晶體管及其形成方法
【專利摘要】一種晶體管及其形成方法，晶體管的形成方法包括：提供襯底；在所述襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層、以及位于保護(hù)層表面的柵極層；在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻；采用第一過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底，使所述襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面；在所述第一過(guò)刻蝕工藝之后，在所述第一側(cè)墻的表面形成第二側(cè)墻。所形成的晶體管形貌改善、性能穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】
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，導(dǎo)致制造高K金屬柵晶體管的工藝難度提高，而所形成的高K金屬柵晶體管的性能不穩(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，所形成的晶體管形貌改善、性能穩(wěn)定。
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種晶體管及其形成方法，包括:提供襯底；在所述襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層、以及位于保護(hù)層表面的柵極層；在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻；采用第一過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底，使所述襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面；在所述第一過(guò)刻蝕工藝之后，在所述第一側(cè)墻的表面形成第二側(cè)墻。
[0008]可選的，還包括:在形成第二側(cè)墻之后，采用第二過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)、第一側(cè)墻和第二側(cè)墻周圍的襯底，使所述襯底表面低于所述第二側(cè)墻的底部表面。
[0009]可選的，還包括:在所述第二過(guò)刻蝕工藝之后，重復(fù)若干次形成側(cè)墻的工藝，在第二側(cè)墻表面形成若干層側(cè)墻；在每形成一層側(cè)墻之后進(jìn)行一次過(guò)刻蝕工藝，使每一層側(cè)墻的底部表面低于前一層側(cè)墻的底部表面。
[0010]可選的，所述側(cè)墻的形成步驟包括:在所述襯底、前一層側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)表面形成側(cè)墻層；回刻蝕所述側(cè)墻層直至暴露出襯底表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。
[0011]可選的，在形成該層側(cè)墻之后進(jìn)行的過(guò)刻蝕工藝和所述回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。
[0012]可選的，還包括:在重復(fù)若干次形成側(cè)墻的工藝以及過(guò)刻蝕工藝之后，在所述襯底表面形成半導(dǎo)體層。
[0013]可選的，所述第二側(cè)墻的形成步驟包括:在所述襯底、第一側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)表面形成第二側(cè)墻層；對(duì)所述第二側(cè)墻層進(jìn)行第二回刻蝕工藝，直至暴露出襯底表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。
[0014]可選的，所述第二過(guò)刻蝕工藝和所述第二回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工
-H-
O
[0015]可選的，還包括:在第二過(guò)刻蝕工藝之后，在所述襯底表面形成半導(dǎo)體層。
[0016]可選的，還包括:在形成第二側(cè)墻之后，在所述襯底表面形成半導(dǎo)體層。
[0017]可選的，所述半導(dǎo)體層的材料為硅、鍺、硅鍺或碳化硅。
[0018]可選的，所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料；所述保護(hù)層的材料為鈦、鉭、氮化鈦或氮化鉭中的一種或多種組合；所述柵極層的材料為多晶硅；所述第一側(cè)墻或第二側(cè)墻的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合。
[0019]可選的，還包括:在形成所述第二側(cè)墻層之后，在所述襯底表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層暴露出所述柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面；去除所述柵極層，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成開口 ；在所述開口內(nèi)形成金屬柵。
[0020]可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括:位于襯底表面的柵氧化層，所述柵介質(zhì)層位于所述柵氧化層表面；所述柵氧化層的材料為氧化硅。
[0021]可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括:位于所述柵極層表面的掩膜層。
[0022]可選的，所述掩膜層的材料為氮化娃或無(wú)定形碳。
[0023]可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)的形成步驟包括:在襯底表面形成柵介質(zhì)膜；在所述柵介質(zhì)膜表面形成保護(hù)膜；在所述保護(hù)膜表面形成柵極膜；在所述柵極膜的部分表面形成掩膜層；以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述柵極膜、保護(hù)膜和柵介質(zhì)膜，直至暴露出襯底表面，形成所述柵介質(zhì)層、保護(hù)層和柵極層。
[0024]可選的，所述第一側(cè)墻的形成步驟包括:在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)表面形成第一側(cè)墻層；對(duì)所述第一側(cè)墻層進(jìn)行第一回刻蝕工藝，直至暴露出襯底表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。
[0025]可選的，所述第一過(guò)刻蝕工藝和所述第一回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工
-H-
O
[0026]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供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)包括柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層、以及位于保護(hù)層表面的柵極層；位于所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻；位于所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面；位于所述第一側(cè)墻的表面形成第二側(cè)墻。
