晶體管及其形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種晶體管及其形成方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體集成電路的集成度越來越高，對晶體管性能的要求也日益增高，因此，對于晶體管可靠性的要求隨之提高。在常規(guī)的CMOS(互補金屬氧化物半導體，Complementary Metal Oxide Semiconductor)器件的制造工藝中，偏壓溫度不穩(wěn)定性(Bias Temperature Instability,簡稱BTI)是評判可靠性的參考因素之一。
[0003]在評價PMOS晶體管的可靠性時，負偏壓溫度不穩(wěn)定性(Negative BiasTemperature Instability,簡稱NBTI)是一個主要的參考因素。引起負偏壓溫度不穩(wěn)定性的機理在于:PM0S晶體管在負偏置柵極電壓和高溫的作用下，PMOS晶體管柵氧化層與襯底之間的界面處氫硅鍵斷裂，從而產(chǎn)生界面缺陷電荷，繼而造成PMOS晶體管的閾值電壓和飽和漏極電流發(fā)生漂移。
[0004]在評價NMOS晶體管的可靠性時，正偏壓溫度不穩(wěn)定性(Positive BiasTemperature Instability,簡稱PBTI)是一個主要的參考因素。不過，對于常規(guī)的NMOS晶體管來說，由于正偏壓溫度不穩(wěn)定性并不明顯，因此正偏壓溫度不穩(wěn)定性并不是評價NMOS晶體管可靠性的一個主要因素。
[0005]然而，隨著集成電路的設計節(jié)點的不斷減小，高K金屬柵(High K Metal Gate,簡稱HKMG)結構晶體管已逐步取代傳統(tǒng)的以S12作為柵介質(zhì)層、以多晶硅作為柵極的晶體管。對于高K金屬柵結構的NMOS晶體管來說，高K介質(zhì)層材料所形成的柵介質(zhì)層本身帶有缺陷，而所述缺陷會形成大量的載流子陷阱，該載流子陷阱容易捕獲高K柵介質(zhì)層和硅襯底中的電子，從而產(chǎn)生快速充放電現(xiàn)象。由于所述柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷影響，導致高K金屬柵結構的NMOS晶體管受到正偏壓溫度不穩(wěn)定性的影響更為嚴重，導致晶體管的可靠性下降、壽命減少。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管及其形成方法，所述晶體管的可靠性提高。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶體管，包括:提供襯底，所述襯底包括有源區(qū)、以及位于所述有源區(qū)周圍的隔離結構，所述隔離結構的材料包括氧離子；至少在襯底有源區(qū)表面形成柵極結構，所述柵極結構包括柵介質(zhì)層和位于柵介質(zhì)層表面的柵極層，所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料，所述柵極結構至少一端延伸至所述隔離結構表面，所述隔離結構與所述柵介質(zhì)層之間的接觸面積大于預設面積；在柵極結構兩側的有源區(qū)內(nèi)形成源漏區(qū)；在形成所述柵介質(zhì)層之后，至少進行一次熱處理過程，使隔離結構中的氧離子擴散入柵介質(zhì)層內(nèi)。
[0008]可選的，所述柵介質(zhì)層的材料包括Hf基材料，所述Hf基材料包括Hf02或HfS1。
[0009]可選的，所述源漏區(qū)內(nèi)摻雜有N型離子，所述N型離子包括P離子、As離子或Sb離子。
[0010]可選的，所述隔離結構的材料為氧化硅或氮氧化硅。
[0011]可選的,所述預設面積小于0.01 μ m2。
[0012]可選的，所述接觸面積為0.01 μ m2?100 μ m2。
[0013]可選的，所述接觸面平行于柵極結構側壁方向的尺寸為0.01 μπι?10 μ m，所述接觸面垂直于柵極結構側壁方向的尺寸為0.01 μ m?10 μ m。
[0014]可選的，所述柵極結構的一端或兩端延伸至隔離結構表面。
[0015]可選的，所述柵極層的材料為金屬，所述金屬包括銅、鎢、鋁、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合。
[0016]可選的，所述柵極結構投影于襯底表面的圖形為條形。
[0017]可選的，所述柵極結構的數(shù)量大于或等于I ;當所述柵極結構的數(shù)量大于I時，若干柵極結構平行排列。
[0018]可選的，所述襯底內(nèi)具有若干有源區(qū)，所述隔離結構位于相鄰有源區(qū)之間，所述柵極結構橫跨于若干相鄰有源區(qū)表面和隔離結構表面，且位于相鄰有源區(qū)之間的柵極結構與所述隔離結構之間的接觸面積大于預設面積。
[0019]可選的，還包括:在源漏區(qū)表面形成導電插塞。
[0020]可選的，還包括:在柵極結構頂部表面形成導電插塞。
[0021 ] 可選的，所述導電插塞的材料為金屬，所述金屬包括銅、鎢、鋁、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合。
