PMOS晶體管及其形成方法與流程

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種PMOS晶體管及其形成方法。

背景技術：

MOS(金屬-氧化物-半導體)晶體管，是現代集成電路中最重要的元件之一，MOS晶體管的基本結構包括：半導體襯底；位于半導體襯底表面的柵極結構，所述柵極結構包括：位于半導體襯底表面的柵介質層以及位于柵介質層表面的柵電極層；位于柵極結構兩側的源漏區。

現有的MOS晶體管的制造技術中，通常首先在半導體襯底上形成柵介質層，在柵介質層上形成柵電極層，然后通過刻蝕柵介質層和柵電極層形成柵極結構，接著在柵極結構兩側的半導體襯底中離子注入形成源漏區，形成MOS晶體管。其中，所述柵介質層的材料通常為氧化物，如SiO₂。

隨著MOS晶體管集成度越來越高，MOS晶體管工作需要的電壓和電流不斷降低，晶體管開關的速度隨之加快，隨之對半導體工藝方面要求大幅度提高。因此，業界找到了替代SiO₂的高介電常數材料(High-K Material)作為柵介質層，以更好的隔離柵極結構和MOS晶體管的其它部分，減少漏電。同時，為了與高K(K大于3.9)介電常數材料兼容，采用金屬材料替代原有多晶硅作為柵電極層。高K柵介質層金屬柵電極的MOS晶體管的漏電進一步降低，柵極驅動能力得以有效的改善。

但是，由于高K柵介質層與半導體襯底的界面具有大量的界面態，這些界面態在MOS晶體管的制作過程中會與氫形成不穩定的化學鍵，從而改變MOS晶體管的性能。尤其在PMOS晶體管中存在較為嚴重的負偏壓溫度不穩定性(NBTI，Negative Bias Temperature Instability)效應。因此，現有技術形成的PMOS晶體管的性能和可靠性較差。

技術實現要素：

本發明解決的問題是提供一種PMOS晶體管及其形成方法，提高PMOS晶體管的性能和可靠性。

為解決上述問題，本發明提供一種PMOS晶體管的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底表面具有偽柵極結構；在所述偽柵極結構兩側的半導體襯底中形成源漏區；形成中間層，所述中間層覆蓋所述偽柵極結構和所述半導體襯底；在所述中間層表面形成多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進行紫外線固化。

可選的，所述中間層為含氟的SiON。

可選的，所述中間層的厚度為1nm～5nm。

可選的，采用等離子體增強化學氣相沉積工藝形成所述中間層，形成所述中間層采用的氣體為N₂O、N₂、SiF₄和SiH₄，N₂O的流量為9000sccm～12000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，SiF₄的流量為800sccm～1200sccm，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，沉積腔室的壓強為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時間為5秒～100秒。

可選的，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的總厚度為10nm～20nm。

可選的，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層中的每一層厚度相等。

可選的所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的層數為2層～4層。

可選的，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的層數為兩層，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層包括位于所述中間層表面的第一刻蝕阻擋層和位于所述第一刻蝕阻擋層上的第二刻蝕阻擋層。

可選的，形成所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的方法為：在所述中間層表面形成第一刻蝕阻擋層；對第一刻蝕阻擋層進行紫外線固化；在所述第一刻蝕阻擋層上形成第二刻蝕阻擋層；對第二刻蝕阻擋層進行紫外線固化。

可選的，所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層的材料為氮化硅。

可選的，在形成多層堆疊的刻蝕阻擋層的過程中，采用等離子體氣相化學沉積工藝形成所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層，沉積氣體為SiH₄和N₂，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，沉 積腔室壓強為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時間為5秒～100秒。

可選的，在形成多層堆疊的刻蝕阻擋層的過程中，對所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層進行紫外線固化的工藝參數為：固化溫度為300攝氏度～400攝氏度，紫外光源波長為250nm～400nm，固化時間為1min～5min。

可選的，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的層數為三層，所述多層堆疊的刻蝕阻擋層包括位于所述中間層表面的第一刻蝕阻擋層、位于所述第一刻蝕阻擋層上的第二刻蝕阻擋層和位于所述第二刻蝕阻擋層上的第三刻蝕阻擋層。