[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，在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻之后，采用第一過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底，使所述襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面；由于后續(xù)在所述第一側(cè)墻表面形成第二側(cè)墻位于所述襯底表面，因此所述第二側(cè)墻的底部表面低于所述第一側(cè)墻的底部表面；則位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層到所述第二側(cè)墻底部的距離大于到第一側(cè)墻底部的距離，所述第二側(cè)墻用于隔離所述保護(hù)層的能力更強(qiáng)，從而能夠有效避免后續(xù)工藝的氣體或液體自所述第二側(cè)墻底部滲入并與保護(hù)層相接觸的問(wèn)題。因此，所形成的晶體管中，所述保護(hù)層的形貌良好，避免了外部環(huán)境對(duì)所述保護(hù)層邊緣的俯視，則所形成的晶體管的閾值電壓穩(wěn)定、性能改善。
[0029]進(jìn)一步，在形成第二側(cè)墻之后，采用第二過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)、第一側(cè)墻和第二側(cè)墻周圍的襯底，使所述襯底表面低于所述第二側(cè)墻的底部表面；在所述第二過(guò)刻蝕工藝之后，重復(fù)若干次形成側(cè)墻的工藝，在第二側(cè)墻表面形成若干層側(cè)墻；在每形成一層側(cè)墻之后進(jìn)行一次過(guò)刻蝕工藝，使每一層側(cè)墻的底部表面低于前一層側(cè)墻的底部表面。由于每一側(cè)墻底部表面低于前一層側(cè)墻的底部表面，則能夠進(jìn)一步增加最外層的側(cè)墻底部到所述保護(hù)層的距離，進(jìn)而使得所述保護(hù)層與外部環(huán)境更難接觸，且后續(xù)工藝的氣體或液體滲過(guò)所述側(cè)墻并與保護(hù)層接觸的難度增加。因此能夠避免后續(xù)工藝對(duì)保護(hù)層造成腐蝕，使所形成的晶體管的閾值電壓穩(wěn)定、性能改善。
[0030]進(jìn)一步，所述側(cè)墻的形成步驟包括:在所述襯底、前一層側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)表面形成側(cè)墻層；回刻蝕所述側(cè)墻層直至暴露出襯底表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。而在形成該層側(cè)墻之后進(jìn)行的過(guò)刻蝕工藝和所述回刻蝕工藝的參數(shù)相同，即在進(jìn)行回刻蝕工藝至暴露出襯底表面之后，繼續(xù)采用相同的工藝進(jìn)行過(guò)刻蝕，以使襯底表面低于該層側(cè)墻底部表面。由于回刻蝕工藝和過(guò)刻蝕工藝相同，使得工藝簡(jiǎn)化，且節(jié)省成本。
[0031]進(jìn)一步，在形成第二側(cè)墻之后，在所述襯底表面形成半導(dǎo)體層。則所述半導(dǎo)體層表面高于所述第二側(cè)墻的底部表面，自所述半導(dǎo)體層表面經(jīng)過(guò)所述第二側(cè)墻底部至所述保護(hù)層的路徑增加；進(jìn)而避免了后續(xù)工藝的氣體或液體自所述半導(dǎo)體層與第二側(cè)墻接觸界面滲入至與保護(hù)層相接觸，防止所述保護(hù)層受到腐蝕。
[0032]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面，而第二側(cè)墻位于所述第一側(cè)墻表面，因此所述第二側(cè)墻的底部表面低于所述第一側(cè)墻的底部表面。位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層到所述第二側(cè)墻底部的距離大于到第一側(cè)墻底部的距離，所述第二側(cè)墻用于隔離所述保護(hù)層的能力更強(qiáng)，從而能夠有效避免后續(xù)工藝的氣體或液體自所述第二側(cè)墻底部滲入并與保護(hù)層相接觸的問(wèn)題。因此，所述晶體管中的保護(hù)層形貌良好，所述晶體管的閾值電壓穩(wěn)定、性能改善。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1本發(fā)明實(shí)施例的一種高K金屬柵晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2至圖9是本發(fā)明實(shí)施例的晶體管的形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]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，所形成的高K金屬柵晶體管的尺寸不斷縮小，導(dǎo)致制造高K金屬柵晶體管的工藝難度提高，而所形成的高K金屬柵晶體管的性能不穩(wěn)定。
[0036]請(qǐng)參考圖1，圖1本發(fā)明實(shí)施例的一種高K金屬柵晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，包括:襯底100 ;位于襯底100表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括:位于襯底表面的高K柵介質(zhì)層101 ;位于高K柵介質(zhì)層101表面的覆蓋層102 ;位于覆蓋層102表面的金屬柵103 ;位于金屬柵103、覆蓋層102和高K柵介質(zhì)層101側(cè)壁表面的側(cè)墻104。
[0037]其中，所述覆蓋層102用于阻擋金屬柵103的材料向高K柵介質(zhì)層101內(nèi)擴(kuò)散，避免因所述高K柵介質(zhì)層101受到金屬材料的污染而使晶體管的閾值電壓發(fā)生偏差；所述覆蓋層102的材料為金屬化合物，例如氮化鈦。
[0038]在形成側(cè)墻之后，進(jìn)行后續(xù)工藝之前，通常需要采用干法或濕法清洗工藝去除所述襯底100和柵極結(jié)構(gòu)表面的工藝副產(chǎn)物；以濕法清洗工藝為例，需要采用稀氫氟酸溶液(DHF，水與氫氟酸的體積比大于或等于100:1)清洗所述襯底100和柵極結(jié)構(gòu)表面。
[0039]隨著半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸減小、半導(dǎo)體器件的密度逐漸增大，所述柵極結(jié)構(gòu)的尺寸縮小，且相鄰柵極結(jié)構(gòu)之間的距離減小，為了滿足技術(shù)的發(fā)展，所述高K柵介質(zhì)層101、以及側(cè)墻104的厚度也相應(yīng)縮小。然而，隨著所述側(cè)墻104和高K柵介質(zhì)層101的厚度縮小，用于清洗工藝的氣體或液體更易透過(guò)所述側(cè)墻104和高K柵介質(zhì)層101，并且導(dǎo)致所述用于清洗工藝的氣體或液體與所述覆蓋層102相接觸，對(duì)所述覆蓋層102造成腐蝕；具體的，所述用于清洗工藝的氣體或液體容易自所述側(cè)墻104與襯底100相接觸的界面滲入，并滲透過(guò)所述側(cè)墻104與高K柵介質(zhì)層101相接觸的界面，最終與所述覆蓋層102相接觸，對(duì)所述覆蓋層102的邊緣造成腐蝕。因此，容易使所述覆蓋層102的邊緣形貌變差，繼而影響所形成的晶體管的閾值電壓穩(wěn)定性、以及器件可靠性。
[0040]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種晶體管及其形成方法。所述形成方法中，在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻之后，采用第一過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底，使所述襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面；由于后續(xù)在所述第一側(cè)墻表面形成第二側(cè)墻位于所述襯底表面，因此所述第二側(cè)墻的底部表面低于所述第一側(cè)墻的底部表面；則位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層到所述第二側(cè)墻底部的距離大于到第一側(cè)墻底部的距離，所述第二側(cè)墻用于隔離所述保護(hù)層的能力更強(qiáng)，從而能夠有效避免后續(xù)工藝的氣體或液體自所述第二側(cè)墻底部滲入并與保護(hù)層相接觸的問(wèn)題。因此，所形成的晶體管中，所述保護(hù)層的形貌良好，避免了外部環(huán)境對(duì)所述保護(hù)層邊緣的俯視，則所形成的晶體管的閾值電壓穩(wěn)定、性能改善。
