专利名称：Mos晶体管及其形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件及半导体制造领域，特别涉及一种MOS晶体管及其形成方法。
背景技术：
MOS晶体管的制造工艺包括前栅工艺(feite-First)和后栅工艺(feite-Last)。在 32nm及其以下工艺节点中，具有低等效氧化物厚度(EOT，Equivalent Oxide Thickness)的高k材料的栅介质层和金属栅电极相结合的栅堆叠结构受到了广泛的应用。由于自然氧化等因素，在高介电常数(高k)材料的栅介质层和半导体衬底之间通常会存在界面氧化层，界面氧化层本身的厚度约为4 A,因而使得使用高k材料和金属栅的 MOS晶体管的栅介质层的等效氧化层厚度很难减小至Inm以下，阻碍了器件尺寸的进一步减小。为了获得更小的等效氧化层厚度，现有技术采用置于高k材料的栅介质层和金属栅电极之间的牺牲金属层来去除界面氧化层中的氧元素，以降低栅堆叠结构的等效氧化层厚度，所述牺牲金属层的厚度一般采用钛(Ti)、钽(Ta)等。图1示出了现有技术的一种MOS晶体管的剖面结构示意图。如图1所示，包括半导体衬底10 ；形成在所述半导体衬底10中的隔离结构11，所述隔离结构11可以是浅沟槽隔离结构(STI，Shallow Trench Isolation)；形成在所述半导体衬底10上的栅堆叠结构 12，所述栅堆叠结构12包括依次形成在半导体衬底10上的栅介质层12a、牺牲金属层12b 和栅电极12c，所述栅介质层12a的材料为高k材料，所述牺牲金属层12b的材料为钛、钽等，所述栅电极12c的材料为金属及导电材料；形成在所述栅堆叠结构12两侧的半导体衬底10中的源区13和漏区14。此外，所述栅介质层1 下方以及半导体衬底10的表面还形成有界面氧化层10a。在经过退火及其他热工艺步骤之后，牺牲金属层12b将吸收并去除所述界面氧化层IOa和栅介质层12a中的氧元素，从而降低整个MOS晶体管的栅介质层的等效氧化层厚度。但是，上述方法中，牺牲金属层12b在吸收去除氧元素之后转变为金属氧化物，成为介质材料，因而也需计算至所述MOS晶体管的栅介质层的等效氧化层厚度中，导致等效氧化层厚度增加；此外，牺牲金属层12b可能并未完全转变为金属氧化物，如界面氧化层 IOa中的氧元素不足以使牺牲氧化层12b完全转变为绝缘的金属氧化物，导致不同器件之间的功函数(work function)和等效氧化物厚度都不同，使得不同器件之间的阈值电压等性能参数的一致性(uniformity)较差。而且上述方法并不能对MOS晶体管产生应力，无法提高载流子迁移率等器件性能。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术无法有效的降低等效氧化层厚度、器件性能的一致性较差、无法提高器件性能的问题。
为解决上述问题，本发明提供了一种MOS晶体管，包括半导体衬底；位于所述半导体衬底上的栅堆叠结构，所述栅堆叠结构包括依次位于所述半导体衬底上的栅介质层和栅电极；源区和漏区，位于所述栅堆叠结构两侧的半导体衬底中；还包括牺牲金属侧墙，位于所述栅堆叠结构的侧壁，且具有张应力或压应力。可选的，所述MOS晶体管为NMOS晶体管，所述牺牲金属侧墙具有张应力。可选的，所述牺牲金属侧墙的材料为铝、铬、锆或它们的氧化物。可选的，所述MOS晶体管为PMOS晶体管，所述牺牲金属侧墙具有压应力。可选的，所述牺牲金属侧墙的材料为铝、钽或锆或它们的氧化物。可选的，所述MOS晶体管还包括L型侧墙，位于所述牺牲金属侧墙与所述栅堆叠结构和半导体衬底之间。可选的，所述MOS晶体管还包括介质侧墙，位于所述半导体衬底上、所述牺牲金属侧墙的外围侧壁上。可选的，所述MOS晶体管还包括L型侧墙，位于所述介质侧墙和所述牺牲金属侧墙之间，以及所述牺牲金属侧墙和半导体衬底之间。