可選的，形成所述多層堆疊的刻蝕阻擋層的方法為：在所述中間層表面形成第一刻蝕阻擋層；對第一刻蝕阻擋層進行紫外線固化；在所述第一刻蝕阻擋層上形成第二刻蝕阻擋層；對第二刻蝕阻擋層進行紫外線固化；在所述第二刻蝕阻擋層上形成第三刻蝕阻擋層；對第三刻蝕阻擋層進行紫外線固化。

可選的，所述第一刻蝕阻擋層、第二刻蝕阻擋層和第三刻蝕阻擋層的材料為氮化硅。

可選的，在形成多層堆疊的刻蝕阻擋層的過程中，采用等離子體氣相化學沉積工藝形成所述第一刻蝕阻擋層、第二刻蝕阻擋層和第三刻蝕阻擋層，沉積氣體為SiH₄和N₂，SiH₄的流量為SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，沉積腔室壓強為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時間為3秒～70秒。

可選的，在形成多層堆疊的刻蝕阻擋層的過程中，對所述第一刻蝕阻擋層、第二刻蝕阻擋層和第三刻蝕阻擋層進行紫外線固化的工藝參數為：固化溫度為300攝氏度～400攝氏度，紫外光源波長為250nm～400nm，固化時間為0.6min～3.5min。

可選的，還包括：形成所述源漏區后，形成金屬硅化物層，所述金屬硅化物層覆蓋所述偽柵極結構和所述源漏區。

可選的，所述偽柵極結構包括位于半導體襯底表面的高K柵介質層和位于所述高K柵介質層上的多晶硅層；在中間層表面形成多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對刻蝕阻擋層的每一層分別進行紫外線固化之后，還包括：在所述偽柵極 結構兩側的半導體襯底上覆蓋層間介質層；去除所述偽柵極結構中多晶硅層，形成溝槽；向所述溝槽中填充金屬柵極形成金屬柵極結構。

本發明還提供了一種采用上述方法所形成的PMOS晶體管，包括：半導體襯底，所述半導體襯底表面具有金屬柵極結構；位于所述金屬柵極結構兩側的半導體襯底中的源漏區；覆蓋所述金屬柵極結構側壁和所述半導體襯底的中間層；位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明提供的PMOS晶體管的形成方法，由于形成中間層，所述中間層覆蓋偽柵極結構和半導體襯底。所述中間層可以阻擋形成的刻蝕阻擋層中的氫擴散進入半導體襯底和高K柵介質層的界面，進而阻擋所述界面中形成不穩定的Si-H鍵，使得PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應降低。

另外，在所述中間層表面形成了多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進行紫外線固化。對所述刻蝕阻擋層進行紫外線固化可以使得刻蝕阻擋層中含有的Si-H鍵打斷，并釋放氫，降低了刻蝕阻擋層中氫的含量，而且所述刻蝕阻擋層具有多層堆疊結構，每一層刻蝕阻擋層形成之后進行紫外線固化，可以增強刻蝕阻擋層中氫釋放的程度，且不會導致刻蝕阻擋層表面產生嚴重變形。從而降低了半導體襯底和高K柵介質層的界面中形成不穩定Si-H鍵的幾率，有效的改善了PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應。

進一步的，所述中間層的材料為含氟的SiON，以包含有N₂O的前驅體氣體形成的SiON對氫的擴散具有較強的阻隔能力，所述中間層中的氟通過擴散可以進入高K柵介質層中，氟在高K柵介質層的界面處形成穩定的氟化物化學鍵，如鉿-氟鍵(Hf-F)和硅-氟鍵(Si-F)，替代不穩定的硅-氫鍵(Si-H)，避免了熱激發的空穴和硅-氫鍵(Si-H)作用生成氫原子，減少懸掛鍵的存在，改善PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應。

本發明提供的PMOS晶體管具有覆蓋所述金屬柵極結構側壁和所述半導體襯底的中間層，位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。所述中間層可以阻擋刻蝕阻擋層中的氫擴散進入半導體襯底和高K柵介質層的界面，進而阻擋所述界面中形成不穩定的Si-H鍵，另外，所述刻蝕阻擋層中氫的含 量較少，使得氫擴散進入半導體襯底和高K柵介質層的界面的幾率較少，且刻蝕阻擋層表面沒有嚴重形變。所述PMOS晶體管中半導體襯底和高K柵介質層的界面中不穩定Si-H鍵較少，改善了所述PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性。

