[發(fā)明專利]一種金屬柵極及MOS晶體管的形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010568376.4
• 申請(qǐng)日: 2010-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN102479694A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，特別是一種金屬柵極及MOS晶體管的形成方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體器件制造中，漏電一直是降低處理器良品率、阻礙性能提升和減少功耗的重要因素。隨著半導(dǎo)體器件的特征尺寸越來(lái)越小，相應(yīng)的核心器件所占用面積也相應(yīng)減小，導(dǎo)致單位面積的能量密度大幅增高，漏電問(wèn)題更加凸顯，功耗也隨之增大。因此在45納米以下的工藝中，傳統(tǒng)的二氧化硅柵極介電層的工藝已遇到瓶頸，無(wú)法滿足半導(dǎo)體器件的工藝要求；為解決上述瓶頸，目前采用高介電常數(shù)(高k：k值大于等于10)介質(zhì)材料作為柵介質(zhì)層，然后，形成以金屬為材料的柵極以減小漏電，使功耗得到很好的控制。

目前，制備金屬柵極的方法，常見的有如美國(guó)專利US20100109088中介紹的一種制造方法：先在襯底上利用淺溝槽隔離技術(shù)定義出有源區(qū)，接著用硬掩膜定義出pFET有源區(qū)，并對(duì)pFET有源區(qū)進(jìn)行刻蝕。在刻蝕區(qū)域外延生長(zhǎng)一層SiGe，至與襯底表面平齊。去除硬掩膜，然后在襯底上形成柵材料層。圖形化處理，并形成金屬柵極堆疊。對(duì)有源區(qū)進(jìn)行離子植入，并形成金屬柵極堆疊側(cè)墻(spacers)，最后在襯底上形成源極和漏極。

現(xiàn)有工藝的另一種制備金屬柵極的方法如圖1至圖4所示。參考圖1，在半導(dǎo)體襯底(未示出)上依次形成犧牲氧化層4、多晶硅層及光刻膠層(未示出)，所述犧牲氧化層4的材料為含硅氧化物；對(duì)光刻膠層進(jìn)行曝光顯影工藝，以形成柵極圖形；以光刻膠層為掩膜，沿柵極圖形刻蝕多晶硅層，形成多晶硅柵極3；去除光刻膠層，在多晶硅柵極3兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上形成側(cè)墻1，所述側(cè)墻1包括依次位于多晶硅柵極3兩側(cè)的氧化硅層11和氮化硅層12。在所述半導(dǎo)體襯底上形成層間介質(zhì)層2，所述層間介質(zhì)層2材料為含硅氧化物，形成的層間介質(zhì)層2表面與多晶硅柵極3和側(cè)墻1頂部齊平。

如圖2所示，去除多晶硅柵極3至露出犧牲氧化層4，形成溝槽。

如圖3所示，繼續(xù)刻蝕去除溝槽內(nèi)的犧牲氧化層4至露出半導(dǎo)體襯底。

如圖4所示，在層間介質(zhì)層2、側(cè)墻1上形成金屬層，并將所述金屬層填充滿溝槽；對(duì)金屬層進(jìn)行研磨，形成金屬柵極5。

如圖5所示，現(xiàn)有形成的高k金屬柵極時(shí)，會(huì)在層間介質(zhì)層2和側(cè)墻1中的氧化硅層11表面殘留有金屬層，使后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件發(fā)生短路現(xiàn)象，降低了半導(dǎo)體器件的電性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種金屬柵極及MOS晶體管的形成方法，防止對(duì)金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光后產(chǎn)生金屬殘留(metal?residue)、金屬橋(metalbridge)等問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬柵極及MOS晶體管形成方法，包括以下步驟：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有犧牲氧化層和多晶硅柵極，所述多晶硅柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上具有側(cè)墻，所述側(cè)墻包含依次位于多晶硅柵極兩側(cè)的氧化硅層和氮化硅層；在所述半導(dǎo)體襯底上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層的表面與多晶硅柵極及側(cè)墻頂部齊平；去除多晶硅柵極至露出犧牲氧化層，形成溝槽；去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中氮化硅層，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層的厚度一致；去除溝槽內(nèi)的犧牲氧化層，且使層間介質(zhì)層和側(cè)墻中氧化硅層的表面與氮化硅層頂部齊平；向溝槽內(nèi)填充滿金屬層，形成金屬柵極。

優(yōu)選的，去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中氮化硅層方法為濕法刻蝕或干法刻蝕。

優(yōu)選的，所述濕法刻蝕采用的溶液為濃磷酸，濃度為85％，刻蝕速率為：500～1500埃/分鐘，刻蝕氮化硅層與氧化硅層的速率比大于50∶1。

優(yōu)選的，所述干法刻蝕采用的氣體為含C、H和F的氣體。

優(yōu)選的，所述氣體為CHF3、CH2F2或CH3F，刻蝕速率為：100～500埃/分鐘，刻蝕氮化硅層與氧化硅層的速率比為3∶1～6∶1。

優(yōu)選的，所述層間介質(zhì)層的材料為含硅氧化物。

優(yōu)選的，形成所述層間介質(zhì)層的方法為高密度等離子生長(zhǎng)方法或高深寬比生長(zhǎng)方法。

優(yōu)選的，所述犧牲氧化層的材料為含硅氧化物。

優(yōu)選的，形成所述犧牲氧化層的方法為爐管熱氧化法。

優(yōu)選的，所述金屬層材料是鋁、銅、鎳、鉻、鎢、鈦、鈦鎢、鉭或鎳鉑。

優(yōu)選的，在形成金屬柵極之前還包括：在溝槽內(nèi)的半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)層。

優(yōu)選的，所述柵介質(zhì)層的材料為高k材料。

優(yōu)選的，所述高k材料為HfSiO、HfZrO和HfLaO中的一種或其組合。