[0041]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(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0042]圖2至圖9是本發(fā)明實(shí)施例的晶體管的形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]請(qǐng)參考圖2，提供襯底200 ;在所述襯底200表面形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層201、位于柵介質(zhì)層201表面的保護(hù)層202、以及位于保護(hù)層202表面的柵極層203。
[0044]在本實(shí)施例中，所述襯底200為平面基底。所述襯底200為硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底、玻璃襯底或II1-V族化合物襯底(例如氮化鎵襯底或砷化鎵襯底等)。本實(shí)施例中，所述襯底200為硅襯底。
[0045]在本實(shí)施例中，所述襯底200內(nèi)還具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(Shal low TrenchIsolator，簡(jiǎn)稱STI)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)用于隔離襯底200內(nèi)的有源區(qū)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的材料為氧化硅、氮氧化硅或低K介質(zhì)材料。
[0046]在另一實(shí)施例中，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。
[0047]在一實(shí)施例中，所述基底和鰭部能夠由半導(dǎo)體襯底刻蝕形成；所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底；通過(guò)刻蝕部分所述半導(dǎo)體襯底，能夠在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成若干溝槽，相鄰溝槽之間的半導(dǎo)體襯底形成鰭部，而且位于鰭部底部的半導(dǎo)體襯底形成基底。
[0048]在其它實(shí)施例中，所述鰭部還能夠通過(guò)外延工藝形成于基底表面；所述基底為硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底；所述鰭部的材料為娃、娃鍺、鍺或碳化娃。
[0049]在本實(shí)施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)為偽柵極結(jié)構(gòu)，其中的柵極層203為后續(xù)形成的金屬柵占據(jù)空間位置。所述柵極層203的材料為無(wú)定形娃(amorphous poly)或多晶娃(crystal poly);所述柵極層203的厚度為500埃?1500埃，所述柵極層203的厚度決定了后續(xù)所形成的柵極層的厚度。由于后續(xù)需要去除所述柵極層203，而所述無(wú)定形硅或多晶硅易于被刻蝕、保型性良好、且易于被去除的材料，因此以所述無(wú)定形硅或多晶硅為材料形成柵極層203，能夠使所述柵極層203的形貌良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于被去除。
[0050]在本實(shí)施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括:位于所述柵極層203表面的掩膜層204。所述柵極結(jié)構(gòu)的形成步驟包括:在襯底200表面形成柵介質(zhì)膜；在所述柵介質(zhì)膜表面形成保護(hù)膜；在所述保護(hù)膜表面形成柵極膜；在所述柵極膜的部分表面形成掩膜層204 ;以所述掩膜層204為掩膜，刻蝕所述柵極膜、保護(hù)膜和柵介質(zhì)膜，直至暴露出襯底200表面，形成所述柵介質(zhì)層201、保護(hù)層202和柵極層203。
[0051]所述掩膜層204的材料為氮化硅、氮氧化硅、摻碳的氮氧化硅、摻硼的氮氧化硅或無(wú)定形碳中的一種或多種；所述掩膜層204的厚度為10埃?200埃。所述掩膜層204的形成工藝包括:在所述柵極膜表面形成掩膜材料膜；在所述掩膜材料膜表面形成圖形化層，所述圖形化層覆蓋需要形成柵極層203的對(duì)應(yīng)區(qū)域；以所述圖形化層為掩膜，刻蝕所述掩膜材料膜，直至暴露出柵極膜表面為止，形成掩膜層204。在本實(shí)施例中，所述掩膜層的材料為無(wú)定形碳。
[0052]其中，所述掩膜材料膜的形成工藝為原子層沉積工藝或化學(xué)氣相沉積工藝；所述圖形化層能夠?yàn)閳D形化的光刻膠層，也能夠?yàn)椴捎枚嘀貓D形掩膜工藝形成的掩膜，例如自對(duì)準(zhǔn)雙重圖形(Self-Aligned Double Patterning，簡(jiǎn)稱 SADP)掩膜。
[0053]所述柵介質(zhì)層201的材料為高K介質(zhì)材料，所述高K介質(zhì)材料的介電常數(shù)大于或等于 4。所述高 K 介質(zhì)材料包括 LaO、A10、BaZrO、HfZrO、HfZrON、HfLaO、HfS1、HfS1N、LaSi0、AlSi0、HfTa0、HfTi0、(Ba, Sr) Ti03、A1203、Si3N4。所述柵介質(zhì)膜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201的厚度為10埃?50埃。
[0054]在一實(shí)施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括:位于襯底200表面的柵氧化層，所述柵介質(zhì)層201位于所述柵氧化層表面；所述柵氧化層的材料為氧化硅；所述柵氧化層的形成工藝包括熱氧化工藝、原位蒸汽生成工藝(In-Situ Steam Generat1n，簡(jiǎn)稱ISSG)或化學(xué)氣相沉積工藝。所述柵氧化層用于增強(qiáng)所述柵介質(zhì)層201與襯底200之間的結(jié)合強(qiáng)度。
[0055]所述保護(hù)層202的材料為鈦、鉭、氮化鈦或氮化鉭中的一種或多種組合；所述保護(hù)層202的厚度為10埃?50埃。所述保護(hù)膜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。
[0056]所述保護(hù)層202阻止后續(xù)形成的金屬柵內(nèi)的金屬原子向柵介質(zhì)層201內(nèi)擴(kuò)散，保證了所述柵介質(zhì)層的介電常數(shù)，維持了所形成的晶體管的閾值電壓穩(wěn)定。而且，在形成偽柵極層之前形成所述高K介質(zhì)材料的柵介質(zhì)層201，當(dāng)后續(xù)去除所述柵極層203之后，暴露出所述保護(hù)層202，后續(xù)在所述保護(hù)層202表面形成金屬柵，則所述保護(hù)層202能夠在去除柵極層203時(shí)保護(hù)所述柵介質(zhì)層201表面免受損傷。
[0057]請(qǐng)參考圖3，在所述襯底200和柵極結(jié)構(gòu)表面形成第一側(cè)墻層205。
[0058]所述第一側(cè)墻層205的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合。在本實(shí)施例中，所述第一側(cè)墻層205的材料與所述掩膜層204的材料不同，使所述第一側(cè)墻層205與掩膜層204之間具有較高的刻蝕選擇比，能夠使后續(xù)的第一回刻蝕工藝停止于掩膜層204表面。在本實(shí)施例中，所述第一側(cè)墻205的材料為氧化硅。
[0059]所述第一側(cè)墻層205的厚度為10埃?200埃；所述第一側(cè)墻層205的厚度即后續(xù)形成的第一側(cè)墻的厚度。所述第一側(cè)墻層205的形成工藝為原子層沉積(ALD)工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或物理氣相沉積工藝。
[0060]請(qǐng)參考圖4，對(duì)所述第一側(cè)墻層205 (如圖3所示)進(jìn)行第一回刻蝕工藝，直至暴露出襯底200表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面，在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻205a。
