CN106373993A - 晶体管的形成方法 - Google Patents
晶体管的形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106373993A CN106373993A CN201510438174.0A CN201510438174A CN106373993A CN 106373993 A CN106373993 A CN 106373993A CN 201510438174 A CN201510438174 A CN 201510438174A CN 106373993 A CN106373993 A CN 106373993A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- dummy gate
- opening
- mask
- area
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 118
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 117
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 484
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 161
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 63
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 44
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 21
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 21
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 16
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 14
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 11
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 6
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUNIMIODOAGQAW-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ba+2].[Ti+4] Chemical compound [O-2].[Ba+2].[Ti+4] WUNIMIODOAGQAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ILCYGSITMBHYNK-UHFFFAOYSA-N [Si]=O.[Hf] Chemical compound [Si]=O.[Hf] ILCYGSITMBHYNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- CZXRMHUWVGPWRM-UHFFFAOYSA-N strontium;barium(2+);oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Sr+2].[Ba+2] CZXRMHUWVGPWRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XRFHCHCLSRSSPQ-UHFFFAOYSA-N strontium;oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Sr+2] XRFHCHCLSRSSPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/401—Multistep manufacturing processes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
一种晶体管的形成方法，包括：提供衬底，衬底具有第一区域和第二区域，第一区域的衬底表面具有第一伪栅极结构，第二区域的衬底表面具有第二伪栅极结构；在衬底表面形成介质层，介质层表面与第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的顶部表面齐平；去除部分第一伪栅极层和部分第二伪栅极层，在介质层内形成第一开口；去除第一开口底部暴露出的第二伪栅极层并暴露出第二伪栅氧层，在第二区域的介质层内形成第二开口；位于介质层表面和第二开口内的第一掩膜层；以第一掩膜层为掩膜，去除第一伪栅极层和第一伪栅氧层，在介质层内形成第三开口，第三开口底部暴露出第一区域的衬底表面。所形成的晶体管性能改善。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶体管的形成方法。
背景技术
随着集成电路制造技术的快速发展，促使集成电路中的半导体器件，尤其是MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属-氧化物-半导体)器件的尺寸不断地缩小，以此满足集成电路发展的微型化和集成化的要求，而晶体管器件是MOS器件中的重要组成部分之一。
对于晶体管器件来说，随着晶体管的尺寸持续缩小，现有技术以氧化硅或氮氧化硅材料形成的栅介质层时，已无法满足晶体管对于性能的要求。尤其是以氧化硅或氮氧化硅作为栅介质层所形成的晶体管容易产漏电流以及杂质扩散等一系列问题，从而影响晶体管的阈值电压，造成晶体管的可靠性和稳定性下降。
为解决以上问题，一种以高K栅介质层和金属栅构成的晶体管被提出，即高K金属栅(HKMG，High K Metal Gate)晶体管。所述高K金属栅晶体管采用高K(介电常数)材料代替常用的氧化硅或氮氧化硅作为栅介质材料，以金属材料或金属化合物材料替代传统的多晶硅栅极材料，形成金属栅。所述高K金属栅晶体管能够在缩小尺寸的情况下，能够减小漏电流，降低工作电压和功耗，以此提高晶体管的性能。
然而，随着半导体器件尺寸的缩小，所述高K金属栅晶体管的尺寸也相应缩小，提高了高K金属栅晶体管的制造难度，也会引起高K金属栅晶体管的可靠性降低。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种晶体管的形成方法，所形成的晶体管性能改善、可靠性提高。