附圖說明

圖1至圖5是本發明一實施例中PMOS晶體管的形成過程的剖面結構示意圖；

圖6至圖14為本發明另一實施例中PMOS晶體管的形成過程的剖面結構示意圖。

具體實施方式

現有技術中形成的高K柵介質層金屬柵極PMOS晶體管性能和可靠性較差。

圖1至圖5為本發明一實施例PMOS晶體管的形成過程的剖面結構示意圖。

參考圖1，提供半導體襯底100，在所述半導體襯底100表面形成偽柵極結構110。

所述偽柵極結構110包括位于半導體襯底100表面的高K柵介質層111以及位于高K柵介質層111表面的多晶硅層112。

所述半導體襯底100的材料為硅。

本實施例中，還包括在偽柵極結構110兩側形成側墻(未圖示)。

繼續參考圖1，在偽柵極結構110兩側的半導體襯底100上形成源漏區120。

參考圖2，形成刻蝕阻擋層130，刻蝕阻擋層130覆蓋偽柵極結構110和半導體襯底100。

所述刻蝕阻擋層130的材料為氮化硅。在后續工藝中需要刻蝕層間介質層以形成接觸開口，刻蝕阻擋層130與后續半導體襯底100上形成的層間介 質層相比具有較低的刻蝕速率，刻蝕阻擋層130可以防止過刻而保護刻蝕阻擋層130下方的PMOS晶體管結構表面。

采用等離子體化學氣相沉積工藝形成刻蝕阻擋層130。

參考圖3，在偽柵極結構110兩側的半導體襯底100上形成層間介質層140。

在半導體襯底100和偽柵極結構110上沉積層間介質材料層，對所述層間介質材料層進行平坦化工藝，直至暴露出偽柵極結構110的頂部表面，形成層間介質層140。

參考圖4，去除偽柵極結構110中多晶硅層112，形成溝槽150。

參考圖5，向溝槽150中填充金屬柵極160。

研究發現，上述實施例中形成的PMOS依然存在性能差的原因在于：

所述高K柵介質層與所述半導體襯底的界面具有大量的界面態，這些界面態在PMOS晶體管的制作過程中會與氫形成不穩定的化學鍵，從而改變PMOS晶體管的性能。在PMOS晶體管中存在較為嚴重的負偏壓溫度不穩定性(NBTI，Negative Bias Temperature Instability)效應。負偏壓溫度不穩定效應是PMOS晶體管在高溫，強場及負柵壓作用下表現出一系列電學參數退化的現象，如柵電流增大，閾值電壓負方向漂移，亞閾值斜率減小等現象。

負偏壓溫度不穩定性效應的產生主要是由于PMOS晶體管在高溫和負柵壓的作用下反型層的空穴受到激發，隧穿到所述半導體襯底和所述高K柵介質層的界面，由于該界面存在大量的Si-H鍵，熱激發的空穴與Si-H鍵作用生成氫原子，從而在界面留下懸掛鍵，由于氫原子不穩定，兩個氫原子會結合形成氫氣并將氫氣釋放，引起閾值電壓的負向漂移。

上述實施例中，在沉積刻蝕阻擋層的過程中，沉積氣體氣相中存在大量的基態和激發態的反應分子、原子和離子，造成反應過程的復雜性，刻蝕阻擋層中含有的硅原子和氮原子的比值隨著不同的沉積條件而變化，偏離正常的化學計量比，所述刻蝕阻擋層中除了Si-N鍵外，還有大量的Si-H鍵、N-H鍵及硅懸掛鍵，刻蝕阻擋層中含有大量的氫，另外環境中的水汽也會增加刻 蝕阻擋層中氫的含量，刻蝕阻擋層中的氫會擴散進入硅和高K柵介質層的界面，使得該界面形成更多不穩定的Si-H鍵，增加了PMOS晶體管的負偏壓不穩定效應。

