本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶體管的形成方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體器件集成度的不斷提高，技術(shù)節(jié)點(diǎn)的降低，傳統(tǒng)的柵介質(zhì)層不斷變薄，晶體管漏電量隨之增加，引起半導(dǎo)體器件功耗浪費(fèi)等問題。為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)提供一種將金屬柵極替代多晶硅柵極的解決方案。其中，“后柵(gate last)”工藝為形成高K金屬柵極晶體管的一個(gè)主要工藝。

現(xiàn)有形成高K金屬柵極晶體管的方法包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵介質(zhì)層和覆蓋柵介質(zhì)層的偽柵極，以及位于所述半導(dǎo)體襯底上并覆蓋所述柵介質(zhì)層和偽柵極的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的表面與偽柵極表面齊平；去除所述偽柵結(jié)構(gòu)后形成凹槽；在所述凹槽內(nèi)依次形成功函數(shù)層和金屬層，所述金屬層填充滿凹槽，作為晶體管的金屬柵極。

在半導(dǎo)體襯底上采用后柵工藝同時(shí)形成NMOS晶體管和PMOS晶體管時(shí)，需要先去除PMOS區(qū)域上的偽柵極，形成PMOS晶體管的金屬柵極，然后去除NMOS區(qū)域上的偽柵極，形成NMOS晶體管的金屬柵極。在形成NMOS晶體管的金屬柵極的過程中，容易對PMOS晶體管已經(jīng)形成的金屬柵極和功函數(shù)層造成損傷，從而影響PMOS晶體管的性能。

采用上述后柵工藝形成的晶體管的性能有待進(jìn)一步的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管的形成方法，提高形成的晶體管的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶體管的形成方法，包括：一種晶體管的形成方法，其特征在于，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第二區(qū)域和第一區(qū)域，所述第一區(qū)域上形成有第一金屬柵極，所述第二區(qū)域上形成有第二偽柵極，所述半導(dǎo)體襯底表面還具有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層表面 與第一金屬柵極、第二偽柵極表面齊平；在第一金屬柵極表面形成保護(hù)層，所述保護(hù)層由表面活性劑分子吸附構(gòu)成；去除所述第二偽柵極，在第二區(qū)域上形成第二凹槽；形成填充滿所述第二凹槽的第二金屬柵極。

可選的，在第一金屬柵極表面形成保護(hù)層的方法包括：在去除第二偽柵極之前，將所述第一金屬柵極表面浸沒在表面活性劑溶液中。

可選的，所述表面活性劑為陰離子表面活性劑。

可選的，所述表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉、乙氧基化烷基硫酸鈉或乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸鈉。

可選的，所述表面活性劑溶液內(nèi)的表面活性劑的質(zhì)量濃度為2％～8％。

可選的，將所述第一金屬柵極表面浸沒在表面活性劑溶液中20s～100s。

可選的，采用濕法刻蝕工藝去除所述第二偽柵極。

可選的，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為四甲基氫氧化銨溶液。

可選的，在第一金屬柵極表面形成保護(hù)層的方法包括：在濕法刻蝕溶液內(nèi)加入所述表面活性劑。

可選的，所述濕法刻蝕溶液內(nèi)的表面活性劑的質(zhì)量濃度為2％～8％。

可選的，還包括：在形成第二金屬柵極之前，對所述第二凹槽進(jìn)行濕法清洗。

可選的，所述濕法清洗采用去離子水作為清洗溶液。

可選的，在第一金屬柵極表面形成保護(hù)層的方法包括：在濕法清洗溶液內(nèi)加入所述表面活性劑。

可選的，所述濕法刻蝕溶液內(nèi)的表面活性劑的質(zhì)量濃度為2％～8％。

可選的，形成所述第一金屬柵極、第二偽柵極以及介質(zhì)層的方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底表面形成偽柵材料層；刻蝕所述偽柵材料層，在所述第一區(qū)域上形成第一偽柵極，在所述第二區(qū)域上形成第二偽柵極；在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)材料層，對所述介質(zhì)材料層進(jìn)行平坦化，形成介質(zhì)層，使所述介質(zhì)層的表面與所述第一偽柵極、第二偽柵極的表面齊平；去除所述第一 偽柵極，在所述第一區(qū)域上形成第一凹槽；形成填充滿所述第一凹槽的第一金屬柵極。

