栅介质层及MOS晶体管的形成方法技术

一种栅介质层及MOS晶体管的形成方法。其中栅介质层的形成方法，包括：提供半导体衬底；于半导体衬底上形成二氧化硅层；在至少一次高功率高占空比条件下，于二氧化硅层表面注入氮离子；在各次高功率高占空比条件下注入氮离子之前或之后，于低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比条件下，向二氧化硅层表面注入氮离子。本发明专利技术保证了氮氧化硅层的氮元素分布更接近表面，在表面的比例更大，又避免了氮离子对半导体衬底的破坏，提高了半导体器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及栅介质层及MOS晶体管的形成方法。
技术介绍
随着半导体器件集成度的不断提高，技术节点的降低，传统的栅介质层不断变薄，晶体管漏电量随之增加，引起半导体器件功耗浪费等问题。为解决上述问题，现有技术提供一种将金属栅极替代多晶娃栅极的解决方案。在美国专利US6664195中提供了一种形成金属栅极的方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有替代栅结构、及位于所述半导体衬底上覆盖所述替代栅结构的层间介质层；以所述替代栅结构作为停止层，对所述层间介质层进行化学机械研磨工艺(CMP);除去所述替代栅 结构后形成沟槽；在沟槽底部依次形成栅介质层、高K介质层；再通过PVD方法在所述沟槽内的高K介质层上形成金属层，且将金属层填充满沟槽，以形成金属栅电极层；用化学机械研磨法研磨金属栅电极层至露出层间介质层，形成金属栅极。现有，制造高K/金属栅极(HKMG)器件时，为缩小产生高性能的电势，需要削减栅介质层的等效氧化层厚度(EOT)。然而，随着栅介质层的厚度不断减薄，需要在以二氧化硅为材料的栅介质层表面采用等离子体工艺注入氮离子以提高栅介质层的K(介电常数)值；然而在氮离子注入过程中，由于分布不均导致K值偏移，且氮离子对半导体衬底产生损害，影响后续形成于半导体衬底上的半导体器件的性能。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种栅介质层及MOS晶体管的形成方法，防止栅介质层的K值偏移，影响半导体器件的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种栅介质层的形成方法，包括:提供半导体衬底；于半导体衬底上形成二氧化硅层；在至少一次高功率高占空比条件下，于二氧化硅层表面注入氮离子；在各次高功率高占空比条件下注入氮离子之前或之后，于低功率低占空比或低功率闻占空比或闻功率低占空比条件下，向~■氧化娃层表面注入氣尚子。可选的，所述高功率为900W 2500W。可选的，所述闻占空比为10% 100*%。可选的，所述低功率为300W 900W。可选的，所述低占空比为3% 10%。可选的，注入氮离子的时间为IOs 180s。可选的，氮离子经过等离子体处理氮气或一氧化氮形成。可选的，在高功率高占空比条件下注入氮离子之后，低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比条件下注入氮离子之前还包括步骤:进行第一退火工艺。可选的，在低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比条件下注入氮离子之后还包括步骤:进行第二退火工艺。本专利技术实施例还提供一种MOS晶体管的形成方法，包括:提供衬底，在所述衬底表面形成替代栅极结构；以替代栅极结构为掩膜，在衬底内形成源/漏极；在衬底上形成层间介质层，且所述层间介质层表面与替代栅极结构顶部齐平；以层间介质层为掩膜，去除替代栅极结构，形成沟槽；于沟槽内的半导体衬底上形成二氧化硅层；在至少一次高功率高占空比条件下，于二氧化硅层表面注入氮离子；在各次高功率高占空比条件下注入氮离子之前或之后，于低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比条件下，向二氧化硅层表面注入氮离子，形成氮氧化硅层，所述二氧化硅层和氮氧化硅层构成栅介质层；在栅介质层上形成填充满沟槽的金属栅极。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:进行高功率高占空比氮离子注入；在各次闻功率闻占空比条件下注入氣尚子之如或之后，在低功率低占空比或低功率闻占空比或高功率低占空比条件下，向二氧化硅层表面注入氮离子。在高功率高占空比的条件下向二氧化硅层表面注入氮离子，可以使氮元素在二氧化硅层浓度较高，于二氧化硅层表面形成氮氧化硅层；然后在低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比条件下继续向二氧化硅层表面注入离子，由于等离子体能量较低能使氮离子集中在二氧化硅层表面，而不会深入二氧化硅层内部至半导体衬底内，不但保证了氮氧化硅层的均匀性，又避免了氮离子对半导体衬底的破坏，提高了半导体器件的性能。附图说明图1是现有技术形成高K栅介质层的流程示意图；图2是本专利技术形成高K栅介质层的具体实施方式流程示意图；图3至图5为本专利技术形成高K栅介质层的第一实施例结构示意图；图6至图10为本专利技术形成高K栅介质层的第二实施例结构示意图；图11至图16为本专利技术形成包含金属栅极的晶体管的第二实施例结构示意图；图17为本专利技术与现有技术形成的高K栅介质层内氮离子分布比较图。