晶體管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路制造技術(shù)的快速發(fā)展，促使集成電路中的半導(dǎo)體器件，尤其是MOS (Metal Oxide Semiconductor，金屬-氧化物-半導(dǎo)體)器件的尺寸不斷地縮小，以此滿足集成電路發(fā)展的微型化和集成化的要求，而晶體管器件是MOS器件中的重要組成部分之一O
[0003]對(duì)于晶體管器件來(lái)說(shuō)，隨著晶體管的尺寸持續(xù)縮小，現(xiàn)有技術(shù)以氧化硅或氮氧化硅材料形成的柵介質(zhì)層時(shí)，已無(wú)法滿足晶體管對(duì)于性能的要求。尤其是以氧化硅或氮氧化硅作為柵介質(zhì)層所形成的晶體管容易產(chǎn)漏電流以及雜質(zhì)擴(kuò)散等一系列問(wèn)題，從而影響晶體管的閾值電壓，造成晶體管的可靠性和穩(wěn)定性下降。
[0004]為解決以上問(wèn)題，一種以高K柵介質(zhì)層和金屬柵構(gòu)成的晶體管被提出，即高K金屬柵(HKMG，High K Metal Gate)晶體管。所述高K金屬柵晶體管采用高K(介電常數(shù))材料代替常用的氧化硅或氮氧化硅作為柵介質(zhì)材料，以金屬材料或金屬化合物材料替代傳統(tǒng)的多晶硅柵極材料，形成金屬柵。所述高K金屬柵晶體管能夠在縮小尺寸的情況下，能夠減小漏電流，降低工作電壓和功耗，以此提高晶體管的性能。
[0005]然而，隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，所形成的高K金屬柵晶體管的尺寸不斷縮小、器件密度不斷提高，導(dǎo)致制造高K金屬柵晶體管的工藝難以控制，所形成的高K金屬柵晶體管性能不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種晶體管及其形成方法，所形成的晶體管的性能提尚O
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種晶體管的形成方法，包括:提供襯底，所述襯底表面具有偽柵極結(jié)構(gòu)和第一介質(zhì)層，所述偽柵極結(jié)構(gòu)包括偽柵極層，所述第一介質(zhì)層覆蓋所述偽柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，且所述第一介質(zhì)層的表面與偽柵極結(jié)構(gòu)的表面齊平；減薄所述第一介質(zhì)層的厚度，使所述第一介質(zhì)層的表面低于偽柵極結(jié)構(gòu)的表面，并暴露出偽柵極結(jié)構(gòu)頂部的部分側(cè)壁表面；在減薄所述第一介質(zhì)層的厚度之后，在所述偽柵極結(jié)構(gòu)暴露出的側(cè)壁表面形成應(yīng)力層；在形成所述應(yīng)力層之后，在第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層的表面與所述偽柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面齊平；在形成所述第二介質(zhì)層之后，去除所述偽柵極層，在第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層內(nèi)形成開(kāi)口；在所述開(kāi)口內(nèi)形成柵極層。
[0008]可選的，所述應(yīng)力層的材料為氮化硅；所述應(yīng)力層的厚度為20埃?200埃。
[0009]可選的，所述應(yīng)力層的形成工藝包括:在所述第一介質(zhì)層表面、偽柵極結(jié)構(gòu)暴露出的側(cè)壁和頂部表面形成應(yīng)力膜；回刻蝕所述應(yīng)力膜直至暴露出第一介質(zhì)層表面以及偽柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面為止，形成所述應(yīng)力層。
[0010]可選的，所述應(yīng)力膜的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝；所述回刻蝕工藝為干法刻蝕工藝。
[0011]可選的，所述偽柵極結(jié)構(gòu)還包括位于所述偽柵極層側(cè)壁表面的側(cè)墻。
[0012]可選的，還包括:在減薄所述第一介質(zhì)層的厚度之后，形成所述應(yīng)力層之前，去除高于第一介質(zhì)層表面的側(cè)墻，并暴露出高于第一介質(zhì)層表面的偽柵極層側(cè)壁表面；在所述偽柵極層暴露出的側(cè)壁表面形成所述應(yīng)力層。
