柵介質(zhì)層的形成方法和mos晶體管的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種柵介質(zhì)層的形成方法和M0S晶體管的 形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)節(jié)點的減小，傳統(tǒng)的二氧化娃柵介質(zhì)層和多晶娃 柵電極層的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（metal-oxide-semicon化ctor Field-Effect-Transistor，MOS陽T，W下簡稱MOS晶體管)器件出現(xiàn)了漏電量增加和柵極層 損耗等問題。為解決該些問題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了采用高K(hi曲K，HK)材料代替二氧化 娃制作柵介質(zhì)層，即高K介質(zhì)層，并采用金屬材料代替多晶娃制作柵電極層（metalgate, MG),即金屬柵極，此結(jié)構(gòu)簡稱為HKMG。
[0003] 然而，使用高K介質(zhì)層的缺點在于，高K介質(zhì)層的界面品質(zhì)較差，如果直接在半導(dǎo) 體襯底上形成高K介質(zhì)層，較差品質(zhì)的界面容易削弱最終形成的M0S晶體管的電學(xué)性能。
[0004] 為此，現(xiàn)有方法通常在半導(dǎo)體襯底與高K介質(zhì)層之間設(shè)置界面層（interhcial layer,IL)，界面層不僅能在半導(dǎo)體襯底和界面層之間提供較佳品質(zhì)的界面，還能在高K介 質(zhì)層和界面層之間提供較佳品質(zhì)的界面，從而改善了高K介質(zhì)層與半導(dǎo)體襯底之間的界面 特性。
[0005] 該里將界面層和高K介質(zhì)層等位于金屬柵極與半導(dǎo)體襯底(溝道區(qū))之間的疊層稱 為柵介質(zhì)層，下同。
[0006] 請參考圖1和圖2,示出了現(xiàn)有柵介質(zhì)層的形成方法各步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007] 請參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100,在半導(dǎo)體襯底100上形成界面層110?，F(xiàn)有方 法中通常采用低溫（lowtemperature)快速熱氧化方法（lowtemperatureRapidThermal Oxidation,RTO)或者化學(xué)氧化法（QiemicalOxidation)直接形成界面層110。
[000引請參考圖2,在界面層110上形成高K介質(zhì)層120,界面層110和高K介質(zhì)層120均為柵介質(zhì)層的一部分。
[0009] 隨著半導(dǎo)體器件尺寸減小，M0S晶體管器件存在著非常嚴重的短溝道效應(yīng)，為防止 短溝道效應(yīng)，并提高金屬柵極對溝道的控制能力，M0S晶體管中柵介質(zhì)層的等效氧化層厚度 (Equivalent Oxide化ickness, EOT)通常不得超過1皿。因此，界面層110作為柵介質(zhì)層 的其中一部分，其厚度必須較小。
[0010] 但是直接形成厚度較小且質(zhì)量較好的界面層110是十分困難的。現(xiàn)有方法形成的 界面層110質(zhì)量通常很差，導(dǎo)致M0S晶體管的性能下降。此外，在柵介質(zhì)層的形成工藝中， 通常還必須采用退火工藝，所述退火工藝會致使界面層110被氧化而導(dǎo)致其厚度增大，進 一步加劇了M0S晶體管性能的下降。
[0011] 因此，需要一種新的柵介質(zhì)層的形成方法和M0S晶體管的形成方法，W提高界面 層的質(zhì)量，減小界面層的厚度，從而減小EOT,提高M0S晶體管的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明解決的問題是提供一種柵介質(zhì)層的形成方法和M0S晶體管的形成方法，W 提高界面層的質(zhì)量，減小界面層的厚度，從而減小EOT,提高M0S晶體管的性能。
[0013] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種柵介質(zhì)層的形成方法，包括：
[0014] 提供第一半導(dǎo)體襯底；