为解决上述问题，本发明提供了一种MOS晶体管的形成方法，包括提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成栅堆叠结构，所述栅堆叠结构包括依次位于所述半导体衬底上的栅介质层和栅电极；在所述栅堆叠结构的侧壁上形成牺牲金属侧墙，所述牺牲金属侧墙具有张应力或压应力；在所述栅堆叠结构两侧的半导体衬底中形成源区和漏区。可选的，所述在所述栅堆叠结构的侧壁上形成牺牲金属侧墙包括形成金属层，覆盖所述半导体衬底的表面和所述栅堆叠结构的表面和侧壁；对所述金属层进行各向异性刻蚀，去除所述半导体衬底表面和栅堆叠结构表面的金属层，在所述栅堆叠结构的侧壁上形成所述牺牲金属侧墙。可选的，在形成所述金属层之前还包括形成隔离介质层，覆盖所述半导体衬底的表面和栅堆叠结构的表面和侧壁，所述金属层形成于所述隔离介质层之上；在对所述金属层进行各向异性刻蚀之后，还包括对所述隔离介质层进行各向异性刻蚀，去除所述栅堆叠结构和半导体衬底表面的隔离介质层，在所述牺牲金属侧墙与栅堆叠结构和半导体衬底之间形成L型侧墙。可选的，所述MOS晶体管为NMOS晶体管，所述金属层具有张应力。可选的，所述金属层的材料为铝、铬、锆。可选的，所述MOS晶体管为PMOS晶体管，所述金属层具有压应力。可选的，所述金属层的材料为铝、钽或锆。
可选的，在形成所述牺牲金属侧墙之后，形成所述源区和漏区之前，所述MOS晶体管的形成方法还包括
在所述半导体衬底上、所述牺牲金属侧墙的外围侧壁上形成介质侧墙。
本发明还提供了一种MOS晶体管的形成方法，包括
提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质层，所述介质层中形成有开口，所述开口底部暴露出所述半导体衬底，所述开口两侧的半导体衬底中形成有源区和漏区；
在所述开口的侧壁上形成牺牲金属侧墙，所述牺牲金属侧墙具有张应力或压应力；
形成栅介质层，覆盖所述牺牲金属侧墙和所述开口底部的半导体衬底；
在所述开口中填充栅电极。
可选的，所述在所述开口的侧壁上形成牺牲金属侧墙包括
形成金属层，覆盖所述介质层的表面和所述开口的底部和侧壁；
对所述金属层进行各向异性刻蚀，去除所述介质层表面和开口底部的金属层，在所述开口侧壁上形成所述牺牲金属侧墙。
可选的，所述MOS晶体管为NMOS晶体管，所述金属层具有张应力。
可选的，所述金属层的材料为铝、铬、锆。
可选的，所述MOS晶体管为PMOS晶体管，所述金属层具有压应力。
可选的，所述金属层的材料为铝、钽或锆。
可选的，在形成所述金属层之前，所述MOS晶体管的形成方法还包括
形成隔离介质层，覆盖所述介质层的表面和所述开口的底部和侧壁，所述金属层形成于所述隔离介质层之上；
在对所述金属层进行各向异性刻蚀形成所述牺牲金属侧墙之后，还包括
对所述隔离介质层进行刻蚀，去除所述介质层表面和开口底部的隔离介质层，在所述牺牲金属侧墙与所述介质层和半导体衬底之间形成L型侧墙。
与现有技术相比，本发明的技术方案有如下优点
本技术方案在栅堆叠结构的侧壁上形成牺牲金属侧墙，以吸收和去除栅堆叠结构中的氧元素，避免了现有技术可能导致等效氧化层厚度增加、器件性能的一致性较差的问题。而且本技术方案的牺牲金属侧墙还具有应力，有利于提高MOS晶体管的载流子迁移率， 改善器件性能。
进一步的，本技术方案可以同时适用于前栅工艺和后栅工艺，便于工艺集成，工业可用性强。
图1是现有技术的一种MOS晶体管的剖面图2是本发明MOS晶体管的形成方法的第一实施例的流程示意图3至图9是本发明MOS晶体管的形成方法的第一实施例的中间结构的剖面图10是本发明MOS晶体管的形成方法的第二实施例的流程示意图11至图16是本发明MOS晶体管的形成方法的第二实施例的中间结构的剖面图。