[0061]所述第一側(cè)墻205a用于保護(hù)所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面，而且，所述第一側(cè)墻205a還能夠用于定義后續(xù)需要形成于襯底200內(nèi)的輕摻雜區(qū)或源漏區(qū)的位置。
[0062]所述第一回刻蝕工藝為無(wú)掩膜刻蝕工藝，由于所述第一側(cè)墻層205的材料與襯底200表面的材料、以及掩膜層204的材料不同，因此所述第一側(cè)墻層205與襯底200和掩膜層204之間具有較高的刻蝕選擇比，因此，所述第一回刻蝕工藝能夠停止于所述襯底200和掩膜層204表面。
[0063]所述第一回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝；本實(shí)施例中，所述各向異性的干法刻蝕工藝的參數(shù)包括:刻蝕氣體包括碳氟氣體、O2和載氣，刻蝕氣體的流量為50sccm?lOOOsccm，氣體壓力為Imtorr?50mtorr，偏置電壓為1V?500V，功率為10ff ?800W，溫度為 40°C?200°C;其中，所述碳氟氣體包括 CF4、C3FS、C4FS、CH2F2、CH3F、CHF3中的一種或多種；所述載氣為Ar、He、或者N2中的一種或幾種。
[0064]請(qǐng)參考圖5，采用第一過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻205a周圍的襯底200，使所述襯底200a表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面。
[0065]所述第一過(guò)刻蝕工藝用于使襯底200表面低于第一側(cè)墻205a底部表面、以及柵極結(jié)構(gòu)底部表面，以便后續(xù)在襯底和第一側(cè)墻205a表面形成第二側(cè)墻之后，能夠使第二側(cè)墻的底部低于所述第一側(cè)墻205a的底部，則所述保護(hù)層202到所述第二側(cè)墻底部的距離大于到第一側(cè)墻205a底部的距離，因此所述第二側(cè)墻底部到保護(hù)層的距離增大，則后續(xù)工藝中所采用的溶液或氣體難以沿襯底200a接觸第二側(cè)墻和第一側(cè)墻205a的界面滲入柵極結(jié)構(gòu)內(nèi)部，避免了所述保護(hù)層202因接觸所述溶液或氣體而發(fā)生腐蝕，保證了所述保持202的形貌穩(wěn)定。
[0066]所述第一過(guò)刻蝕工藝的刻蝕深度為5nm?10nm。所述第一過(guò)刻蝕工藝的刻蝕深度即所述襯底200a表面低于柵極結(jié)構(gòu)底部表面的距離，即后續(xù)形成的第二側(cè)墻底部到第一側(cè)墻205a底部或柵極結(jié)構(gòu)底部的距離。所述第一過(guò)刻蝕的刻蝕深度決定了后續(xù)形成的第二側(cè)墻對(duì)于保護(hù)層202的保護(hù)能力；若所述第一過(guò)刻蝕工藝的刻蝕深度較淺，則所述第二側(cè)墻對(duì)保護(hù)層202的保護(hù)能力不足；若所述第一過(guò)刻蝕工藝過(guò)深，則造成了不必要的襯底200浪費(fèi)；當(dāng)所述第一過(guò)刻蝕工藝的刻蝕深度為5nm?10nm，即能夠保證第二側(cè)墻對(duì)保護(hù)層202的保護(hù)能力，又能夠避免不必要的浪費(fèi)。
[0067]所述第一過(guò)刻蝕工藝為無(wú)掩膜刻蝕工藝。由于所述柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面具有掩膜層204進(jìn)行保護(hù)，而所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面具有第一側(cè)墻205a進(jìn)行保護(hù)，因此所述第一過(guò)刻蝕工藝無(wú)需額外形成掩膜層，從而簡(jiǎn)化了工藝步驟、節(jié)省工藝成本。
[0068]所述第一過(guò)刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。在本實(shí)施例中，所述襯底200為硅襯底，所述各向異性的干法刻蝕工藝的參數(shù)包括:刻蝕氣體包括(:12或HBr中的一種或兩種、以及載氣；所述HBr的流量為200sccm?800sccm ;所述012的流量為20sccm?10sccm ;所述載氣為Ar、He、或者隊(duì)中的一種或幾種；所述載氣的流量為50sccm?lOOOsccm，刻蝕腔室的壓力為2mTorr?200mTorr，刻蝕時(shí)間為15秒?60秒。
[0069]在本實(shí)施例中，在所述第一過(guò)刻蝕工藝之后，以所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻205a為掩膜，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底200a內(nèi)形成輕摻雜區(qū)。在另一實(shí)施例中，在所述第一過(guò)刻蝕工藝之前，以所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻為掩膜，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底內(nèi)形成輕慘雜區(qū)。
[0070]請(qǐng)參考圖6，在所述第一過(guò)刻蝕工藝之后，在所述第一側(cè)墻205a的表面形成第二側(cè)墻206。
[0071]所述第二側(cè)墻206用于保護(hù)所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面，而且，所述第二側(cè)墻206還能夠用于定義后續(xù)需要形成于襯底200內(nèi)的輕摻雜區(qū)或源漏區(qū)的位置。
[0072]所述第二側(cè)墻206的形成步驟包括:在所述襯底200a、第一側(cè)墻205a和柵極結(jié)構(gòu)表面形成第二側(cè)墻層；對(duì)所述第二側(cè)墻層進(jìn)行第二回刻蝕工藝，直至暴露出襯底200a表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。
[0073]所述第二側(cè)墻206的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合。在本實(shí)施例中，所述第二側(cè)墻206的材料與所述掩膜層204的材料不同，使所述第二側(cè)墻層與掩膜層204之間具有較高的刻蝕選擇比，能夠使所述第二回刻蝕工藝停止于掩膜層204表面。而且，所述第二側(cè)墻層的材料與所述第一側(cè)墻205a的材料不同，以保證在第二回刻蝕工藝中，不會(huì)損傷所述第一側(cè)墻205a的形貌。在本實(shí)施例中，所述第二側(cè)墻206的材料為氮化娃。
[0074]所述第二側(cè)墻層的厚度為10埃?200埃，所述第二側(cè)墻層的厚度即所形成的第二側(cè)墻206的厚度。所述第二側(cè)墻層的形成工藝為原子層沉積(ALD)工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或物理氣相沉積工藝。
[0075]所述第二回刻蝕工藝為無(wú)掩膜刻蝕工藝，由于所述第二側(cè)墻層的材料與襯底200表面的材料、以及掩膜層204的材料不同，因此所述第二側(cè)墻層與襯底200和掩膜層204之間具有較高的刻蝕選擇比，因此，所述第二回刻蝕工藝能夠停止于所述襯底200和掩膜層204表面。
[0076]所述第二回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝；本實(shí)施例中，所述各向異性的干法刻蝕工藝的參數(shù)包括:刻蝕氣體包括碳氟氣體、O2和載氣，刻蝕氣體的流量為50sccm?lOOOsccm，氣體壓力為Imtorr?50mtorr，偏置電壓為1V?500V，功率為10ff ?800W，溫度為 40°C?200°C;其中，所述碳氟氣體包括 CF4、C3FS、C4FS、CH2F2、CH3F、CHF3中的一種或多種；所述載氣為Ar、He、或者N2中的一種或幾種。