[0022]可選的，所述柵極結構的形成工藝包括:至少在所述襯底的有源區(qū)表面形成偽柵極結構，所述偽柵極結構包括偽柵極層，所述偽柵極層的材料為多晶硅，所述偽柵極結構至少一端延伸至所述隔離結構表面，所述隔離結構與所述偽柵極結構之間的接觸面大于預設面積；在所述偽柵極結構兩側的襯底有源區(qū)內(nèi)形成源漏區(qū)；在襯底表面形成覆蓋偽柵極結構側壁的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的表面與偽柵極結構表面齊平；去除所述偽柵極結構，在介質(zhì)層內(nèi)形成開口 ；在所述開口內(nèi)形成柵極結構，所述柵極結構包括柵介質(zhì)層和位于柵介質(zhì)層表面的柵極層，所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料。
[0023]可選的，所述偽柵極結構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。
[0024]可選的，所述偽柵介質(zhì)層的材料為氧化硅，在形成所述開口時，去除所述偽柵極層和偽柵介質(zhì)層，并暴露出襯底表面；在形成柵極結構時，在所述開口內(nèi)形成柵介質(zhì)層；在柵介質(zhì)層表面形成柵極層。
[0025]可選的，所述偽柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)層，在形成所述開口時，去除所述偽柵極層，并暴露出偽柵介質(zhì)層表面；在形成柵極結構時，在所述開口內(nèi)形成柵極層，所述偽柵介質(zhì)層作為柵介質(zhì)層。
[0026]相應的，本發(fā)明還提供一種采用上述任一項方法所形成的晶體管，包括:襯底，所述襯底包括有源區(qū)、以及位于所述有源區(qū)周圍的隔離結構，所述隔離結構的材料包括氧離子；至少位于襯底有源區(qū)表面的柵極結構，所述柵極結構包括柵介質(zhì)層和位于柵介質(zhì)層表面的柵極層，所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料，所述柵極結構至少一端延伸至所述隔離結構表面，所述隔離結構與所述柵介質(zhì)層之間的接觸面積大于預設面積；位于柵極結構兩側的襯底內(nèi)有源區(qū)內(nèi)的源漏區(qū)。
[0027]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
[0028]本發(fā)明的形成方法中，襯底包括有源區(qū)以及位于有源區(qū)周圍的隔離結構，而位于有源區(qū)表面的柵極結構至少一端延伸至所述隔離結構表面，且所述隔離結構與所述柵極結構之間的接觸面積大于預設面積。由于所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料，而所述高K介質(zhì)材料中具有缺陷，所述缺陷大部分為氧空位，所述缺陷會形成大量載流子陷阱，能夠捕獲載流子，尤其是NMOS晶體管中的電子。而所述柵極結構至少一端形成于所述隔離結構表面，使得所述柵介質(zhì)層與所述隔離結構相接觸，而所述隔離結構的材料包括氧離子，所述隔離結構中的氧離子能夠受到晶體管工藝制程中的熱量驅動，向所述柵介質(zhì)層內(nèi)擴散，而且所述氧離子能夠填補高K介質(zhì)材料中的缺陷，從而消除柵介質(zhì)層內(nèi)的載流子陷阱。此外，由于所述隔離結構與后續(xù)形成的柵介質(zhì)層之間接觸面積大于預設面積，所述接觸面積較大，在后續(xù)的熱處理過程中，即使所述熱處理時間有限，也能夠使得較多的隔離結構中的氧離子能夠進入柵介質(zhì)層內(nèi)，所述氧離子能夠充分填補缺陷，消除載流子陷阱。因此，所述高K金屬柵結構的NMOS晶體管的正偏溫度不穩(wěn)定效應和熱載流子注入效應得到抑制，晶體管的可靠性被極大地提高。
[0029]進一步，所述柵介質(zhì)層的材料包括HfO2或HfS1，則所述柵介質(zhì)層內(nèi)具有較多缺陷，且所述缺陷能夠形成捕獲電子的陷阱，而隔離結構中的氧離子擴散入所述柵介質(zhì)層內(nèi)之后，能夠進入所述缺陷填補陷阱，從而提高晶體管的可靠性。
[0030]進一步，所述隔離結構的材料為氧化硅或氮氧化硅，即所述隔離結構的材料中具有氧離子，所述氧離子能夠受到熱驅動而向相接觸的柵介質(zhì)層內(nèi)擴散，并進一步向位于有源區(qū)表面的柵介質(zhì)層內(nèi)擴散，從而填補柵介質(zhì)層內(nèi)的載流子陷阱，提高晶體管的可靠性。
[0031]進一步，所述接觸面積為0.01 μ m2?100 μ m2，而隔離結構與所述柵極結構之間的接觸面積大于所述預設面積，因此所述隔離結構與柵介質(zhì)層的接觸面積較大，則較多隔離結構內(nèi)的氧離子能夠擴散到柵介質(zhì)層內(nèi)，使得柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷能夠被充分填補，使得晶體管的可靠性提高。
[0032]本發(fā)明的晶體管中，襯底包括有源區(qū)以及位于有源區(qū)周圍的隔離結構，所述柵極結構至少一端延伸至所述隔離結構表面，且所述隔離結構與所述柵極結構之間的接觸面積大于預設面積。所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料，所述隔離結構的材料包括氧離子，所述隔離結構中的氧離子能夠受到工藝制程中的熱量驅動而向所述柵介質(zhì)層內(nèi)擴散，并能夠填補高K介質(zhì)材料中的缺陷，以消除柵介質(zhì)層內(nèi)的載流子陷阱。而且，所述隔離結構與所述柵極結構之間的接觸面積大于預設面積，所述接觸面積較大，則較多的