CMOS晶体管的形成方法技术

一种CMOS晶体管的形成方法，包括：提供包括NMOS区域和PMOS区域的半导体衬底，表面具有介质层，介质层内具有第一凹槽和第二凹槽；在第一凹槽和第二凹槽的内壁表面和介质层表面形成栅介质材料层、停止层、PMOS功函数层；形成覆盖PMOS区域的掩膜层；去除NMOS区域上的PMOS功函数层，包括：首先采用臭氧去离子水溶液对NMOS区域上的PMOS功函数层进行氧化处理，然后采用氯化氢去离子水溶液对PMOS功函数层进行刻蚀处理，重复循环上述步骤，直至去除NMOS区域上的PMOS功函数层；去除掩膜层；形成覆盖NMOS区域、PMOS区域的金属层；进行平坦化处理。所述方法可以提高CMOS晶体管的性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种CMOS晶体管的形成方法，包括：提供包括NMOS区域和PMOS区域的半导体衬底，表面具有介质层，介质层内具有第一凹槽和第二凹槽；在第一凹槽和第二凹槽的内壁表面和介质层表面形成栅介质材料层、停止层、PMOS功函数层；形成覆盖PMOS区域的掩膜层；去除NMOS区域上的PMOS功函数层，包括：首先采用臭氧去离子水溶液对NMOS区域上的PMOS功函数层进行氧化处理，然后采用氯化氢去离子水溶液对PMOS功函数层进行刻蚀处理，重复循环上述步骤，直至去除NMOS区域上的PMOS功函数层；去除掩膜层；形成覆盖NMOS区域、PMOS区域的金属层；进行平坦化处理。所述方法可以提高CMOS晶体管的性能。【专利说明】CMOS晶体管的形成方法
本专利技术设及半导体
，特别设及一种CMOS晶体管的形成方法。
技术介绍
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娃栅极的解决方案。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，金属栅极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 晶体管的阔值电压。PMOS晶体管和NMOS晶体管的栅极功函数不一样，所W 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PMOS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，W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。所述PMOS功函数下方通常还会形成有停止层， W作为刻蚀所述PMOS功函数层时的停止层。 阳0化]现有技术在去除NMOS区域上的PMOS功函数层时一般采用湿法刻蚀工艺，会遇到 对PMOS功函数层的刻蚀速率太低，或者对PMOS功函数层选择性较低的问题，导致NMOS晶 体管上的PMOS功函数层不能有效去除或者影响到其他材料层的质量，影响形成的CMOS晶 体管的性能。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种CMOS晶体管的形成方法，提高形成的CMOS晶体管 的性能。 为解决上述问题，本专利技术提供一种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，所 述第一凹槽和第二凹槽暴露出半导体衬底的部分表面；在第一凹槽和第二凹槽的内壁表面 W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停止层、位于停止层表 面的PMOS功函数层；形成覆盖PMOS区域的掩膜层；去除位于NMOS区域上的PMOS功函数 层，首先采用臭氧的去离子水溶液对所述NMOS区域上的PMOS功函数层进行氧化处理，然后 采用氯化氨的去离子水溶液对所述NMOS区域上的PMOS功函数层进行刻蚀处理，然后再重 复循环上述步骤，直至所述NMOS区域上的PMOS功函数层被完全去除；去除所述掩膜层后形 成充满第一凹槽、第二凹槽并覆盖NMOS区域、PMOS区域的金属层；W所述介质层表面为停 止层，对所述金属层、剩余PMOS功函数层、停止层W及栅介质材料层进行平坦化处理。 可选的，所述臭氧的去离子水溶液中，臭氧的浓度为IOppm~15化pm。 可选的，所述臭氧的去离子水溶液的溫度为〇°C~100°C。 