[0013]可選的，所述側(cè)墻的材料為氮化硅、氮氧化硅、碳氮氧化硅、硼氮氧化硅；所述側(cè)墻的形成工藝包括原子層沉積工藝或化學(xué)氣相沉積工藝；所述側(cè)墻的厚度為10埃?200埃。
[0014]可選的，所述偽柵極結(jié)構(gòu)還包括位于襯底表面的偽柵介質(zhì)層，所述偽柵極層位于所述偽柵介質(zhì)層表面。
[0015]可選的，所述偽柵介質(zhì)層的材料為氧化娃；所述偽柵介質(zhì)層的厚度為5埃?10埃；所述偽柵介質(zhì)層的形成工藝包括熱氧化工藝、原位蒸汽生成工藝或化學(xué)氣相沉積及工藝。
[0016]可選的，所述偽柵極結(jié)構(gòu)還包括:位于所述偽柵介質(zhì)層表面的柵介質(zhì)層，所述偽柵極層位于所述柵介質(zhì)層表面；在去除所述偽柵極層之后，暴露出所述柵介質(zhì)層表面。
[0017]可選的，還包括:在形成所述柵極層之前，在所述開(kāi)口的側(cè)壁和底部表面形成柵介質(zhì)層，所述柵極層位于所述柵介質(zhì)層表面。
[0018]可選的，所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料，所述高K介質(zhì)材料包括LaO、A10、BaZrO、HfZrO、HfZrON、HfLaO、HfS1、HfS1N、LaS1、AlS1、HfTaO、HfT1、(Ba, Sr) T13^A1203、Si3N4;所述柵介質(zhì)層的形成工藝包括化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝；所述柵介質(zhì)層的厚度為10埃?50埃。
[0019]可選的，在去除所述偽柵極層之后，所形成的開(kāi)口底部暴露出所述襯底表面；在形成所述柵介質(zhì)層之前，在所述開(kāi)口底部的襯底表面形成絕緣層。
[0020]可選的，所述絕緣層的材料為氧化硅或氮氧化硅；所述絕緣層的形成工藝包括熱氧化工藝、氮化氧化工藝、化學(xué)氧化工藝、化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝、原子層沉積工藝或濕法氧化工藝；所述絕緣層的厚度為5埃?10埃。
[0021]可選的，所述第一介質(zhì)層的形成的工藝包括:在襯底和偽柵極結(jié)構(gòu)表面形成第一介質(zhì)膜；平坦化所述第一介質(zhì)膜直至暴露出所述偽柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面為止；所述第二介質(zhì)層的形成的工藝包括:在第一介質(zhì)層、應(yīng)力層和偽柵極結(jié)構(gòu)表面形成第二介質(zhì)膜；平坦化所述第二介質(zhì)膜直至暴露出所述偽柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面為止。
[0022]可選的，還包括:在形成所述介質(zhì)膜之前，在所述襯底和偽柵極結(jié)構(gòu)表面形成停止層，所述介質(zhì)膜形成于所述停止層表面；在平坦化所述介質(zhì)膜之后，去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)頂部表面的停止層，并暴露出所述偽柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。
[0023]可選的，所述停止層的材料為氮化硅、氮氧化硅、碳氮氧化硅、硼氮氧化硅；所述停止層的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝；所述停止層的厚度為10埃?200埃。
[0024]可選的，所述柵極層的材料為金屬，所述金屬為鋁或鎢；所述柵極層的形成工藝包括化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。
[0025]可選的，所述襯底為平面基底；或者，所述襯底包括:基底、位于基底表面的鰭部、以及位于基底表面的隔離層，所述隔離層覆蓋部分鰭部的側(cè)壁，且所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面；所述偽柵極結(jié)構(gòu)橫跨于所述鰭部上，且所述偽柵極結(jié)構(gòu)位于部分隔離層表面、以及鰭部的側(cè)壁和頂部表面。