具体实施例方式现有技术中的MOS晶体管中，为了达到较小的等效氧化层厚度，在栅介质层和栅电极之间形成牺牲金属层，以吸收和去除界面氧化层以及栅介质层中的氧元素，但是所述牺牲金属层吸收氧元素被氧化后形成金属氧化物介质层，不仅导致等效氧化层厚度增加， 而且会影响MOS晶体管的功函数。本技术方案在栅堆叠结构的侧壁上形成牺牲金属侧墙，以吸收和去除栅堆叠结构中的氧元素，避免了现有技术可能导致等效氧化层厚度增加、器件性能的一致性较差的问题。而且本技术方案的牺牲金属侧墙还具有应力，有利于提高MOS晶体管的载流子迁移率， 改善器件性能。进一步的，本技术方案可以同时适用于前栅工艺和后栅工艺，便于工艺集成，工业可用性强。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方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式
的限制。第一实施例图2示出了本发明的MOS晶体管的形成方法的第一实施例的流程示意图，第一实施例采用前栅工艺，如图2所示，包括步骤S21，提供半导体衬底；步骤S22，在所述半导体衬底上形成栅堆叠结构，所述栅堆叠结构包括依次位于所述半导体衬底上的栅介质层和栅电极；步骤S23，在所述栅堆叠结构的侧壁上形成牺牲金属侧墙，所述牺牲金属侧墙具有张应力或压应力；步骤S24，在所述栅堆叠结构两侧的半导体衬底中形成源区和漏区。图3至图9示出了第一实施例的中间结构的剖面图，下面结合图2和图3至图9 对本发明的MOS晶体管的形成方法的第一实施例进行详细说明。结合图2和图3，执行步骤S21，提供半导体衬底。具体的，如图3所示，提供半导体衬底20，所述半导体衬底20的材料可以是硅衬底、锗硅衬底、III-V族元素化合物衬底、 碳化硅衬底或其叠层结构，或绝缘体上硅结构，或金刚石衬底，或本领域技术人员公知的其他半导体材料衬底。本实施例中，所述半导体衬底20为硅衬底，其中还形成有隔离结构21， 所述隔离结构21可以是浅沟槽隔离结构，或本领域技术人员公知的其他用于器件隔离或有源区隔离的隔离结构。结合图2和图4，执行步骤S22，在所述半导体衬底上形成栅堆叠结构，所述栅堆叠结构包括依次位于所述半导体衬底上的栅介质层和栅电极。具体的，在所述半导体衬底 20的表面上形成栅堆叠结构22，所述栅堆叠结构22包括依次位于所述半导体衬底20上的栅介质层2 和栅电极22b。本实施例中，所述栅介质层22a的材料为高k材料，如氧化铪 (HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化镧(La2O3)，或本领域技术人员公知的其他高k材料，所述栅电极22b的材料为金属或其他导电材料，如钛(Ti)、镍(Ni)、铝(Al)、钨(W)等，或本领域技术人员公知的其他可以用作栅电极的导电材料。需要说明的是，由于自然氧化等因素，在所述栅介质层2 和半导体衬底20的接触面上，即栅介质层22a的下表面、半导体衬底20的上表面还形成有界面氧化层(图中未示出)。结合图2、图5和图6，执行步骤S23，在所述栅堆叠结构的侧壁上形成牺牲金属侧墙，所述牺牲金属侧墙具有张应力或压应力。具体的，首先参考图5，在所述半导体衬底20的表面，以及栅堆叠结构22的表面和侧壁依次形成隔离介质层23和金属层M，所述金属层M具有张应力或压应力。所述隔离介质层23的材料可以是氧化硅、氮化硅或它们的组合。根据MOS晶体管的类型不同，若为 NMOS晶体管，则所述金属层M应当具有张应力，其材料可以是铝、铬、锆，优选为铬或锆，其形成方法为溅射法，可以通过控制溅射过程中的反应条件，如压强、气流速率，功率等，使得形成的金属层M具有张应力。若为PMOS晶体管，则所述金属层M应当具有压应力，其材料可以是铝、钽或锆，优选为β相位钽，其形成方法可以包括使用溅射法形成β相位钽薄膜，通过控制溅射过程的反应条件，如压强、功率等，使得形成的β相位钽薄膜具有压应力；之后对所述β相位钽薄膜进行热处理，所述热处理可以是将所述β相位钽薄膜加热至380°C至420°C，加热速率为8°C /min至12°C /min。热处理过程可以加强β相位钽薄膜的压应力，为了得到更高的压应力，可以重复所述加热过程至少1次，如3次，7次。在一具体实施例中，通过溅射形成的β相位钽薄膜的压应力为-1至_4GPa，经过包括7次加热过程的热处理之后，其压应力上升至-6至-7GPa。