[0077]請(qǐng)參考圖7，在形成第二側(cè)墻206之后，采用第二過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)、第一側(cè)墻205a和第二側(cè)墻206周圍的襯底200a (如圖6所示)，使所述襯底200b表面低于所述第二側(cè)墻206的底部表面。
[0078]所述第二過(guò)刻蝕工藝用于使所述柵極結(jié)構(gòu)、第一側(cè)墻205a和第二側(cè)墻206周圍的襯底200b表面能夠低于所述第二側(cè)墻206的底部表面，由于后續(xù)需要在所述第二側(cè)墻206表面形成一層或若干層側(cè)墻，則后續(xù)形成的所述側(cè)墻底部表面能夠低于所述第二側(cè)墻206的底部表面，使所述保護(hù)層202到所述側(cè)墻底部的距離、大于到第二側(cè)墻206底部的距離。從而，增加了后續(xù)工藝中所采用的氣體或液體自所述襯底200b沿側(cè)墻、第二側(cè)墻206和第一側(cè)墻205a相接觸的界面滲入的路徑，使所述保護(hù)層202難以與所述氣體或液體相接觸，避免了所述保護(hù)層發(fā)生腐蝕。
[0079]所述第二過(guò)刻蝕工藝的刻蝕深度為5nm?10nm。所述第二過(guò)刻蝕工藝的刻蝕深度即所述襯底200b表面低于第二側(cè)墻206底部表面的距離，即后續(xù)形成的側(cè)墻底部到第二側(cè)墻206底部的距離。所述第二過(guò)刻蝕的刻蝕深度決定了后續(xù)形成的側(cè)墻對(duì)于保護(hù)層202的保護(hù)能力；若所述第二過(guò)刻蝕工藝的刻蝕深度較淺，則所述側(cè)墻對(duì)保護(hù)層202的保護(hù)能力不足；若所述第二過(guò)刻蝕工藝過(guò)深，則造成了不必要的襯底200浪費(fèi)。
[0080]所述第二過(guò)刻蝕工藝為無(wú)掩膜刻蝕工藝。由于所述柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面具有掩膜層204進(jìn)行保護(hù)，而所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面具有第二側(cè)墻206進(jìn)行保護(hù)，因此所述第二過(guò)刻蝕工藝無(wú)需額外形成掩膜層，從而簡(jiǎn)化了工藝步驟、節(jié)省工藝成本。
[0081]所述第二過(guò)刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。在本實(shí)施例中，所述襯底200為硅襯底，所述各向異性的干法刻蝕工藝的參數(shù)包括:刻蝕氣體包括(:12或HBr中的一種或兩種、以及載氣；所述HBr的流量為200sccm?800sccm ;所述012的流量為20sccm?10sccm ;所述載氣為Ar、He、或者隊(duì)中的一種或幾種；所述載氣的流量為50sccm?lOOOsccm，刻蝕腔室的壓力為2mTorr?200mTorr，刻蝕時(shí)間為15秒?60秒。
[0082]請(qǐng)參考圖8，在所述第二過(guò)刻蝕工藝之后，重復(fù)若干次形成側(cè)墻的工藝，在第二側(cè)墻206表面形成若干層側(cè)墻。
[0083]在所述第二側(cè)墻206表面形成的側(cè)墻的層數(shù)為I層至3層。在本實(shí)施例中，在所述第二側(cè)墻層206表面形成第三側(cè)墻208，所述第三側(cè)墻208的底部表面低于所述第二側(cè)墻206的底部表面。并且，在形成所述第三側(cè)墻208之后，在所述第三側(cè)墻208、第二側(cè)墻206、第一側(cè)墻205a和柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底內(nèi)分別形成源漏區(qū)。
[0084]所述側(cè)墻的形成步驟包括:在所述襯底200b、前一層側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)表面形成側(cè)墻層；回刻蝕所述側(cè)墻層直至暴露出襯底200b表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。
[0085]所述側(cè)墻的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合。在本實(shí)施例中，所述側(cè)墻的材料與所述掩膜層204的材料不同，使所述側(cè)墻層與掩膜層204之間具有較高的刻蝕選擇比，能夠使所述回刻蝕工藝停止于掩膜層204表面。在本實(shí)施例中，所述第三側(cè)墻208的材料為氧化硅。
[0086]所述側(cè)墻層的厚度為10埃?200埃，所述側(cè)墻層的厚度即所形成的側(cè)墻的厚度。所述側(cè)墻層的形成工藝為原子層沉積(ALD)工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或物理氣相沉積工
-H-
O
[0087]所述回刻蝕工藝為無(wú)掩膜刻蝕工藝，由于所述側(cè)墻層的材料與襯底200b表面的材料、以及掩膜層204的材料不同，因此所述側(cè)墻層與襯底200和掩膜層204之間具有較高的刻蝕選擇比，因此，所述回刻蝕工藝能夠停止于所述襯底200和掩膜層204表面。
[0088]所述回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝；本實(shí)施例中，所述各向異性的干法刻蝕工藝的參數(shù)包括:刻蝕氣體包括碳氟氣體、O2和載氣，刻蝕氣體的流量為50SCCm?lOOOsccm,氣體壓力為Imtorr?50mtorr，偏置電壓為1V?500V，功率為10W?800W，溫度為40°C?200°C ;其中，所述碳氟氣體包括CF4、C3F8, C4F8, CH2F2, CH3F, CHF3中的一種或多種；所述載氣為Ar、He、或者N2中的一種或幾種。
[0089]在一實(shí)施例中，在每形成一層側(cè)墻之后進(jìn)行一次過(guò)刻蝕工藝，以此使每一層側(cè)墻的底部表面低于前一層側(cè)墻的底部表面，使后續(xù)工藝中所的氣體或液體自所述襯底200b沿側(cè)墻、第二側(cè)墻206和第一側(cè)墻205a相接觸的界面滲入的路徑增加，則所述保護(hù)層202難以與所述氣體或液體相接觸，避免了所述保護(hù)層202發(fā)生腐蝕。
[0090]每一次過(guò)刻蝕工藝的刻蝕深度為5nm?10nm。所述過(guò)刻蝕工藝的刻蝕深度即所述襯底200b表面低于前一層側(cè)墻底部表面的距離，即后續(xù)形成的側(cè)墻底部到前一層側(cè)墻底部的距離。
[0091]所述過(guò)刻蝕工藝為無(wú)掩膜刻蝕工藝。由于所述柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面具有掩膜層204進(jìn)行保護(hù)，而所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面具有側(cè)墻進(jìn)行保護(hù)，因此所述過(guò)刻蝕工藝無(wú)需額外形成掩膜層，從而簡(jiǎn)化了工藝步驟、節(jié)省工藝成本。
[0092]所述過(guò)刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。在本實(shí)施例中，所述襯底200為硅襯底，所述各向異性的干法刻蝕工藝的參數(shù)包括:刻蝕氣體包括Cl2SHBr中的一種或兩種、以及載氣；所述HBr的流量為200sccm?800sccm ;所述012的流量為20sccm?10sccm ;所述載氣為Ar、He、或者隊(duì)中的一種或幾種；所述載氣的流量為50sccm?lOOOsccm，刻蝕腔室的壓力為2mTorr?200mTorr，刻蝕時(shí)間為15秒?60秒。
[0093]請(qǐng)參考圖9，在重復(fù)若干次形成側(cè)墻的工藝以及過(guò)刻蝕工藝之后，在所述襯底200b表面形成半導(dǎo)體層207。
[0094]在形成半導(dǎo)體層207之前，對(duì)所述襯底200、側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行清洗工藝，所述清洗工藝用于去除附著于襯底200、側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)表面的工藝副產(chǎn)物；所述清洗工藝為濕法清洗工藝或干法清洗工藝。在本實(shí)施例中，所述清洗工藝為濕法清洗工藝，所述濕法清洗的清洗液為稀氫氟酸溶液，所述稀氫氟酸溶液中，水和氫氟酸的體積比大于或等于100:1。在所述柵極結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述保護(hù)層202的材料為金屬或金屬化合物，所述清洗工藝的清洗液容易對(duì)所述保護(hù)層202造成腐蝕。
