[发明专利]CMOS晶体管的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种CMOS晶体管的形成方法。

背景技术

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硅栅极的解决方案。其中，“后栅（gate last)”工艺为形成高K金属栅极晶体管的一个主要工艺。

现有采用后栅极工艺形成高K金属栅极晶体管的方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有伪栅结构和位于所述半导体衬底上并覆盖所述伪栅结构的层间介质层，所述伪栅结构包括位于所述半导体衬底表面的伪栅介质层和所述伪栅介质层表面的伪栅极，所述层间介质层的表面与伪栅结构表面齐平；去除所述伪栅结构后形成凹槽；在所述凹槽内依次形成高K栅介质层和金属层，所述金属层填充满沟槽，作为晶体管的金属栅极。

为了满足高性能器件的需要，金属栅还应该具有栅极功函数调节能力。在金属栅电极和栅介质层之间会形成单层或者多层的功函数层，用来调节NMOS晶体管或者PMOS晶体管的阈值电压。PMOS晶体管和NMOS晶体管的栅极功函数不一样，所以CMOS晶体管中，往往需要针对NMOS晶体管和PMOS晶体管分别形成不同的功函数层。通常，现有技术同时在NMOS晶体管和PMOS晶体管形成相同的功函数层，所述功函数层包括NMOS晶体管和PMOS晶体管之间通用功函数层，以及针对PMOS晶体管的功函数层；然后再在PMOS晶体管区域的功函数层上形成掩膜层，以所述掩膜层为掩膜，去除NMOS区域上的PMOS功函数层，从而使NMOS晶体管和PMOS晶体管具有不同的功函数层。现有技术中通常采用光刻胶或者底部抗反射层等有机材料作为掩膜层的材料，以提高填充效果。但是有机材料很难去除干净，所以在后续去除所述掩膜层时，会有掩膜层材料残留，影响后续工艺中形成的栅极的质量，影响CMOS晶体管的性能。

所以，现有技术形成的CMOS晶体管的性能有待进一步的提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供CMOS晶体管的形成方法，提高CMOS晶体管的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种CMOS晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括NMOS区域和PMOS区域，所述半导体衬底表面具有介质层，所述NMOS区域表面的介质层内具有第一凹槽，所述PMOS区域表面的介质层内具有第二凹槽；在所述第一凹槽和第二凹槽的内壁表面以及介质层表面依次形成栅介质材料层、位于栅介质材料层表面的第一金属层、位于所述第一金属层表面的第二金属层、位于所述第二金属层表面的第三金属层；形成填充所述第一凹槽和第二凹槽的覆盖材料层，所述覆盖材料层的材料为绝缘介质材料；去除NMOS区域上的覆盖材料层；去除第二凹槽内部分厚度的覆盖材料层，形成覆盖层，使所述第二凹槽内的覆盖层的表面低于介质层的表面；以所述覆盖层为掩膜，去除第一凹槽内、介质层上方以及所述覆盖层上方的第二凹槽内的第三金属层、第二金属层；去除所述覆盖层，然后在所述第一凹槽内形成第一栅极，在第二凹槽内形成第二栅极。

可选的，采用溅射工艺形成所述覆盖材料层。

可选的，所述溅射工艺采用单晶硅作为靶材，氧气作为反应气体，氩气为溅射气体，沉积温度为10℃～50℃，氧气的流速为1sccm～2000sccm，氩气的流速为1sccm～2000sccm。

可选的，采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺形成所述覆盖材料层。

可选的，采用原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺形成所述栅介质材料层、第一金属层、第二金属层和第三金属层。

可选的，所述第一金属层的材料为TiN。

可选的，所述第二金属层的材料为TaN。

可选的，所述第三金属层的材料为TiN。

可选的，所述第二金属层的材料与第一金属层的材料不相同。

可选的，所述第三金属层的材料与第一金属层的材料相同。

可选的，所述覆盖材料层还覆盖所述介质层上的第三金属层表面。

可选的，所述覆盖材料层的材料为SiO₂、SiN、SiON或SiCN。

可选的，所述掩膜层的材料为光刻胶或底部抗发射材料。

可选的，所述覆盖层的表面距离半导体衬底表面的距离为第二凹槽深度的1/2～3/4。

可选的，采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述第三金属层和第二金属层。