为解决上述问题，本发明提供一种晶体管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底具有第一区域和第二区域，所述第一区域的衬底表面具有第一伪栅极结构，所述第一伪栅极结构包括位于衬底表面的第一伪栅氧层以及位于第一伪栅氧层表面的第一伪栅极层，所述第二区域的衬底表面具有第二伪栅极结构，所述第二伪栅极结构包括位于衬底表面的第二伪栅氧层以及位于第二伪栅氧层表面的第二伪栅极层，所述第一伪栅极层投影于衬底表面的图形尺寸小于第二伪栅极层投影于衬底表面的图形尺寸；在所述衬底表面形成介质层，所述介质层覆盖所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的侧壁表面，且所述介质层表面与所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的顶部表面齐平；去除部分第一伪栅极层和部分第二伪栅极层，使所述第一伪栅极层和第二伪栅极层的厚度减小，并在所述介质层内形成第一开口；去除第一开口底部暴露出的第二伪栅极层并暴露出第二伪栅氧层，在第二区域的介质层内形成第二开口；在所述介质层表面以及第一开口和第二开口内形成第一掩膜材料膜；去除第一开口内的第一掩膜材料膜并暴露出第一伪栅极层表面，形成位于介质层表面和第二开口内的第一掩膜层；以所述第一掩膜层为掩膜，去除所述第一伪栅极层和第一伪栅氧层，在所述介质层内形成第三开口，所述第三开口底部暴露出第一区域的衬底表面；在去除所述第一伪栅极层和第一伪栅氧层之后，去除所述第一掩膜层并暴露出所述第二开口；在去除所述第一掩膜层之后，在所述第三开口内形成第一栅极结构，所述第二开口内形成第二栅极结构。
可选的，去除第一开口底部暴露出的第二伪栅极层的步骤包括：在所述介质层表面以及第一开口内形成第二掩膜材料膜；去除第二区域的第一开口内的第二掩膜材料膜，形成位于介质层表面和第一区域的第一开口内的第二掩膜层；以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二伪栅极层直至暴露出第二伪栅氧层；在刻蚀所述第二伪栅极层之后，去除所述第二掩膜层。
可选的，所述第二掩膜层的材料为有机材料。
可选的，去除第二区域的第一开口内的第二掩膜材料膜的步骤包括：在所述第二掩膜材料膜表面形成第二图形化层，所述第二图形化层暴露出与第二区域的第一开口位置对应的区域；以所述第二图形化层为掩膜，刻蚀所述第二掩膜材料膜，直至暴露出第二伪栅极层为止。
可选的，所述第二图形化层为图形化的光刻胶层。
可选的，刻蚀所述第二掩膜材料膜的工艺为干法刻蚀工艺。
可选的，以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二伪栅极层的工艺为湿法刻蚀工艺。
可选的，所述第一掩膜材料膜的材料为有机材料。
可选的，去除第一开口内的第一掩膜材料膜的步骤包括：在所述第一掩膜材料膜表面形成第一图形化层，所述第一图形化层暴露出第一区域的第一开口位置对应的区域；以所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述第一掩膜材料膜，直至暴露出第一伪栅极层为止。
可选的，所述第一图形化层为图形化的光刻胶层。
可选的，刻蚀所述第一掩膜材料膜的工艺为干法刻蚀工艺。
可选的，去除部分第一伪栅极层和第二伪栅极层的工艺为干法刻蚀工艺。
可选的，以所述第一掩膜层为掩膜，去除所述第一伪栅极层的工艺为湿法刻蚀工艺；去除第一伪栅氧层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。
可选的，去除部分第一伪栅极层后，所述第一伪栅极层减小的厚度为所述第一伪栅极层厚度的1/3～1/2。
可选的，所述第一伪栅极结构还包括位于第一伪栅氧层和第一伪栅极层侧壁表面的第一侧墙；所述第二伪栅极结构还包括位于第二伪栅氧层和第二伪栅极层侧壁表面的第二侧墙。
可选的，在形成所述介质层之前，还包括：在所述第一伪栅极结构两侧的衬底内形成第一源漏区；在所述第二伪栅极结构两侧的衬底内形成第二源漏区。
可选的，所述第一源漏区的形成步骤包括：在所述第一伪栅极结构两侧的衬底内形成第一沟槽，在所述第一沟槽内形成应力层，在所述应力层内掺杂离子以形成第一源漏区；所述第二源漏区的形成步骤包括：在所述第二伪栅极结构两侧的衬底内形成第二沟槽，在所述第二沟槽内形成应力层，在所述应力层内掺杂离子以形成第二源漏区。
可选的，在所述第三开口内形成第一栅极结构的步骤包括：在所述第三开口的侧壁表面和底部的衬底表面形成界面层；在所述界面层表面形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成填充满所述第三开口的第一栅极。
可选的，在所述第二开口内形成第二栅极结构的步骤包括：在所述第二开口的侧壁表面和底部的第二伪栅氧化层表面形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成填充满所述第二开口的第二栅极。
可选的，所述衬底包括基底、位于基底表面的鳍部、以及位于基底表面且覆盖鳍部部分侧壁的隔离层，所述隔离层表面低于所述鳍部的顶部表面；所述第一伪栅极结构横跨第一区域的鳍部，且所述第一伪栅极结构覆盖部分第一区域鳍部的侧壁和顶部表面；所述第二伪栅极结构横跨第二区域的鳍部，且所述第二伪栅极结构覆盖部分第二区域鳍部的侧壁和顶部表面。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的形成方法中，在形成第一掩膜材料膜之前，去除部分第一伪栅极层以使所述第一伪栅极层的厚度减小，在介质层内形成第一开口；在去除第二伪栅极层并暴露出第二伪栅氧层之后，在介质层内形成第二开口。所述第一掩膜材料膜形成于所述介质层表面以及第一开口和第二开口内，所述第一掩膜材料膜用于形成第一掩膜层，所述第一掩膜层作为去除第一伪栅氧化层的掩膜。由于所述第一区域的第一底部具有未被去除的部分第一伪栅极层，因此所述第一开口的深度小于第二开口的深度，所述第一开口的深宽比较小，且形成于第一开口内的部分第一掩膜材料膜的厚度、小于第二开口内的部分第一掩膜材料膜的厚度。当去除第一开口内的第一掩膜材料膜时，由于所述第一开口的深宽比较小，使得去除第一掩膜材料膜时的副产物容易被带出开口，所述副产物则不易积聚于第一开口内，从而保证了后续形成的第三开口内壁表面洁净。而且，由于形成于第一开口内的部分第一掩膜材料膜的厚度较小，则去除第一开口内的第一掩膜材料膜的刻蚀工艺的能量较小，则去除第一掩膜材料膜的工艺不会对第一区域的衬底和介质层造成损伤。因此，所形成的晶体管的性能改善、可靠性提高。
进一步，去除部分第一伪栅极层后，所述第一伪栅极层减小的厚度为所述第一伪栅极层厚度的1/3～1/2，则后续形成于第一开口内的第一掩膜材料膜的厚度为初始的第一伪栅极层厚度的1/3～1/2。由于第一开口内的第一掩膜材料膜的厚度较小，则去除第一开口内的第一掩膜材料膜的刻蚀工艺的能量较小，去除第一掩膜材料膜的刻蚀工艺不会对第一区域的衬底和介质层造成损伤。而且，所述第一开口的深度为后续形成的第三开口深度的1/3～1/2，所述第一开口的深宽比较小，易于使刻蚀第一掩膜材料膜所产生的副产物排出所述第一开口，保证了后续形成的第三开口内壁表面的洁净。
附图说明
图1至图6是本发明一实施例的晶体管形成过程的剖面结构示意图；
图7至图17是本发明另一实施例的晶体管形成过程的剖面结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，随着高K金属栅晶体管的尺寸缩小，高K金属栅晶体管的制造难度提高、可靠性降低。
经过研究发现，在衬底的核心器件区和输入输出器件区中，晶体管的尺寸和密度不一致。其中，在核心器件区内所形成的晶体管尺寸较小且密度较高；而且，在形成于核心器件区内的晶体管中的栅氧层的厚度、较输入输出器件区的晶体管中的栅氧层更薄。因此，在形成晶体管的过程中，需要采用不同的工艺在核心器件区和输入输出器件区中形成栅氧层，即需要采用掩膜覆盖核心器件区或输入输出器件区。然而，对于核心器件区来说，由于晶体管尺寸较小且密度较高，去除掩膜时产生的杂质对于核心器件区的晶体管影响更大。
图1至图6是本发明一实施例的晶体管形成过程的剖面结构示意图。