[0095]由于所形成的側(cè)墻底部均低于前一層的側(cè)墻底部，使得柵極結(jié)構(gòu)內(nèi)的保護(hù)層202到最外層的側(cè)墻底部的距離增大，且自所述保護(hù)層邊緣沿所述襯底200b與第一側(cè)墻205a、第二側(cè)墻206和側(cè)墻的接觸界面至外部的路徑較長(zhǎng)，使得濕法清洗工藝的清洗液難以自外部滲入所述柵極結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而避免了所述清洗液與所述保護(hù)層202相接觸，防止所述保護(hù)層202發(fā)生腐蝕，從而使得所形成的晶體管的閾值電壓穩(wěn)定，所形成的晶體管的性能提尚O
[0096]在本實(shí)施例中，在形成第二側(cè)墻206之后，或者在第二過(guò)刻蝕工藝之后，在所述襯底表面形成半導(dǎo)體層207，所述半導(dǎo)體層207用于形成晶體管的源漏區(qū)，并且所述半導(dǎo)體層207與所述側(cè)墻靠近底部的側(cè)壁相接觸，使得清洗工藝的氣體或液體更難以滲透進(jìn)入柵極結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步防止所述保護(hù)層202被腐蝕。在本實(shí)施例中，在第二側(cè)墻206表面形成第三側(cè)墻208之后，形成所述半導(dǎo)體層207。在另一實(shí)施例中，還能夠在形成一層或若干層側(cè)墻之后，或者在形成若干層側(cè)墻之后的過(guò)刻蝕工藝之后，形成所述半導(dǎo)體層。在其它實(shí)施例中，還能夠不形成所述半導(dǎo)體層207。
[0097]所述半導(dǎo)體層207的材料為硅、鍺、硅鍺(SiGe)或碳化硅(SiC);所述半導(dǎo)體層207的形成工藝為選擇性外延沉積工藝；所述半導(dǎo)體207的表面能夠低于、高于或齊平于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面。
[0098]在一實(shí)施例中，所形成的晶體管為PMOS晶體管，所述半導(dǎo)體層207的材料能夠?yàn)楣桄N，而位于柵極結(jié)構(gòu)底部的襯底200b材料為硅，所述硅鍺與硅之間具有晶格失配，因此所述半導(dǎo)體層207能夠向位于柵極結(jié)構(gòu)底部的襯底200b施加壓應(yīng)力，從而提高PMOS晶體管溝道區(qū)的載流子迀移率。
[0099]所述半導(dǎo)體層207的材料為硅鍺時(shí)，形成所述半導(dǎo)體層207的選擇性外延沉積工藝包括:工藝氣體包括硅源氣體(SiH4SSiH2Cl2)和鍺源氣體(GeH4),所述硅源氣體或鍺源氣體的流量為I標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘?1000標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘；溫度為500攝氏度?800攝氏度，氣壓為I托?100托，工藝氣體還包括HCl和H2,所述HCl的流量為I標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘?1000標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，比的流量為0.1標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘?50標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
[0100]在另一實(shí)施例中，所形成的晶體管為NMOS晶體管，所述半導(dǎo)體層207的材料能夠?yàn)樘蓟?，而位于柵極結(jié)構(gòu)底部的襯底200b材料為硅，所述碳化硅與硅之間具有晶格失配，因此所述半導(dǎo)體層207能夠向位于柵極結(jié)構(gòu)底部的襯底200b施加拉應(yīng)力，從而提高NMOS晶體管溝道區(qū)的載流子迀移率。
[0101]所述半導(dǎo)體層207的材料為碳化硅時(shí)，形成所述半導(dǎo)體層207的選擇性外延沉積工藝包括:工藝氣體包括:硅源氣體(SiH4S SiH2Cl2)和碳源氣體(CH4XH3Cl或CH2Cl2)，所述硅源氣體和碳源氣體的流量為I標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘?1000標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘；溫度為500攝氏度?800攝氏度，氣壓為I托?100托，工藝氣還體包括HCl和H2,所述HCl的流量為I標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘?1000標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，112的流量為0.1標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘?50標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
[0102]在其它實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體層207的材料還能夠?yàn)閱尉Ч琛?br>[0103]本實(shí)施例中，在形成所述半導(dǎo)體層207之后，采用離子注入工藝，在所述柵極結(jié)構(gòu)、第一側(cè)墻205a、第二側(cè)墻206和若干層側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體層207內(nèi)分別形成源漏區(qū)。
[0104]在本實(shí)施例中，所形成的晶體管為高K金屬柵結(jié)構(gòu)晶體管，且所述柵極結(jié)構(gòu)中的柵極層203為多晶硅材料的偽柵極層，因此，在形成源漏區(qū)之后，需要去除所述柵極層203，并以金屬柵替代。形成所述金屬柵的工藝包括步驟包括:在形成源漏區(qū)之后，在所述襯底200b或半導(dǎo)體層207表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層暴露出所述柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面；去除所述柵極層203，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成開口 ；在所述開口內(nèi)形成金屬柵。
[0105]所述介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低K介質(zhì)材料(介電常數(shù)為
2.5?3.9)或超低K介質(zhì)材料(介電常數(shù)小于2.5)中的一種或多種；所述介質(zhì)層的形成步驟包括:在所述襯底200b或半導(dǎo)體層207表面、側(cè)墻表面、以及柵極結(jié)構(gòu)表面形成介質(zhì)膜；平坦化所述介質(zhì)膜直至暴露出所述柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面為止。
[0106]所述金屬柵的材料為銅、鎢或鋁。所述金屬柵的形成步驟包括:在所述介質(zhì)層表面和所述開口內(nèi)形成填充滿所述開口的金屬膜；平坦化所述金屬膜直至暴露出所述介質(zhì)層表面為止，形成所述金屬柵。在形成所述金屬膜之前，還能夠在所述介質(zhì)層和開口內(nèi)壁表面形成拋光停止層、功函數(shù)層中的一者或兩者。