為了減小PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定效應，可以采用減小所述刻蝕阻擋層的厚度來減小刻蝕阻擋層中氫的含量，從而減小PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定效應，但是這會降低所述刻蝕阻擋層對溝道的應力作用，影響PMOS晶體管的性能。

因此，在上述實施例中形成PMOS晶體管存在較為嚴重的負偏壓溫度不穩定性效應。

本發明提供了另一實施例的PMOS晶體管的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底表面具有偽柵極結構；在所述偽柵極結構兩側的半導體襯底中形成源漏區；形成中間層，所述中間層覆蓋所述偽柵極結構和所述半導體襯底；在所述中間層表面形成多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進行紫外線固化。

由于形成中間層，所述中間層覆蓋偽柵極結構和半導體襯底。所述中間層可以阻擋形成的刻蝕阻擋層中的氫擴散進入半導體襯底和高K柵介質層的界面，進而阻擋所述界面中形成不穩定的Si-H鍵，使得PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應降低。

另外，在所述中間層表面形成了多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進行紫外線固化。對所述刻蝕阻擋層進行紫外線固化可以使得刻蝕阻擋層中含有的Si-H鍵打斷，并釋放氫，降低了刻蝕阻擋層中氫的含量，而且所述刻蝕阻擋層具有多層堆疊結構，每一層刻蝕阻擋層形成之后進行紫外線固化，可以增強刻蝕阻擋層中氫釋放的程度，且不會導致刻蝕阻擋層表面產生嚴重變形。從而降低了半導體襯底和高K柵介質層的界面中形成不穩定Si-H鍵的幾率，有效的改善了PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。

請參考圖6，提供半導體襯底200，半導體襯底200表面具有偽柵極結構 210。

所述半導體襯底200可以是單晶硅，多晶硅或非晶硅；所述半導體襯底200也可以是硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導體材料；所述半導體襯底200可以是體材料也可以是復合結構如絕緣體上硅；所述半導體襯底200還可以是其它半導體材料，這里不再一一舉例。本實施例中，所述半導體襯底200是硅襯底。

偽柵極結構210包括位于半導體襯底200表面的偽柵介質層211和位于偽柵介質層211上的偽柵電極層212。

本實施例中，偽柵介質層211為高K柵介質層，偽柵電極層212為多晶硅層，在后續工藝中需要去除偽柵電極層212形成凹槽，在該凹槽中填充金屬柵電極層，形成金屬柵極結構。

在另一實施例中，偽柵介質層211為氧化硅，偽柵電極層212為多晶硅層，在后續工藝中需要去除偽柵介質層211和偽柵電極層212形成凹槽，在該凹槽中填充高K柵介質層和金屬柵電極層，形成金屬柵極結構。

形成偽柵極結構210的方法為：采用沉積工藝在半導體襯底200上沉積偽柵介質材料層和偽柵電極材料層，在所述偽柵電極材料層表面形成圖形化的掩膜層，所述圖形化的掩膜層定義形成的偽柵極結構210的位置，以圖形化的掩膜層為掩膜刻蝕所述偽柵介質材料層和偽柵電極材料層，形成偽柵極結構210。

所述高K柵介質層的材料為HfO₂、HfSiON、HfAlO₂、HfSiO₄、ZrO₂、Al₂O₃或La₂O₃，其它介電常數高于二氧化硅介電常數的材質亦在本發明的思想范圍內。本實施例中，偽柵介質層211的材料為HfO₂。