请参考图1，提供衬底100，所述衬底100具有核心区101和输入输出区102，所述衬底100的核心区101和输入输出区102表面分别具有栅极结构，所述栅极结构包括位于衬底100表面的伪栅氧层130以及位于伪栅氧层130表面的伪栅极层131，所述衬底100表面具有介质层104，所述介质层104覆盖所述栅极结构的侧壁，且所述介质层104表面与栅极结构的顶部表面齐平。
请参考图2，去除所述伪栅极层131(如图1所示)，并暴露出所述伪栅氧层130，在所述介质层104内形成开口105。
请参考图3，在所述介质层104表面形成掩膜材料膜106，所述掩膜材料膜106填充满所述开口105(如图2所示)。
请参考图4，在掩膜材料膜106表面形成图形化层109；以图形化层109为掩膜，刻蚀去除核心区101的掩膜材料膜106(如图3所示)，形成掩膜层106a。
请参考图5，以掩膜层106a为掩膜，刻蚀所述第一区域101的伪栅氧层130。
请参考图6，去除所述掩膜层106a(如图5所示)，并在所述介质层104表面、以及开口105的侧壁和底部表面形成栅氧层107；在所述栅氧层107表面形成高k栅介质层108。
后续在核心区101和输入输出区102的开口105内分别形成金属栅以形成高k金属栅晶体管。其中，核心区101的高k栅介质层108与衬底100之间具有栅氧层107，而输入输出区102的高k栅介质层108与衬底100之间具有伪栅氧层130。而所述伪栅氧化层130的厚度大于所述栅氧层107，因此，输入输出区102的晶体管能够承受更高的工作电压，而核心区101的晶体管尺寸更小、器件密度更高。
所述核心区101用于形成核心器件，输入输出区102用于形成输入输出器件，因此，形成于核心区101的伪栅极结构尺寸较小，则所述核心区101的开口105顶部尺寸较小、深宽比较大。由于去除核心区101的掩膜材料膜106的工艺为等离子体刻蚀工艺，在刻蚀核心区101的掩膜材料膜106以形成掩膜层106a时，容易在核心区101的开口105内残留刻蚀副产物。
而且，为了能够完全去除开口105内的掩膜材料膜106，所述等离子体刻蚀工艺的能量较大，用于刻蚀的离子容易对核心区101的衬底100以及介质层104造成损伤，继而造成核心区101的栅氧化层107与衬底100之间的界面质量较差，影响到在核心区101形成的高k金属栅晶体管的性能和可靠性。
为了解决上述问题，本发明提供一种晶体管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底具有第一区域和第二区域，所述第一区域的衬底表面具有第一伪栅极结构，所述第一伪栅极结构包括位于衬底表面的第一伪栅氧层以及位于第一伪栅氧层表面的第一伪栅极层，所述第二区域的衬底表面具有第二伪栅极结构，所述第二伪栅极结构包括位于衬底表面的第二伪栅氧层以及位于第二伪栅氧层表面的第二伪栅极层，所述第一伪栅极层投影于衬底表面的图形尺寸小于第二伪栅极层投影于衬底表面的图形尺寸；在所述衬底表面形成介质层，所述介质层覆盖所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的侧壁表面，且所述介质层表面与所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的顶部表面齐平；去除部分第一伪栅极层和部分第二伪栅极层，使所述第一伪栅极层和第二伪栅极层的厚度减小，并在所述介质层内形成第一开口；去除第一开口底部暴露出的第二伪栅极层并暴露出第二伪栅氧层，在第二区域的介质层内形成第二开口；在所述介质层表面以及第一开口和第二开口内形成第一掩膜材料膜；去除第一开口内的第一掩膜材料膜并暴露出第一伪栅极层表面，形成位于介质层表面和第二开口内的第一掩膜层；以所述第一掩膜层为掩膜，去除所述第一伪栅极层和第一伪栅氧层，在所述介质层内形成第三开口，所述第三开口底部暴露出第一区域的衬底表面；在去除所述第一伪栅极层和第一伪栅氧层之后，去除所述第一掩膜层并暴露出所述第二开口；在去除所述第一掩膜层之后，在所述第三开口内形成第一栅极结构，所述第二开口内形成第二栅极结构。
其中，在形成第一掩膜材料膜之前，去除部分第一伪栅极层以使所述第一伪栅极层的厚度减小，在介质层内形成第一开口；在去除第二伪栅极层并暴露出第二伪栅氧层之后，在介质层内形成第二开口。所述第一掩膜材料膜形成于所述介质层表面以及第一开口和第二开口内，所述第一掩膜材料膜用于形成第一掩膜层，所述第一掩膜层作为去除第一伪栅氧化层的掩膜。由于所述第一区域的第一底部具有未被去除的部分第一伪栅极层，因此所述第一开口的深度小于第二开口的深度，所述第一开口的深宽比较小，且形成于第一开口内的部分第一掩膜材料膜的厚度、小于第二开口内的部分第一掩膜材料膜的厚度。当去除第一开口内的第一掩膜材料膜时，由于所述第一开口的深宽比较小，使得去除第一掩膜材料膜时的副产物容易被带出开口，所述副产物则不易积聚于第一开口内，从而保证了后续形成的第三开口内壁表面洁净。而且，由于形成于第一开口内的部分第一掩膜材料膜的厚度较小，则去除第一开口内的第一掩膜材料膜的刻蚀工艺的能量较小，则去除第一掩膜材料膜的工艺不会对第一区域的衬底和介质层造成损伤。因此，所形成的晶体管的性能改善、可靠性提高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图7至图17是本发明另一实施例的晶体管的形成过程的剖面结构示意图。
请参考图7，提供衬底，所述衬底具有第一区域210和第二区域220，所述第一区域210的衬底表面具有第一伪栅极结构，所述第一伪栅极结构包括位于衬底表面的第一伪栅氧层211以及位于第一伪栅氧层211表面的第一伪栅极层212，所述第二区域220的衬底表面具有第二伪栅极结构，所述第二伪栅极结构包括位于衬底表面的第二伪栅氧层221以及位于第二伪栅氧层221表面的第二伪栅极层222，所述第一伪栅极层212投影于衬底表面的图形尺寸小于第二伪栅极层222投影于衬底表面的图形尺寸。
在本实施例中，所述第一区域210用于形成核心器件，所述第一区域210的器件密度较高，形成于第一区域210的晶体管特征尺寸(CD)较小、相邻晶体管之间的间距较小、工作电压较小；所述第二区域220用于形成输入输出器件，形成于第二区域220的晶体管特征尺寸较大、工作电压较大。因此，在形成于第一区域210和第二区域220晶体管中，栅介质层与衬底之间需要具有不同厚度和密度的氧化层。
在本实施例中，第一区域210和第二区域220所形成的晶体管为鳍式场效应晶体管。而且，所述第一区域210和第二区域220形成的晶体管为高k金属栅晶体管，所述晶体管采用后栅(gate last)工艺形成。
所述衬底包括基底200、位于基底200表面的鳍部201、以及位于基底200表面且覆盖鳍部201部分侧壁的隔离层202，所述隔离层202表面低于所述鳍部201的顶部表面。
所述第一伪栅极结构横跨第一区域210的鳍部201，且所述第一伪栅极结构覆盖部分第一区域210鳍部201的侧壁和顶部表面；所述第二伪栅极结构横跨第二区域220的鳍部201，且所述第二伪栅极结构覆盖部分第二区域220鳍部201的侧壁和顶部表面。其中，所述第一伪栅氧层211位于第一区域210的鳍部201的侧壁和顶部表面；所述第二伪栅氧层221位于第二区域220的鳍部201侧壁和顶部表面。
在本实施例中，所述基底200和鳍部201的形成步骤包括：提供半导体基底；刻蚀所述半导体基底，在所述半导体基底内形成若干沟槽，相邻沟槽之间的半导体基底形成鳍部201，位于鳍部和沟槽底部的半导体基底形成基底200。所述半导体基底为单晶硅衬底、单晶锗衬底、硅锗衬底或碳化硅衬底，在本实施例中为单晶硅衬底。
