本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種PMOS晶體管及其形成方法。

背景技術(shù)：

MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)晶體管，是現(xiàn)代集成電路中最重要的元件之一，MOS晶體管的基本結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括：位于半導(dǎo)體襯底表面的柵介質(zhì)層以及位于柵介質(zhì)層表面的柵電極層；位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源漏區(qū)。

現(xiàn)有的MOS晶體管的制造技術(shù)中，通常首先在半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)層，在柵介質(zhì)層上形成柵電極層，然后通過刻蝕柵介質(zhì)層和柵電極層形成柵極結(jié)構(gòu)，接著在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中離子注入形成源漏區(qū)，形成MOS晶體管。其中，所述柵介質(zhì)層的材料通常為氧化物，如SiO₂。

隨著MOS晶體管集成度越來越高，MOS晶體管工作需要的電壓和電流不斷降低，晶體管開關(guān)的速度隨之加快，隨之對半導(dǎo)體工藝方面要求大幅度提高。因此，業(yè)界找到了替代SiO₂的高介電常數(shù)材料(High-K Material)作為柵介質(zhì)層，以更好的隔離柵極結(jié)構(gòu)和MOS晶體管的其它部分，減少漏電。同時(shí)，為了與高K(K大于3.9)介電常數(shù)材料兼容，采用金屬材料替代原有多晶硅作為柵電極層。高K柵介質(zhì)層金屬柵電極的MOS晶體管的漏電進(jìn)一步降低，柵極驅(qū)動能力得以有效的改善。

但是，由于高K柵介質(zhì)層與半導(dǎo)體襯底的界面具有大量的界面態(tài)，這些界面態(tài)在MOS晶體管的制作過程中會與氫形成不穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而改變MOS晶體管的性能。尤其在PMOS晶體管中存在較為嚴(yán)重的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性(NBTI，Negative Bias Temperature Instability)效應(yīng)。因此，現(xiàn)有技術(shù)形成的PMOS晶體管的性能和可靠性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種PMOS晶體管及其形成方法，提高PMOS晶體管的性能和可靠性。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種PMOS晶體管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有偽柵極結(jié)構(gòu)；在所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源漏區(qū)；形成中間層，所述中間層覆蓋所述偽柵極結(jié)構(gòu)和所述半導(dǎo)體襯底；在所述中間層表面形成多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進(jìn)行紫外線固化。

可選的，所述中間層為含氟的SiON。

可選的，所述中間層的厚度為1nm～5nm。

可選的，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝形成所述中間層，形成所述中間層采用的氣體為N₂O、N₂、SiF₄和SiH₄，N₂O的流量為9000sccm～12000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，SiF₄的流量為800sccm～1200sccm，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，沉積腔室的壓強(qiáng)為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時(shí)間為5秒～100秒。

可選的，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的總厚度為10nm～20nm。

可選的，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層中的每一層厚度相等。

可選的所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的層數(shù)為2層～4層。

可選的，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的層數(shù)為兩層，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層包括位于所述中間層表面的第一刻蝕阻擋層和位于所述第一刻蝕阻擋層上的第二刻蝕阻擋層。

可選的，形成所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的方法為：在所述中間層表面形成第一刻蝕阻擋層；對第一刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化；在所述第一刻蝕阻擋層上形成第二刻蝕阻擋層；對第二刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化。

可選的，所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層的材料為氮化硅。

可選的，在形成多層堆疊的刻蝕阻擋層的過程中，采用等離子體氣相化學(xué)沉積工藝形成所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層，沉積氣體為SiH₄和N₂，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，沉 積腔室壓強(qiáng)為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時(shí)間為5秒～100秒。

可選的，在形成多層堆疊的刻蝕阻擋層的過程中，對所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化的工藝參數(shù)為：固化溫度為300攝氏度～400攝氏度，紫外光源波長為250nm～400nm，固化時(shí)間為1min～5min。

可選的，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的層數(shù)為三層，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層包括位于所述中間層表面的第一刻蝕阻擋層、位于所述第一刻蝕阻擋層上的第二刻蝕阻擋層和位于所述第二刻蝕阻擋層上的第三刻蝕阻擋層。

可選的，形成所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的方法為：在所述中間層表面形成第一刻蝕阻擋層；對第一刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化；在所述第一刻蝕阻擋層上形成第二刻蝕阻擋層；對第二刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化；在所述第二刻蝕阻擋層上形成第三刻蝕阻擋層；對第三刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化。