本實施例中，還包括：在偽柵極結構210兩側形成側墻(未圖示)。所述側墻可以作為后續進行源漏區離子注入的掩膜，保護偽柵極結構210。

本實施例中，還包括：在半導體襯底200內形成淺溝槽隔離結構(未標示)，所述淺溝槽隔離結構隔離相鄰的有源區。

所述半導體襯底200還可以摻雜N型離子，用于調節PMOS晶體管的閾 值電壓。

參考圖6，在偽柵極結構210兩側的半導體襯底200中形成源漏區220。

本實施例中，以偽柵極結構210和側墻(未圖示)為掩膜，在偽柵極結構210兩側的半導體襯底200內注入雜質離子，形成源漏區220。

本實施例中，源漏區220中摻雜離子采用的是P型離子，例如B，In等。

在其它實施例中，可以采用嵌入式源漏區，具體的，形成所述嵌入式源漏區的過程包括：形成覆蓋所述偽柵極結構和部分半導體襯底的掩膜層，所述掩膜層暴露出所述偽柵極結構兩側的半導體襯底；以所述掩膜層為掩膜，采用各向異性干法刻蝕工藝刻蝕所述半導體襯底，形成開口，在開口中填充SiGe材料，在SiGe材料中進行P型離子注入，形成嵌入式源漏區。所述嵌入式源漏區可以在PMOS晶體管的溝道區域引入應力，提高晶體管的性能。

本實施例中，在形成源漏區220后進行退火處理，激活摻雜離子和消除注入缺陷。

形成源漏區220后，還可以形成金屬硅化物層(未圖示)，所述金屬硅化物層(未圖示)覆蓋偽柵極結構210和源漏區220。

所述金屬硅化物的導電性能介于金屬與硅之間，可以降低后續工藝中形成的導電插塞與源漏區220的接觸電阻。

參考圖7，形成中間層230，中間層230覆蓋偽柵極結構210和半導體襯底200。

本實施例中，中間層230的材料為含氟的SiON。

中間層230的厚度為1nm～5nm。

采用沉積工藝，如等離子體氣相化學沉積工藝或低壓化學氣相沉積工藝沉積中間層230，中間層230覆蓋偽柵極結構210和半導體襯底200。本實施例中采用等離子體化學氣相沉積工藝形成中間層230。

本實施例中，采用等離子體增強化學氣相沉積工藝形成所述中間層的具體工藝參數為：形成所述中間層采用的氣體為N₂O、N₂、SiF₄和SiH₄，N₂O的流量為9000sccm～12000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，SiF₄的流 量為800sccm～1200sccm，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，沉積腔室的壓強為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時間為5秒～100秒。

本實施例中，采用包含N₂O的氣體沉積形成含氟的SiON后，對形成的結構取樣得到樣品1，對樣品1進行核反應分析(NRA)，參考圖8，圖8為在核反應分析(NRA)中，通過擴散氫元素到該結構測得的氫元素在樣品1表面和近表面的吸收情況，橫坐標代表樣品1的橫截面深度(Thickness by NRA)，縱坐標反應氫元素的吸收值(NRA signal(arb.unit))，圖8中，用P_s1和P_n1分別表示樣品1在表面和近表面的氫元素的吸曲線，為了分析樣品1在硅襯底和高K柵介質層界面位置(界面位置Ⅰ)的氫元素的分布狀況，將P_n1曲線分解為近界面處的曲線P_n11和界面位置I的曲線P_n12。

在另一實施例中，采用等離子體增強化學氣相沉積工藝形成所述中間層的具體工藝參數為：形成所述中間層采用的氣體為NO、N₂、SiF₄和SiH₄，NO的流量為9000sccm～12000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，SiF₄的流量為800sccm～1200sccm，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，沉積腔室的壓強為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時間為5秒～100秒。

采用包含NO的氣體沉積形成含氟的SiON后，對形成的結構取樣得到樣品2，對樣品2進行核反應分析(NRA)，參考圖9，圖9為在核反應分析(NRA)中，通過擴散氫元素到樣品2測得的氫元素在樣品表面和近表面的吸收情況，橫坐標代表樣品2的橫截面深度(Thickness by NRA)，縱坐標反應氫元素的吸收值(NRA signal(arb.unit))，圖9中，用P_s2和P_n2分別表示樣品2在表面和近表面的氫元素的吸曲線，為了分析樣品2在硅襯底和高K柵介質層界面位置(界面位置Ⅱ)的氫元素的分布狀況，將P_n2曲線分解為近界面處的曲線P_n21和界面位置Ⅱ的曲線P_n22。

結合參考圖8和圖9，對比P_n11、P_n12和P_n21、P_n22，分析得到，在樣品1中氫元素主要分布在界面位置I處，在樣品2中氫元素主要分布在接近界面位置Ⅱ的地方，所以采用包含有N₂O的氣體形成的SiON對氫的擴散阻隔能力強于采用包含有NO的氣體形成的SiON對氫的擴散阻隔能力。

