[发明专利]CMOS晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种CMOS晶体管及其形成方法。

背景技术

随着现有工艺的不断进步，业内从开始避免使用CMOS晶体管逐渐的过度到使用CMOS晶体管。CMOS晶体管的形成工艺通常为首先形成牺牲多晶硅栅极，作用在初始加工过程中，随后采用CMOS晶体管代替，如此既保留了多晶硅栅极的优点，也具备了金属在电性能上的优势。

目前而言，在包括P型金属氧化物半导体场效应晶体管（PMOS）和N型金属氧化物半导体场效应晶体管（NMOS）的CMOS晶体管中，大多都采用金属栅极结构。图1所示为现有工艺的CMOS晶体管示意图。所述CMOS晶体管10包括NMOS10a和PMOS10b，NMOS10a和PMOS10b皆包括源漏极和栅极，其中，在采用上述替代的方法形成栅极金属层12后，继续形成一掩膜层13以覆盖，并在掩膜层13上形成一氧化层14，接着采用刻蚀工艺形成通孔以填充金属制作金属连线15。

然而，栅极金属层12与掩膜层13的粘附性较差，比如用铝做CMOS晶体管时，尤其是在形成通孔后，就会产生剥离（peeling）16，这种缺陷通常是较为致命的，严重影响器件的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CMOS晶体管及其形成方法，以解决现有工艺产生peeling的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种CMOS晶体管的形成方法，包括：

提供衬底，所述衬底上顺次形成有栅极介电层及牺牲多晶硅栅极；

移除所述牺牲多晶硅层；

形成金属层，所述金属层覆盖所述栅极介电层；

对所述金属层进行注氮处理；

对所述金属层进行热处理，形成氮化物层及栅极金属层。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，所述注氮处理的工艺条件为：注入剂量为5×10¹³～5×10¹⁴，能量为2～10KeV。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，在离子注入腔室内进行注氮处理。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，所述热处理的工艺条件为：温度300～500℃，处理时间为2～100s。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，所述衬底包括N阱和P阱，所述N阱和P阱上皆形成有栅极介电层和牺牲多晶硅栅极。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，所述形成金属层包括如下工艺步骤：

去除所述N阱上的牺牲多晶硅栅极；

形成第一金属层，所述第一金属层覆盖N阱上的栅极介电层；

去除部分第一金属层，露出P阱上的牺牲多晶硅栅极；

去除所述P阱上的牺牲多晶硅栅极；

形成金属层，所述金属层覆盖所述N阱和P阱上的栅极介电层。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，所述金属层的材料为铝。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，所述氮化物层的材料为氮化铝。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，所述衬底还包括多个栅极侧墙，所述栅极侧墙顶端所在平面与所述牺牲多晶硅栅极齐平。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，对所述金属层进行热处理，形成氮化物层及栅极金属层的工艺包括如下步骤：

对所述金属层进行热处理形成氮化物材料层；

对所述氮化物材料层采用化学机械研磨工艺去除位于所述栅极侧墙顶端所在平面上的氮化物材料层，保留位于所述栅极侧墙之间的氮化物材料层，形成氮化物层。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，经所述注氮处理后，所述N阱和P阱上的栅极金属层的一部分成为氮化铝。

可选的，对于所述的CMOS晶体管的形成方法，在所述金属层进行热处理，形成氮化物层及栅极金属层后，还包括如下工艺步骤：

形成一掩膜层，所述掩膜层覆盖包括所述栅极侧墙和氮化物层；

在所述掩膜层上形成氧化层；

刻蚀包括所述氧化层和掩膜层形成连线孔。

本发明提供一种CMOS晶体管，包括：

衬底，形成于所述衬底上的栅极介电层，形成于所述栅极介电层上的栅极金属层，及形成于所述栅极金属层上的氮化物层。

可选的，对于所述的CMOS晶体管，所述氮化物层的厚度为50～2000埃。