Cmos晶體管及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CMOS晶體管及其形成方法，對(duì)柵極金屬層采用implant工藝進(jìn)行注氮處理，形成一氮化物層，其與柵極金屬層和隨后形成的掩膜層皆具有較好的粘附性，從而掩膜層的穩(wěn)定性大大增加，避免了peeling現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了器件的可靠性。
【專利說明】CMOS晶體管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種CMOS晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)有工藝的不斷進(jìn)步，業(yè)內(nèi)從開始避免使用CMOS晶體管逐漸的過度到使用CMOS晶體管。CMOS晶體管的形成工藝通常為首先形成犧牲多晶硅柵極，作用在初始加工過程中，隨后采用CMOS晶體管代替，如此既保留了多晶硅柵極的優(yōu)點(diǎn)，也具備了金屬在電性能上的優(yōu)勢(shì)。
[0003]目前而言，在包括P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMOS)和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NMOS)的CMOS晶體管中，大多都采用金屬柵極結(jié)構(gòu)。圖1所示為現(xiàn)有工藝的CMOS晶體管示意圖。所述CMOS晶體管10包括NMOSlOa和PMOSlOb，NMOSlOa和PMOSlOb皆包括源漏極和柵極，其中，在采用上述替代的方法形成柵極金屬層12后，繼續(xù)形成一掩膜層13以覆蓋，并在掩膜層13上形成一氧化層14，接著采用刻蝕工藝形成通孔以填充金屬制作金屬連線15。
[0004]然而，柵極金屬層12與掩膜層13的粘附性較差，比如用鋁做CMOS晶體管時(shí)，尤其是在形成通孔后，就會(huì)產(chǎn)生剝離(peeling) 16，這種缺陷通常是較為致命的，嚴(yán)重影響器件的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種CMOS晶體管及其形成方法，以解決現(xiàn)有工藝產(chǎn)生peeling的缺陷。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種CMOS晶體管的形成方法，包括:
[0007]提供襯底，所述襯底上順次形成有柵極介電層及犧牲多晶硅柵極；
[0008]移除所述犧牲多晶硅層；
[0009]形成金屬層，所述金屬層覆蓋所述柵極介電層；
[0010]對(duì)所述金屬層進(jìn)行注氮處理；
[0011 ] 對(duì)所述金屬層進(jìn)行熱處理，形成氮化物層及柵極金屬層。
[0012]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，所述注氮處理的工藝條件為:注入劑量為5 X IO13?5 X IO14,能量為2?IOKeV。
[0013]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，在離子注入腔室內(nèi)進(jìn)行注氮處理。
[0014]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，所述熱處理的工藝條件為:溫度300?500°C，處理時(shí)間為2?IOOs0
[0015]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，所述襯底包括N阱和P講，所述N阱和P阱上皆形成有柵極介電層和犧牲多晶硅柵極。
[0016]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，所述形成金屬層包括如下工藝步驟:[0017]去除所述N阱上的犧牲多晶硅柵極；
[0018]形成第一金屬層，所述第一金屬層覆蓋N阱上的柵極介電層；
[0019]去除部分第一金屬層，露出P阱上的犧牲多晶硅柵極；
[0020]去除所述P阱上的犧牲多晶硅柵極；
[0021]形成金屬層，所述金屬層覆蓋所述N阱和P阱上的柵極介電層。
[0022]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，所述金屬層的材料為鋁。
[0023]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，所述氮化物層的材料為氮化鋁。
[0024]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，所述襯底還包括多個(gè)柵極側(cè)墻，所述柵極側(cè)墻頂端所在平面與所述犧牲多晶硅柵極齊平。
[0025]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，對(duì)所述金屬層進(jìn)行熱處理，形成氮化物層及柵極金屬層的工藝包括如下步驟:
[0026]對(duì)所述金屬層進(jìn)行熱處理形成氮化物材料層；
[0027]對(duì)所述氮化物材料層采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除位于所述柵極側(cè)墻頂端所在平面上的氮化物材料層，保留位于所述柵極側(cè)墻之間的氮化物材料層，形成氮化物層。
[0028]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，經(jīng)所述注氮處理后，所述N阱和P阱上的柵極金屬層的一部分成為氮化鋁。
[0029]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管的形成方法，在所述金屬層進(jìn)行熱處理，形成氮化物層及柵極金屬層后，還包括如下工藝步驟:
[0030]形成一掩膜層，所述掩膜層覆蓋包括所述柵極側(cè)墻和氮化物層；
[0031 ] 在所述掩膜層上形成氧化層；
[0032]刻蝕包括所述氧化層和掩膜層形成連線孔。
[0033]本發(fā)明提供一種CMOS晶體管，包括:
[0034]襯底，形成于所述襯底上的柵極介電層，形成于所述柵極介電層上的柵極金屬層，及形成于所述柵極金屬層上的氮化物層。
[0035]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管，所述氮化物層的厚度為50?2000埃。
[0036]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管，所述襯底包括N阱、P阱及淺溝道隔離，所述N阱和P阱分列于所述淺溝道隔離兩側(cè)，所述N阱和P阱上分別形成有柵極介電層。
[0037]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管，所述N阱和P阱內(nèi)皆形成有源極和漏極。
[0038]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管，還包括金屬連線，所述金屬連線與所述源極、漏極和柵極金屬層相連接。
[0039]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管，所述金屬連線外圍形成有一保護(hù)層。
[0040]可選的，對(duì)于所述的CMOS晶體管，所述N阱和P阱上均形成有柵極側(cè)墻，所述柵極側(cè)墻緊靠所述柵極介電層、柵極金屬層及氮化物層。
[0041]本發(fā)明提供的一種CMOS晶體管及其形成方法中，對(duì)柵極金屬層采用implant (離子注入)工藝進(jìn)行注氮處理，形成一氮化物層，其與柵極金屬層和隨后形成的掩膜層皆具有較好的粘附性，從而掩膜層的穩(wěn)定性大大增加，避免了 peeling現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了器件的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0042]圖1為現(xiàn)有工藝的CMOS晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖2?9為本發(fā)明實(shí)施例的CMOS晶體管的形成過程中器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的CMOS晶體管及其形成方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0045]請(qǐng)參考圖2，本實(shí)施例提供一種具有金屬柵極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法。
[0046]具體的，提供一襯底，所述襯底包括:P阱20、N阱21及淺溝道隔離22，所述P阱20和N阱21分列于所述淺溝道隔離22兩側(cè)，所述P阱20和N阱21內(nèi)皆形成有源漏極，所述源漏極可以具有硅鍺等摻雜，所述N阱21的摻雜區(qū)可以為Σ狀。形成于所述襯底上的柵極介電層23，所述柵極介電層23包括諸如二氧化硅(SiO2)的氧化物，或者氮化物等。所述襯底上還形成有位于所述柵極介電層23上的犧牲多晶硅柵極26及柵極側(cè)墻24，所述柵極側(cè)墻24緊靠所述柵極介電層23和犧牲多晶硅柵極26，相鄰兩個(gè)緊靠不同犧牲多晶硅柵極的柵極側(cè)墻24可以相連，所述柵極側(cè)墻24可以為氧化物或者氮化物結(jié)構(gòu)，也可以O(shè)NO型結(jié)構(gòu)，其形狀可以為L(zhǎng)型或者D型，圖2所示的形狀僅是示意，并未局限于L型。相鄰兩個(gè)緊靠不同犧牲多晶硅柵極的柵極側(cè)墻24之間為填充氧化物25，可采取較為常見的材料。在此基礎(chǔ)上完成本發(fā)明的CMOS晶體管。相應(yīng)的所述P阱20及其上結(jié)構(gòu)形成為NM0S，所述N阱21及其上結(jié)構(gòu)形成為PM0S。
