一种金属栅极的形成方法、具有对应金属栅极的MOS晶体管的形成方法及CMOS结构的形成方法，所述金属栅极的形成方法包括：在去除多晶硅伪栅形成沟槽后，在所述沟槽底部和侧壁形成高K栅介质层，并对所述高K栅介质层进行氟化处理，后续在所述高K栅介质层表面形成功能层和金属层。由于氟化处理会在所述高K栅介质层与半导体衬底之间形成氟键，例如氟-硅键、氟-铪键等，由于所述氟键的键能高于原来的氢键，使得器件的负偏压温度不稳定性降低，且氟具有强的氧化性，可以防止所述氧空穴在带隙中产生施主能级并成为带正电的氧空穴，从而对氧空穴进行钝化，使得器件的正偏压温度不稳定性降低。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种金属栅极的形成方法、具有对应金属栅极的MOS晶体管的形成方法及CMOS结构的形成方法，所述金属栅极的形成方法包括：在去除多晶硅伪栅形成沟槽后，在所述沟槽底部和侧壁形成高K栅介质层，并对所述高K栅介质层进行氟化处理，后续在所述高K栅介质层表面形成功能层和金属层。由于氟化处理会在所述高K栅介质层与半导体衬底之间形成氟键，例如氟-硅键、氟-铪键等，由于所述氟键的键能高于原来的氢键，使得器件的负偏压温度不稳定性降低，且氟具有强的氧化性，可以防止所述氧空穴在带隙中产生施主能级并成为带正电的氧空穴，从而对氧空穴进行钝化，使得器件的正偏压温度不稳定性降低。【专利说明】金属栅极、MOS晶体管及CMOS结构分别的形成方法
本专利技术涉及半导体制作领域，特别涉及金属栅极的形成方法、具有对应金属栅极的MOS晶体管的形成方法及CMOS结构的形成方法。
技术介绍
随着半导体技术的不断发展，MOS晶体管的特征尺寸不断缩小，MOS晶体管的栅介质层的厚度也按等比例缩小的原则变得越来越薄，当所述栅介质层的厚度薄到一定的程度后，其可靠性问题，尤其是与时间相关的击穿、热载流子效应、栅电极中的杂质向衬底的扩散等问题，将严重影响器件的稳定性和可靠性。现在，SiO2层作为栅介质层已经达到其物理极限，利用高K栅介质层替代SiO2栅介质层，可以在保持等效氧化层厚度(EOT)不变的情况下大大增加其物理厚度，从而减小了栅极漏电流。但是由于高K栅介质层大多是金属离子氧化物，且没有固定的原子配位，其与硅衬底之间键合的稳定程度较SiO2与硅衬底之间键合的稳定程度相比要差得多，造成高K栅介质层与硅衬底之间具有大量的界面缺陷。所述界面缺陷会与氧相结合产生间隙氧原子和带正电的氧空穴，会与氢相结合形成不稳定的氢键。所述不稳定的氢键会使得PMOS晶体管产生严重的负偏压温度不稳定性(Negative Bias Temperature Instability, NBTI),即在高温和栅极施加负偏压时所述PMOS晶体管的电学参数会发生漂移。所述间隙氧原子和带正电的氧空穴会使得NMOS晶体管产生严重的正偏压温度不稳定性(Positive BiasTemperature Instability, PBTI)，即在高温和栅极施加正偏压时NMOS晶体管的电学参数会发生漂移。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种金属栅极的形成方法、MOS晶体管的形成方法及CMOS结构的形成方法，通过氟化处理降低高K栅介质层与硅衬底之间的界面缺陷数量，避免发生严重的负偏压温度不稳定性和正偏压温度不稳定性。为解决上述问题，本专利技术技术方案提供了一种金属栅极的形成方法，包括:提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成多晶硅伪栅，在所述半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层表面与多晶硅伪栅表面齐平；去除所述多晶硅伪栅，形成沟槽；在所述沟槽的底部和侧壁表面、层间介质层表面形成高K栅介质层；对所述高K栅介质层进行氟化处理；在所述高K栅介质层表面形成功能层；在所述功能层表面形成金属层，所述金属层填充满所述沟槽，并对所述位于层间介质层表面的金属层、功能层、高K栅介质层进行化学机械抛光，直到暴露出所述层间介质层表面，位于所述沟槽内的金属层、功能层和高K栅介质层形成金属栅极。可选的，所述氟化处理包括含氟离子注入工艺、含氟气氛下的退火工艺、含氟等离子体环境下的退火工艺其中的一种或几种。可选的，所述含氟离子注入工艺具体包括:将含氟气体等离子体化，并将含氟的等离子体注入到所述高K栅介质层内，所述注入能量为2KeV~20KeV，注入剂量为I X IO17个原子每立方米~IX IO20个原子每立方米。可选的，所述含氟气氛下的退火工艺具体包括:反应腔内的压强范围为0.5托~5托，温度范围为300摄氏度~800摄氏度，退火时间范围为5秒飞O秒。