在另一实施例中，所述鳍部201的形成步骤包括：采用外延工艺在基底200表面形成鳍部层；刻蚀所述鳍部层，在所述鳍部层内形成若干沟槽，相邻沟槽支架内的鳍部层形成鳍部201。所述基底200为单晶硅衬底、单晶锗衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底、绝缘体上硅衬底或绝缘体上锗衬底。所述鳍部层的材料为单晶硅、单晶锗、硅锗或碳化硅。
所述隔离层202的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介质材料(介电常数大于或等于2.5、小于3.9)或超低k介质材料(介电系数小于2.5)。所述隔离层202的形成步骤包括：在所述基底200和鳍部201表面形成隔离膜，所述隔离膜表面高于所述鳍部201的顶部表面；平坦化所述隔离膜，使隔离膜的表面平坦；在平坦化所述隔离膜之后，刻蚀所述隔离膜，形成所述隔离层202，使所述隔离层202的表面低于所述鳍部201的顶部表面。
所述第一伪栅氧层211和第二伪栅氧层221的材料为氧化硅；所述第一伪栅极层212和第二伪栅极层222的材料为多晶硅。所述第一伪栅氧层211和第二伪栅氧层221在后续去除第一伪栅极层212和第二伪栅极层222的过程中，用于保护衬底表面免受损伤。
在其它实施例中，所述第一区域210和第二区域220所形成的晶体管还能够为平面晶体管；所述衬底为平面基底。
所述第一伪栅极结构还包括位于第一伪栅氧层211和第一伪栅极层212侧壁表面的第一侧墙213；所述第二伪栅极结构还包括位于第二伪栅氧层221和第二伪栅极层222侧壁表面的第二侧墙223。所述第一侧墙213和第二侧墙222的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种组合。
在本实施例中，在所述第一伪栅极结构两侧的衬底内形成第一源漏区214；在所述第二伪栅极结构两侧的衬底内形成第二源漏区224。
本实施例中，所述第一源漏区214的形成步骤包括：在所述第一伪栅极结构两侧的衬底内形成第一沟槽；采用外延工艺在所述第一沟槽内形成应力层；在所述应力层内掺杂离子以形成第一源漏区214。
所述第二源漏区224的形成步骤包括：在所述第二伪栅极结构两侧的衬底内形成第二沟槽；采用外延工艺在所述第二沟槽内形成应力层；在所述应力层内掺杂离子以形成第二源漏区224。
所述第一沟槽或第二沟槽内的应力层材料为硅锗或氮化硅。当所形成的晶体管为PMOS晶体管时，所述应力层的材料为硅锗，在第一源漏区214或第二源漏区224内掺杂P型离子。当所形成的晶体管为NMOS晶体管时，所述应力层的材料为碳化硅，在第一源漏区214或第二源漏区224内掺杂N型离子。
在所述第一源漏区214或第二源漏区224内掺杂的离子为P型离子或N型离子，而掺杂离子的工艺为离子注入工艺或原位掺杂工艺。
请参考图8，在所述衬底表面形成介质层230，所述介质层230覆盖所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的侧壁表面，且所述介质层230表面与所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的顶部表面齐平。
所述介质层230用于保留所述第一栅极结构和第二栅极结构的形状和位置。
所述介质层230的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介质材料或超低k介质材料。
所述介质层230的形成步骤包括：在衬底、第一伪栅极结构和第二伪栅极结构表面形成介质膜，所述介质膜的表面高于所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的顶部表面；平坦化所述介质膜直至暴露出所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的顶部表面为止，形成介质层230。
在本实施例中，所述衬底包括基底200、鳍部201和隔离层202，所述介质膜形成于所述隔离层202表面和鳍部201的侧壁和顶部表面。
所述介质膜的形成工艺为化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。在本实施例中，所述介质层230的材料为氧化硅，所述介质膜的形成工艺为流体化学气相沉积工艺(FCVD)；所述流体化学气相沉积工艺能够具有良好的填充能力，能够使所形成的介质膜充分填充于相邻鳍部201之间的沟槽内、以及相邻第一伪栅极结构或第二伪栅极结构之间的沟槽内，使所形成的介质膜均匀致密。
在一实施例中，在形成所述介质膜之前，还包括在所述衬底、第一伪栅极结构和第二伪栅极结构表面形成停止层，所述停止层的材料为绝缘材料，且所述停止层的材料与所述介质层230的材料不同。在平坦化所述介质膜时，能够以所述停止层定义平坦化工艺的停止位置。而且，在后续形成栅极层之后，在第一源漏区214或第二源漏区224表面形成导电结构时，能够以所述停止层作为刻蚀停止层。
请参考图9，去除部分第一伪栅极层212和部分第二伪栅极层222，使所述第一伪栅极层212和第二伪栅极层222的厚度减小，并在所述介质层230内形成第一开口231。
在本实施例中，去除部分第一伪栅极层212和第二伪栅极层222的工艺为干法刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺为各向异性的刻蚀工艺或各向同性的刻蚀工艺。在其它实施例中，去除部分第一伪栅极层212和第二伪栅极层222的工艺还能够为湿法刻蚀工艺。
在本实施例中，所述第一伪栅极层212和第二伪栅极层222的材料为多晶硅；刻蚀所述第一伪栅极层212和第二伪栅极层222的干法刻蚀工艺为各向同性的刻蚀工艺；所述刻蚀工艺的参数包括：气体包括CF4、HBr、He，气体流量为50SCCM～400SCCM，压力为3毫托～8毫托，偏置功率150瓦～800瓦。
去除部分第一伪栅极层212后，所述第一伪栅极层212减小的厚度为所述第一伪栅极层212厚度的1/3～1/2，即所形成的第一开口231的深度为第一伪栅极层212厚度的1/3～1/2。在本实施例中，所述第一伪栅极层212与第二伪栅极层222的厚度相同，且第一伪栅极层212与第二伪栅极层222的顶部表面齐平，因此，所述第二伪栅极层222减小的厚度也为所述第二伪栅极层222厚度的1/3～1/2；第一区域210和第二区域220形成的第一开口231深度相同。
由于后续形成的第一掩膜材料膜填充于所述第一区域210的第一开口231内，而所述第一开口231的深度小于后续去除剩余的第一伪栅极层212之后形成的第三开口深度，所述第一开口深度231较小，有利于后续刻蚀去除第一区域210的第一开口231内的第一掩膜材料膜，刻蚀第一掩膜材料膜之后，不易在第一开口231内附着刻蚀副产物。
而且，由于后续形成的第一掩膜材料膜形成于未被刻蚀去除的第一伪栅极层222表面，即所述第一掩膜材料膜的底部表面高于所述衬底表面，本实施例中，所述第一掩膜材料膜的底部表面高于鳍部201的顶部表面，则后续去除第一掩膜材料膜的刻蚀工艺不会损伤第一区域的鳍部201及基底200，有利于保证所形成的晶体管性能稳定。
本实施例中，所述第一伪栅极层212减小的厚度为所述第一伪栅极层212厚度的1/3～1/2，则所述第一开口231的深度较小，所述第一开口231的深宽比适于后续排出刻蚀副产物；而且，未被刻蚀的第一伪栅极层212后续通过湿法刻蚀工艺去除，而所述未被刻蚀第一伪栅极层212的厚度在能够被湿法刻蚀完全去除的范围内，后续形成的第三开口内不易发生刻蚀副产物的材料。