可選的，所述第一刻蝕阻擋層、第二刻蝕阻擋層和第三刻蝕阻擋層的材料為氮化硅。

可選的，在形成多層堆疊的刻蝕阻擋層的過程中，采用等離子體氣相化學(xué)沉積工藝形成所述第一刻蝕阻擋層、第二刻蝕阻擋層和第三刻蝕阻擋層，沉積氣體為SiH₄和N₂，SiH₄的流量為SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，沉積腔室壓強(qiáng)為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時(shí)間為3秒～70秒。

可選的，在形成多層堆疊的刻蝕阻擋層的過程中，對所述第一刻蝕阻擋層、第二刻蝕阻擋層和第三刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化的工藝參數(shù)為：固化溫度為300攝氏度～400攝氏度，紫外光源波長為250nm～400nm，固化時(shí)間為0.6min～3.5min。

可選的，還包括：形成所述源漏區(qū)后，形成金屬硅化物層，所述金屬硅化物層覆蓋所述偽柵極結(jié)構(gòu)和所述源漏區(qū)。

可選的，所述偽柵極結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底表面的高K柵介質(zhì)層和位于所述高K柵介質(zhì)層上的多晶硅層；在中間層表面形成多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對刻蝕阻擋層的每一層分別進(jìn)行紫外線固化之后，還包括：在所述偽柵極 結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上覆蓋層間介質(zhì)層；去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)中多晶硅層，形成溝槽；向所述溝槽中填充金屬柵極形成金屬柵極結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供了一種采用上述方法所形成的PMOS晶體管，包括：半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有金屬柵極結(jié)構(gòu)；位于所述金屬柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中的源漏區(qū)；覆蓋所述金屬柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁和所述半導(dǎo)體襯底的中間層；位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的PMOS晶體管的形成方法，由于形成中間層，所述中間層覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體襯底。所述中間層可以阻擋形成的刻蝕阻擋層中的氫擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面，進(jìn)而阻擋所述界面中形成不穩(wěn)定的Si-H鍵，使得PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)降低。

另外，在所述中間層表面形成了多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進(jìn)行紫外線固化。對所述刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化可以使得刻蝕阻擋層中含有的Si-H鍵打斷，并釋放氫，降低了刻蝕阻擋層中氫的含量，而且所述刻蝕阻擋層具有多層堆疊結(jié)構(gòu)，每一層刻蝕阻擋層形成之后進(jìn)行紫外線固化，可以增強(qiáng)刻蝕阻擋層中氫釋放的程度，且不會導(dǎo)致刻蝕阻擋層表面產(chǎn)生嚴(yán)重變形。從而降低了半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面中形成不穩(wěn)定Si-H鍵的幾率，有效的改善了PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述中間層的材料為含氟的SiON，以包含有N₂O的前驅(qū)體氣體形成的SiON對氫的擴(kuò)散具有較強(qiáng)的阻隔能力，所述中間層中的氟通過擴(kuò)散可以進(jìn)入高K柵介質(zhì)層中，氟在高K柵介質(zhì)層的界面處形成穩(wěn)定的氟化物化學(xué)鍵，如鉿-氟鍵(Hf-F)和硅-氟鍵(Si-F)，替代不穩(wěn)定的硅-氫鍵(Si-H)，避免了熱激發(fā)的空穴和硅-氫鍵(Si-H)作用生成氫原子，減少懸掛鍵的存在，改善PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)。

本發(fā)明提供的PMOS晶體管具有覆蓋所述金屬柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁和所述半導(dǎo)體襯底的中間層，位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。所述中間層可以阻擋刻蝕阻擋層中的氫擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面，進(jìn)而阻擋所述界面中形成不穩(wěn)定的Si-H鍵，另外，所述刻蝕阻擋層中氫的含 量較少，使得氫擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面的幾率較少，且刻蝕阻擋層表面沒有嚴(yán)重形變。所述PMOS晶體管中半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面中不穩(wěn)定Si-H鍵較少，改善了所述PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1至圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中PMOS晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6至圖14為本發(fā)明另一實(shí)施例中PMOS晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有技術(shù)中形成的高K柵介質(zhì)層金屬柵極PMOS晶體管性能和可靠性較差。

圖1至圖5為本發(fā)明一實(shí)施例PMOS晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成偽柵極結(jié)構(gòu)110。