之后参考图6，对所述金属层和隔离介质层分别进行各向异性刻蚀，去除所述半导体衬底20表面和所述栅堆叠结构22表面的金属层，在所述栅堆叠结构22的侧壁上形成L 型侧墙23a和牺牲金属侧墙Ma，所述L型侧墙23a位于所述牺牲金属侧墙2 与栅堆叠结构22和半导体衬底20之间。所述各向异性刻蚀可以是干法刻蚀。所述牺牲金属侧墙Ma 位于所述栅堆叠结构22的侧壁上，在后续的退火和热工艺中，可以吸收所述栅介质层2 中的氧元素，以及栅介质层2 与半导体衬底20之间的界面氧化层中的氧元素，从而降低等效氧化层厚度，而且由于其位于所述栅堆叠结构22的侧壁上，因此在吸收氧元素被氧化之后，并不会影响等效氧化层厚度，对功函数的影响也非常小，有利于减小整个MOS晶体管的栅介质层的等效氧化层厚度，保持器件性能参数的一致性。而且，所述牺牲金属侧墙2 在被氧化后还具有应力，对于NMOS晶体管，具有沟道长度方向的张应力，对于PMOS晶体管， 具有沟道长度方向的压应力，能够提高载流子的迁移率，改善器件性能。此外，所述牺牲金属侧墙2 在吸收氧元素之后可能并不一定完全被氧化为金属氧化物介质，L型侧墙23a有利于牺牲金属侧墙2 和栅电极22a之间的隔离，当然，所述L型侧墙23a的形成过程是可选的，在其他实施例中，也可以将所述牺牲金属侧墙2 直接形成在栅堆叠结构22侧壁的半导体衬底20上。参考图7，在形成所述牺牲金属侧墙2 之后，在所述牺牲金属侧墙2 的外围侧壁上形成介质侧墙25，所述介质侧墙25的材料可以是氧化硅、氮化硅或它们的组合。其形成方法可以包括通过化学气相沉积(CVD)等方法形成介质材料层，覆盖所述半导体衬底20和栅堆叠结构22的表面，以及牺牲金属侧墙2 的侧壁；之后对所述介质材料层进行选择性回刻(selective etch back)，去除所述半导体衬底20和栅堆叠结构22表面的介质材料层，在所述半导体衬底20上、牺牲金属侧墙Ma的外围侧壁上形成介质侧墙25。所述介质侧墙25可以用于保护所述牺牲金属侧墙Ma。当然，所述介质侧墙25的形成过程是可选的，在具体实施例中，也可以不形成所述介质侧墙25。需要说明的是，在形成所述介质侧墙25的过程中，其中的化学气相沉积、回刻等工艺都包括相应的热工艺，即对所述半导体衬底20进行加热，在此类热工艺过程中，所述牺牲金属侧墙2 都会吸收氧元素，在减小等效氧化层厚度的同时逐渐被氧化。参考图2和图8，执行步骤S24，在所述栅堆叠结构两侧的半导体衬底中形成源区和漏区。具体的，通过离子注入等手段，在所述栅堆叠结构22两侧的半导体衬底20中形成源区沈和漏区27。本领域技术人员应当理解的是，所述源区沈和漏区27的形成过程可以不限于此，例如，在形成所述L型侧墙23a、牺牲金属侧墙2 和介质侧墙25之前，可以先对所述栅堆叠结构22两侧的半导体衬底20进行轻掺杂离子注入，注入剂量较小，形成轻掺杂注入区，所述轻掺杂注入中注入离子的类型依MOS晶体管的类型而定；在形成所述L型侧墙23a、牺牲金属侧墙2 和介质侧墙25之后，再进行源/漏注入，形成所述源区沈和漏区 27，所述源/漏注入中注入离子的类型依MOS晶体管的类型而定，与所述轻掺杂注入的离子类型相同。在形成所述源区沈和漏区27之后，对所述半导体衬底20进行退火，以激活源区 26和漏区27中注入的离子，并同时使得所述牺牲金属侧墙2 吸收氧元素，降低器件的等效氧化层厚度。可以通过控制退火过程中的反应条件，使得被氧化后的牺牲金属侧墙2 保持其氧化之前具有的应力，如对于NMOS晶体管，氧化后的牺牲金属侧墙2 保持张应力， 对于PMOS晶体管，氧化后的牺牲金属侧墙2 保持压应力。之后，参考图9，本实施例还在所述MOS晶体管上形成应力层28，以进一步提高载流子迁移率，改善器件性能。具体的，根据MOS晶体管的类型，若为PMOS晶体管，则所述应力层观为压应力层，覆盖所述半导体衬底20、栅堆叠结构22、L型侧墙23a、牺牲金属侧墙 Ma、介质侧墙25的表面，所述压应力层的材料可以为具有压应力的氧化硅、氧化钽或氧化锆等；若为NMOS晶体管，则所述应力层观为张应力层，覆盖所述半导体衬底20、栅堆叠结构22、L型侧墙23a、牺牲金属侧墙Ma、介质侧墙25的表面，所述张应力层的材料可以为具有张应力的氮化硅、氧化铝、氧化铬或氧化锆。