[0015] 在所述第一半導(dǎo)體襯底上形成界面層；
[0016] 在所述界面層上形成金屬層；
[0017] 在所述金屬層上形成高K介質(zhì)層；
[0018] 進行退火處理，所述界面層與所述第一半導(dǎo)體襯底接觸的部分在所述退火處理過 程中被還原為娃，并與所述第一半導(dǎo)體襯底構(gòu)成第二半導(dǎo)體襯底，所述界面層的厚度減薄。
[0019] 可選的，所述金屬層的材料包括給、銅、鉛、鉛、鐵、頓或紀(jì)中的至少一種。
[0020] 可選的，所述金屬層厚度為2A~5A。
[0021] 可選的，所述退火處理采用的溫度為50(TC~70(TC，所述退火處理進行的時間為 lOs~60s。
[0022] 可選的，所述退火處理采用的保護氣體為氮氣、氮氣、氛氣或者氮氣，所述退火處 理采用的壓強為500Torr~lOOOTorr。
[0023] 可選的，所述界面層初始厚度為5A~lOA，進行所述退火處理之后所述界面層的 剩余厚度為所述初始厚度的40%~60%。
[0024] 可選的，所述金屬層采用物理氣相沉積法形成。
[0025] 可選的，所述界面層采用熱氧化生長法或者化學(xué)氧化法形成。
[0026] 可選的，所述高K介質(zhì)層的材料包括氧化給、氧化銅、氧化鉛、氧化鐵、氧化粗或者 氧化紀(jì)中的至少一種。
[0027] 為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種M0S晶體管的形成方法，包括：
[0028] 提供第一半導(dǎo)體襯底；
[0029] 在所述第一半導(dǎo)體襯底上形成界面層；
[0030] 在所述界面層上形成金屬層；
[0031] 在所述金屬層上形成高K介質(zhì)層；
[0032] 進行退火處理，所述界面層與所述第一半導(dǎo)體襯底接觸的部分在所述退火處理 過程中被還原為娃，并與所述第一半導(dǎo)體襯底構(gòu)成第二半導(dǎo)體襯底，所述界面層的厚度減 ??；
[0033] 在所述退火處理之后，在所述高K介質(zhì)層上形成金屬柵極。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有W下優(yōu)點：
[0035] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，在界面層和高K介質(zhì)層之間形成金屬層，并且對所述界面 層、所述金屬層和所述高K介質(zhì)層進行退火處理，所述界面層與所述第一半導(dǎo)體襯底接觸 的部分在所述退火處理過程中被還原為娃，因此界面層的厚度減小，并且此部分娃與所述 第一半導(dǎo)體襯底一同構(gòu)成第二半導(dǎo)體襯底，不影響器件結(jié)構(gòu)。所述金屬層被氧化形成金屬 氧化物層，此金屬氧化物層轉(zhuǎn)化為高K介質(zhì)層的一部分，因此高K介質(zhì)層的厚度增大。雖然 從總體上看，所述界面層的厚度減小，所述高K介質(zhì)層的厚度增大，并且界面層的厚度減小 值與高K介質(zhì)層的厚度增大值大致相等，但是EOT通常等于界面層厚度加上五分之一的高K介質(zhì)層厚度，因此，總體而言EOT減小，提高了M0S晶體管的性能。并且，所述形成方法形 成的所述界面層致密度和均勻度更好，從而在相同的柵介質(zhì)層厚度情況下，柵介質(zhì)層的介 電常數(shù)更大，使相應(yīng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)性能再次提高。
[0036] 進一步，界面層的初始厚度為5A~lOA。界面層的初始厚度不能太大，否則會削 弱高K介質(zhì)層作為柵介質(zhì)層的優(yōu)越性。另外，如果界面層太厚，會增加EOT,W致相應(yīng)半導(dǎo)體 器件的驅(qū)動電流減小。因此氧化娃或氮氧化娃界面層的厚度選擇小于lOA。但是，為了保證 所形成的界面層的質(zhì)量較好，通常其厚度需要達到5AW上。
[0037] 進一步，金屬層厚度為2A~5A。如果金屬層厚度太小，則退火處理過程中，能夠 還原的界面層厚度太小，因此，通過退火處理對界面層的厚度減薄有限，達不到將EOT減小 到所需值的要求。如果金屬層太厚，在退火處理之后，可能仍然有金屬層剩余，導(dǎo)致柵介質(zhì) 層形成失敗。
[0038] 進一步，退火處理采用的溫度為50(TC~70(TC。通常高K介質(zhì)層的材料為非晶 態(tài)，如果溫度高于70(TC，高K介質(zhì)層會轉(zhuǎn)化為晶體，