所述偽柵極結(jié)構(gòu)110包括位于半導(dǎo)體襯底100表面的高K柵介質(zhì)層111以及位于高K柵介質(zhì)層111表面的多晶硅層112。

所述半導(dǎo)體襯底100的材料為硅。

本實(shí)施例中，還包括在偽柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)形成側(cè)墻(未圖示)。

繼續(xù)參考圖1，在偽柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100上形成源漏區(qū)120。

參考圖2，形成刻蝕阻擋層130，刻蝕阻擋層130覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)110和半導(dǎo)體襯底100。

所述刻蝕阻擋層130的材料為氮化硅。在后續(xù)工藝中需要刻蝕層間介質(zhì)層以形成接觸開口，刻蝕阻擋層130與后續(xù)半導(dǎo)體襯底100上形成的層間介 質(zhì)層相比具有較低的刻蝕速率，刻蝕阻擋層130可以防止過刻而保護(hù)刻蝕阻擋層130下方的PMOS晶體管結(jié)構(gòu)表面。

采用等離子體化學(xué)氣相沉積工藝形成刻蝕阻擋層130。

參考圖3，在偽柵極結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100上形成層間介質(zhì)層140。

在半導(dǎo)體襯底100和偽柵極結(jié)構(gòu)110上沉積層間介質(zhì)材料層，對所述層間介質(zhì)材料層進(jìn)行平坦化工藝，直至暴露出偽柵極結(jié)構(gòu)110的頂部表面，形成層間介質(zhì)層140。

參考圖4，去除偽柵極結(jié)構(gòu)110中多晶硅層112，形成溝槽150。

參考圖5，向溝槽150中填充金屬柵極160。

研究發(fā)現(xiàn)，上述實(shí)施例中形成的PMOS依然存在性能差的原因在于：

所述高K柵介質(zhì)層與所述半導(dǎo)體襯底的界面具有大量的界面態(tài)，這些界面態(tài)在PMOS晶體管的制作過程中會與氫形成不穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而改變PMOS晶體管的性能。在PMOS晶體管中存在較為嚴(yán)重的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性(NBTI，Negative Bias Temperature Instability)效應(yīng)。負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)是PMOS晶體管在高溫，強(qiáng)場及負(fù)柵壓作用下表現(xiàn)出一系列電學(xué)參數(shù)退化的現(xiàn)象，如柵電流增大，閾值電壓負(fù)方向漂移，亞閾值斜率減小等現(xiàn)象。

負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)的產(chǎn)生主要是由于PMOS晶體管在高溫和負(fù)柵壓的作用下反型層的空穴受到激發(fā)，隧穿到所述半導(dǎo)體襯底和所述高K柵介質(zhì)層的界面，由于該界面存在大量的Si-H鍵，熱激發(fā)的空穴與Si-H鍵作用生成氫原子，從而在界面留下懸掛鍵，由于氫原子不穩(wěn)定，兩個(gè)氫原子會結(jié)合形成氫氣并將氫氣釋放，引起閾值電壓的負(fù)向漂移。

上述實(shí)施例中，在沉積刻蝕阻擋層的過程中，沉積氣體氣相中存在大量的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的反應(yīng)分子、原子和離子，造成反應(yīng)過程的復(fù)雜性，刻蝕阻擋層中含有的硅原子和氮原子的比值隨著不同的沉積條件而變化，偏離正常的化學(xué)計(jì)量比，所述刻蝕阻擋層中除了Si-N鍵外，還有大量的Si-H鍵、N-H鍵及硅懸掛鍵，刻蝕阻擋層中含有大量的氫，另外環(huán)境中的水汽也會增加刻 蝕阻擋層中氫的含量，刻蝕阻擋層中的氫會擴(kuò)散進(jìn)入硅和高K柵介質(zhì)層的界面，使得該界面形成更多不穩(wěn)定的Si-H鍵，增加了PMOS晶體管的負(fù)偏壓不穩(wěn)定效應(yīng)。

為了減小PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)，可以采用減小所述刻蝕阻擋層的厚度來減小刻蝕阻擋層中氫的含量，從而減小PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)，但是這會降低所述刻蝕阻擋層對溝道的應(yīng)力作用，影響PMOS晶體管的性能。

因此，在上述實(shí)施例中形成PMOS晶體管存在較為嚴(yán)重的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)。

本發(fā)明提供了另一實(shí)施例的PMOS晶體管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有偽柵極結(jié)構(gòu)；在所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源漏區(qū)；形成中間層，所述中間層覆蓋所述偽柵極結(jié)構(gòu)和所述半導(dǎo)體襯底；在所述中間層表面形成多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進(jìn)行紫外線固化。