[0047]請(qǐng)參考圖3，去除所述N阱21上的犧牲多晶硅柵極，形成第一金屬層30，所述第一金屬層30覆蓋N阱21上的柵極介電層23，由圖中可見，所述第一金屬層30還覆蓋所述填充氧化層25、柵極側(cè)墻24及P阱20上的犧牲多晶硅柵極26，所述第一金屬層30可以采用濺射工藝形成，具體的，所述第一金屬層30的材料可以為鋁。
[0048]采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP)去除部分第一金屬層，露出P阱上的犧牲多晶硅柵極，保留N阱21上的位于柵極側(cè)墻24之間和柵極介電層23上的剩余部分第一金屬層301，接著，請(qǐng)參考圖4，去除所述P阱20上的犧牲多晶硅柵極，暴露出柵極介電層23。
[0049]請(qǐng)參考圖5，形成第二金屬層50，所述第二金屬層50覆蓋所述N阱21上的剩余部分第一金屬層301和P阱20上的柵極介電層23，由圖中可見，所述第二金屬層50還覆蓋填充氧化層25，柵極側(cè)墻24。所述第二金屬層50也可以采用濺射工藝形成，其材料與第一金屬層相同。其中，剩余部分第一金屬層301和第二金屬層50結(jié)合為金屬層，即所述金屬層覆蓋所述N阱21和P阱20上的柵極介電層23。
[0050]接著，對(duì)所述金屬層進(jìn)行注氮(Nitrogen Implantation)處理,所述注氮處理的工藝條件為:注入劑量為5 X IO13?5X 1014，能量為2?IOKeV,所述注氮處理在離子注入腔室內(nèi)進(jìn)行。注氮過程后，采用熱處理工藝形成如圖6所示的氮化物材料層60及柵極金屬層61，所述熱處理的工藝條件為:溫度300?500°C，處理時(shí)間為2?100s。
[0051]需要說明的是，采用implant工藝注氮處理具有較強(qiáng)的生產(chǎn)能力(throughput),能夠充分的完成所需要的注入量，從而在熱處理后將所述柵極側(cè)墻24頂端所在平面下的部分金屬也較精確的轉(zhuǎn)變?yōu)榈铩?br> [0052]請(qǐng)參考圖7，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除位于所述柵極側(cè)墻24頂端所在平面上的氮化物材料層，保留位于所述柵極側(cè)墻24之間的氮化物層材料，形成氮化物層70。在所述金屬層為鋁的情況下，氮化物層70為氮化鋁(A1N)，厚度可以為50?2000埃，其能夠與柵極金屬層61有著良好的粘結(jié)，也與后續(xù)形成的掩膜層粘附性較佳，故不會(huì)在后續(xù)工藝中由于粘附性差而產(chǎn)生peeling。
[0053]請(qǐng)參考圖8，經(jīng)采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除于所述柵極側(cè)墻24頂端所在平面上的氮化物層后，還包括如下工藝步驟:形成一掩膜層80，所述掩膜層80覆蓋包括所述柵極側(cè)墻24、位于所述柵極側(cè)墻24之間的氮化物層70及填充氧化物25 ;接著，在所述掩膜層80上形成一氧化層81。
[0054]之后，還可以繼續(xù)刻蝕包括所述氧化層81、掩膜層80、氮化物層70及填充氧化層25形成連線孔，以使得柵極金屬層61和源漏極與后續(xù)層(或模塊)相連通。具體的，請(qǐng)參考圖9，包括柵極金屬連91和源漏極金屬連線92，金屬連線可以為鎢，銅等，為了隔絕金屬與周圍介質(zhì)的物化反應(yīng)，優(yōu)選的，在金屬連線周圍形成一層保護(hù)層(未示出)，所述保護(hù)層可以為氮化鈦(TiN)等，其可以在刻蝕后所形成的連線孔內(nèi)先形成，之后再形成金屬連線。
[0055]經(jīng)上述方法可以得到一種CMOS晶體管，請(qǐng)參考圖9，其具有以下結(jié)構(gòu):襯底，所述襯底包括N阱21和P阱20 ;形成于N阱21上的PM0S90a，形成于P阱20上的NM0S90b，所述PM0S90a和NM0S90b皆包括位于阱上的柵極介電層23、位于所述柵極介電層23上的柵極金屬層61、位于所述柵極金屬層61上的氮化物層70，所述氮化物層70的厚度為50?2000埃。
[0056]如圖中所示，還包括:淺溝道隔離22，所述P阱20和N阱21分列于淺溝道隔離22兩偵彳。柵極側(cè)墻24，所述相鄰柵極金屬層61的相鄰柵極側(cè)墻24可以相連，相鄰柵極金屬層61的相鄰柵極側(cè)墻24之間為填充氧化層25。所述CMOS晶體管還包括金屬連線，具體的，包括柵極金屬連線91和源漏極金屬連線92，優(yōu)選的，在金屬連線周圍形成一層保護(hù)層(未示出)。
[0057]上述實(shí)施例提供的提供的CMOS晶體管及其形成方法中，對(duì)柵極金屬層采用implant工藝進(jìn)行注氮處理，形成一氮化物層，其與柵極金屬層和隨后形成的掩膜層皆具有較好的粘附性，從而掩膜層的穩(wěn)定性大大增加，避免了 peeling現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了器件的可靠性。