可选的，所述含氟等离子体环境下的退火工艺具体包括:在反应腔中将含氟气体等离子体化后形成含氟等离子体，所述反应腔内的压强范围为0.5托~5托，温度范围为300摄氏度~800摄氏度，退火时间范围为5秒飞O秒。可选的，所述氟化处理的氟源为F2、HF、NF3、PF5、PF3、CF4、CH2F2、CHF3其中的一种或几种。可选的，所述高K栅介质层的材料为Hf02、La2O3^HfSiON或者HfA102。可选的，所述功能层的材料为T1、Ta、TiN, TaN, TiAl、TaC, TaSiN, TiAlN其中一种或几种。可选的，在所述沟槽的底部和侧壁表面、层间介质层表面形成第一氧化硅层，在所述第一氧化硅层表面形成高K栅介质材料层。可选的，在所述半导体衬底和多晶硅伪栅之间形成有第二氧化硅层。本专利技术技术方案还提供了一种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多晶硅伪栅，在所述多晶硅伪栅两侧的半导体衬底内形成源极和漏极，在所述半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层表面与多晶硅伪栅表面齐平；去除所述多晶硅伪栅，形成沟槽；在所述沟槽的底部和侧壁表面、层间介质层表面形成高K栅介质层；对所述高K栅介质层进行氟化处理；在所述高K栅介质层表面形成功能层；在所述功能层表面形成金属层，所述金属层填充满所述沟槽，并对所述位于层间介质层表面的金属层、功能层、高K栅介质层进行化学机械抛光，直到暴露出所述层间介质层表面，位于所述沟槽内的金属层、功能层、高K栅介质层构成金属栅极。本专利技术技术方案还提供了一种CMOS结构的形成方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域；在所述半导体衬底的第一区域上形成第一多晶硅伪栅，在所述半导体衬底的第二区域上形成第二多晶硅伪栅，在所述第一多晶硅伪栅、第二多晶硅伪栅两侧的半导体衬底内形成源极和漏极，在所述半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层表面与第一多晶硅伪栅、第二多晶硅伪栅表面齐平；去除所述第一多晶硅伪栅，形成第一沟槽，去除所述第二多晶硅伪栅，形成第二沟槽，在所述第一沟槽、第二沟槽的底部和侧壁表面、层间介质层表面形成高K栅介质层；对所述高K栅介质层进行氟化处理；在所述第一区域、第二区域上的高K栅介质层表面形成具有不同功函数的功能层；在所述功能层表面形成金属层，所述金属层填充满所述沟槽，并对所述位于层间介质层表面的金属层、功能层、高K栅介质层进行化学机械抛光，直到暴露出所述层间介质层表面，位于所述第一沟槽内的金属层、功能层、高K栅介质层构成第一金属栅极，位于所述第二沟槽内的金属层、功能层、高K栅介质层构成第二金属栅极。可选的，形成具有不同功函数的功能层的具体工艺包括:在所述高K栅介质层表面形成功能层，对所述第二区域上的功能层进行刻蚀，使得所述第一区域、第二区域上的功能层的厚度不同，使得两个功能层的功函数不同。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:本专利技术实施例在形成金属栅极的过程中，在去除多晶硅伪栅形成沟槽后，在所述沟槽底部和侧壁形成高K栅介质层，并对所述高K栅介质层进行氟化处理，在所述高K栅介质层与半导体衬底之间形成氟键，例如氟-硅键、氟-铪键等，由于所述氟键的键能高于原来的氢键，使得器件的负偏压温度不稳定性降低，且氟具有强的氧化性，可以防止所述氧空穴在带隙中产生施主能级并成为带正电的氧空穴，从而对氧空穴进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属栅极的形成方法，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多晶硅伪栅，在所述半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层表面与多晶硅伪栅表面齐平；去除所述多晶硅伪栅，形成沟槽；在所述沟槽的底部和侧壁表面、层间介质层表面形成高K栅介质层；对所述高K栅介质层进行氟化处理；在所述高K栅介质层表面形成功能层；在所述功能层表面形成金属层，所述金属层填充满所述沟槽，并对所述位于层间介质层表面的金属层、功能层、高K栅介质层进行化学机械抛光，直到暴露出所述层间介质层表面，位于所述沟槽内的金属层、功能层和高K栅介质层形成金属栅极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李凤莲，倪景华，
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
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