之后，去除第一开口231底部暴露出的第二伪栅极层222并暴露出第二伪栅氧层221，在第二区域220的介质层230内形成第二开口。以下将结合附图进行说明。
请参考图10，在所述介质层230表面以及第一开口231(如图9所示)内形成第二掩膜材料膜240。
所述第二掩膜材料膜240用于形成第二掩膜层，所述第二掩膜层作为刻蚀去除剩余的第二伪栅极层222的掩膜。
在本实施例中，所述第二掩膜材料膜240的材料为有机材料；所述第二掩膜材料膜240的形成步骤包括：在所述介质层230表面和第一开口231内涂布初始材料膜，所述初始材料膜填充满所述第一开口231；平坦化所述初始材料膜，形成第二掩膜材料膜240。所述平坦化工艺为化学机械抛光工艺或各向异性的干法刻蚀工艺。
所述有机材料包括深紫外光吸收氧化(DUO，Deep UV Light AbsorbingOxide)材料，所述深紫外光吸收氧化是一种硅氧烷聚合体材料，包括CH3-SiOX、Si-OH、或SiOH3等。在其它实施例中，所述第二掩膜材料膜240的材料还能够为氮化硅、氮氧化硅或无定形碳。
所述有机材料具有流动性，通过涂布工艺能够使初始材料膜充分填充于第一开口231内，而且能够使初始材料膜的表面趋于平坦。而且，所述有机材料还能够为不透光材料，则所述第二掩膜材料膜240还能够作为抗反射层，用于后续在所述第二掩膜材料膜240表面形成第二图形化层，所述第二图形化层为图形化的光刻胶层。
请参考图11，去除第二区域220的第一开口231内的第二掩膜材料膜240(如图10所示)，形成位于介质层230表面和第一区域210的第一开口231内的第二掩膜层241。
所述第二掩膜层241用于作为去除第二伪栅极层222的掩膜。在本实施例中，所述第二掩膜层241不仅暴露出第一开口231，还暴露出第二区域220的介质层230表面。
去除第二区域220的第一开口231内的第二掩膜材料膜240的步骤包括：在所述第二掩膜材料膜240表面形成第二图形化层242，所述第二图形化层242暴露出与第二区域220的第一开口231位置对应的区域；以所述第二图形化层242为掩膜，刻蚀所述第二掩膜材料膜240，直至暴露出第二伪栅极层222为止。
在本实施例中，所述第二图形化层242为图形化的光刻胶层。所述第二图形化层242的形成步骤包括：在所述第二掩膜材料膜240表面涂布光刻胶膜；对所述光刻胶膜进行曝光显影工艺以图形化，形成第二图形化层242。在本实施例中，所述第二掩膜材料膜240的材料为不透光的有机材料，所述第二掩膜材料膜还能够作为所述曝光显影工艺的抗反射层。
刻蚀所述第二掩膜材料膜240的工艺为干法刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺为各向异性的刻蚀工艺或各向同性的刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺的参数包括：刻蚀气体包括碳氟气体和载气，所述碳氟气体包括CF4、CHF3、CH3F中的一种或多种，所述载气包括Ar、N2、H2中的一种或多种，气体流量为15SCCM～150SCCM，偏置电压为80V～200V，置功率为200W～500W。
由于所述第二区域220用于形成输入输出器件，因此所述第二区域220的第一开口231的深宽比小于第一区域210的第一开口231深宽比，在去除所述第一开口231内的第二掩膜材料膜240时，刻蚀副产物极易逸散出第二区域220的第一开口231，因此，第二区域220的第一开口231内不易积聚刻蚀副产物。
请参考图12，以所述第二掩膜层241(如图11所示)为掩膜，刻蚀所述第二伪栅极层222直至暴露出第二伪栅氧层221，在第二区域220的介质层230内形成第二开口232；在刻蚀所述第二伪栅极层222之后，去除所述第二掩膜层241。
所形成的第二开口232用于在第二区域220形成晶体管的栅介质层和栅极层。
以所述第二掩膜层241为掩膜，刻蚀所述第二伪栅极层222的工艺为湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺为各向异性的刻蚀工艺或各向同性的刻蚀工艺。在所述刻蚀工艺中，所述第二伪栅氧层221用于保护衬底表面免受刻蚀工艺的损伤；在本实施例中，所述第二伪栅氧层221用于保护鳍部201的侧壁和顶部表面以及隔离层202的表面。
在本实施例中，所述第二伪栅极层222的材料为多晶硅，刻蚀所述第二伪栅极层222的工艺为湿法刻蚀工艺；所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液为氢氟酸溶液。
所述湿法刻蚀工艺去除多晶硅更为彻底，不易产生刻蚀副产物，而且对第二伪栅氧层221的损伤较小，使所保留的第二伪栅氧层222能够作为后续形成的栅介质层与衬底之间的氧化层。在本实施例中，所述湿法刻蚀工艺更有利于深入相邻鳍部201之间的沟槽内去除第二伪栅极层222。
在刻蚀所述第二伪栅极层222之后，采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺去除所述第二图形化层242和第二掩膜层241。在本实施例中，采用灰化(ash)工艺去除所述第二图形化层242和第二掩膜层241；所述灰化工艺的气体为含氧气体，所述含氧气体包括氧气、臭氧中的一种或两种。
请参考图13，在所述介质层230表面以及第一开口231(如图12所示)和第二开口232(如图12所示)内形成第一掩膜材料膜250。
所述第一掩膜材料膜250用于形成第一掩膜层，所述第一掩膜层作为刻蚀去除剩余的第一伪栅极层222的掩膜。
在本实施例中，所述第一掩膜材料膜250的材料为有机材料；所述第一掩膜材料膜250的形成步骤包括：在所述介质层230表面、第一区域210的第一开口231内、以及第二开口232内涂布初始材料膜，所述初始材料膜填充满所述第一开口231和第二开口232；平坦化所述初始材料膜，形成第一掩膜材料膜250。所述平坦化工艺为化学机械抛光工艺或各向异性的干法刻蚀工艺。
所述有机材料包括深紫外光吸收氧化材料；所述深紫外光吸收氧化材料是一种硅氧烷聚合体材料，包括CH3-SiOX、Si-OH、或SiOH3等。在其它实施例中，所述第一掩膜材料膜250的材料还能够为氮化硅、氮氧化硅或无定形碳。
所述有机材料具有流动性，通过涂布工艺能够使初始材料膜充分填充于第一开口231和第二开口232内，而且能够使初始材料膜的表面趋于平坦。而且，所述有机材料还能够为不透光材料，则所述第一掩膜材料膜250还能够作为抗反射层，用于后续在所述第一掩膜材料膜250表面形成第一图形化层，所述第一图形化层为图形化的光刻胶层。
请参考图14，去除第一开口231内的第一掩膜材料膜250(如图13所示)并暴露出第一伪栅极层212表面，形成位于介质层230表面和第二开口232(如图12所示)内的第一掩膜层251。
所述第一掩膜层251用于作为去除第一伪栅极层212和第一伪栅氧化层211的掩膜；后续在所形成的第三开口底部的衬底表面形成界面层，所述界面层能够适用于形成核心器件。在本实施例中，所述第一掩膜层251不仅暴露出第一开口231，还暴露出第一区域210的介质层230表面。
去除第一开口231内的第一掩膜材料膜250的步骤包括：在所述第一掩膜材料膜250表面形成第一图形化层252，所述第一图形化层252暴露出第一区域210的第一开口231位置对应的区域；以所述第一图形化层252为掩膜，刻蚀所述第一掩膜材料膜250，直至暴露出第一伪栅极层212为止。