進一步的，SiON中含有氟，氟通過擴散可以進入高K柵介質層211中，氟在高K柵介質層211的界面處形成穩定的氟化物化學鍵，如鉿-氟鍵(Hf-F)和硅-氟鍵(Si-F)，替代不穩定的硅-氫鍵(Si-H)，避免了熱激發的空穴和硅-氫鍵(Si-H)作用生成氫原子，減少懸掛鍵的存在，進而減小閾值電壓的漂移，改善PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應。

參考圖10和圖11，在中間層230表面形成多層堆疊的刻蝕阻擋層240，并對每一層刻蝕阻擋層240分別進行紫外線固化。

刻蝕阻擋層240的材料包括氮化硅、氮氧化硅、氮碳化硅。

刻蝕阻擋層240的總厚度為10nm～20nm。

在本實施例中，參考圖10，刻蝕阻擋層240的層數為兩層，形成刻蝕阻擋層240的過程為：在中間層230表面形成第一刻蝕阻擋層241；對第一刻蝕阻擋層241進行紫外線固化；在第一刻蝕阻擋層241上形成第二刻蝕阻擋層242；對第二刻蝕阻擋層242進行紫外線固化。

本實施例中，刻蝕阻擋層240的材料為氮化硅。

形成第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242采用的工藝為沉積工藝，如等離子體氣相化學沉積、原子層沉積工藝或低壓化學氣相沉積工藝，本實施例中，采用等離子體氣相化學沉積工藝沉積第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242，具體的工藝參數為，沉積氣體為SiH₄和N₂，SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，沉積腔室壓強為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時間為5秒～100秒。

對第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242進行紫外線固化的工藝參數為：固化溫度為300攝氏度～400攝氏度，紫外光源波長為250nm～400nm，固化時間為1min～5min。

第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242的厚度可以相等或不等，在本實施例中，第一刻蝕阻擋層241和第二刻蝕阻擋層242的厚度相等。

在另一實施例中，參考圖11，刻蝕阻擋層240的層數為三層，刻蝕阻擋 層240包括位于中間層230上的第一刻蝕阻擋層241、位于第一刻蝕阻擋層241上的第二刻蝕阻擋層242和位于第二刻蝕阻擋層242上的第三刻蝕阻擋層243。

形成刻蝕阻擋層240的過程為：在中間層230表面形成第一刻蝕阻擋層241；對第一刻蝕阻擋層241進行紫外線固化；在第一刻蝕阻擋層241上形成第二刻蝕阻擋層242；對第二刻蝕阻擋層242進行紫外線固化；在第二刻蝕阻擋層241上形成第三刻蝕阻擋層242；對第三刻蝕阻擋層242進行紫外線固化。

刻蝕阻擋層240的材料為氮化硅。

形成第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243采用的工藝為沉積工藝，如等離子體氣相化學沉積、原子層沉積工藝或低壓化學氣相沉積工藝，本實施例中，采用等離子體氣相化學沉積工藝沉積第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243，具體的工藝參數為，沉積氣體為SiH₄和N₂，SiH₄的流量為SiH₄的流量為800sccm～～1000sccm，N₂的流量為5000sccm～10000sccm，沉積腔室壓強為2torr～4torr，射頻功率為1500瓦～2000瓦，溫度為300攝氏度～500攝氏度，沉積時間為3秒～70秒。

所述第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243的厚度可以相等或不等。

選擇所述第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243的厚度相等。

對所述第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243進行紫外線固化的工藝參數為：固化溫度為300攝氏度～400攝氏度，紫外光源波長為250nm～400nm，固化時間為0.6min～3.5min。