可選的，所述第一金屬柵極的材料為Al、第二金屬柵極的材料為Al。

可選的，所述第一偽柵極和第二偽柵極的材料為多晶硅。

可選的，在形成第一金屬柵極之前，在所述第一凹槽內(nèi)壁表面形成第一柵介質(zhì)層；在形成第二金屬柵極之前，在第二凹槽內(nèi)壁表面形成第二柵介質(zhì)層。

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)：

本發(fā)明的技術(shù)方案中，在第一區(qū)域上的第一金屬柵極表面形成保護(hù)層之后，再去除第二區(qū)域上的第二偽柵極。所述保護(hù)層可以在去除第二偽柵極的過程中，保護(hù)所述第一金屬柵極不受損傷，從而可以提高形成的晶體管的性能。并且，所述保護(hù)層由表面活性劑分子吸附構(gòu)成，不需要通過沉積、刻蝕工藝形成，工藝簡單。

進(jìn)一步，所述保護(hù)層的形成方法包括將第一金屬柵極表面浸沒在表面活性劑溶液中。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)具有兩親性，一端為親水基團(tuán)，另一端為疏水基團(tuán)。由于第一金屬柵極具有親水性表面，親水基團(tuán)在第一金屬柵極表面吸附，而疏水基團(tuán)則懸空，在所述第一金屬柵極表面形成疏水性表面，可以在后續(xù)的工藝中，隔絕其他液體，對所述第一金屬柵極表面進(jìn)行保護(hù)。

進(jìn)一步，所述保護(hù)層的形成方法包括在采用濕法刻蝕工藝去除第二偽柵極時(shí)，在濕法刻蝕溶液中加入表面活性劑，從而在濕法刻蝕第二偽柵極的過程中，使得表面活性劑在第一金屬柵極表面吸附，形成保護(hù)層。不需要增加額外的工藝步驟，方法簡單。

附圖說明

圖1至圖10是本發(fā)明的實(shí)施例的晶體管的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)中所述，現(xiàn)有技術(shù)形成的晶體管的性能有待進(jìn)一步的提高。

現(xiàn)有技術(shù)在形成NMOS晶體管和PMOS晶體管時(shí)，通常會先形成PMOS 晶晶體管的金屬柵極，然后再通過后柵工藝形成NMOS晶體管的金屬柵極。在去除NMOS區(qū)域的偽柵結(jié)構(gòu)的過程中，通常采用濕法刻蝕工藝，所述濕法刻蝕溶液容易與PMOS晶體管的金屬柵極表面發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致所述金屬柵極表面產(chǎn)生損傷，影響形成的PMOS晶體管的性能。

本發(fā)明的實(shí)施例中，提出一種晶體管的形成方法，在第一區(qū)域形成第一金屬柵極之后，在第一金屬柵極表面形成保護(hù)層，然后再去除第二區(qū)域的第二偽柵極，形成第二金屬柵極，從而避免對PMOS晶體管的第一金屬柵極造成損傷，從而可以提高形成的晶體管的性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

請參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100包括第一區(qū)域I和第二區(qū)域II。

所述半導(dǎo)體襯底100可以是硅或者絕緣體上硅(SOI)，所述半導(dǎo)體襯底100也可以是鍺、鍺硅、砷化鎵或者絕緣體上鍺，本實(shí)施中所述半導(dǎo)體襯底100的材料為體硅。所述第二區(qū)域II和第一區(qū)域I上后續(xù)分別形成NMOS晶體管和PMOS晶體管。

所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)還形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括位于溝槽表面的墊氧化層和位于所述墊氧化層表面，填充滿溝槽的隔離層，所述隔離層的材料可以是氧化硅。

本實(shí)施例中，所述第二區(qū)域II和第一區(qū)域I之間通過淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101隔離。

請參考圖2，在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成偽柵材料層103。

所述偽柵材料層103用于形成第一偽柵極和第二偽柵極。所述偽柵材料層103的材料為多晶硅，可以采用化學(xué)氣相沉積工藝、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝等沉積工藝形成所述偽柵材料層103。

本實(shí)施例中，在形成所述偽柵材料層103之前，在所述半導(dǎo)體襯底100表面先形成偽柵介質(zhì)材料層102，所述偽柵介質(zhì)材料層102用于形成第一偽柵 介質(zhì)層和第二偽柵介質(zhì)層。本實(shí)施例中，所述偽柵材料層103的材料為氧化硅?？梢圆捎没瘜W(xué)氣相沉積工藝、原子層沉積工藝或氧化工藝形成所述偽柵介質(zhì)材料層102。