由于形成中間層，所述中間層覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體襯底。所述中間層可以阻擋形成的刻蝕阻擋層中的氫擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面，進(jìn)而阻擋所述界面中形成不穩(wěn)定的Si-H鍵，使得PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)降低。

另外，在所述中間層表面形成了多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進(jìn)行紫外線固化。對所述刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化可以使得刻蝕阻擋層中含有的Si-H鍵打斷，并釋放氫，降低了刻蝕阻擋層中氫的含量，而且所述刻蝕阻擋層具有多層堆疊結(jié)構(gòu)，每一層刻蝕阻擋層形成之后進(jìn)行紫外線固化，可以增強(qiáng)刻蝕阻擋層中氫釋放的程度，且不會導(dǎo)致刻蝕阻擋層表面產(chǎn)生嚴(yán)重變形。從而降低了半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面中形成不穩(wěn)定Si-H鍵的幾率，有效的改善了PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)。

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)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

請參考圖6，提供半導(dǎo)體襯底200，半導(dǎo)體襯底200表面具有偽柵極結(jié)構(gòu) 210。

所述半導(dǎo)體襯底200可以是單晶硅，多晶硅或非晶硅；所述半導(dǎo)體襯底200也可以是硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料；所述半導(dǎo)體襯底200可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅；所述半導(dǎo)體襯底200還可以是其它半導(dǎo)體材料，這里不再一一舉例。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底200是硅襯底。

偽柵極結(jié)構(gòu)210包括位于半導(dǎo)體襯底200表面的偽柵介質(zhì)層211和位于偽柵介質(zhì)層211上的偽柵電極層212。

本實(shí)施例中，偽柵介質(zhì)層211為高K柵介質(zhì)層，偽柵電極層212為多晶硅層，在后續(xù)工藝中需要去除偽柵電極層212形成凹槽，在該凹槽中填充金屬柵電極層，形成金屬柵極結(jié)構(gòu)。

在另一實(shí)施例中，偽柵介質(zhì)層211為氧化硅，偽柵電極層212為多晶硅層，在后續(xù)工藝中需要去除偽柵介質(zhì)層211和偽柵電極層212形成凹槽，在該凹槽中填充高K柵介質(zhì)層和金屬柵電極層，形成金屬柵極結(jié)構(gòu)。

形成偽柵極結(jié)構(gòu)210的方法為：采用沉積工藝在半導(dǎo)體襯底200上沉積偽柵介質(zhì)材料層和偽柵電極材料層，在所述偽柵電極材料層表面形成圖形化的掩膜層，所述圖形化的掩膜層定義形成的偽柵極結(jié)構(gòu)210的位置，以圖形化的掩膜層為掩膜刻蝕所述偽柵介質(zhì)材料層和偽柵電極材料層，形成偽柵極結(jié)構(gòu)210。

所述高K柵介質(zhì)層的材料為HfO₂、HfSiON、HfAlO₂、HfSiO₄、ZrO₂、Al₂O₃或La₂O₃，其它介電常數(shù)高于二氧化硅介電常數(shù)的材質(zhì)亦在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)。本實(shí)施例中，偽柵介質(zhì)層211的材料為HfO₂。

本實(shí)施例中，還包括：在偽柵極結(jié)構(gòu)210兩側(cè)形成側(cè)墻(未圖示)。所述側(cè)墻可以作為后續(xù)進(jìn)行源漏區(qū)離子注入的掩膜，保護(hù)偽柵極結(jié)構(gòu)210。

本實(shí)施例中，還包括：在半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)隔離相鄰的有源區(qū)。

所述半導(dǎo)體襯底200還可以摻雜N型離子，用于調(diào)節(jié)PMOS晶體管的閾 值電壓。

參考圖6，在偽柵極結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200中形成源漏區(qū)220。

本實(shí)施例中，以偽柵極結(jié)構(gòu)210和側(cè)墻(未圖示)為掩膜，在偽柵極結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)注入雜質(zhì)離子，形成源漏區(qū)220。