[0026]相應(yīng)的，本發(fā)明提供還一種采用上述任一項(xiàng)方法所形成的晶體管，包括:襯底；位于所述襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極層；位于所述襯底表面的第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)的部分側(cè)壁，所述第一介質(zhì)層的表面低于柵極結(jié)構(gòu)的表面，并暴露出柵極結(jié)構(gòu)頂部的部分側(cè)壁表面；位于所述柵極結(jié)構(gòu)暴露出的側(cè)壁表面的應(yīng)力層。
[0027]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(diǎn):
[0028]本發(fā)明的形成方法中，在襯底表面形成偽柵極結(jié)構(gòu)和第一介質(zhì)層之后，減薄所述第一介質(zhì)層的厚度，使所述第一介質(zhì)層的表面低于偽柵極結(jié)構(gòu)的表面，并暴露出偽柵極結(jié)構(gòu)頂部的部分側(cè)壁表面；在所述偽柵極結(jié)構(gòu)暴露出的側(cè)壁表面形成應(yīng)力層，由于所述應(yīng)力層具有拉應(yīng)力，則在后續(xù)去除所述偽柵極層之后，能夠使所述應(yīng)力層和原本偽柵極結(jié)構(gòu)之間應(yīng)力平衡被破壞，能夠擴(kuò)大所形成的開(kāi)口頂部尺寸，所述開(kāi)口頂部的尺寸大于底部尺寸。由于所述開(kāi)口用于形成所述柵極層，而所述開(kāi)口頂部尺寸大于底部尺寸，使得在所述開(kāi)口內(nèi)形成柵極層的難度降低，形成所述柵極層的材料易于進(jìn)入所述開(kāi)口底部，而且所述柵極層的材料難以在靠近所述開(kāi)口頂部的側(cè)壁表面堆積，從而能夠保證所述柵極層的材料能夠填充滿所述開(kāi)口，且所形成的柵極層內(nèi)部均勻致密，能夠避免所形成的柵極層內(nèi)部產(chǎn)生空洞。因此，所形成的晶體管的性能穩(wěn)定、可靠性提高。
[0029]進(jìn)一步，所述偽柵極結(jié)構(gòu)還包括位于所述偽柵極層側(cè)壁表面的側(cè)墻；在減薄所述第一介質(zhì)層的厚度之后，形成所述應(yīng)力層之前，去除高于第一介質(zhì)層表面的側(cè)墻，并在所述偽柵極層暴露出的側(cè)壁表面形成所述應(yīng)力層。由于所述應(yīng)力層直接形成于所述柵極層側(cè)壁表面，所述應(yīng)力層和柵極層之間不具有側(cè)墻進(jìn)行隔離，從而能夠在去除所述柵極層之后，使所述應(yīng)力層的應(yīng)力完全得到釋放，而不會(huì)使所述應(yīng)力層的應(yīng)力因保留的側(cè)墻而被削弱，能夠使所形成的開(kāi)口頂部尺寸進(jìn)一步擴(kuò)大，則更有利于保證所形成的柵極層內(nèi)部致密均勻，所形成的柵極層內(nèi)部不易產(chǎn)生空洞。
[0030]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，所述第一介質(zhì)層的表面低于柵極結(jié)構(gòu)的表面，并暴露出柵極結(jié)構(gòu)頂部的部分側(cè)壁表面，所述應(yīng)力層位于所述柵極結(jié)構(gòu)暴露出的側(cè)壁表面。由于所述應(yīng)力層使第一介質(zhì)層內(nèi)的開(kāi)口頂部尺寸擴(kuò)大，使得所述開(kāi)口頂部的尺寸大于底部尺寸。由于所述柵極層位于所述開(kāi)口內(nèi)，因此，所述柵極層的材料能夠填充滿所述開(kāi)口，使得所述柵極層內(nèi)部均勻致密，所述柵極層內(nèi)部不易產(chǎn)生空洞。因此，所述晶體管的性能穩(wěn)定、可靠性提高。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1至圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的高K金屬柵晶體管的形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5至圖11是本發(fā)明實(shí)施例的一種晶體管的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖12至圖13是本發(fā)明實(shí)施例的另一種晶體管的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]如【背景技術(shù)】所述，隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，形成高K金屬柵晶體管的工藝難度提高，所形成的高K金屬柵晶體管性能不佳。
[0035]所述高K金屬柵晶體管的形成工藝為后柵(Gate Last)工藝，圖1至圖4是本