請參考圖3，刻蝕所述偽柵材料層103(請參考圖2)，在所述第一區(qū)域I上形成第一偽柵極103a，在所述第二區(qū)域II上形成第二偽柵極103b。

本實(shí)施例中，刻蝕所述偽柵材料層103形成第一偽柵極103a和第二偽柵極103b之后，繼續(xù)刻蝕所述偽柵介質(zhì)材料層102，形成位于第一區(qū)域I上的半導(dǎo)體襯底100與第一偽柵極103a之間的第一偽柵介質(zhì)層102a、位于第二區(qū)域II上的半導(dǎo)體襯底100與第二偽柵極103b之間的第二偽柵介質(zhì)層102b。

請參考4，在所述第一偽柵介質(zhì)層102a和第一偽柵極103a側(cè)壁表面形成側(cè)墻200，在所述第二偽柵介質(zhì)層102b和第二偽柵極103b側(cè)壁表面形成側(cè)墻200；然后在所述第一偽柵極103a兩側(cè)的第一區(qū)域I內(nèi)形成第一源漏極201，在第二偽柵極103b兩側(cè)的第二區(qū)域II內(nèi)形成第二源漏極202。

所述側(cè)墻200的材料可以為氮化硅、氧化硅或氮化硅與氧化硅的疊層結(jié)構(gòu)。

形成所述側(cè)墻200之后，以所述第一偽柵極103a及其兩側(cè)的側(cè)墻200為掩膜，對所述第一偽柵極103a兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100的第一區(qū)域I內(nèi)進(jìn)行P型離子注入，并進(jìn)行退火處理，形成第一源漏極201；以所述第二偽柵極103b及其兩側(cè)的側(cè)墻200為掩膜，對所述第二偽柵極103b兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100的第二區(qū)域II進(jìn)行N型離子注入，并進(jìn)行退火處理，形成第二源漏極202。

后續(xù)在所述第一區(qū)域I上形成P型晶體管，在所述第二區(qū)域II上形成N型晶體管。

請參考5，在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成介質(zhì)層300，所述介質(zhì)層300的表面與第一偽柵極103a、第二偽柵極103b的表面齊平。

所述介質(zhì)層300的材料為氧化硅、摻磷氧化硅、摻硼氧化硅等介質(zhì)材料，也可以為低K介質(zhì)材料或超低K介質(zhì)材料，例如無定形碳、含硅氣凝膠等?？梢圆捎没瘜W(xué)氣相沉積工藝形成所述介質(zhì)層300。

本實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成介質(zhì)材料之后，對所述介質(zhì)材料進(jìn)行平坦化，形成介質(zhì)層300，使所述介質(zhì)層300的表面與第一偽柵極103a、第二偽柵極103b的頂部表面齊平。

請參考6，去除所述第一偽柵極103a，在所述第一區(qū)域I上形成第一凹槽201。

本實(shí)施例中，采用干法刻蝕工藝去除所述第一偽柵極103a，具體的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述干法刻蝕工藝采用的刻蝕氣體包括HBr和Ar，其中，HBr的流速為10sccm～1000sccm，Ar的流速為10sccm～1000sccm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，刻蝕去除第一偽柵極103a的工藝參數(shù)為：刻蝕氣體為HBr、O₂和Cl₂，還向刻蝕腔室內(nèi)通入He，刻蝕腔室壓強(qiáng)為2毫托至50毫托，刻蝕的源功率為200瓦至2000瓦，刻蝕加偏壓功率為10瓦至100瓦，HBr流量為50sccm至500sccm，O₂流量為2sccm至20sccm，Cl₂流量為10sccm至300sccm，He流量為50sccm至500sccm。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以采用濕法刻蝕工藝去除所述第一偽柵極103a，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液可以是四甲基氫氧化氨(TMAH)溶液。

本實(shí)施例中，所述第一偽柵極103a與半導(dǎo)體襯底100之間具有第一偽柵介質(zhì)層102a，在去除所述第一偽柵極103a后，繼續(xù)刻蝕所述第一偽柵介質(zhì)層102a至半導(dǎo)體襯底100表面，形成所述第一凹槽201?？梢圆捎脻穹涛g工藝去除所述第一偽柵介質(zhì)層102a，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液可以是HF溶液。