在本实施例中，所述第一图形化层252为图形化的光刻胶层。所述第一图形化层252的形成步骤包括：在所述第一掩膜材料膜250表面涂布光刻胶膜；对所述光刻胶膜进行曝光显影工艺以图形化，形成第一图形化层252。在本实施例中，所述第一掩膜材料膜250的材料为不透光的有机材料，所述第二掩膜材料膜还能够作为所述曝光显影工艺的抗反射层。
刻蚀所述第一掩膜材料膜250的工艺为干法刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺为各向异性的刻蚀工艺或各向同性的刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺的参数包括：刻蚀气体包括含氧气体和载气，所述含氧气体包括O2、O3中的一种或两种，所述载气包括Ar、N2、H2中的一种或多种，气体流量为50SCCM～150SCCM，偏置电压为80V～120V，置功率为50W～300W。
在本实施例中，由于通过去除部分第一伪栅极层212形成第一区域210的第一开口231，所形成的第一开口231相较于后续去除剩余第一伪栅极层212形成的第三开口具有较小的深宽比。在刻蚀第一区域210的第一开口231内的第一掩膜材料膜250时，由于所述第一开口231的深宽比较小，有助于刻蚀副产物逸散出所述第一开口231，从而避免了刻蚀副产物在所述第一区域210的第一开口231内积聚，保证了后续去除剩余的第一伪栅极层212之后，所形成的第三开口内不产生刻蚀副产物附着，保证了后续形成的界面层与衬底之间的界面质量良好，形成于第一区域210的晶体管内不易产生漏电流，缩小的晶体管性能改善。
而且，由于所述第一区域210用于形成核心器件，第二区域220用于形成输入输出器件，因此，所述第一伪栅极层212的顶部尺寸小于第二伪栅极层222投影于基底200的顶部尺寸，即第一区域210的第一开口231的顶部尺寸小于第二区域220的第一开口231顶部尺寸；在去除所述第一区域210的第一开口231内的第一掩膜材料膜250时，干法刻蚀工艺需要提供较大的能量，以保证刻蚀气体能够深入第一开口231底部。在本实施例中，由于第一区域210的第一开口231底部具有未被去除的第一伪栅极层212，因此，所述刻蚀工艺停止与第一伪栅极层212表面即可，所述刻蚀工艺的能量能够相应减小，避免了刻蚀工艺对衬底的损伤；在本实施例中，所述刻蚀工艺不会对鳍部201和基底200造成损伤。
请参考图15，以所述第一掩膜层251为掩膜，去除所述第一伪栅极层212(如图14所示)和第一伪栅氧层211(如图14所示)，在所述介质层230内形成第三开口233，所述第三开口233底部暴露出第一区域210的衬底表面。
所形成的第三开口233用于在第一区域210形成晶体管的栅介质层和栅极层。
以所述第一掩膜层251为掩膜，刻蚀所述第一伪栅极层212或第一伪栅氧层211的工艺为湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺为各向异性的刻蚀工艺或各向同性的刻蚀工艺。
在所述刻蚀工艺中，所述第一伪栅氧层211用于在刻蚀第一伪栅极层212时保护衬底表面免受刻蚀工艺的损伤；在本实施例中，所述第一伪栅氧层211用于保护鳍部201的侧壁和顶部表面以及隔离层202的表面。
在本实施例中，所述第一伪栅极层212的材料为多晶硅，刻蚀所述第一伪栅极层212的工艺为湿法刻蚀工艺；所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液为氢氟酸溶液。所述湿法刻蚀工艺去除多晶硅更为彻底，不易产生刻蚀副产物，而且，所述湿法刻蚀工艺更有利于深入相邻鳍部201之间的沟槽内去除第一伪栅极层212。
在去除所述第一伪栅极层212之后，采用各向同性的干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺去除所述第一伪栅氧化层211。在本实施例中，需要去除覆盖于鳍部201侧壁和顶部表面的第一伪栅氧化层211；去除所述第一伪栅极层212的工艺为各向同性的干法刻蚀工艺，所述各向同性的干法刻蚀工艺能够为SiCONI刻蚀工艺。
在去除所述第一伪栅极层212之后，所述第一伪栅氧化层211会受到损伤，所述第一伪栅氧化层211的厚度不适于形成第一区域210的晶体管，因此需要去除所述第一伪栅氧化层211。后续能够在第三开口233底部的衬底表面通过氧化工艺或沉积工艺形成厚度及密度适于第一区域210晶体管的界面层，所述界面层的材料为氧化硅，在所述界面层表面形成第一区域210的栅介质层。
请参考图16，在去除所述第一伪栅极层212和第一伪栅氧层211之后，去除所述第一掩膜层251(如图15所示)并暴露出所述第二开口232。
在刻蚀所述第一伪栅极层212和第一伪栅氧化层211之后，采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺去除所述第一图形化层252和第一掩膜层251。
在本实施例中，采用灰化(ash)工艺去除所述第一图形化层252和第一掩膜层251；所述灰化工艺的气体为含氧气体，所述含氧气体包括氧气、臭氧中的一种或两种。
请参考图17，在去除所述第一掩膜层251之后，在所述第三开口233(如图16所示)内形成第一栅极结构，所述第二开口232(如图16所示)内形成第二栅极结构。
在所述第三开口233内形成第一栅极结构的步骤包括：在所述第三开口233的侧壁表面和底部的衬底表面形成界面层260；在所述界面层260表面形成栅介质层261；在所述栅介质层261表面形成填充满所述第三开口233的第一栅极262。
所述界面层260的材料为氧化硅，所述界面层260的形成工艺为热氧化工艺。由于所述界面层260的形成工艺为热氧化工艺，在形成所述界面层260的过程中，所述第二伪栅氧化层221的厚度会相应增加。所述界面层260的物理厚度和电学厚度均小于第二伪栅氧化层221。
在一实施例中，所述第一栅极层262的材料为铜、钨、铝、金或银。在另一实施例中，所述第一栅极层262还能够包括覆盖层、位于覆盖层表面的功函数层、位于功函数层表面的停止层、以及位于停止层表面的金属栅；所述覆盖层、功函数层、停止层和金属栅的材料为金属或金属化合物。
在所述第二开口232内形成第二栅极结构的步骤包括：在所述第二开口232的侧壁表面和底部的第二伪栅氧化层221表面形成栅介质层261；在所述栅介质层261表面形成填充满所述第二开口232的第二栅极263。
在一实施例中，所述第二栅极层263的材料为铜、钨、铝、金或银。在另一实施例中，所述第二栅极层263还能够包括覆盖层、位于覆盖层表面的功函数层、位于功函数层表面的停止层、以及位于停止层表面的金属栅；所述覆盖层、功函数层、停止层和金属栅的材料为金属或金属化合物。
所述栅介质层261的材料为高k介质材料(介电系数大于3.9)；所述高k介质材料包括氧化铪、氧化锆、氧化铪硅、氧化镧、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛或氧化铝。
