[發(fā)明專利]金屬柵電極和金屬柵電極的制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910198093.2
• 申請(qǐng)日: 2009-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN102054674A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王新鵬;張海洋;張世謀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L29/423
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體邏輯電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種金屬柵電極和金屬柵電極的制作方法。

背景技術(shù)

目前，高介電常數(shù)絕緣材料和金屬柵電極將被用于制造邏輯電路器件。

為了控制短溝道效應(yīng)，更小尺寸器件要求進(jìn)一步提高柵電極電容。這能夠通過(guò)不斷減薄柵氧化層的厚度而實(shí)現(xiàn)，但隨之而來(lái)的是柵電極漏電流的提升。當(dāng)二氧化硅作為柵氧化層，厚度低于5.0納米時(shí)，漏電流就變得無(wú)法忍受了。解決上述問(wèn)題的方法就是使用高介電常數(shù)絕緣材料取代二氧化硅，高介電常數(shù)絕緣材料可以為鉿硅酸鹽、鉿硅氧氮化合物、鉿氧化物等，介電常數(shù)一般都大于15，采用這種材料能夠進(jìn)一步提高柵電容，同時(shí)柵漏電流又能夠得到明顯的改善。對(duì)于相同的柵氧化層厚度，將高介電常數(shù)絕緣材料與金屬柵電極搭配，其柵電極漏電流將減少幾個(gè)指數(shù)量級(jí)，而且用金屬柵電極取代多晶硅柵電極解決了高介電常數(shù)絕緣材料與多晶硅之間不兼容的問(wèn)題。

現(xiàn)有技術(shù)中金屬柵電極的形狀有多種，包括垂直(vertical)柵電極、錐形(tapered)柵電極、倒梯形(reversed?trapeziform)柵電極。上述形狀的柵電極如圖1所示。圖1中高介電常數(shù)絕緣材料作為柵氧化層101，金屬柵電極102位于柵氧化層101的上方。

以垂直柵電極為例，現(xiàn)有技術(shù)中利用后柵極(gate?last)工藝制作垂直金屬柵電極的方法，包括以下步驟：

步驟21、如圖2a所示，在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)100上依次形成具有高介電常數(shù)的柵氧化層101，以及多晶硅柵極201。

步驟22、如圖2b所示，在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)100上，未形成有柵氧化層101和多晶硅柵極201的位置沉積層間介質(zhì)層(ILD)202，所述層間介質(zhì)層202沉積的高度與多晶硅柵極201齊平。層間介質(zhì)層的材料一般為氧化硅層。

步驟23、如圖2c所示，將多晶硅柵極201從掩埋的層間介質(zhì)層202中去除。一般采用濕法(wet?clean)去除，具體采用硝酸和雙氧水酸溶去除。

步驟24、如圖2d所示，在原來(lái)形成多晶硅柵極201的位置，沉積形成金屬柵電極的材料，沉積時(shí)該金屬柵電極材料還會(huì)覆蓋層間介質(zhì)層202的表面，然后通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，對(duì)層間介質(zhì)層202表面上的金屬柵電極材料進(jìn)行拋光，形成金屬柵電極102。其中，作為金屬柵電極的材料可以為鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)中的任意兩種或者三種的組合。

至此，垂直金屬柵電極制作完畢，錐形金屬柵電極、倒梯形金屬柵電極的制作過(guò)程都與上述步驟相同，只是對(duì)于不同形狀的金屬柵電極，進(jìn)行步驟21時(shí)，形成多晶硅柵極的方法有些差異。例如，對(duì)于垂直金屬柵電極，對(duì)多晶硅柵極刻蝕時(shí)，可以一步刻蝕直接形成矩形狀柵電極，而對(duì)于錐形金屬柵電極或倒梯形金屬柵電極則需要分為幾步刻蝕，才能形成所需要的柵電極形狀。

垂直柵電極和錐形柵電極與接觸孔(CT)的對(duì)準(zhǔn)窗口都比較小，接觸孔301位于金屬柵電極102的上方，如圖3所示。如果柵電極的頂部較窄，則后續(xù)制作CT時(shí)，CT較難與柵電極對(duì)準(zhǔn)，也就是說(shuō)對(duì)準(zhǔn)窗口較小。而且在后柵極制造工藝中，在層間介質(zhì)層中填充金屬柵電極，如圖2d所示，所述形狀的金屬柵電極上口較小，所以在層間介質(zhì)層中難以填充。

倒梯形柵電極雖然頂部CD較大，與CT容易對(duì)準(zhǔn)，但是很難精確的控制梯形角度，均勻性差，從而會(huì)影響柵電極的開啟電壓的均勻性與連貫性，使得形成的電路器件具有較差的電性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：增大金屬柵電極與接觸孔的對(duì)準(zhǔn)窗口，更容易在層間介質(zhì)層中填充金屬柵電極材料，而且使得電路器件具有較好的電性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明公開了一種金屬柵電極的制作方法，該方法包括：

在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)上依次形成柵氧化層和“T”形結(jié)構(gòu)物質(zhì)；

在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)上，未形成有所述柵氧化層和“T”形結(jié)構(gòu)物質(zhì)的位置沉積層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層的高度與“T”形結(jié)構(gòu)物質(zhì)齊平；

將所述“T”形結(jié)構(gòu)物質(zhì)去除；

在去除“T”形結(jié)構(gòu)物質(zhì)的位置沉積形成“T”形金屬柵電極。

所述“T”形結(jié)構(gòu)物質(zhì)為多晶硅柵極或氮化物柵極。

所述“T”形多晶硅柵極的制作方法包括：

在柵氧化層的表面沉積多晶硅層，在所述多晶硅層表面涂布光阻膠層，曝光顯影圖案化所述光阻膠層，定義“T”形多晶硅柵電極中的“一”部分的寬度；