[0107]綜上，本實(shí)施例中，在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻之后，采用第一過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底，使所述襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面；由于后續(xù)在所述第一側(cè)墻表面形成第二側(cè)墻位于所述襯底表面，因此所述第二側(cè)墻的底部表面低于所述第一側(cè)墻的底部表面；則位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層到所述第二側(cè)墻底部的距離大于到第一側(cè)墻底部的距離，所述第二側(cè)墻用于隔離所述保護(hù)層的能力更強(qiáng)，從而能夠有效避免后續(xù)工藝的氣體或液體自所述第二側(cè)墻底部滲入并與保護(hù)層相接觸的問(wèn)題。因此，所形成的晶體管中，所述保護(hù)層的形貌良好，避免了外部環(huán)境對(duì)所述保護(hù)層邊緣的俯視，則所形成的晶體管的閾值電壓穩(wěn)定、性能改善。
[0108]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種采用上述方法所形成的晶體管，請(qǐng)繼續(xù)參考圖9，包括:襯底200b ;位于所述襯底200b表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層201、位于柵介質(zhì)層201表面的保護(hù)層202、以及位于保護(hù)層202表面的柵極層203 ;位于所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻205a ;位于所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻205a周圍的襯底200b表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面；位于所述第一側(cè)墻205的表面形成第二側(cè)墻206。
[0109]在本實(shí)施例中，所述襯底200b為平面基底。所述襯底200b為硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底、玻璃襯底或II1-V族化合物襯底(例如氮化鎵襯底或砷化鎵襯底等)。本實(shí)施例中，所述襯底200b為硅襯底。
[0110]在本實(shí)施例中，所述襯底200b內(nèi)還具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(Shal low TrenchIsolator，簡(jiǎn)稱STI)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)用于隔離襯底200b內(nèi)的有源區(qū)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的材料為氧化硅、氮氧化硅或低K介質(zhì)材料。
[0111]在另一實(shí)施例中，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。
[0112]在本實(shí)施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)為偽柵極結(jié)構(gòu)，其中的柵極層203為后續(xù)形成的金屬柵占據(jù)空間位置。所述柵極層203的材料為無(wú)定形娃(amorphous poly)或多晶娃(crystal poly);所述柵極層203的厚度為500埃?1500埃。
[0113]在另一實(shí)施例中，所述柵極層為金屬柵，所述金屬柵的材料為銅、鎢或鋁。所述金屬柵和保護(hù)層202之間還具有拋光停止層、功函數(shù)層中的一者或兩者。
[0114]在本實(shí)施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括:位于所述柵極層203表面的掩膜層204。所述掩膜層204的材料為氮化娃、氮氧化娃、摻碳的氮氧化娃、摻硼的氮氧化娃或無(wú)定形碳中的一種或多種；所述掩膜層204的厚度為10埃?200埃。
[0115]所述柵介質(zhì)層201的材料為高K介質(zhì)材料，所述高K介質(zhì)材料的介電常數(shù)大于或等于 4 ;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) Ti03、Al203、Si3N4;所述柵介質(zhì)層 201 的厚度為 10 埃?50埃。
[0116]在一實(shí)施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括:位于襯底200b表面的柵氧化層，所述柵介質(zhì)層201位于所述柵氧化層表面；所述柵氧化層的材料為氧化硅；
[0117]所述保護(hù)層202的材料為鈦、鉭、氮化鈦或氮化鉭中的一種或多種組合；所述保護(hù)層202的厚度為10埃?50埃。
[0118]所述第一側(cè)墻205a的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合。所述第一側(cè)墻205a的厚度為10埃?200埃。所述第二側(cè)墻206的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合；所述第二側(cè)墻206的厚度為10埃?200埃。所述第二側(cè)墻206的底部低于所述第一側(cè)墻205a的底部的距離為5nm?10nm。
[0119]所述晶體管還包括:位于所述第二側(cè)墻206表面的若干層側(cè)墻，且每一層側(cè)墻的底部表面低于前一層側(cè)墻的底部表面。所述側(cè)墻的層數(shù)為I層至3層。在本實(shí)施例中，在所述第二側(cè)墻層206表面形成第三側(cè)墻208，所述第三側(cè)墻208的底部表面低于所述第二側(cè)墻206的底部表面。
[0120]所述側(cè)墻的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合；所述側(cè)墻的厚度為10埃?200埃；每一層側(cè)墻底部低于前一層側(cè)墻底部的距離為5nm?10nm。
[0121]本實(shí)施例中，所述襯底表面還具有半導(dǎo)體層207。所述半導(dǎo)體層207的材料為娃、鍺、硅鍺(SiGe)或碳化硅(SiC);所述半導(dǎo)體207的表面能夠低于、高于或齊平于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面。在一實(shí)施例中，所形成的晶體管為PMOS晶體管，所述半導(dǎo)體層207的材料能夠?yàn)楣桄N；在另一實(shí)施例中，所形成的晶體管為NMOS晶體管，所述半導(dǎo)體層207的材料能夠?yàn)樘蓟?。在其它?shí)施例中，所述半導(dǎo)體層207的材料還能夠?yàn)閱尉Ч琛?br>[0122]綜上，本實(shí)施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面，而第二側(cè)墻位于所述第一側(cè)墻表面，因此所述第二側(cè)墻的底部表面低于所述第一側(cè)墻的底部表面。位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層到所述第二側(cè)墻底部的距離大于到第一側(cè)墻底部的距離，所述第二側(cè)墻用于隔離所述保護(hù)層的能力更強(qiáng)，從而能夠有效避免后續(xù)工藝的氣體或液體自所述第二側(cè)墻底部滲入并與保護(hù)層相接觸的問(wèn)題。因此，所述晶體管中的保護(hù)層形貌良好，所述晶體管的閾值電壓穩(wěn)定、性能改善。