所述应力层观能够进一步在沟道长度方向产生应力，提高载流子迁移率。类似的，在其他相关的热工艺中，所述牺牲金属侧墙2 吸收氧元素后也保持其氧化前具有的应力。至此，第一实施例中形成的MOS晶体管的结构如图9所示，包括半导体衬底20 ； 位于所述半导体衬底20上的栅堆叠结构22，所述栅堆叠结构22包括依次位于所述半导体衬底20上的栅介质层2 和栅电极22b ；源区沈和漏区27，位于所述栅堆叠结构22两侧的半导体衬底20中；牺牲金属侧墙Ma，位于所述栅堆叠结构22的侧壁，且具有张应力或压应力，若所述MOS晶体管为NMOS晶体管，则所述牺牲金属侧墙2 具有张应力，若所述MOS 晶体管为PMOS晶体管，则所述牺牲金属侧墙2 具有压应力。此外，本实施例中的MOS晶体管还包括位于所述牺牲金属侧墙2 与半导体衬底20、栅堆叠结构22之间的L型侧墙 23a ；位于所述半导体衬底20上、所述牺牲金属侧墙2 的外围侧壁上的介质侧墙25 ；以及覆盖所述半导体衬底20、栅堆叠结构22、L型侧墙23a、牺牲金属侧墙Ma、介质侧墙25表面的应力层28，若为NMOS晶体管，则所述应力层观为张应力层，若为PMOS晶体管，则所述应力层观为压应力层。当然，在其他具体实施例中，还可以在半导体衬底上同时形成NMOS晶体管和PMOS 晶体管，其各自的栅堆叠结构的侧壁上分别形成牺牲金属侧墙，且根据MOS晶体管的类型具有相应的应力；此外，还可以在NMOS晶体管上形成张应力层，在PMOS晶体管上形成压应力层，以进一步提高载流子迁移率。第二实施例图10示出了本发明的MOS晶体管的形成方法的第二实施例的流程示意图，第二实施例采用后栅工艺，如图10所示，包括步骤S31，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质层，所述介质层中形成有开口，所述开口底部暴露出所述半导体衬底，所述开口两侧的半导体衬底中形成有源区和漏区；步骤S32，在所述开口的侧壁上形成牺牲金属侧墙，所述牺牲金属侧墙具有张应力或压应力；步骤S33，形成栅介质层，覆盖所述牺牲金属侧墙和所述开口底部的半导体衬底；步骤S34，在所述开口中填充栅电极。图11至图16示出了第二实施例的中间结构的剖面图，下面结合图10和图11至图16对本发明的MOS晶体管的形成方法的第二实施例进行详细说明。结合图10和图11，执行步骤S31，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质层，所述介质层中形成有开口，所述开口底部暴露出所述半导体衬底，所述开口两侧的半导体衬底中形成有源区和漏区。具体的，提供半导体衬底30，所述半导体衬底30上形成有介质层32，所述介质层32中形成有开口 33，所述开口 33底部暴露出所述半导体衬底30，所述开口 33两侧的半导体衬底30中形成有源区35和漏区36。所述半导体衬底30的材料以是硅衬底、锗硅衬底、III-V族元素化合物衬底、碳化硅衬底或其叠层结构，或绝缘体上硅结构，或金刚石衬底，或本领域技术人员公知的其他半导体材料衬底。本实施例中，所述半导体衬底30为硅衬底，其中还形成有隔离结构31，所述隔离结构31可以是浅沟槽隔离结构，或本领域技术人员公知的其他用于器件隔离或有源区隔离的隔离结构。所述开口 33的形成方法可以是通过常规后栅工艺中相同的方法形成，即去除所述介质层32中的伪栅结构之后，形成开口 33。此外，本实施例中，所述开口 33侧壁的介质层32中还形成有介质侧墙34，其材料可以是氧化硅、氮化硅或其组合。与第一实施例类似的，所述开口 33底部的半导体衬底30的表面也形成有界面氧化层。结合图10、图12和图13，执行步骤S32，在所述开口的侧壁上形成牺牲金属侧墙， 所述牺牲金属侧墙具有张应力或压应力。