本實(shí)施例中，源漏區(qū)220中摻雜離子采用的是P型離子，例如B，In等。

在其它實(shí)施例中，可以采用嵌入式源漏區(qū)，具體的，形成所述嵌入式源漏區(qū)的過程包括：形成覆蓋所述偽柵極結(jié)構(gòu)和部分半導(dǎo)體襯底的掩膜層，所述掩膜層暴露出所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底；以所述掩膜層為掩膜，采用各向異性干法刻蝕工藝刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，形成開口，在開口中填充SiGe材料，在SiGe材料中進(jìn)行P型離子注入，形成嵌入式源漏區(qū)。所述嵌入式源漏區(qū)可以在PMOS晶體管的溝道區(qū)域引入應(yīng)力，提高晶體管的性能。

本實(shí)施例中，在形成源漏區(qū)220后進(jìn)行退火處理，激活摻雜離子和消除注入缺陷。

形成源漏區(qū)220后，還可以形成金屬硅化物層(未圖示)，所述金屬硅化物層(未圖示)覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)210和源漏區(qū)220。

所述金屬硅化物的導(dǎo)電性能介于金屬與硅之間，可以降低后續(xù)工藝中形成的導(dǎo)電插塞與源漏區(qū)220的接觸電阻。

參考圖7，形成中間層230，中間層230覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)210和半導(dǎo)體襯底200。

本實(shí)施例中，中間層230的材料為含氟的SiON。

中間層230的厚度為1nm～5nm。

采用沉積工藝，如等離子體氣相化學(xué)沉積工藝或低壓化學(xué)氣相沉積工藝沉積中間層230，中間層230覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)210和半導(dǎo)體襯底200。本實(shí)施例中采用等離子體化學(xué)氣相沉積工藝形成中間層230。

本實(shí)施例中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝形成所述中間層的具體工藝參數(shù)為：形成所述中間層采用的氣體為N₂O、N₂、SiF₄和SiH₄，N₂O的流量為9000sccm～12000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，SiF₄的流 量為800sccm～1200sccm，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，沉積腔室的壓強(qiáng)為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時(shí)間為5秒～100秒。

本實(shí)施例中，采用包含N₂O的氣體沉積形成含氟的SiON后，對形成的結(jié)構(gòu)取樣得到樣品1，對樣品1進(jìn)行核反應(yīng)分析(NRA)，參考圖8，圖8為在核反應(yīng)分析(NRA)中，通過擴(kuò)散氫元素到該結(jié)構(gòu)測得的氫元素在樣品1表面和近表面的吸收情況，橫坐標(biāo)代表樣品1的橫截面深度(Thickness by NRA)，縱坐標(biāo)反應(yīng)氫元素的吸收值(NRA signal(arb.unit))，圖8中，用P_s1和P_n1分別表示樣品1在表面和近表面的氫元素的吸曲線，為了分析樣品1在硅襯底和高K柵介質(zhì)層界面位置(界面位置Ⅰ)的氫元素的分布狀況，將P_n1曲線分解為近界面處的曲線P_n11和界面位置I的曲線P_n12。

在另一實(shí)施例中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝形成所述中間層的具體工藝參數(shù)為：形成所述中間層采用的氣體為NO、N₂、SiF₄和SiH₄，NO的流量為9000sccm～12000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，SiF₄的流量為800sccm～1200sccm，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，沉積腔室的壓強(qiáng)為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時(shí)間為5秒～100秒。

采用包含NO的氣體沉積形成含氟的SiON后，對形成的結(jié)構(gòu)取樣得到樣品2，對樣品2進(jìn)行核反應(yīng)分析(NRA)，參考圖9，圖9為在核反應(yīng)分析(NRA)中，通過擴(kuò)散氫元素到樣品2測得的氫元素在樣品表面和近表面的吸收情況，橫坐標(biāo)代表樣品2的橫截面深度(Thickness by NRA)，縱坐標(biāo)反應(yīng)氫元素的吸收值(NRA signal(arb.unit))，圖9中，用P_s2和P_n2分別表示樣品2在表面和近表面的氫元素的吸曲線，為了分析樣品2在硅襯底和高K柵介質(zhì)層界面位置(界面位置Ⅱ)的氫元素的分布狀況，將P_n2曲線分解為近界面處的曲線P_n21和界面位置Ⅱ的曲線P_n22。

結(jié)合參考圖8和圖9，對比P_n11、P_n12和P_n21、P_n22，分析得到，在樣品1中氫元素主要分布在界面位置I處，在樣品2中氫元素主要分布在接近界面位置Ⅱ的地方，所以采用包含有N₂O的氣體形成的SiON對氫的擴(kuò)散阻隔能力強(qiáng)于采用包含有NO的氣體形成的SiON對氫的擴(kuò)散阻隔能力。

進(jìn)一步的，SiON中含有氟，氟通過擴(kuò)散可以進(jìn)入高K柵介質(zhì)層211中，氟在高K柵介質(zhì)層211的界面處形成穩(wěn)定的氟化物化學(xué)鍵，如鉿-氟鍵(Hf-F)和硅-氟鍵(Si-F)，替代不穩(wěn)定的硅-氫鍵(Si-H)，避免了熱激發(fā)的空穴和硅-氫鍵(Si-H)作用生成氫原子，減少懸掛鍵的存在，進(jìn)而減小閾值電壓的漂移，改善PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)。

參考圖10和圖11，在中間層230表面形成多層堆疊的刻蝕阻擋層240，并對每一層刻蝕阻擋層240分別進(jìn)行紫外線固化。

刻蝕阻擋層240的材料包括氮化硅、氮氧化硅、氮碳化硅。

刻蝕阻擋層240的總厚度為10nm～20nm。

在本實(shí)施例中，參考圖10，刻蝕阻擋層240的層數(shù)為兩層，形成刻蝕阻擋層240的過程為：在中間層230表面形成第一刻蝕阻擋層241；對第一刻蝕阻擋層241進(jìn)行紫外線固化；在第一刻蝕阻擋層241上形成第二刻蝕阻擋層242；對第二刻蝕阻擋層242進(jìn)行紫外線固化。

本實(shí)施例中，刻蝕阻擋層240的材料為氮化硅。

形成第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242采用的工藝為沉積工藝，如等離子體氣相化學(xué)沉積、原子層沉積工藝或低壓化學(xué)氣相沉積工藝，本實(shí)施例中，采用等離子體氣相化學(xué)沉積工藝沉積第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242，具體的工藝參數(shù)為，沉積氣體為SiH₄和N₂，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，沉積腔室壓強(qiáng)為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時(shí)間為5秒～100秒。

對第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242進(jìn)行紫外線固化的工藝參數(shù)為：固化溫度為300攝氏度～400攝氏度，紫外光源波長為250nm～400nm，固化時(shí)間為1min～5min。

第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242的厚度可以相等或不等，在本實(shí)施例中，第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242的厚度相等。

在另一實(shí)施例中，參考圖11，刻蝕阻擋層240的層數(shù)為三層，刻蝕阻擋 層240包括位于中間層230上的第一刻蝕阻擋層241、位于第一刻蝕阻擋層241上的第二刻蝕阻擋層242和位于第二刻蝕阻擋層242上的第三刻蝕阻擋層243。

形成刻蝕阻擋層240的過程為：在中間層230表面形成第一刻蝕阻擋層241；對第一刻蝕阻擋層241進(jìn)行紫外線固化；在第一刻蝕阻擋層241上形成第二刻蝕阻擋層242；對第二刻蝕阻擋層242進(jìn)行紫外線固化；在第二刻蝕阻擋層241上形成第三刻蝕阻擋層242；對第三刻蝕阻擋層242進(jìn)行紫外線固化。

刻蝕阻擋層240的材料為氮化硅。

形成第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243采用的工藝為沉積工藝，如等離子體氣相化學(xué)沉積、原子層沉積工藝或低壓化學(xué)氣相沉積工藝，本實(shí)施例中，采用等離子體氣相化學(xué)沉積工藝沉積第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243，具體的工藝參數(shù)為，沉積氣體為SiH₄和N₂，SiH₄的流量為SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，沉積腔室壓強(qiáng)為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時(shí)間為3秒～70秒。

所述第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243的厚度可以相等或不等。

選擇所述第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243的厚度相等。

對所述第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243進(jìn)行紫外線固化的工藝參數(shù)為：固化溫度為300攝氏度～400攝氏度，紫外光源波長為250nm～400nm，固化時(shí)間為0.6min～3.5min。

在沉積第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243的過程中，沉積氣體氣相中存在大量的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的反應(yīng)分子、原子和離子，造成反應(yīng)過程的復(fù)雜性，第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243中含有的硅原子和氮原子的比值隨著不同的沉積條件而變化，偏離正常的化學(xué)計(jì)量比，第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243中除了Si-N鍵外，還有大量的Si-H鍵、N-H鍵及硅懸掛鍵， 即第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243含有大量的氫，另外環(huán)境中的水汽也會增加氫的含量，第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243中的氫會擴(kuò)散進(jìn)入硅和高K柵介質(zhì)層的界面，使得該界面形成更多不穩(wěn)定的Si-H鍵，增加了PMOS晶體管的負(fù)偏壓不穩(wěn)定效應(yīng)。由于在沉積第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243后都進(jìn)行紫外線固化，可以使得第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243中含有的Si-H鍵打斷，并釋放氫，有效的釋放了每一層刻蝕阻擋層240中的氫，從而降低了硅襯底和高K柵介質(zhì)層的界面中形成不穩(wěn)定Si-H鍵的幾率，有效的改善了PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)。

