[发明专利]半导体器件的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体器件的形成方法。

背景技术

互补型金属氧化物半导体管（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）使构成集成电路的基本半导体器件之一。所述互补型金属氧化物半导体管包括：P型金属氧化物半导体（PMOS）和N型金属氧化物半导体（NMOS）。

现有技术为了在减小栅极尺寸的同时控制短沟道效应，采用高K介质材料取代常规的氧化硅等材料作为晶体管的栅介质层，采用金属材料取代常规的多晶硅等材料作为晶体管的栅电极层。而且，为了调节PMOS管和NMOS管的阈值电压，现有技术会在PMOS管和NMOS管的栅介质层表面形成功函数层（work function layer）；其中，PMOS管的功函数层需要具有较高的功函数，而NMOS管的功函数层需要具有较低的功函数。因此，在PMOS管和NMOS管中，功函数层的材料不同，以满足各自功函数调节的需求。

现有技术形成互补型金属氧化物半导体管时，在形成PMOS管的区域和形成NMOS管的区域的半导体衬底表面分别形成伪栅极层；以所述伪栅极层为掩膜形成源区和漏区后，在半导体衬底表面形成于伪栅极层表面齐平的介质层；在形成介质层之后，去除PMOS管的区域或NMOS管的区域的伪栅极层，在介质层内形成开口，并依次在所述开口内沉积栅介质层、功函数层和栅电极层。其中，栅电极层的材料为金属，栅介质层的材料为高K材料，所述形成互补型金属氧化物半导体管的方法即用于形成高K金属栅（HKMG，High K Metal Gate）的后栅（Gate Last）工艺。此外，形成于PMOS管的区域的功函数层材料、与形成于NMOS管的区域的功函数层材料不同。

然而，所述栅电极层的金属材料易于扩散入栅介质层和功函数层内，导致现有的互补型金属氧化物半导体管的性能不稳定。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体器件的形成方法，提高所形成的半导体器件的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底具有PMOS区域和NMOS区域，所述衬底表面具有介质层，所述NMOS区域的介质层内具有暴露出衬底表面的第一开口，所述PMOS区域的介质层内具有暴露出衬底表面的第二开口，所述第一开口的侧壁和底部表面具有第一栅介质层，所述第二开口的侧壁和底部表面具有第二栅介质层；在所述第一栅介质层和第二栅介质层表面形成隔离层；对所述隔离层内进行第一强化处理工艺；在形成所述隔离层并进行第一强化处理工艺之后，在所述第一开口和第二开口内的隔离层表面形成第二功函数层；对所述第二功函数层进行第二强化处理工艺；在所述第二强化处理工艺之后，去除NMOS区域的第二功函数层；在去除NMOS区域的第二功函数层之后，在第一开口内形成第一栅极层，在第二开口内形成第二栅极层。

可选的，对所述隔离层内进行第一强化处理工艺的方法包括：在介质层表面、第一开口内的第一栅介质层表面、以及第二开口内的第二栅介质层表面形成第一子隔离层；在形成所述第一子隔离层之后，对所述第一子隔离层进行第一强化处理工艺；在所述第一强化处理工艺之后，在所述第一子隔离层表面形成第二子隔离层，所述第一子隔离层和第二子隔离层构成所述隔离层。

可选的，所述第一强化处理工艺为湿法处理工艺，处理液为臭氧溶液，所述臭氧溶液中臭氧的流量2升/分钟，处理时间为20～100秒。

可选的，所述第一子隔离层的厚度为隔离层厚度的10%～50%；所述第二子隔离层的厚度为隔离层厚度的50%～90%。

可选的，所述第一子隔离层和第二子隔离层的形成工艺为原子层沉积工艺。

可选的，所述第二强化处理工艺为湿法处理工艺或干法处理工艺。

可选的，所述湿法处理工艺的处理液为臭氧溶液，所述臭氧溶液中臭氧的流量2升/分钟，处理时间为20～100秒。

可选的，所述干法处理工艺采用氧气的等离子体进行处理，气体流量为2000sccm～8000sccm，功率为500w～5000w，气压为0.8Torr～2Torr，温度100℃～300℃，时间60秒～300秒。

可选的，所述隔离层的材料为氮化钛，所述第二功函数层的材料为氮化钛和氮化钽中的一种或两种多层重叠。

可选的，还包括：在形成第二功函数层之前，在隔离层表面形成阻挡层，所述第二功函数层形成于所述阻挡层表面；所述去除NMOS区域的第二功函数层工艺停止于所述隔离层表面。