本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MOS晶體管及其形成方法。

背景技術(shù)：

MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)晶體管，是現(xiàn)代集成電路中最重要的元件之一，MOS晶體管的基本結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)；位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源漏區(qū)。所述柵極結(jié)構(gòu)包括：位于半導(dǎo)體襯底表面的柵介質(zhì)層以及位于柵介質(zhì)層表面的柵電極層。所述柵介質(zhì)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(guān)的速度隨之加快，隨之對(duì)半導(dǎo)體工藝方面要求大幅度提高。因此，業(yè)界找到了替代SiO₂的高介電常數(shù)材料(High-K Material)作為柵介質(zhì)層，以更好的隔離柵極結(jié)構(gòu)和MOS晶體管的其它部分，減少漏電。同時(shí)，為了與高K(K大于3.9)介電常數(shù)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(zhì)層金屬柵電極的MOS晶體管的漏電進(jìn)一步降低。

具有高K介質(zhì)層和金屬柵極結(jié)構(gòu)的MOS晶體管，包括：半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)和介質(zhì)層，且所述柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面與所述介質(zhì)層表面齊平，所述柵極結(jié)構(gòu)包括：位于半導(dǎo)體襯底表面的高K柵介質(zhì)層、位于所述高K柵介質(zhì)層表面的功函數(shù)層和位于所述功函數(shù)層表面的金屬柵極層；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源漏區(qū)。

然后，現(xiàn)有技術(shù)中具有高K介質(zhì)層和金屬柵極結(jié)構(gòu)的MOS晶體管的性能較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種MOS晶體管及其形成方法，提高M(jìn)OS晶體管的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種MOS晶體管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層內(nèi)具有貫穿所述層間介質(zhì)層厚度的開口；形成覆蓋所述開口底部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層；形成覆蓋所述柵介質(zhì)層表面的第一功函數(shù)層；對(duì)所述第一功函數(shù)層進(jìn)行第一離子注入，使得所述第一功函數(shù)層轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)層；形成覆蓋所述第二功函數(shù)層表面的柵電極層，所述柵電極層與所述層間介質(zhì)層表面齊平。

可選的，所述第二功函數(shù)層具有固定的功函數(shù)。

可選的，所述MOS晶體管為PMOS晶體管，所述第一功函數(shù)層的材料為TiN。

可選的，所述MOS晶體管為NMOS晶體管，所述第一功函數(shù)層的材料為TiAl。

可選的，采用原子層沉積形成所述第一功函數(shù)層，前驅(qū)反應(yīng)物為氯化鈦和氨氣。

可選的，對(duì)第一功函數(shù)層進(jìn)行第一離子注入采用的離子為硅離子，注入能量為0.5KeV～3KeV，注入劑量為1E15atom/cm²～5E18atom/cm²，注入角度為7度～20度。

可選的，采用原子層沉積形成所述第一功函數(shù)層，前驅(qū)反應(yīng)物為氯化鈦和三甲基鋁。

可選的，對(duì)第一功函數(shù)層進(jìn)行第一離子注入采用的離子為碳離子，注入能量為0.3KeV～2.5KeV，注入劑量為1E15atom/cm²～5E18atom/cm²，注入角度為7度～20度。

可選的，所述第二功函數(shù)層的厚度為10?！?0埃。

可選的，所述MOS晶體管為PMOS晶體管，所述第二功函數(shù)層的材料為TiSiN。

可選的，所述MOS晶體管為NMOS晶體管，所述第二功函數(shù)層的材料為TiCAl。

可選的，還包括：在形成所述柵介質(zhì)層之前，形成覆蓋所述開口底部和 側(cè)壁的界面層。

可選的，所述界面層的材料為氧化硅。

可選的，還包括：在形成所述柵電極層之前，形成覆蓋所述第二功函數(shù)層的阻擋層。

可選的，所述阻擋層的材料為TiN、TaC、TaN、HfN或ZrN。

可選的，所述柵介質(zhì)層為高K柵介質(zhì)層，所述高K柵介質(zhì)層的材料為HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfZrO、Al2O₃或ZrO₂。

可選的，所述柵電極層為金屬柵電極層，所述金屬柵電極層的材料為Ti、TiW、TiN、Ti、W、Mo或Ru。

本發(fā)明還提供了一種采用上述任意一項(xiàng)方法形成的MOS晶體管，包括：半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底表面的層間介質(zhì)層；位于所述層間介質(zhì)層內(nèi)并貫穿層間介質(zhì)層厚度的開口；覆蓋所述開口底部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層；覆蓋所述柵介質(zhì)層表面的第二功函數(shù)層，所述第二功函數(shù)層具有固定的功函數(shù)；覆蓋所述第二功函數(shù)層表面的柵電極層，所述柵電極層與所述層間介質(zhì)層表面齊平。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的MOS晶體管的形成方法，由于對(duì)所述第一功函數(shù)層進(jìn)行了第一離子注入，使得所述第一功函數(shù)層轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)層，使得在后續(xù)的退火中第二功函數(shù)層的功函數(shù)不會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而不會(huì)導(dǎo)致MOS晶體管閾值電壓的改變，提高了MOS晶體管的性能。

進(jìn)一步的，當(dāng)待形成的MOS晶體管為PMOS晶體管時(shí)，所述第一功函數(shù)層的材料為TiN，對(duì)第一功函數(shù)層進(jìn)行第一離子注入，所述第一離子注入的離子為硅離子，使得第一功函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)，所述第二功函數(shù)為TiSiN，TiSiN具有非晶結(jié)構(gòu)，不會(huì)存在晶向的變化，TiSiN在后續(xù)退火中將保持功函數(shù)不變，不會(huì)引起PMOS晶體管閾值電壓的改變。

進(jìn)一步的，當(dāng)待形成的MOS晶體管為NMOS晶體管時(shí)，所述第一功函數(shù)層的材料為TiAl，對(duì)第一功函數(shù)層進(jìn)行第一離子注入，所述第一離子注入 的離子為碳離子，使得第一功函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)，所述第二功函數(shù)層的材料為TiCAl，碳離子和鋁離子形成Al-C鍵，能有效的抑制鋁的擴(kuò)散，從而使得第二功函數(shù)層功函數(shù)保持固定，不會(huì)引起NMOS晶體管的閾值電壓的改變。

本發(fā)明提供的MOS晶體管，第二功函數(shù)層具有固定的功函數(shù)，所述第二功函數(shù)層的功函數(shù)保持固定的值，使得MOS晶體管的閾值電壓不會(huì)發(fā)生改變，提高了MOS晶體管的性能。

附圖說明

圖1至圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中MOS晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5至圖11是本發(fā)明另一實(shí)施例中MOS晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有技術(shù)中形成的MOS晶體管性能和可靠性較差。

圖1至圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中MOS晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，半導(dǎo)體襯底100表面具有偽柵極結(jié)構(gòu)110和層間介質(zhì)層120，所述偽柵極結(jié)構(gòu)110包括偽柵介質(zhì)層111和位于所述偽柵介質(zhì)層111表面的偽柵電極層112，且偽柵極結(jié)構(gòu)110貫穿層間介質(zhì)層120的厚度。

參考圖2，去除偽柵極結(jié)構(gòu)110(參考圖1)，形成開口113，所述開口113暴露半導(dǎo)體襯底100的表面。

參考圖3，形成覆蓋開口123(參考圖2)底部和側(cè)壁的高K柵介質(zhì)層130、覆蓋所述高K柵介質(zhì)層130表面的功函數(shù)層131、覆蓋所述功函數(shù)層131且填充滿開口113的金屬柵電極層132。

當(dāng)待形成的MOS晶體管為P型MOS晶體管時(shí)，所述功函數(shù)層131的材料為TiN；當(dāng)待形成的MOS晶體管為N型MOS晶體管時(shí)，所述功函數(shù)層131 的材料為TiAl。

采用沉積工藝，如等離子體化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝等形成所述功函數(shù)層131。本實(shí)施例中，采用原子層沉積工藝形成所述功函數(shù)層131。

參考圖4，去除層間介質(zhì)層120表面的部分高K柵介質(zhì)層130、功函數(shù)層131和金屬柵電極層132。

以層間介質(zhì)層120為停止層化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)高K柵介質(zhì)層130、功函數(shù)層131和金屬柵電極層132，使得高K柵介質(zhì)層130、功函數(shù)層131和金屬柵電極層122與層間介質(zhì)層120齊平。

在化學(xué)機(jī)械研磨高K柵介質(zhì)層130、功函數(shù)層131和金屬柵電極層132之后需要進(jìn)行氫氣處理，使得高K柵介質(zhì)層130、功函數(shù)層131和金屬柵電極層132表面具有良好的界面態(tài)。

在后續(xù)中還可以在金屬柵電極層132上形成金屬硅化物層(未圖示)，以降低金屬柵電極層132的接觸電阻。

研究發(fā)現(xiàn)，上述方法形成的MOS晶體管依然存在性能和可靠性差的原因在于：

當(dāng)待形成的MOS晶體管為P型MOS晶體管時(shí)，所述功函數(shù)層131的材料為TiN，TiN具有多晶結(jié)構(gòu)，TiN在后續(xù)退火的過程中晶向會(huì)發(fā)生變化，如在化學(xué)機(jī)械研磨高K柵介質(zhì)層130、功函數(shù)層131和金屬柵電極層132之后需要進(jìn)行氫氣處理，使得高K柵介質(zhì)層130、功函數(shù)層131和金屬柵電極層132表面具有良好的界面態(tài)，又如后續(xù)需要在金屬柵電極層132表面形成金屬硅化物，形成金屬硅化物的過程中需要對(duì)金屬硅化物進(jìn)行高溫退火處理，在上述的退火工藝中，多晶結(jié)構(gòu)的TiN晶向改變，且在TiN的局部地方的晶向會(huì)發(fā)生不定隨機(jī)的改變，使得TiN的功函數(shù)發(fā)生改變，導(dǎo)致PMOS晶體管的閾值電壓發(fā)生改變而不能匹配PMOS晶體管。尤其在靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的PMOS晶體管中，功函數(shù)層131的功函數(shù)變化會(huì)導(dǎo)致SRAM器件的性能變差。

當(dāng)待形成的MOS晶體管為N型MOS晶體管時(shí)，所述功函數(shù)層131的材 料為TiAl，TiAl的鋁原子容易擴(kuò)散進(jìn)入其它介質(zhì)中，使得功函數(shù)層131的功函數(shù)發(fā)生改變，引起NMOS晶體管的閾值電壓發(fā)生改變而不能匹配NMOS晶體管。尤其在靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的NMOS晶體管中，功函數(shù)層131的功函數(shù)變化會(huì)導(dǎo)致SRAM器件的性能變差。

本發(fā)明提供了一種MOS晶體管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層內(nèi)具有貫穿所述層間介質(zhì)層厚度的開口；形成覆蓋所述開口底部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層；形成覆蓋所述柵介質(zhì)層表面的第一功函數(shù)層；對(duì)所述第一功函數(shù)層進(jìn)行第一離子注入，使得所述第一功函數(shù)層轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)層；形成覆蓋所述第二功函數(shù)層表面的柵電極層，所述柵電極層與所述層間介質(zhì)層表面齊平。

由于對(duì)所述第一功函數(shù)層進(jìn)行了第一離子注入，使得所述第一功函數(shù)層轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)層，使得在后續(xù)的退火中第二功函數(shù)層的功函數(shù)不會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而不會(huì)導(dǎo)致MOS晶體管閾值電壓的改變，提高了MOS晶體管的性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

參考圖5，提供半導(dǎo)體襯底200，半導(dǎo)體襯底200表面具有偽柵極結(jié)構(gòu)210和層間介質(zhì)層230，偽柵極結(jié)構(gòu)210貫穿層間介質(zhì)層230的厚度。

所述半導(dǎo)體襯底200可以是單晶硅，多晶硅或非晶硅；半導(dǎo)體襯底200也可以是硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料；所述半導(dǎo)體襯底200可以是體材料，也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)，如絕緣體上硅；所述半導(dǎo)體襯底200還可以是其它半導(dǎo)體材料，這里不再一一舉例。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底200的材料為硅。

本實(shí)施例中，還包括：在半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)隔離相鄰的有源區(qū)。

所述半導(dǎo)體襯底200還可以根據(jù)待形成的MOS晶體管的類型摻雜不同的雜質(zhì)離子，用于調(diào)節(jié)MOS晶體管的閾值電壓。當(dāng)待形成N型MOS晶體管時(shí)，半導(dǎo)體襯底200中摻雜P型離子；當(dāng)待形成P型MOS晶體管時(shí)，半導(dǎo)體襯底 200中摻雜N型離子。

所述偽柵極結(jié)構(gòu)210包括偽柵介質(zhì)層211和位于偽柵介質(zhì)層211表面的偽柵電極層212。

偽柵介質(zhì)層211的材料為氧化硅，偽柵電極層212的材料為多晶硅。

所述偽柵極結(jié)構(gòu)210的形成工藝為：采用沉積工藝在半導(dǎo)體襯底200上沉積偽柵介質(zhì)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(jié)構(gòu)210的位置；以圖形化的掩膜層為掩膜刻蝕所述偽柵介質(zhì)材料層和偽柵電極材料層，形成偽柵極結(jié)構(gòu)210。

本實(shí)施例中，所述偽柵極結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200表面還形成有側(cè)墻220，所述側(cè)墻220的材料為氧化硅、氮化硅和低K介質(zhì)材料中的一種或多種組合。

所述偽柵極結(jié)構(gòu)210定義出后續(xù)形成的柵極結(jié)構(gòu)的位置，所述偽柵極結(jié)構(gòu)210后續(xù)會(huì)被去除。

所述側(cè)墻220的形成工藝為：形成覆蓋所述偽柵極結(jié)構(gòu)210的側(cè)墻材料層，采用各向異性干法刻蝕工藝刻蝕所述側(cè)墻材料層，在偽柵極結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的側(cè)壁形成側(cè)墻220。

形成所述層間介質(zhì)層230的方法為：在半導(dǎo)體襯底200表面形成覆蓋所述偽柵極結(jié)構(gòu)210和側(cè)墻220的層間介質(zhì)材料層，且使得偽柵極結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的層間介質(zhì)材料層高于偽柵極結(jié)構(gòu)210的頂部表面；平坦化所述層間介質(zhì)材料層直至暴露出偽柵極結(jié)構(gòu)210的頂部表面，形成層間介質(zhì)層230。所述層間介質(zhì)層230與所述偽柵極結(jié)構(gòu)210頂部表面齊平。

參考圖6，去除偽柵極結(jié)構(gòu)210(參考圖5)，形成開口213。

去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)210之后，暴露出半導(dǎo)體襯底200的部分表面，形成開口213。

去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)210的工藝為刻蝕工藝，如干法刻蝕、濕法刻蝕或干法刻蝕和濕法刻蝕的組合。

參考圖7，形成覆蓋開口213(參考圖6)底部和側(cè)壁的界面層240、覆蓋界面層240表面的柵介質(zhì)層241。

所述界面層240用以作為半導(dǎo)體襯底200和柵介質(zhì)層241之間的過渡層，以解決柵介質(zhì)層241直接和半導(dǎo)體襯底200結(jié)合不牢固的問題。所述界面層240的材料可以為氧化硅，也可以為HfSiO或SiON。所述界面層240的形成工藝可以為原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、熱氧化和氮化、或上述方法的結(jié)合。本實(shí)施例中，所述界面層240的材料為氧化硅，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成界面層240。

需要說明的是，在其它實(shí)施例中，可以不形成界面層240，而是直接在開口213的底部和側(cè)壁形成柵介質(zhì)層241。

所述柵介質(zhì)層241的材料為高K柵介質(zhì)材料，包括：HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfZrO、Al2O₃、ZrO₂中的一種或多種。所述柵介質(zhì)層241的形成工藝為原子層沉積(ALD)、等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或等離子體輔助原子層沉積(PECVD)等。本發(fā)明的實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層241的材料為HfO₂，形成所述柵介質(zhì)層241的方法為原子層沉積(ALD)。

參考圖8，形成覆蓋柵介質(zhì)層241表面的第一功函數(shù)層242。

當(dāng)待形成的MOS晶體管為P型MOS晶體管時(shí)，第一功函數(shù)層242的材料為TiN。所述第一功函數(shù)層242采用化學(xué)氣相沉積或原子層沉積工藝形成，通過調(diào)節(jié)沉積工藝的參數(shù)使得所述第一功函數(shù)層242不具有應(yīng)力或具有壓縮應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)施例中，PMOS晶體管的第一功函數(shù)層242具有壓縮應(yīng)力，可以提高PMOS晶體管的溝道區(qū)域內(nèi)空穴的遷移率，從而提高PMOS晶體管的性能。

采用原子層沉積形成TiN，前驅(qū)反應(yīng)物為氯化鈦(TiCl₄)和氨氣(NH₃)。

當(dāng)待形成的MOS晶體管為N型MOS晶體管時(shí)，第一功函數(shù)層242的材料為TiAl。所述第一功函數(shù)層242采用化學(xué)氣相沉積或原子層沉積工藝形成，通過調(diào)節(jié)沉積工藝的參數(shù)使得所述第一功函數(shù)層242不具有應(yīng)力或具有拉伸應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)施例中，NMOS晶體管的第一功函數(shù)層242具有拉伸應(yīng)力， 可以提高NMOS晶體管的溝道區(qū)域內(nèi)載流子的遷移率，從而提高NMOS晶體管的性能。

采用原子層沉積形成TiAl，前驅(qū)反應(yīng)物為氯化鈦(TiCl4)和三甲基鋁(Tri methyl Al，MTA)。

所述第一功函數(shù)層242的厚度為10?！?0埃。

第一功函數(shù)層242的表面還可以形成阻擋層(未圖示)，所述阻擋層用于阻擋后續(xù)形成的柵電極層內(nèi)的金屬原子遷移至第一功函數(shù)層242和柵介質(zhì)層241中。

當(dāng)待形成的MOS晶體管為PMOS晶體管時(shí)，所述第一功函數(shù)層242的材料為TiN，TiN具有多晶結(jié)構(gòu)，TiN在后續(xù)退火的過程中晶向會(huì)發(fā)生變化，且在第一功函數(shù)層242的局部地方的晶向會(huì)發(fā)生不定隨機(jī)的改變，使得第一功函數(shù)層242的功函數(shù)發(fā)生改變。

當(dāng)待形成的MOS晶體管為NMOS晶體管時(shí)，所述第一功函數(shù)層242的材料為TiAl，TiAl的鋁原子容易擴(kuò)散進(jìn)入其它介質(zhì)中，使得第一功函數(shù)層242的功函數(shù)發(fā)生改變。

后續(xù)采用對(duì)第一功函數(shù)層242進(jìn)行第一離子注入，使得第一功函數(shù)層242轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蟹€(wěn)定功函數(shù)的第二功函數(shù)層，第二功函數(shù)層的功函數(shù)在后續(xù)的退火中不會(huì)發(fā)生改變，不會(huì)引起MOS晶體管閾值電壓的改變。

參考圖9，對(duì)第一功函數(shù)層242(參考圖8)進(jìn)行第一離子注入243，使得第一功函數(shù)層242轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)層244。

所述第二功函數(shù)層244具有固定的功函數(shù)。

對(duì)第一功函數(shù)242進(jìn)行第一離子注入243后，第一功函數(shù)層242轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)層244，且第二功函數(shù)層具有固定的功函數(shù)，在后續(xù)工藝的退火中，第二功函數(shù)層244的功函數(shù)保持固定的值，使得MOS晶體管的閾值電壓不會(huì)發(fā)生改變。

所述第二功函數(shù)層244的厚度為10?！?0埃。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)待形成的MOS晶體管為P型MOS晶體管時(shí)，第一 功函數(shù)層242的材料為TiN，對(duì)第一功函數(shù)層242進(jìn)行第一離子注入243的工藝參數(shù)為：注入離子為硅離子，注入能量為0.5KeV～3KeV，注入劑量為1E15atom/cm²～5E18atom/cm²，注入角度為7度～20度。

在TiN中注入硅離子，TiN轉(zhuǎn)變?yōu)楦还璧腡iSiN，TiSiN具有非晶結(jié)構(gòu)，不會(huì)存在晶向的變化，TiSiN在后續(xù)退火中將保持功函數(shù)不變，不會(huì)引起PMOS晶體管閾值電壓的改變。

在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)待形成的MOS晶體管為N型MOS晶體管時(shí),第一功函數(shù)層242的材料為TiAl，對(duì)第一功函數(shù)層242進(jìn)行第一離子注入的工藝參數(shù)為：注入離子為碳離子，注入能量為0.3KeV～2.5KeV，注入劑量為1E15atom/cm²～5E18atom/cm²，注入角度為7度～20度。

注入的碳離子和鋁離子形成Al-C鍵，能有效的抑制鋁的擴(kuò)散，從而使得第二功函數(shù)層244具有固定的功函數(shù)，不會(huì)引起NMOS晶體管的閾值電壓的改變。

參考圖10，形成覆蓋第二功函數(shù)層244表面的柵電極層245。

所述柵電極層245為金屬柵電極層，所述柵電極層245的材料包括Ti、TiW、TiN、Ti、W、Mo或Ru。本實(shí)施例中，所述柵電極層245的材料為鎢。

所述柵電極層245的形成方法為物理氣相沉積等。

所述柵電極層245形成之前，可以形成覆蓋第二功函數(shù)層244表面的阻擋層(未圖示)，所述阻擋層形成之后，再形成覆蓋所述阻擋層的柵電極層245。所述阻擋層可以更有效的阻擋金屬離子擴(kuò)散到第二功函數(shù)層244中。

采用原子層沉積、濺射法等方法在所述第二功函數(shù)層244表面沉積阻擋層。所述阻擋層的材料包括TiN、TaC、TaN、HfN、ZrN中的一種或多種。

參考圖11，去除層間介質(zhì)層230表面的部分界面層240、柵介質(zhì)層241、第二功函數(shù)層244和柵電極層245，使剩余的界面層240、柵介質(zhì)層241、第二功函數(shù)層244和柵電極層245均位于開口213內(nèi)，并與層間介質(zhì)層230表面齊平。

去除層間介質(zhì)層230表面的部分界面層240、柵介質(zhì)層241、第二功函數(shù) 層244和柵電極層245的方法為化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝。

本實(shí)施例中，在同一步驟中將上述部分界面層240、柵介質(zhì)層241、第二功函數(shù)層244和柵電極層245去除，有效的節(jié)省了工藝步驟。

需要說明的是，本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以分多次步驟去除上述位于層間介質(zhì)層230表面的部分界面層240、柵介質(zhì)層241、第二功函數(shù)層244和柵電極層245，例如形成每一層后將位于層間介質(zhì)層230表面的部分去除。

在化學(xué)機(jī)械研磨界面層240、柵介質(zhì)層241、第二功函數(shù)層244和柵電極層245之后需要進(jìn)行氫氣處理，使得界面層240、柵介質(zhì)層241、第二功函數(shù)層244和柵電極層245的表面具有良好的界面態(tài)。

后續(xù)還可以在柵電極層245上形成金屬硅化物層(未圖示)，以降低金屬柵電極層132的接觸電阻，形成金屬硅化物層的過程中需要經(jīng)歷高溫退火。

本發(fā)明又一實(shí)施例中提供了一種MOS晶體管，所述MOS晶體管由上述MOS晶體管的形成方法形成，包括：半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底表面的層間介質(zhì)層；位于所述層間介質(zhì)層內(nèi)并貫穿所述層間介質(zhì)層厚度的開口；覆蓋所述開口底部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層；覆蓋所述柵介質(zhì)層表面的第二功函數(shù)層，所述第二功函數(shù)層具有固定的功函數(shù)；覆蓋所述第二功函數(shù)層表面的柵電極層，所述柵電極層與所述層間介質(zhì)層表面齊平。

參考圖6和圖11，所述MOS晶體管包括：半導(dǎo)體襯底200；位于半導(dǎo)體襯底200表面的層間介質(zhì)層230；位于層間介質(zhì)層230內(nèi)并貫穿層間介質(zhì)層230厚度的開口213；覆蓋開口213底部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層241；覆蓋柵介質(zhì)層241表面的第二功函數(shù)層244，第二功函數(shù)層244具有固定的功函數(shù)；覆蓋第二功函數(shù)層244表面的柵電極層245，柵電極層245與層間介質(zhì)層230表面齊平。

所述第二功函數(shù)層244的厚度為10?！?0埃。

當(dāng)待形成的MOS晶體管為PMOS晶體管時(shí)，所述第二功函數(shù)層244的材料為TiSiN。形成TiSiN的方法為：首先沉積氮化鈦材料層，對(duì)氮化鈦材料層進(jìn)行第一離子注入，所述第一離子注入的工藝參數(shù)為：采用的離子為Si離子、注入能量為0.5KeV～3KeV，注入劑量為1E15atom/cm²～5E18atom/cm²，注入 角度為7度～20度。

TiSiN具有非晶結(jié)構(gòu)，且該非晶結(jié)構(gòu)在后續(xù)的退火中保持非晶態(tài)的狀態(tài)不變，不存在晶向變化，使得第二功函數(shù)層244保持固定的功函數(shù)，不會(huì)引起PMOS晶體管的閾值電壓的改變。

當(dāng)待形成的MOS晶體管為NMOS晶體管時(shí)，所述第二功函數(shù)層的材料為TiCAl。形成TiCAl的方法為：首先沉積氮化鈦材料層，對(duì)氮化鈦材料層進(jìn)行第一離子注入，所述第一離子注入的工藝參數(shù)為：采用的離子為C離子、注入能量為0.3KeV～2.5KeV，注入劑量為1E15atom/cm²～5E18atom/cm²，注入角度為7度～20度。

注入的碳離子和鋁離子形成Al-C鍵，能有效的抑制鋁的擴(kuò)散，從而使得第二功函數(shù)層244的功函數(shù)保持穩(wěn)定，不會(huì)引起NMOS晶體管的閾值電壓的改變。

由于第二功函數(shù)層244具有固定的功函數(shù)，第二功函數(shù)層244的功函數(shù)保持固定的值，使得MOS晶體管的閾值電壓不會(huì)發(fā)生改變，提高了MOS晶體管的性能。

綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的MOS晶體管的形成方法，由于對(duì)所述第一功函數(shù)層進(jìn)行了第一離子注入，使得所述第一功函數(shù)層轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)層，使得在后續(xù)的退火中第二功函數(shù)層的功函數(shù)不會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而不會(huì)導(dǎo)致MOS晶體管閾值電壓的改變，提高了MOS晶體管的性能。

進(jìn)一步的，當(dāng)待形成的MOS晶體管為PMOS晶體管時(shí)，所述第一功函數(shù)層的材料為TiN，對(duì)第一功函數(shù)層進(jìn)行第一離子注入，所述第一離子注入的離子為硅離子，使得第一功函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)，所述第二功函數(shù)為TiSiN，TiSiN具有非晶結(jié)構(gòu)，不會(huì)存在晶向的變化，TiSiN在后續(xù)退火中將保持功函數(shù)不變，不會(huì)引起PMOS晶體管閾值電壓的改變。

進(jìn)一步的，當(dāng)待形成的MOS晶體管為NMOS晶體管時(shí)，所述第一功函數(shù)層的材料為TiAl，對(duì)第一功函數(shù)層進(jìn)行第一離子注入，所述第一離子注入的離子為碳離子，使得第一功函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙瘮?shù)，所述第二功函數(shù)層的 材料為TiCAl，碳離子和鋁離子形成Al-C鍵，能有效的抑制鋁的擴(kuò)散，從而使得第二功函數(shù)層244的功函數(shù)保持固定，不會(huì)引起NMOS晶體管的閾值電壓的改變。

本發(fā)明提供的MOS晶體管，由于第二功函數(shù)層具有固定的功函數(shù)，所述第二功函數(shù)層的功函數(shù)保持固定的值，使得MOS晶體管的閾值電壓不會(huì)發(fā)生改變，提高了MOS晶體管的性能。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。