[0058]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底，所述襯底上順次形成有柵極介電層及犧牲多晶硅柵極； 移除所述犧牲多晶硅層； 形成金屬層，所述金屬層覆蓋所述柵極介電層； 對(duì)所述金屬層進(jìn)行注氮處理； 對(duì)所述金屬層進(jìn)行熱處理，形成氮化物層及柵極金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述注氮處理的工藝條件為:注入劑量為5 X IO13~5 X IO14,能量為2~IOKeV。
3.如權(quán)利要求2所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，在離子注入腔室內(nèi)進(jìn)行注氮處理。
4.如權(quán)利要求3所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述熱處理的工藝條件為:溫度300~500°C，處理時(shí)間為2~100s。
5.如權(quán)利要求1所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述襯底包括N阱和P阱，所述N阱和P阱上皆形成有柵極介電層和犧牲多晶硅柵極。
6.如權(quán)利要求5所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述形成金屬層包括如下工藝步驟: 去除所述N阱上的犧牲多晶硅柵極； 形成第一金屬層，所述第一金屬層覆蓋N阱上的柵極介電層； 去除部分第一金屬層，露出P阱上的犧牲多晶硅柵極； 去除所述P阱上的犧牲多晶硅柵極； 形成金屬層，所述金屬層覆蓋所述N阱和P阱上的柵極介電層。
7.如權(quán)利要求6所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述金屬層的材料為鋁。
8.如權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述襯底還包括多個(gè)柵極側(cè)墻，所述柵極側(cè)墻頂端所在平面與所述犧牲多晶硅柵極齊平。
9.如權(quán)利要求8所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，對(duì)所述金屬層進(jìn)行熱處理，形成氮化物層及柵極金屬層的工藝包括如下步驟: 對(duì)所述金屬層進(jìn)行熱處理形成氮化物材料層； 對(duì)所述氮化物材料層采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除位于所述柵極側(cè)墻頂端所在平面上的氮化物材料層，保留位于所述柵極側(cè)墻之間的氮化物材料層，形成氮化物層。
10.如權(quán)利要求9所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述氮化物層的材料為氮化鋁。
11.如權(quán)利要求10所述的CMOS晶體管的形成方法，其特征在于，在所述金屬層進(jìn)行熱處理，形成氮化物層及柵極金屬層后，還包括如下工藝步驟: 形成一掩膜層，所述掩膜層覆蓋包括所述柵極側(cè)墻和氮化物層； 在所述掩膜層上形成氧化層； 刻蝕包括所述氧化層和掩膜層形成連線孔。
12.—種如權(quán)利要求1所述的CMOS晶體管的形成方法所形成的CMOS晶體管，其特征在于，包括: 襯底，形成于所述襯底上的柵極介電層，形成于所述柵極介電層上的柵極金屬層，及形成于所述柵極金屬層上的氮化物層。
13.如權(quán)利要求12所述的CMOS晶體管，其特征在于，所述氮化物層的厚度為50~2000埃。
14.如權(quán)利要求12所述的CMOS晶體管，其特征在于，所述襯底包括N阱、P阱及淺溝道隔離，所述N阱和P阱分列于所述淺溝道隔離兩側(cè)，所述N阱和P阱上分別形成有柵極介電層。
15.如權(quán)利要求14所述的CMOS晶體管，其特征在于，所述N阱和P阱內(nèi)皆形成有源極和漏極。
16.如權(quán)利要求12所述的CMOS晶體管，其特征在于，還包括金屬連線，所述金屬連線與所述源極、漏極和柵極金屬層相連接。
17.如權(quán)利要求16所述的CMOS晶體管，其特征在于，所述金屬連線外圍形成有一保護(hù)層。
18.如權(quán)利要求12~17中任一項(xiàng)所述的CMOS晶體管，其特征在于，所述N阱和P阱上均形成有柵極側(cè)墻，所述柵極側(cè) 墻緊靠所述柵極介電層、柵極金屬層及氮化物層。
【文檔編號(hào)】H01L27/092GK103545258SQ201210244015
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月13日
【發(fā)明者】平延磊, 周鳴 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司