需要說明的是，如果采用減小刻蝕阻擋層的厚度來減小刻蝕阻擋層中氫的含量，會降低刻蝕阻擋層對溝道的應(yīng)力作用，影響PMOS晶體管的性能。在刻蝕阻擋層厚度范圍一定的情況下，且假設(shè)刻蝕阻擋層沒有多層堆疊的結(jié)構(gòu)，對刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化的時(shí)間和溫度會受到限制，表現(xiàn)在如果增加紫外線固化的時(shí)間和溫度會導(dǎo)致刻蝕阻擋層薄膜表面嚴(yán)重變形，故不能通過增加紫外線固化的時(shí)間和溫度來增加刻蝕阻擋層中氫釋放的程度。

由于刻蝕阻擋層240為多層堆疊的刻蝕阻擋層240，并在每一層刻蝕阻擋層240形成后分別進(jìn)行紫外線固化，有效的增加了對刻蝕阻擋層240中氫的釋放程度，且不會導(dǎo)致刻蝕阻擋層240表面產(chǎn)生嚴(yán)重變形。

另外，需要說明的是，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的刻蝕阻擋層240的層數(shù)，層數(shù)越多，其中含有的氫在后續(xù)固化的過程中釋放的越多，刻蝕阻擋層240中含有的氫越少，有利于改善PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)。但是為了兼顧生產(chǎn)效率和產(chǎn)品性能，選擇刻蝕阻擋層240的層數(shù)為2層～4層。

本實(shí)施例中，在所述中間層表面形成所述多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進(jìn)行紫外線固化之后，還包括以下步驟：在所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上覆蓋層間介質(zhì)層；去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)中多晶硅層，形成溝槽；向所述溝槽中填充金屬柵極形成金屬柵極結(jié)構(gòu)。

參考圖12，在偽柵極結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200上形成層間介質(zhì)層250。

在半導(dǎo)體襯底200和偽柵極結(jié)構(gòu)210上沉積層間介質(zhì)材料層，對所述層間介質(zhì)材料層進(jìn)行平坦化工藝，直至暴露出偽柵極結(jié)構(gòu)210的頂部表面，形成層間介質(zhì)層250。

層間介質(zhì)層250可以采用氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等材料。本實(shí)施例中，層間介質(zhì)層250為氧化硅。

參考圖13，去除偽柵極結(jié)構(gòu)210(參考圖12)中多晶硅層212(參考圖12)，形成溝槽260。

所述去除多晶硅層212的方法可以是濕刻和干刻。

本實(shí)施例中，采用干法刻蝕去除多晶硅層212，刻蝕氣體包括HBr，其作為主要的刻蝕氣體，刻蝕氣體還包括補(bǔ)充氣體O₂或Ar，以提高刻蝕的品質(zhì)。

參考圖14，向溝槽260(參考圖13)中填充金屬柵極272形成金屬柵極結(jié)構(gòu)270。

所述金屬柵極272通過沉積多個(gè)薄膜堆棧形成。所述薄膜包括功函數(shù)層和金屬柵電極層。所述功函數(shù)層的材料為Ti、Ta、TiN、TaN、TiAl、TaSiN、TiSiN、TiAlN或TaAlN。所述功函數(shù)層用來調(diào)節(jié)PMOS晶體管的功函數(shù)，降低PMOS晶體管的閾值電壓，降低功耗。所述功函數(shù)層可以采用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積工藝用沉積工藝形成。所述柵電極層為Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti、TiN、TaN、Ta、TaC、TaSiN、W、WN或WSi。所述柵電極層采用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積工藝，在所述功函數(shù)層表面形成柵電極層。所述金屬柵極結(jié)構(gòu)270包括位于半導(dǎo)體襯底200上的高K柵介質(zhì)層271和位于高K柵介質(zhì)層271上的金屬柵極272。