在本实施例中，第一区域210和第二区域220的栅介质层261能够同时形成。所述栅介质层261的形成步骤包括：在所述介质层230表面、第三开口233的侧壁和底部表面、第二开口232的侧壁和底部表面形成栅介质膜；平坦化所述栅介质膜直至暴露出介质层230表面为止，形成所述栅介质层261；所述平坦化工艺能够为形成第一栅极层262和第二栅极层263的化学机械抛光工艺。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底具有第一区域和第二区域，所述第一区域的衬底表面具有第一伪栅极结构，所述第一伪栅极结构包括位于衬底表面的第一伪栅氧层以及位于第一伪栅氧层表面的第一伪栅极层，所述第二区域的衬底表面具有第二伪栅极结构，所述第二伪栅极结构包括位于衬底表面的第二伪栅氧层以及位于第二伪栅氧层表面的第二伪栅极层，所述第一伪栅极层投影于衬底表面的图形尺寸小于第二伪栅极层投影于衬底表面的图形尺寸；
在所述衬底表面形成介质层，所述介质层覆盖所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的侧壁表面，且所述介质层表面与所述第一伪栅极结构和第二伪栅极结构的顶部表面齐平；
去除部分第一伪栅极层和部分第二伪栅极层，使所述第一伪栅极层和第二伪栅极层的厚度减小，并在所述介质层内形成第一开口；
去除第一开口底部暴露出的第二伪栅极层并暴露出第二伪栅氧层，在第二区域的介质层内形成第二开口；
在所述介质层表面以及第一开口和第二开口内形成第一掩膜材料膜；
去除第一开口内的第一掩膜材料膜并暴露出第一伪栅极层表面，形成位于介质层表面和第二开口内的第一掩膜层；
以所述第一掩膜层为掩膜，去除所述第一伪栅极层和第一伪栅氧层，在所述介质层内形成第三开口，所述第三开口底部暴露出第一区域的衬底表面；
在去除所述第一伪栅极层和第一伪栅氧层之后，去除所述第一掩膜层并暴露出所述第二开口；
在去除所述第一掩膜层之后，在所述第三开口内形成第一栅极结构，所述第二开口内形成第二栅极结构。
2.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，去除第一开口底部暴露出的第二伪栅极层的步骤包括：在所述介质层表面以及第一开口内形成第二掩膜材料膜；去除第二区域的第一开口内的第二掩膜材料膜，形成位于介质层表面和第一区域的第一开口内的第二掩膜层；以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二伪栅极层直至暴露出第二伪栅氧层；在刻蚀所述第二伪栅极层之后，去除所述第二掩膜层。
3.如权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二掩膜层的材料为有机材料。
4.如权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，去除第二区域的第一开口内的第二掩膜材料膜的步骤包括：在所述第二掩膜材料膜表面形成第二图形化层，所述第二图形化层暴露出与第二区域的第一开口位置对应的区域；以所述第二图形化层为掩膜，刻蚀所述第二掩膜材料膜，直至暴露出第二伪栅极层为止。
5.如权利要求4所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二图形化层为图形化的光刻胶层。
6.如权利要求4所述的晶体管的形成方法，其特征在于，刻蚀所述第二掩膜材料膜的工艺为干法刻蚀工艺。
7.如权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二伪栅极层的工艺为湿法刻蚀工艺。
8.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一掩膜材料膜的材料为有机材料。
9.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，去除第一开口内的第一掩膜材料膜的步骤包括：在所述第一掩膜材料膜表面形成第一图形化层，所述第一图形化层暴露出第一区域的第一开口位置对应的区域；以所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述第一掩膜材料膜，直至暴露出第一伪栅极层为止。
10.如权利要求9所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一图形化层为图形化的光刻胶层。
11.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，刻蚀所述第一掩膜材料膜的工艺为干法刻蚀工艺。
12.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，去除部分第一伪栅极层和第二伪栅极层的工艺为干法刻蚀工艺。
13.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，以所述第一掩膜层为掩膜，去除所述第一伪栅极层的工艺为湿法刻蚀工艺；去除第一伪栅氧层的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。
14.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，去除部分第一伪栅极层后，所述第一伪栅极层减小的厚度为所述第一伪栅极层厚度的1/3～1/2。
15.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一伪栅极结构还包括位于第一伪栅氧层和第一伪栅极层侧壁表面的第一侧墙；所述第二伪栅极结构还包括位于第二伪栅氧层和第二伪栅极层侧壁表面的第二侧墙。
16.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，在形成所述介质层之前，还包括：在所述第一伪栅极结构两侧的衬底内形成第一源漏区；在所述第二伪栅极结构两侧的衬底内形成第二源漏区。
17.如权利要求16所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一源漏区的形成步骤包括：在所述第一伪栅极结构两侧的衬底内形成第一沟槽，在所述第一沟槽内形成应力层，在所述应力层内掺杂离子以形成第一源漏区；所述第二源漏区的形成步骤包括：在所述第二伪栅极结构两侧的衬底内形成第二沟槽，在所述第二沟槽内形成应力层，在所述应力层内掺杂离子以形成第二源漏区。
18.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，在所述第三开口内形成第一栅极结构的步骤包括：在所述第三开口的侧壁表面和底部的衬底表面形成界面层；在所述界面层表面形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成填充满所述第三开口的第一栅极。
19.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，在所述第二开口内形成第二栅极结构的步骤包括：在所述第二开口的侧壁表面和底部的第二伪栅氧化层表面形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成填充满所述第二开口的第二栅极。
20.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述衬底包括基底、位于基底表面的鳍部、以及位于基底表面且覆盖鳍部部分侧壁的隔离层，所述隔离层表面低于所述鳍部的顶部表面；所述第一伪栅极结构横跨第一区域的鳍部，且所述第一伪栅极结构覆盖部分第一区域鳍部的侧壁和顶部表面；所述第二伪栅极结构横跨第二区域的鳍部，且所述第二伪栅极结构覆盖部分第二区域鳍部的侧壁和顶部表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510438174.0A CN106373993B (zh) | 2015-07-23 | 2015-07-23 | 晶体管的形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510438174.0A CN106373993B (zh) | 2015-07-23 | 2015-07-23 | 晶体管的形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106373993A true CN106373993A (zh) | 2017-02-01 |