在形成所述第一凹槽201之后，還可以對所述第一凹槽201內(nèi)壁表面進(jìn)行清洗，以去除刻蝕殘留的雜質(zhì)，可以采用去離子水進(jìn)行清洗。

請參考7，形成填充滿所述第一凹槽201(請參考圖6)的第一金屬柵極301。

所述第一金屬柵極301的材料包括鋁、銅、銀、鉑、鎢或氮化鎢等金屬材料。本實(shí)施例中，所述第一金屬柵極301的材料為鋁。

本實(shí)施例中，還包括在第一凹槽201的內(nèi)壁表面形成第一柵介質(zhì)層303，位于第一柵介質(zhì)層303表面的第一功函數(shù)層302，所述第一金屬柵極301位于第一功函數(shù)層302表面。

所述第一柵介質(zhì)層303、第一功函數(shù)層302和第一金屬柵極301的形成方法包括：在所述第一凹槽201內(nèi)壁表面以及介質(zhì)層300、第二偽柵極103b表面依次形成第一柵介質(zhì)材料層、第一功函數(shù)材料層和位于所述第一功函數(shù)材料層表面的第一柵極材料層，所述第一柵極材料層填充滿第一凹槽201，然后以所述介質(zhì)層300為停止層，對所述第一柵介質(zhì)材料層、第一功函數(shù)材料層和第一柵極材料層進(jìn)行平坦化，形成所述第一柵介質(zhì)層303、第一功函數(shù)層302和第一金屬柵極301。

可以采用化學(xué)氣相沉積工藝、原子層沉積工藝或射頻物理氣相沉積工藝形成所述第一柵介質(zhì)材料層、第一功函數(shù)材料層和第一柵極材料層。所述第一柵介質(zhì)材料層的材料可以是氧化鉿、氧化鋯、硅氧化鉿或氧化鋁等高K介質(zhì)材料。所述第一功函數(shù)材料層的材料可以是氮化鈦或氮化鉭等。

請參考8，在所述第一金屬柵極301表面形成保護(hù)層400，所述保護(hù)層400由表面活性劑分子吸附構(gòu)成。

為了避免在后續(xù)去除第二區(qū)域II上的第二偽柵極103b的過程中，所述第一金屬柵極301受到損傷，在所述第一金屬柵極301表面形成保護(hù)層400。

本實(shí)施例中，形成所述保護(hù)層400的方法包括：將所述第一金屬柵極301表面浸沒與表面活性劑溶液內(nèi)。一段時(shí)間后，表面活性劑分子會在第一金屬柵極301表面吸附，形成保護(hù)層400。

表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)具有兩親性，一端為親水基團(tuán)，另一端為疏水基團(tuán)。親水基團(tuán)在第一金屬柵極301表面吸附，而疏水基團(tuán)則懸空，在所述第一金屬柵極301表面形成疏水性表面，可以在后續(xù)的工藝中，隔絕其他液體，對所述第一金屬柵極301表面進(jìn)行保護(hù)。

所述表面活性劑可以是陰離子表面活性劑。本實(shí)施例中，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(LAS)，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述表面活性劑還可以是乙氧基化烷基硫酸鈉或乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸鈉等其他表面活性 劑。

所述表面活性劑溶液內(nèi)的表面活性劑濃度若太低，則無法在第一金屬柵極301表面形成完整的保護(hù)層，不能對所述第一金屬柵極301表面起到足夠的保護(hù)作用；而濃度過大則會造成浪費(fèi)。

本實(shí)施例中，所述表面活性劑溶液內(nèi)的表面活性劑的質(zhì)量濃度為2％～8％，可以是4％或6％；并且將所述第一金屬柵極301的表面浸沒在所述表面活性劑溶液中20s～100s，可以是40s、60s或80s，使得有足夠的時(shí)間在所述第一金屬柵極301表面形成完整的保護(hù)層。

請參考9，去除所述第二偽柵極103b，在第二區(qū)域II上形成第二凹槽202。

本實(shí)施例中，采用濕法刻蝕工藝去除所述第二偽柵極103b，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為四甲基氫氧化氨(TMAH)溶液。

四甲基氫氧化氨溶液對金屬具有一定的氧化作用，在去除所述第二偽柵極103b的過程中，會對第一金屬柵極301表面產(chǎn)生氧化作用。由于所述第一金屬柵極301表面的保護(hù)層400存在，所述保護(hù)層400能夠隔絕四甲基氫氧化氨溶液，從而避免所述四甲基氫氧化氨溶液使第一金屬柵極301表面氧化，對第一金屬柵極301表面起到保護(hù)作用。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以在所述濕法刻蝕溶液中加入所述表面活性劑，從而在對第二偽柵極103b進(jìn)行刻蝕的同時(shí)，刻蝕溶液內(nèi)的表面活性劑可以同時(shí)在第一金屬柵極301表面吸附，從而確保保護(hù)層400的完整性。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以不通過表面活性劑溶液在第一金屬柵極301表面形成所述保護(hù)層400，而僅在刻蝕第二偽柵極103b時(shí)，在濕法刻蝕溶液內(nèi)加入所述表面活性劑，從而在濕法刻蝕第二偽柵極103b的過程中，使得表面活性劑在第一金屬柵極301表面吸附，形成保護(hù)層400。為了確保形成完整的保護(hù)層，所述濕法刻蝕溶液內(nèi)的表面活性劑的質(zhì)量濃度為2％～8％，可以是4％或6％。

本實(shí)施例中，在去除所述第二偽柵極103b之后，繼續(xù)刻蝕所述第二偽柵介質(zhì)層102b至半導(dǎo)體襯底100表面，形成第二凹槽202。

在形成所述第二凹槽202之后，還可以對所述第二凹槽202內(nèi)壁表面進(jìn)行清洗，以去除刻蝕后殘留的雜質(zhì)，提高后續(xù)在第二凹槽202內(nèi)形成的第二金屬柵極的質(zhì)量。

本實(shí)施例中，對所述第二凹槽202可以進(jìn)行濕法清洗，所述濕法清洗采用去離子水作為清洗溶液。本實(shí)施例中，還可以在所述濕法清洗溶液內(nèi)加入表面活性劑，進(jìn)一步對第一金屬柵極301表面進(jìn)行保護(hù)。所述清洗溶液內(nèi)的表面活性劑的質(zhì)量濃度可以是2％～8％，可以是4％或6％。

請參考10，形成填充滿所述第二凹槽202(請參考圖9)的第二金屬柵極304。

所述第二金屬柵極304的材料包括鋁、銅、銀、鉑、鎢或氮化鎢等金屬材料。本實(shí)施例中，所述第二金屬柵極304的材料為鋁。

本實(shí)施例中，還包括在第二凹槽202的內(nèi)壁表面形成第二柵介質(zhì)層306，位于第二柵介質(zhì)層305表面的第二功函數(shù)層305，所述第二金屬柵極304位于第二功函數(shù)層305表面。

所述第二柵介質(zhì)層306、第二功函數(shù)層305和第二金屬柵極304的形成方法包括：在所述第二凹槽202內(nèi)壁表面以及介質(zhì)層300、第一金屬柵極301表面依次形成第二柵介質(zhì)材料層、第二功函數(shù)材料層和位于所述第二功函數(shù)材料層表面的第二柵極材料層，所述第二柵極材料層填充滿第二凹槽202，然后以所述介質(zhì)層300為停止層，對所述第二柵介質(zhì)材料層、第二功函數(shù)材料層和第二柵極材料層進(jìn)行平坦化，形成所述第二柵介質(zhì)層306、第二功函數(shù)層305和第二金屬柵極304。在進(jìn)行平坦化的過程中，所述第一金屬柵極301表面的保護(hù)層也被去除。

可以采用化學(xué)氣相沉積工藝、原子層沉積工藝或射頻物理氣相沉積工藝形成所述第二柵介質(zhì)材料層、第二功函數(shù)材料層和第二柵極材料層。所述第二柵介質(zhì)材料層的材料可以是氧化鉿、氧化鋯、硅氧化鉿或氧化鋁等高K介質(zhì)材料。

本發(fā)明的實(shí)施例中，在形成第二區(qū)域II上的第二偽柵極，形成第二金屬柵極的過程中，由于第一區(qū)域I上的第一金屬柵極表面形成了保護(hù)層，從而可 以避免所述第一金屬柵極受到損傷，從而可以提高形成的晶體管的性能。

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(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。