具体的，首先参考图12，依次形成金属层隔离介质层37和金属层38，所述隔离介质层37覆盖所述介质层32的表面和所述开口 33的底部和侧壁，所述金属层38形成于所述隔离介质层37之上。所述隔离介质层37的材料可以是氧化硅、氮化硅等。所述金属层38具有应力，根据MOS晶体管的类型，若为NMOS晶体管，则所述金属层38应当具有张应力，其材料可以是铝、铬、锆等，优选的，所述金属层38的材料为铬或锆， 其形成方法为溅射法，可以通过控制溅射过程中的反应条件，如压强、功率等使得形成的金属层38具有张应力。若为PMOS晶体管，则所述金属层38应当具有压应力，其材料可以是铝、钽或锆，优选为β相位钽，其形成方法可以包括使用溅射法形成β相位钽薄膜，通过控制溅射过程的反应条件，如压强、功率等，使得形成的β相位钽薄膜具有压应力；之后对所述β相位钽薄膜进行热处理，所述热处理可以是将所述β相位钽薄膜加热至380°C至420°C，加热速率为8°C /min至12°C /min。热处理过程可以加强β相位钽薄膜的压应力，为了得到更高的压应力，可以重复所述加热过程至少1次，如3次，7次。在一具体实施例中，通过溅射形成的β相位钽薄膜的压应力为-1至_4GPa，经过包括7次加热过程的热处理之后，其压应力上升至-6至-7GPa。之后参考图13，对所述金属层进行各向异性刻蚀，去除开口 33底部以及位于介质层32表面上方的金属层，在所述开口 33的侧壁上形成牺牲金属侧墙38a ；在形成牺牲金属侧墙38a之后，对所述隔离介质层进行刻蚀，去除所述开口 33底部以及介质层32表面上的隔离介质层，剩余的隔离介质层形成L型侧墙37a，所述L型侧墙37a位于所述牺牲金属侧墙38a与介质侧墙34之间，以及牺牲金属侧墙38a与半导体衬底30之间。由于所述牺牲金属侧墙38a在后续去氧过程中，可能并不会被完全氧化，所述L型侧墙37a可以隔离所述牺牲金属侧墙38a和源区35及漏区36，防止它们之间短接。当然，在其他具体实施例中，也可以不形成所述L型侧墙37a，而是直接将所述牺牲金属侧墙38形成在所述开口 33的侧壁上，直接位于所述半导体衬底30上。结合图10和图14，执行步骤S33和步骤S34，形成栅介质层，覆盖所述牺牲金属侧墙和所述开口底部的半导体衬底；在所述开口中填充栅电极。具体的，形成栅介质层39，覆盖所述牺牲金属侧墙38a和所述开口底部的半导体衬底30 ；之后在所述开口中填充栅电极40，栅介质层39和栅电极40构成了本实施例的栅堆叠结构。本实施例中，所述栅介质层39的材料为高k材料，如氧化铪(Hf02)、氧化锆 (ZrO2)、氧化镧(La2O3)，或本领域技术人员公知的其他高k材料，所述栅电极40的材料为金属或其他导电材料，如钛(Ti)、镍(Ni)、铝(Al)、钨(W)等，或本领域技术人员公知的其他可以用作栅电极的导电材料包括TiN，TiAlN等。在形成所述栅介质层39之后，可以对所述半导体衬底30进行退火，以使得所述牺牲金属侧墙38a吸收所述界面氧化层中的氧元素和栅介质层39内部的氧元素，与第一实施例类似的，所述牺牲金属侧墙38a在经过退火及其他热工艺之后，保持其在氧化前具有的应力。之后，作为一个优选的实施例，还可以在所述MOS晶体管上形成应力层。具体的， 参考图15和图16，去除所述介质层；形成应力层41，覆盖所述半导体衬底30、牺牲金属侧墙38a、栅电极40、栅介质层39、L型侧墙37a和介质侧墙34的表面。根据MOS晶体管的类型，若为NMOS晶体管，则所述应力层41为张应力层，其材料可以是具有张应力的氮化硅、氧化铝、氧化铬或氧化锆等；若为PMOS晶体管，则所述应力层41为压应力层，其材料可以是具有压应力的氮化硅、氧化钽或氧化锆等。至此，第二实施例中形成的MOS晶体管如图16所示，包括半导体衬底30 ；位于所述半导体衬底30上的栅堆叠结构，所述栅堆叠结构包括栅介质层39和位于其上的栅电极 40 ；源区35和漏区36，位于所述栅堆叠结构两侧的半导体衬底30中；牺牲金属侧墙38a， 位于所述栅堆叠结构的侧壁，且具有张应力或压应力，若所述MOS晶体管为NMOS晶体管，则所述牺牲金属侧墙38a具有张应力，若所述MOS晶体管为PMOS晶体管，则所述牺牲金属侧墙38a具有压应力。