅。
[0069] 在一個實施例中，如圖1所示，在偽柵極130周圍形成側(cè)墻150之前，還包括在偽 柵極130兩側(cè)的半導體襯底100內(nèi)形成輕摻雜漏結(jié)構(gòu)（LDD)140的步驟，以解決熱電子效應(yīng) 的問題。輕摻雜漏結(jié)構(gòu)140的形成方法包括：以偽柵極130為掩模進行離子注入，以在偽柵 極130兩側(cè)的半導體襯底100內(nèi)形成輕摻雜漏結(jié)構(gòu)140。
[0070] 繼續(xù)參照圖2所示，接著執(zhí)行步驟S4 :在偽柵極130兩側(cè)的半導體襯底100內(nèi)形 成源區(qū)161和漏區(qū)162。
[0071] 在一個實施例中，源區(qū)161和漏區(qū)162的形成方法包括：以偽柵極130及側(cè)墻150 為掩模進行離子注入，以在偽柵極130兩側(cè)的半導體襯底100內(nèi)形成源區(qū)161和漏區(qū)162。 當半導體襯底1〇〇內(nèi)形成有輕摻雜漏結(jié)構(gòu)140時，源區(qū)161和漏區(qū)162的深度大于輕摻雜 漏結(jié)構(gòu)140的深度。
[0072] 如圖3所示，接著執(zhí)行步驟S5 :在半導體襯底100及側(cè)墻150上形成層間介質(zhì)層 170,層間介質(zhì)層170的表面與偽柵極130的上表面齊平。
[0073] 在一個實施例中，利用化學氣相沉積方法在半導體襯底100、偽柵極130及側(cè)墻 150上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層的最低點高于偽柵極130的上表面；對所述層間介 質(zhì)層進行化學機械研磨，化學機械研磨之后層間介質(zhì)層170的表面與偽柵極130的上表面 齊平。
[0074] 結(jié)合圖3和圖4所示，接著執(zhí)行步驟S6 :去除偽柵極130以形成溝槽S。
[0075] 當偽柵極130下方形成有刻蝕終止層120時，去除偽柵極130之后還去除刻蝕終 止層120。在一個實施例中，可利用濕法刻蝕去除偽柵極130和刻蝕終止層120。
[0076] 結(jié)合圖4及圖5所示，接著執(zhí)行步驟S7 :在溝槽S內(nèi)形成高K介質(zhì)層180。
[0077] 具體的高K介質(zhì)層180的材料及形成方法可參照本實施例之前所述，在此不再贅 述。在一個實施例中，溝槽S的側(cè)壁及底部上均覆蓋有高K介質(zhì)層180,另外，層間介質(zhì)層 170上也覆蓋有高K介質(zhì)層180。
[0078] 如圖6所示，接著執(zhí)行步驟S8 :在半導體襯底100與高K介質(zhì)層180接觸的表面 形成界面層190。
[0079] 形成界面層190的方法包括：將表面形成有高K介質(zhì)層180的半導體襯底100置 于包含氧化氣體的氣體氛圍中進行退火處理，在退火處理過程中，在高溫環(huán)境下的具有較 高能量的氧化氣體能穿過所述高K介質(zhì)層180,并擴散到高K介質(zhì)層180與半導體襯底100 之間的界面處，從而與半導體襯底100接觸，在氧化氣體的氧化作用下，半導體襯底100與 高K介質(zhì)層180接觸的表面被氧化從而生長界面層190。具體的界面層190的材料及其形 成方法可參照本實施例之前所述，在此不再贅述。
[0080] 需說明的是，在此步驟的利用退火處理工藝形成界面層的過程中，不能使退火時 間過長，否則可能會使源區(qū)161和漏區(qū)162中的摻雜離子發(fā)生擴散，使源區(qū)161和漏區(qū)162 超過規(guī)定的注入深度。
[0081] 現(xiàn)有金屬柵極晶體管的形成方法中，在去除偽柵極以形成溝槽之后，先利用化學 生長法形成界面層，由于化學生長法形成界面層時的溫度較低，故不會使源區(qū)161和漏區(qū) 162中的摻雜離子發(fā)生擴散，但利用化學生長法所形成的界面層質(zhì)量較差。
[0082] 當所述退火處理為毫秒退火時，可以在極短的時間內(nèi)就在半導體襯底100表面生 長界面層190,幾乎不會使源區(qū)161和漏區(qū)162中的摻雜離子發(fā)生擴散；另外，界面層190是 利用熱生長方法形成的，比利用化學生長法所形成的界面層質(zhì)量高。
[0083] 如圖7所示，接著執(zhí)行步驟S9 :在圖4所示的溝槽S內(nèi)形成位于高K介質(zhì)層180上 的金屬柵極M。
[0084] 在一個實施例中，高K介質(zhì)層180覆蓋在溝槽S的側(cè)壁及底部，以及層間介質(zhì)層 170上，利用物理氣相沉積方法、金屬有機化學氣相沉積方法或原子層沉積方法在高K介質(zhì) 層180及溝槽S上形成至少一層金屬層，所述金屬層將溝槽S填滿；對所述金屬層及高K介 質(zhì)層180進行化學機械研磨直至露出層間介質(zhì)層170,剩余的填充在溝槽S內(nèi)的金屬層構(gòu)成 金屬柵極M。
[0085] 所述金屬柵極的材料至少包括 TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、TiAIN、MoAIN、HfAIN、 TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Ir、W、Mo、A1、Cu中的一種，根據(jù)晶體管類型的不同，所述金 屬柵極的材料可能有所不同。當然，所述金屬柵極還可利用其它材料形成，在此不一一列 舉。
[0086] 實施例二
[0087] 如圖8所示，首先執(zhí)行步驟S11 :提供半導體襯底200。
[0088] 半導體襯底200內(nèi)形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)210,以將金屬柵極晶體管與形成在半 導體襯底200內(nèi)的其它器件隔離開來。此步驟的更具體內(nèi)容可以參考實施例一中的步驟 si，在本實施例中不再贅述。
[0089] 繼續(xù)參照圖8所示，接著執(zhí)行步驟S12 :在半導體襯底100上形成高K介質(zhì)層220。
[0090] 具體的高K介質(zhì)層220的材料及形成方法可參照實施一，在此不再贅述。
[0091] 繼續(xù)參照圖8所示，接著執(zhí)行步驟S13 :在半導體襯底100與高K介質(zhì)層220接觸 的表面形成界面層230。
[0092] 形成界面層230的方法包括：將表面形成有高K介質(zhì)層220的半導體襯底200置 于包含氧化氣體的氣體氛圍中進行退火處理，在退火處理過程中，在高溫環(huán)境下的具有較 高能量的氧化氣體能穿過所述高K介質(zhì)層220,并擴散到高K介質(zhì)層220與半導體襯底200 之間的界面處從而與半導體襯底200接觸，在氧化氣體的氧化作用下，半導體襯底200與高 K介質(zhì)層220接觸的表面被氧化從而生長界面層230。更具體的界面層230的材料及其形 成方法可參照實施例一，在此不再贅述。
[0093] 如圖9所示，接著執(zhí)行步驟S14 :在高K介質(zhì)層220上形成偽柵極240。
[0094] 在一個實施例中，偽柵極240的形成方法包括：在高K介質(zhì)層220上形成偽柵材料 層，其材料可為多晶硅或氮化硅；在所述偽柵材料層上形成圖形化光刻膠層，以所述圖形化 光刻膠層為掩模對所述偽柵材料層進行干法刻蝕，剩余的未被刻蝕的偽柵材料層構(gòu)成偽柵 極240 ;然后去除圖形化光刻膠層。
[0095] 偽柵極240在后續(xù)工藝中會被去除，根據(jù)需要還可在偽柵極240上方形成其它材 料層，如硬掩模層(未圖示)。
[0096] 結(jié)合圖9和圖10所示，接著執(zhí)行步驟S15 :去除未被偽柵極240覆蓋住的高K介 質(zhì)層220及界面層230之后，在界面層230、高K介質(zhì)層220和偽柵極240的周圍形成側(cè)墻 260。
[0097] 在一個實施例中，側(cè)墻260的形成方法包括：在半導體襯底200、界面層230、高 K介質(zhì)層220和偽柵極240上形成側(cè)墻材料層；對所述側(cè)墻材料層進行回刻，以形成側(cè)墻 260,側(cè)墻260的材料可為氮化硅或氮氧化硅。
[0098] 在一個實施例中，如圖9所示，在形成側(cè)墻260之前，還包括在偽柵極240兩側(cè)的 半導體襯底200內(nèi)形成輕摻雜漏結(jié)構(gòu)（LDD)250的步驟，以解決熱電子效應(yīng)的問題。輕摻雜 漏結(jié)構(gòu)250的形成方法包括：以偽柵極240為掩模進行離子注入，以在偽柵極240兩側(cè)的半 導體襯底200內(nèi)形成輕摻雜漏結(jié)構(gòu)250。
[0099] 繼續(xù)參照圖10所示，接著執(zhí)行步驟S16 :在偽柵極240兩側(cè)的半導體襯底200內(nèi) 形成源區(qū)271和漏區(qū)272。
[0100] 在一個實施例中，源區(qū)271和漏區(qū)272的形成方法包括：以偽柵極240及側(cè)墻260 為掩模進行離子注入，以在偽柵極240兩側(cè)的半導體襯底200內(nèi)形成源區(qū)271和漏區(qū)272。 當半導體襯底200內(nèi)形成有輕摻雜漏結(jié)構(gòu)250時，源區(qū)271和漏區(qū)272的深度大于輕摻雜 漏結(jié)構(gòu)250的深度。
[0101] 如圖11所示，接著執(zhí)行步驟S17 :在半導體襯底200及側(cè)墻260上形成層間介質(zhì) 層280,層間介質(zhì)層280的表面與偽柵極240的上表面齊平。
[0102] 在一個實施例中，利用化學氣相沉積方法在半導體襯底200、偽柵極240及側(cè)墻 260上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層的最低點高于偽柵極240的上表面；對所述層間介 質(zhì)層進行化學機械研磨，化學機械研磨之后層間介質(zhì)層280的表面與偽柵極240的上表面 齊平。
[0103] 繼續(xù)參照圖12所示，接著執(zhí)行步驟S18 :去除圖11中的偽柵極240以形成溝槽S。
[0104] 在一個實施例中，可利用濕法刻蝕去除偽柵極240。
[0105] 結(jié)合圖12和圖13所示，接著執(zhí)行步驟S19 :在溝槽S內(nèi)形成位于高K介質(zhì)層220 上的金屬柵極M。
[0106] 在一個實施例中，利用物理氣相沉積方法、金屬有機化學氣相沉積方法或原子層 沉積方法在高K介質(zhì)層220及溝槽S上形成至少一層金屬層，所述金屬層將溝槽S填滿；對 所述金屬層進行化學機械研磨直至露出層間介質(zhì)層280,剩余的填充在溝槽S內(nèi)的金屬層 構(gòu)成金屬柵極M。此步驟的更具體內(nèi)容可以參考實施例一中的步驟S9,在此不再贅述。
[0107] 比較可知，實施例一與實施例二的主要區(qū)別是在于：實施例一的技術(shù)方案是去除 偽柵極之后再依次形成高K介質(zhì)層、界面層；而實施例二的技術(shù)方案是先依次形成高K介質(zhì) 層、界面層然后再形成偽柵極。
[0108] 雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所 限定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1. 一種界面層的形成方法，其特征在于，包括： 將表面形成有高K介質(zhì)層的半導體襯底置于包含氧化氣體的氣體氛圍中進行退火處 理，以在半導體襯底與所述高K介質(zhì)層接觸的表面生長界面層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面層的形成方法，其特征在于，所述界面層的材料為氧化 硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的界面層的形成方法，其特征在于，所述氧化氣體至少包含02、 H20中的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面層的形成方法，其特征在于，所述界面層的材料為氮氧 化硅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的界面層的形成方法，其特征在于，所述氧化氣體至少包含NO、 N20中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的界面層的形成方法，其特征在于，在進行所述退火處理之前， 還包括：利用離子注入工藝向所述高K介質(zhì)層中注入N原子；所述氧化氣體至少包含0 2、H20 中的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面層的形成方法，其特征在于，所述高K介質(zhì)層的材料至少 包括氧化鉿、硅氧化鉿、氧化鋯、硅氧化鋯中的一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面層的形成方法，其特征在于，所述高K介質(zhì)層的厚度為 1〇Α-5〇Α"
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面層的形成方法，其特征在于，所述退火處理為毫秒退火。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的界面層的形成方法，其特征在于，所述毫秒退火的工藝參數(shù) 包括：退火時間為0. lms-3ms，退火溫度為800°C -1200°C。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面層的形成方法，其特征在于，所述氣體氛圍還包括：稀 釋氣體，所述稀釋氣體為N2或Ar。
12. -種金屬柵極晶體管的形成方法，其特征在于，包括： 提供半導體襯底； 在所述半導體襯底上形成偽柵極； 在所述偽柵極周圍形成側(cè)墻； 在所述半導體襯底及側(cè)墻上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層的表面與所述偽柵極的 上表面齊平； 去除所述偽柵極以形成溝槽； 在所述溝槽內(nèi)形成高K介質(zhì)層； 利用如權(quán)利要求1至11任一項所述的方法在半導體襯底與高K介質(zhì)層接觸的表面形 成界面層； 在所述溝槽內(nèi)形成位于高K介質(zhì)層上的金屬柵極。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的金屬柵極晶體管的形成方法，其特征在于，在形成所述偽 柵極之前，在所述半導體襯底上形成刻蝕終止層； 在去除所述偽柵極之后、形成高K介質(zhì)層之前，去除所述刻蝕終止層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的金屬柵極晶體管的形成方法，其特征在于，所述刻蝕終止 層的材料為氧化硅。
15. -種金屬柵極晶體管的形成方法，其特征在于，包括： 提供半導體襯底； 在所述半導體襯底上形成高K介質(zhì)層； 利用如權(quán)利要求1至11任一項所述的方法在半導體襯底與高K介質(zhì)層接觸的表面形 成界面層； 在所述高K介質(zhì)層上形成偽柵極； 去除未被所述偽柵極覆蓋住的高K介質(zhì)層及界面層之后，在所述界面層、高K介質(zhì)層和 偽柵極的周圍形成側(cè)墻； 在所述半導體襯底及側(cè)墻上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層的表面與所述偽柵極的 上表面齊平； 去除所述偽柵極以形成溝槽； 在所述溝槽內(nèi)形成位于高K介質(zhì)層上的金屬柵極。
【文檔編號】H01L21/283GK104103509SQ201310123458
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月10日
【發(fā)明者】何永根, 陳勇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司