在沉積第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243的過程中，沉積氣體氣相中存在大量的基態和激發態的反應分子、原子和離子，造成反應過程的復雜性，第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243中含有的硅原子和氮原子的比值隨著不同的沉積條件而變化，偏離正常的化學計量比，第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243中除了Si-N鍵外，還有大量的Si-H鍵、N-H鍵及硅懸掛鍵， 即第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243含有大量的氫，另外環境中的水汽也會增加氫的含量，第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243中的氫會擴散進入硅和高K柵介質層的界面，使得該界面形成更多不穩定的Si-H鍵，增加了PMOS晶體管的負偏壓不穩定效應。由于在沉積第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243后都進行紫外線固化，可以使得第一刻蝕阻擋層241、第二刻蝕阻擋層242和第三刻蝕阻擋層243中含有的Si-H鍵打斷，并釋放氫，有效的釋放了每一層刻蝕阻擋層240中的氫，從而降低了硅襯底和高K柵介質層的界面中形成不穩定Si-H鍵的幾率，有效的改善了PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應。

需要說明的是，如果采用減小刻蝕阻擋層的厚度來減小刻蝕阻擋層中氫的含量，會降低刻蝕阻擋層對溝道的應力作用，影響PMOS晶體管的性能。在刻蝕阻擋層厚度范圍一定的情況下，且假設刻蝕阻擋層沒有多層堆疊的結構，對刻蝕阻擋層進行紫外線固化的時間和溫度會受到限制，表現在如果增加紫外線固化的時間和溫度會導致刻蝕阻擋層薄膜表面嚴重變形，故不能通過增加紫外線固化的時間和溫度來增加刻蝕阻擋層中氫釋放的程度。

由于刻蝕阻擋層240為多層堆疊的刻蝕阻擋層240，并在每一層刻蝕阻擋層240形成后分別進行紫外線固化，有效的增加了對刻蝕阻擋層240中氫的釋放程度，且不會導致刻蝕阻擋層240表面產生嚴重變形。

另外，需要說明的是，可以根據實際需要選擇合適的刻蝕阻擋層240的層數，層數越多，其中含有的氫在后續固化的過程中釋放的越多，刻蝕阻擋層240中含有的氫越少，有利于改善PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應。但是為了兼顧生產效率和產品性能，選擇刻蝕阻擋層240的層數為2層～4層。

本實施例中，在所述中間層表面形成所述多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進行紫外線固化之后，還包括以下步驟：在所述偽柵極結構兩側的半導體襯底上覆蓋層間介質層；去除所述偽柵極結構中多晶硅層，形成溝槽；向所述溝槽中填充金屬柵極形成金屬柵極結構。

參考圖12，在偽柵極結構210兩側的半導體襯底200上形成層間介質層250。

在半導體襯底200和偽柵極結構210上沉積層間介質材料層，對所述層間介質材料層進行平坦化工藝，直至暴露出偽柵極結構210的頂部表面，形成層間介質層250。

層間介質層250可以采用氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等材料。本實施例中，層間介質層250為氧化硅。

參考圖13，去除偽柵極結構210(參考圖12)中多晶硅層212(參考圖12)，形成溝槽260。

所述去除多晶硅層212的方法可以是濕刻和干刻。

本實施例中，采用干法刻蝕去除多晶硅層212，刻蝕氣體包括HBr，其作為主要的刻蝕氣體，刻蝕氣體還包括補充氣體O₂或Ar，以提高刻蝕的品質。

參考圖14，向溝槽260(參考圖13)中填充金屬柵極272形成金屬柵極結構270。

所述金屬柵極272通過沉積多個薄膜堆棧形成。所述薄膜包括功函數層和金屬柵電極層。所述功函數層的材料為Ti、Ta、TiN、TaN、TiAl、TaSiN、TiSiN、TiAlN或TaAlN。所述功函數層用來調節PMOS晶體管的功函數，降低PMOS晶體管的閾值電壓，降低功耗。所述功函數層可以采用化學氣相沉積或物理氣相沉積工藝用沉積工藝形成。所述柵電極層為Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti、TiN、TaN、Ta、TaC、TaSiN、W、WN或WSi。所述柵電極層采用物理氣相沉積或化學氣相沉積工藝，在所述功函數層表面形成柵電極層。所述金屬柵極結構270包括位于半導體襯底200上的高K柵介質層271和位于高K柵介質層271上的金屬柵極272。

需要說明的是，本實施例金屬柵極272中的高K柵介質層271和偽柵介質層211為同一層。金屬柵極結構270也可以采用去除偽柵極結構210后重新形成高K柵介質層271和金屬柵極272，重新形成的高K柵介質層271和金屬柵極272構成金屬柵極結構272。