具体实施例方式专利技术人制作如图1所示的高K栅介质层，执行步骤SI，提供半导体衬底；执行步骤S2，在所述半导体衬底表面形成以二氧化硅层；执行步骤S3，在高功率高占空比(DutyRatio)条件下，对二氧化硅层表面进行氮离子注入，于二氧化硅层表面形成氮氧化硅层，所述二氧化硅层和氮氧化硅层组成高K栅介质层。现有技术在向二氧化硅层表面注入氮离子时，会采用等离子体工艺对氮气或一氧化氮进行等离子体化形成氮离子；而目前等离子体工艺过程中只采用一个工艺条件，为使氮离子注入二氧化硅层形成氮氧化硅层，需要整个过程在闻功率闻占空比条件下进行。但是，由于闻功率闻占空比参数下等尚子体工艺的能量较大的特点，会造成氮离子注入过程中，不能使氮元素主要分布在表面，且氮离子体会渗入至半导体衬底内，对半导体衬底产生损害，影响后续形成于半导体衬底上的半导体器件的性能。为解决上述问题，本专利技术实施方式提供一种如图2所示的高K栅介质层的形成方法，执行步骤S11，提供半导体衬底；执行步骤S12，于半导体衬底上形成二氧化硅层；执行步骤S13，在至少一次高功率高占空比条件下，于二氧化硅层表面注入氮离子；执行步骤S14,在各次闻功率闻占空比条件下注入氣尚子之如或之后，于低功率低占空比或低功率闻占空比或高功率低占空比条件下，向二氧化硅层表面注入氮离子。本专利技术实施方式还提供一种MOS晶体管的形成方法，包括:提供衬底，在所述衬底表面形成替代栅极结构；以替代栅极结构为掩膜，在衬底内形成源/漏极；在衬底上形成层间介质层，且所述层间介质层表面与替代栅极结构顶部齐平；以层间介质层为掩膜，去除替代栅极结构，形成沟槽；于沟槽内的半导体衬底上形成二氧化硅层；在至少一次高功率高占空比条件下，于二氧化硅层表面注入氮离子；在各次高功率高占空比条件下注入氮离子之iu或之后，于低功率低占空比或低功率闻占空比或闻功率低占空比条件下，向_■氧化娃层表面注入氮离子，形成氮氧化硅层，所述二氧化硅层和氮氧化硅层构成栅介质层；在栅介质层上形成填充满沟槽的金属栅极。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。实施例一图3至图5为 本专利技术形成高K栅介质层的第一实施例结构示意图。如图3所示，提供半导体衬底100 ;所述半导体衬底100内形成有隔离区(未示出)及位于隔离区之间的有源区；在有源区的半导体衬底100上形成二氧化硅层102。本实施例中，所述半导体衬底200可以选自硅基底、绝缘层上的硅(SOI)、或者还可以是其它的材料，例如砷化镓等II1-V族化合物。本实施例中，形成二氧化硅层102的方法为热氧化法或化学气相沉积法。如图4所示，设置工艺参数，在高功率高占空比条件下对向等离子体腔室内通入的含氮气体进行等离子体化，生成第一氮离子104 ;第一氮离子104与二氧化硅层102反应，在二氧化硅层102表面形成氮氧化硅层106。本实施例中，对向等离子体腔室内通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅介质层的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；于半导体衬底上形成二氧化硅层；在至少一次高功率高占空比条件下，于二氧化硅层表面注入氮离子；在各次高功率高占空比条件下注入氮离子之前或之后，于低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比条件下，向二氧化硅层表面注入氮离子。

【技术特征摘要】
1.一种栅介质层的形成方法，其特征在于，包括: 提供半导体衬底； 于半导体衬底上形成二氧化娃层； 在至少一次高功率高占空比条件下，于二氧化硅层表面注入氮离子； 在各次闻功率闻占空比条件下注入氣尚子之如或之后，于低功率低占空比或低功率闻占空比或高功率低占空比条件下，向二氧化硅层表面注入氮离子。2.根据权利要求1所述栅介质层的形成方法，其特征在于，所述高功率为900W 2500W。3.根据权利要求1所述栅介质层的形成方法，其特征在于，所述高占空比为10% 100%。4.根据权利要求1所述栅介质层的形成方法，其特征在于，所述低功率为300W 900W。5.根据权利要求1所述栅介质层的形成方法，其特征在于，所述低占空比为3% 10%。6.根据权利要求1所述栅介质层的形成方法，其特征在于，注入氮离子的时间为IOs 180s。`7.根据权利要求1 6所述任一项栅介质层的形成方法，其特征在于，氮离子经过等离子体处理氮气或一氧化氮形成。8.根据权利要求1所述栅介质层的形成方法，其特征在于，在高功率高占空比条件下注入氮离子之后，低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比条件下注入氮离子之前还包括步骤:进行第一退火工艺。9.根据权利要求1所述栅介质层的形成方法，其特征在于，在低功率低占空比或低功率高占空比或高功率低占空比条件下注入氮离子之后还包括步骤:进行第二退火工艺。10.一种MOS晶体管的形成方法，其特征在于，包括: 提供衬底，在所述衬底表面形成替代栅极结构； 以替代栅极结构为掩膜，在衬底内形成源/漏极； 在衬底上形成层间介质层，且所述层间介质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永根，禹国宾，吴兵，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：