需要說明的是，本實(shí)施例金屬柵極272中的高K柵介質(zhì)層271和偽柵介質(zhì)層211為同一層。金屬柵極結(jié)構(gòu)270也可以采用去除偽柵極結(jié)構(gòu)210后重新形成高K柵介質(zhì)層271和金屬柵極272，重新形成的高K柵介質(zhì)層271和金屬柵極272構(gòu)成金屬柵極結(jié)構(gòu)272。

本發(fā)明又一實(shí)施例提供了一種PMOS晶體管,所述PMOS晶體管由上述方法形成，包括：半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有金屬柵極結(jié)構(gòu)；位于所述金屬柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中的源漏區(qū)；覆蓋所述金屬柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁和所述半導(dǎo)體襯底的中間層；位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。

請繼續(xù)參考圖14，所述PMOS晶體管包括：半導(dǎo)體襯底200，半導(dǎo)體襯底200表面具有金屬柵極結(jié)構(gòu)270；位于金屬柵極結(jié)構(gòu)270兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200中的源漏區(qū)220；覆蓋金屬柵極結(jié)構(gòu)270側(cè)壁和半導(dǎo)體襯底200的中間層230；位于中間層230表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層240。

所述金屬柵極結(jié)構(gòu)270結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底200上的金屬柵介質(zhì)層271和位于金屬柵介質(zhì)層271上的金屬柵極272。

所述中間層230為含氟的SiON。

本發(fā)明提供的PMOS晶體管具有覆蓋所述金屬柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁和所述半導(dǎo)體襯底的中間層，位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。所述中間層可以阻擋刻蝕阻擋層中的氫擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面，進(jìn)而阻擋所述界面中形成不穩(wěn)定的Si-H鍵，另外，所述刻蝕阻擋層中氫的含量較少，使得氫擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面的幾率較少，且刻蝕阻擋層表面沒有嚴(yán)重形變。所述PMOS晶體管中半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面中不穩(wěn)定Si-H鍵較少，改善了所述PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性。

綜上所述，本發(fā)明提供具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的PMOS晶體管的形成方法，由于形成了中間層，所述中間層覆蓋偽柵極結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體襯底。所述中間層可以阻擋形成的刻蝕阻擋層中的氫擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面，進(jìn)而阻擋所述界面中形成不穩(wěn)定的Si-H鍵，使得PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)降低。

另外，在所述中間層表面形成了多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進(jìn)行紫外線固化。對所述刻蝕阻擋層進(jìn)行紫外線固化可以使得刻蝕阻擋層中含有的Si-H鍵打斷，并釋放氫，降低了刻蝕阻擋層中氫的含量， 而且所述刻蝕阻擋層具有多層堆疊結(jié)構(gòu)，每一層刻蝕阻擋層形成之后進(jìn)行紫外線固化，可以增強(qiáng)刻蝕阻擋層中氫釋放的程度，且不會導(dǎo)致刻蝕阻擋層表面產(chǎn)生嚴(yán)重變形。從而降低了半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面中形成不穩(wěn)定Si-H鍵的幾率，有效的改善了PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述中間層的材料為含氟的SiON，以包含有N₂O的所述前驅(qū)體氣體形成的SiON對氫的擴(kuò)散具有較強(qiáng)的阻隔能力，所述中間層中的氟通過擴(kuò)散可以進(jìn)入高K柵介質(zhì)層中，氟在高K柵介質(zhì)層的界面處形成穩(wěn)定的氟化物化學(xué)鍵，如鉿-氟鍵(Hf-F)和硅-氟鍵(Si-F)，替代不穩(wěn)定的硅-氫鍵(Si-H)，避免了熱激發(fā)的空穴和硅-氫鍵(Si-H)作用生成氫原子，減少懸掛鍵的存在，進(jìn)而減小閾值電壓的漂移，改善PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)。

本發(fā)明提供的PMOS晶體管具有覆蓋所述金屬柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁和所述半導(dǎo)體襯底的中間層，位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。所述中間層可以阻擋刻蝕阻擋層中的氫擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面，進(jìn)而阻擋所述界面中形成不穩(wěn)定的Si-H鍵，另外，所述刻蝕阻擋層中氫的含量較少，使得氫擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面的幾率較少，且刻蝕阻擋層表面沒有嚴(yán)重形變。所述PMOS晶體管中半導(dǎo)體襯底和高K柵介質(zhì)層的界面中不穩(wěn)定Si-H鍵較少，改善了所述PMOS晶體管的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性。

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)。