本發明又一實施例提供了一種PMOS晶體管,所述PMOS晶體管由上述方法形成，包括：半導體襯底，所述半導體襯底表面具有金屬柵極結構；位于所述金屬柵極結構兩側的半導體襯底中的源漏區；覆蓋所述金屬柵極結構側壁和所述半導體襯底的中間層；位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。

請繼續參考圖14，所述PMOS晶體管包括：半導體襯底200，半導體襯底200表面具有金屬柵極結構270；位于金屬柵極結構270兩側的半導體襯底200中的源漏區220；覆蓋金屬柵極結構270側壁和半導體襯底200的中間層230；位于中間層230表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層240。

所述金屬柵極結構270結構包括位于半導體襯底200上的金屬柵介質層271和位于金屬柵介質層271上的金屬柵極272。

所述中間層230為含氟的SiON。

本發明提供的PMOS晶體管具有覆蓋所述金屬柵極結構側壁和所述半導體襯底的中間層，位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。所述中間層可以阻擋刻蝕阻擋層中的氫擴散進入半導體襯底和高K柵介質層的界面，進而阻擋所述界面中形成不穩定的Si-H鍵，另外，所述刻蝕阻擋層中氫的含量較少，使得氫擴散進入半導體襯底和高K柵介質層的界面的幾率較少，且刻蝕阻擋層表面沒有嚴重形變。所述PMOS晶體管中半導體襯底和高K柵介質層的界面中不穩定Si-H鍵較少，改善了所述PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性。

綜上所述，本發明提供具有以下有益效果：

本發明提供的PMOS晶體管的形成方法，由于形成了中間層，所述中間層覆蓋偽柵極結構和半導體襯底。所述中間層可以阻擋形成的刻蝕阻擋層中的氫擴散進入半導體襯底和高K柵介質層的界面，進而阻擋所述界面中形成不穩定的Si-H鍵，使得PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應降低。

另外，在所述中間層表面形成了多層堆疊的刻蝕阻擋層，并對每一層刻蝕阻擋層分別進行紫外線固化。對所述刻蝕阻擋層進行紫外線固化可以使得刻蝕阻擋層中含有的Si-H鍵打斷，并釋放氫，降低了刻蝕阻擋層中氫的含量， 而且所述刻蝕阻擋層具有多層堆疊結構，每一層刻蝕阻擋層形成之后進行紫外線固化，可以增強刻蝕阻擋層中氫釋放的程度，且不會導致刻蝕阻擋層表面產生嚴重變形。從而降低了半導體襯底和高K柵介質層的界面中形成不穩定Si-H鍵的幾率，有效的改善了PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應。

進一步的，所述中間層的材料為含氟的SiON，以包含有N₂O的所述前驅體氣體形成的SiON對氫的擴散具有較強的阻隔能力，所述中間層中的氟通過擴散可以進入高K柵介質層中，氟在高K柵介質層的界面處形成穩定的氟化物化學鍵，如鉿-氟鍵(Hf-F)和硅-氟鍵(Si-F)，替代不穩定的硅-氫鍵(Si-H)，避免了熱激發的空穴和硅-氫鍵(Si-H)作用生成氫原子，減少懸掛鍵的存在，進而減小閾值電壓的漂移，改善PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性效應。

本發明提供的PMOS晶體管具有覆蓋所述金屬柵極結構側壁和所述半導體襯底的中間層，位于所述中間層表面的多層堆疊的刻蝕阻擋層。所述中間層可以阻擋刻蝕阻擋層中的氫擴散進入半導體襯底和高K柵介質層的界面，進而阻擋所述界面中形成不穩定的Si-H鍵，另外，所述刻蝕阻擋層中氫的含量較少，使得氫擴散進入半導體襯底和高K柵介質層的界面的幾率較少，且刻蝕阻擋層表面沒有嚴重形變。所述PMOS晶體管中半導體襯底和高K柵介質層的界面中不穩定Si-H鍵較少，改善了所述PMOS晶體管的負偏壓溫度不穩定性。

雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。