[0123]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(dòng)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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種晶體管及其形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底； 在所述襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層、以及位于保護(hù)層表面的柵極層； 在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻； 采用第一過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底，使所述襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面； 在所述第一過(guò)刻蝕工藝之后，在所述第一側(cè)墻的表面形成第二側(cè)墻。2.如權(quán)利要求1所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，還包括:在形成第二側(cè)墻之后，采用第二過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)、第一側(cè)墻和第二側(cè)墻周圍的襯底，使所述襯底表面低于所述第二側(cè)墻的底部表面。3.如權(quán)利要求2所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，還包括:在所述第二過(guò)刻蝕工藝之后，重復(fù)若干次形成側(cè)墻的工藝，在第二側(cè)墻表面形成若干層側(cè)墻；在每形成一層側(cè)墻之后進(jìn)行一次過(guò)刻蝕工藝，使每一層側(cè)墻的底部表面低于前一層側(cè)墻的底部表面。4.如權(quán)利要求3所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述側(cè)墻的形成步驟包括:在所述襯底、前一層側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)表面形成側(cè)墻層；回刻蝕所述側(cè)墻層直至暴露出襯底表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。5.如權(quán)利要求4所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，在形成該層側(cè)墻之后進(jìn)行的過(guò)刻蝕工藝和所述回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。6.如權(quán)利要求3所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，還包括:在重復(fù)若干次形成側(cè)墻的工藝以及過(guò)刻蝕工藝之后，在所述襯底表面形成半導(dǎo)體層。7.如權(quán)利要求2所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述第二側(cè)墻的形成步驟包括:在所述襯底、第一側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)表面形成第二側(cè)墻層；對(duì)所述第二側(cè)墻層進(jìn)行第二回刻蝕工藝，直至暴露出襯底表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。8.如權(quán)利要求7所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述第二過(guò)刻蝕工藝和所述第二回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。9.如權(quán)利要求2所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，還包括:在第二過(guò)刻蝕工藝之后，在所述襯底表面形成半導(dǎo)體層。10.如權(quán)利要求1所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，還包括:在形成第二側(cè)墻之后，在所述襯底表面形成半導(dǎo)體層。11.如權(quán)利要求6、9或10所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層的材料為硅、鍺、硅鍺或碳化硅。12.如權(quán)利要求1所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料；所述保護(hù)層的材料為鈦、鉭、氮化鈦或氮化鉭中的一種或多種組合；所述柵極層的材料為多晶硅；所述第一側(cè)墻或第二側(cè)墻的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合。13.如權(quán)利要求12所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，還包括:在形成所述第二側(cè)墻層之后，在所述襯底表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層暴露出所述柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面；去除所述柵極層，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成開口 ；在所述開口內(nèi)形成金屬柵。14.如權(quán)利要求12所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括:位于襯底表面的柵氧化層，所述柵介質(zhì)層位于所述柵氧化層表面；所述柵氧化層的材料為氧化娃。15.如權(quán)利要求1所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括??位于所述柵極層表面的掩膜層。16.如權(quán)利要求15所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述掩膜層的材料為氮化娃或無(wú)定形碳。17.如權(quán)利要求15所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)的形成步驟包括:在襯底表面形成柵介質(zhì)膜；在所述柵介質(zhì)膜表面形成保護(hù)膜；在所述保護(hù)膜表面形成柵極膜；在所述柵極膜的部分表面形成掩膜層；以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述柵極膜、保護(hù)膜和柵介質(zhì)膜，直至暴露出襯底表面，形成所述柵介質(zhì)層、保護(hù)層和柵極層。18.如權(quán)利要求1所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述第一側(cè)墻的形成步驟包括:在所述襯底和柵極結(jié)構(gòu)表面形成第一側(cè)墻層；對(duì)所述第一側(cè)墻層進(jìn)行第一回刻蝕工藝，直至暴露出襯底表面和柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面。19.如權(quán)利要求17所述的晶體管及其形成方法，其特征在于，所述第一過(guò)刻蝕工藝和所述第一回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。20.一種采用如權(quán)利要求1至19任一項(xiàng)方法所形成的晶體管，其特征在于，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)包括柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層表面的保護(hù)層、以及位于保護(hù)層表面的柵極層； 位于所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成第一側(cè)墻； 位于所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)墻周圍的襯底表面低于所述柵極結(jié)構(gòu)的底部表面； 位于所述第一側(cè)墻的表面形成第二側(cè)墻。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK105826364SQ201510006913
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月7日
【發(fā)明人】鄧浩, 徐建華
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司