| CN106373993B CN106373993B (zh) | 2019-07-02 |
Family
ID=57881023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510438174.0A Active CN106373993B (zh) | 2015-07-23 | 2015-07-23 | 晶体管的形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106373993B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109841573A (zh) * | 2017-11-28 | 2019-06-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体器件的形成方法 |
| CN110047741A (zh) * | 2018-01-16 | 2019-07-23 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体结构及其形成方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1450600A (zh) * | 2002-04-10 | 2003-10-22 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 制作双栅极结构的方法 |
| US20120220113A1 (en) * | 2011-02-24 | 2012-08-30 | Po-Jui Liao | Method of Manufacturing Semiconductor Device Having Metal Gate |
| CN104217935A (zh) * | 2013-06-05 | 2014-12-17 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 晶体管的形成方法 |
-
2015
- 2015-07-23 CN CN201510438174.0A patent/CN106373993B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1450600A (zh) * | 2002-04-10 | 2003-10-22 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 制作双栅极结构的方法 |
| US20120220113A1 (en) * | 2011-02-24 | 2012-08-30 | Po-Jui Liao | Method of Manufacturing Semiconductor Device Having Metal Gate |
| CN104217935A (zh) * | 2013-06-05 | 2014-12-17 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 晶体管的形成方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109841573A (zh) * | 2017-11-28 | 2019-06-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体器件的形成方法 |
| CN110047741A (zh) * | 2018-01-16 | 2019-07-23 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体结构及其形成方法 |
| CN110047741B (zh) * | 2018-01-16 | 2021-07-13 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体结构及其形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106373993B (zh) | 2019-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9508609B2 (en) | Fin field effect transistor and method for forming the same | |
| US20170133489A1 (en) | Semiconductor structures and fabrication methods thereof | |
| CN105280498B (zh) | 半导体结构的形成方法 | |
| CN107346759B (zh) | 半导体结构及其制造方法 | |
| CN104795331A (zh) | 晶体管的形成方法 | |
| CN105097533B (zh) | 半导体结构的形成方法 | |
| CN106373924A (zh) | 半导体结构的形成方法 | |
| CN104733315B (zh) | 半导体结构的形成方法 | |
| CN106558614A (zh) | 半导体结构及其形成方法 | |
| CN108321090B (zh) | 半导体器件及其形成方法 | |
| CN107039272B (zh) | 鳍式晶体管的形成方法 | |
| CN106876274A (zh) | 晶体管的形成方法 | |
| CN106952816B (zh) | 鳍式晶体管的形成方法 | |
| CN106486350A (zh) | 半导体结构的形成方法 | |
| CN104752215B (zh) | 晶体管的形成方法 | |
| CN105513965A (zh) | 晶体管的形成方法 | |
| CN106952908A (zh) | 半导体结构及其制造方法 | |
| CN108122843B (zh) | 鳍式场效应管的形成方法以及半导体结构 | |
| CN105551958A (zh) | 晶体管的形成方法 | |
| CN104425264B (zh) | 半导体结构的形成方法 | |
| CN104681424A (zh) | 晶体管的形成方法 | |
| CN107785265B (zh) | 半导体器件的形成方法 | |
| CN106486362A (zh) | 测试结构及其形成方法、测试方法 | |
| CN106373993A (zh) | 晶体管的形成方法 | |
| CN105826364B (zh) | 晶体管及其形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |