[发明专利]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，特别涉及一种晶体管的形成方法。

背景技术

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层间介质层，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，所述层间介质层的表面与伪栅结构表面齐平；去除所述伪栅结构后在所述层间介质层内形成凹槽；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。

为避免在形成金属栅极过程中对高K栅介质层造成损伤，现有技术一般会在高K栅介质层表面先形成盖帽层，然后在所述盖帽层表面形成金属栅极。但是所述盖帽层往往会对晶体管的阈值电压造成影响，使所述晶体管的阈值电压不准确。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种晶体管的形成方法，提高晶体管的阈值电压的准确性。

为解决上述问题，本发明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；在所述第一区域表面形成第一伪栅结构以及位于所述第一伪栅结构两侧的第一区域内的第一源/漏极，在所述第二区域表面形成第二伪栅结构以及位于所述第二伪栅结构两侧的第二区域内的第二源/漏极；在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层覆盖第一伪栅结构和第二伪栅结构；去除所述第一伪栅结构和第二伪栅结构，在所述第一区域表面形成第一凹槽，在所述第二区域表面形成第二凹槽；在所述第一凹槽和第二凹槽底部形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成盖帽层，所述盖帽层覆盖第一凹槽和第二凹槽的侧壁和底部表面，并且第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度小于第一凹槽和第二凹槽底部表面的盖帽层厚度；在所述的盖帽层上方形成填充满第一凹槽的第一栅极和填充满第二凹槽的第二栅极。

可选的，所述盖帽层的材料为TiN。

可选的，所述第一凹槽和第二凹槽侧壁表面的盖帽层厚度为第一凹槽和第二凹槽底部表面的盖帽层厚度的20%～80%。

可选的，所述盖帽层的形成方法包括：采用原子层沉积工艺形成第一子盖帽层，所述第一子盖帽层覆盖所述第一凹槽的侧壁和底部表面、以及第二凹槽的侧壁和底部表面；采用射频物理气相沉积工艺在所述第一子盖帽层表面形成第二子盖帽层，所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽侧壁方向的厚度小于所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽底面方向的厚度。

可选的，所述第一子盖帽层的材料为TiN，所述原子层沉积工艺的温度为200℃～400℃，采用反应气体包括：含钛的第一前驱气体，所述含钛的前驱气体包括Ti[N(C₂H₅CH₃)]₄、Ti[N(CH₃)₂]₄或Ti[N(C₂H₅)₂]₄中的一种或几种；第二前驱气体，所述第二前驱气体包括NH₃、CO或H₂O中的一种或几种。

20.可选的，所述第二子盖帽层的材料为TiN，所述射频物理气相沉积工艺。

可选的，所述射频物理气相沉积（RFPVD）工艺采用Ti靶，在反应腔内通入Ar和N₂，其中Ar的流速为100sccm～1000sccm，所述N2的流速为50sccm～500sccm，射频功率为30W～500W，工作压强为3E-4Pa～4E-4Pa，温度为20℃～300℃。

可选的，所述第一子盖帽层的厚度为所述盖帽层最大厚度的20%～80%，所述第二子盖帽层沿第一凹槽和第二凹槽底面方向的厚度为盖帽层最大厚度的80%～20%。

可选的，所述原子层沉积工艺和射频物理气相沉积工艺为原位沉积工艺。

可选的，还包括在所述第一凹槽和第二凹槽底部形成栅介质层之前，在所述第一凹槽和第二凹槽底部的半导体衬底表面形成界面层。

可选的，所述界面层的材料为氧化硅。

可选的，形成所述第一栅极和第二栅极之前，在所述盖帽层表面形成阻挡层。