此外，本实施例中的MOS晶体管还包括位于所述牺牲金属侧墙38a外围侧壁的介质侧墙34，以及位于所述牺牲金属侧墙38a和介质侧墙34之间以及牺牲金属侧墙38a和半导体衬底30之间的L型侧墙37a ；以及覆盖所述MOS晶体管的应力层41，若为NMOS晶体管，则所述应力层41为张应力层，若为PMOS晶体管，则所述应力层41为压应力层。当然，在其他具体实施例中，还可以在半导体衬底上同时形成NMOS晶体管和PMOS 晶体管，其各自的栅堆叠结构的侧壁上分别形成牺牲金属侧墙，且根据MOS晶体管的类型具有相应的应力；此外，还可以在NMOS晶体管上形成张应力层，在PMOS晶体管上形成压应力层，以进一步提高载流子迁移率。综上，本技术方案在栅堆叠结构的侧壁上形成牺牲金属侧墙，以吸收和去除栅堆叠结构中的氧元素，避免了现有技术可能导致等效氧化层厚度增加、器件性能的一致性较差的问题。而且本技术方案的牺牲金属侧墙还具有应力，有利于提高MOS晶体管的载流子迁移率，改善器件性能。进一步的，本技术方案可以同时适用于前栅工艺和后栅工艺，便于工艺集成，工业可用性强。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种MOS晶体管，包括 半导体衬底；位于所述半导体衬底上的栅堆叠结构，所述栅堆叠结构包括依次位于所述半导体衬底上的栅介质层和栅电极；源区和漏区，位于所述栅堆叠结构两侧的半导体衬底中； 其特征在于，还包括牺牲金属侧墙，位于所述栅堆叠结构的侧壁，且具有张应力或压应力。
2.根据权利要求1所述的MOS晶体管，其特征在于，所述MOS晶体管为NMOS晶体管，所述牺牲金属侧墙具有张应力。
3.根据权利要求2所述的MOS晶体管，其特征在于，所述牺牲金属侧墙的材料为铝、铬、 锆或它们的氧化物。
4.根据权利要求1所述的MOS晶体管，其特征在于，所述MOS晶体管为PMOS晶体管，所述牺牲金属侧墙具有压应力。
5.根据权利要求4所述的MOS晶体管，其特征在于，所述牺牲金属侧墙的材料为铝、钽或锆或它们的氧化物。
6.根据权利要求1所述的MOS晶体管，其特征在于，还包括L型侧墙，位于所述牺牲金属侧墙与所述栅堆叠结构和半导体衬底之间。
7.根据权利要求1所述的MOS晶体管，其特征在于，还包括 介质侧墙，位于所述半导体衬底上、所述牺牲金属侧墙的外围侧壁上。
8.根据权利要求7所述的MOS晶体管，其特征在于，还包括L型侧墙，位于所述介质侧墙和所述牺牲金属侧墙之间，以及所述牺牲金属侧墙和半导体衬底之间。
9.一种MOS晶体管的形成方法，其特征在于，包括 提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成栅堆叠结构，所述栅堆叠结构包括依次位于所述半导体衬底上的栅介质层和栅电极；在所述栅堆叠结构的侧壁上形成牺牲金属侧墙，所述牺牲金属侧墙具有张应力或压应力；在所述栅堆叠结构两侧的半导体衬底中形成源区和漏区。
10.根据权利要求9所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述在所述栅堆叠结构的侧壁上形成牺牲金属侧墙包括形成金属层，覆盖所述半导体衬底的表面和所述栅堆叠结构的表面和侧壁； 对所述金属层进行各向异性刻蚀，去除所述半导体衬底表面和栅堆叠结构表面的金属层，在所述栅堆叠结构的侧壁上形成所述牺牲金属侧墙。
11.根据权利要求10所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，在形成所述金属层之前还包括形成隔离介质层，覆盖所述半导体衬底的表面和栅堆叠结构的表面和侧壁，所述金属层形成于所述隔离介质层之上；在对所述金属层进行各向异性刻蚀之后，还包括对所述隔离介质层进行各向异性刻蚀，去除所述栅堆叠结构和半导体衬底表面的隔离介质层，在所述牺牲金属侧墙与栅堆叠结构和半导体衬底之间形成L型侧墙。