可选的，所述臭氧的去离子水溶液对PMOS功函数层进行氧化处理的单次时间小 于 30s。 可选的，所述氯化氨的去离子水溶液中，氯化氨的质量分数为0.05%~5%。 可选的，所述氯化氨的去离子水溶液的溫度为0°C~80°C。 可选的，采用氯化氨的去离子水溶液对所述PMOS功函数层进行刻蚀的单次时间 小于30s。 可选的，所述PMOS功函数层的材料为TiN。 可选的，所述PMOS功函数层的厚度为20A~50 A。 可选的，所述PMOS功函数层的厚度为25A~35A，采用臭氧的去离子水溶液对所 述NMOS区域上的PMOS功函数层进行氧化处理的单次时间为8s~12s，采用氯化氨的去离 子水溶液对所述NMOS区域上的PMOS功函数层进行刻蚀处理的单次时间为8s~12s，循环 次数为8~12次。 可选的，所述停止层的材料为TaN。 可选的，采用喷淋的方法将所述臭氧的去离子水溶液喷淋至半导体衬底上，对 NMOS区域上的PMOS功函数层进行氧化处理。 可选的，采用喷淋的方法将所述氯化氨的去离子水溶液喷淋至半导体衬底上，对 NMOS区域上的PMOS功函数层进行刻蚀处理。 可选的，采用去离子水、臭氧和氯化氨的混合溶液对所述NMOS区域上的PMOS功函 数层同时进行氧化处理和刻蚀处理，直至所述NMOS区域上的PMOS功函数层被完全去除。 可选的，所述去离子水、臭氧和氯化氨的混合溶液中，臭氧的浓度为IOppm~ ISOppmD 可选的，所述去离子水、臭氧和氯化氨的混合溶液中，氯化氨的质量分数为 0. 05%~5%。 可选的，所述去离子水、臭氧和氯化氨的混合溶液的溫度为0°C~100°C。 可选的，采用喷淋的方法将去离子水、臭氧和氯化氨的混合溶液喷淋至半导体衬 底上，对所述NMOS区域上的PMOS功函数层同时进行氧化处理和刻蚀处理。 与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有W下优点： 本专利技术的技术方案中，在所述半导体衬底的NMOS区域、PMOS区域上形成栅介质材 料层、位于栅介质材料层表面的停止层、位于停止层表面的PMOS功函数层之后，形成覆盖 PMOS区域的掩膜层，然后去除位于NMOS区域上的PMOS功函数层。去除所述NMOS区域上 的PMOS功函数层包括：首先采用臭氧的去离子水溶液对所述NMOS区域上的PMOS功函数层 进行氧化处理，然后采用氯化氨的去离子水溶液对所述NMOS区域上的PMOS功函数层进行 刻蚀处理，然后再重复循环上述步骤，直至所述NMOS区域上的PMOS功函数层被完全去除， 然后再形成充满第一凹槽、第二凹槽并覆盖NMOS区域、PMOS区域的金属层并进行平坦化处 理。采用臭氧的去离子水溶液对所述NMOS区域上的PMOS功函数层进行氧化处理可W使 PMOS功函数层的表面被氧化，容易被刻蚀，而氯化氨的去离子水溶液能够对氧化后的PMOS 功函数层进行刻蚀，并且具有较高的刻蚀选择性，可W避免对下层的停止层造成损伤，不会 影响到下层材料，同时具有较高的刻蚀效率。 进一步的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS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，所述第一凹槽和第二凹槽暴露出半导体衬底的部分表面；在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停止层、位于停止层表面的PMOS功函数层；形成覆盖PMOS区域的掩膜层；去除位于NMOS区域上的PMOS功函数层，包括：首先采用臭氧的去离子水溶液对所述NMOS区域上的PMOS功函数层进行氧化处理，然后采用氯化氢的去离子水溶液对所述NMOS区域上的PMOS功函数层进行刻蚀处理，然后再重复循环上述步骤，直至所述NMOS区域上的PMOS功函数层被完全去除；去除所述掩膜层后形成填充满第一凹槽、第二凹槽并覆盖NMOS区域、PMOS区域的金属层；以所述介质层表面为停止层，对所述金属层、剩余PMOS功函数层、停止层以及栅介质材料层进行平坦化处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳磊，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31