12.根据权利要求10所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述MOS晶体管为 NMOS晶体管，所述金属层具有张应力。
13.根据权利要求12所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述金属层的材料为招、恪、错。
14.根据权利要求10所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述MOS晶体管为 PMOS晶体管，所述金属层具有压应力。
15.根据权利要求14所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述金属层的材料为铝、钽或锆。
16.根据权利要求9所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，在形成所述牺牲金属侧墙之后，形成所述源区和漏区之前，还包括在所述半导体衬底上、所述牺牲金属侧墙的外围侧壁上形成介质侧墙。
17.—种MOS晶体管的形成方法，其特征在于，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质层，所述介质层中形成有开口，所述开口底部暴露出所述半导体衬底，所述开口两侧的半导体衬底中形成有源区和漏区；在所述开口的侧壁上形成牺牲金属侧墙，所述牺牲金属侧墙具有张应力或压应力；形成栅介质层，覆盖所述牺牲金属侧墙和所述开口底部的半导体衬底；在所述开口中填充栅电极。
18.根据权利要求17所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述在所述开口的侧壁上形成牺牲金属侧墙包括形成金属层，覆盖所述介质层的表面和所述开口的底部和侧壁；对所述金属层进行各向异性刻蚀，去除所述介质层表面和开口底部的金属层，在所述开口侧壁上形成所述牺牲金属侧墙。
19.根据权利要求18所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述MOS晶体管为 NMOS晶体管，所述金属层具有张应力。
20.根据权利要求19所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述金属层的材料为招、恪、错。
21.根据权利要求18所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述MOS晶体管为 PMOS晶体管，所述金属层具有压应力。
22.根据权利要求21所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述金属层的材料为铝、钽或锆。
23.根据权利要求18所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，在形成所述金属层之前,还包括形成隔离介质层，覆盖所述介质层的表面和所述开口的底部和侧壁，所述金属层形成于所述隔离介质层之上；在对所述金属层进行各向异性刻蚀形成所述牺牲金属侧墙之后，还包括对所述隔离介质层进行刻蚀，去除所述介质层表面和开口底部的隔离介质层，在所述牺牲金属侧墙与所述介质层和半导体衬底之间形成L型侧墙。
全文摘要
一种MOS晶体管及其形成方法，所述MOS晶体管包括半导体衬底；位于所述半导体衬底上的栅堆叠结构，所述栅堆叠结构包括依次位于所述半导体衬底上的栅介质层和栅电极；源区和漏区，位于所述栅堆叠结构两侧的半导体衬底中；牺牲金属侧墙，位于所述栅堆叠结构的侧壁，且具有张应力或压应力。本发明有利于降低等效氧化层厚度，增强器件一致性，提高载流子迁移率，增强器件性能。
文档编号H01L21/336GK102544098SQ20101061828
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者杨达, 梁擎擎, 赵超, 钟汇才 申请人:中国科学院微电子研究所