[發明專利]具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體的形成方法

有效

• 申請號: 201010604745.0
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102569083A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 蔣莉;黎銘琦
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28;H01L21/265
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制作技術，特別涉及具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體的形成方法。

背景技術

隨著復合金屬氧化物半導體結構(CMOS，Complementary?Metal-Oxide-Semiconductor)制造工藝縮減到45nm以下級別，引入了采用新的設計和材料的技術，例如高K金屬柵極(HKMG，High-K?Metal?Gate)技術。

運用HKMG技術的柵極后制(Gate-last)工藝中，層間介質層(ILD，Inter?Layer?Dielectric)研磨工序采取的一種普遍的方法為：如圖1所示，首先提供半導體襯底，所述襯底表面形成有替代柵電極層110和覆蓋所述替代柵電極層110的覆蓋層120，然后沉積層間介質層130，所述層間介質層130覆蓋替代柵電極層110和覆蓋層120，所述覆蓋層120的材質一般是氮化硅，優選地，所述柵電極層110與覆蓋層120之間還包含柵介質層140；然后如圖2所示，進行第一步研磨(CMP，Chemical?Mechanical?Polishing)直至暴露出覆蓋層120位于柵電極層110頂部的部分；接著，參考圖3，進行第二步研磨，去除覆蓋層120位于替代柵電極層110頂部的部分，所述研磨停止在替代柵電極層110表面；最后參考圖4，利用四甲基氫氧化銨(TMAH，Tetramethylammonium?Hydroxide)去除多晶硅，以便進行下一步的金屬柵極的形成。更多內容可以參見專利號為7183184的美國專利。

但在實際中發現，通過上述方法所形成的具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體的性能不好。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體的形成方法，可以提高高K金屬柵極金屬氧化物半導體的性能。

本發明所提供的具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體的形成方法包括：

提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成替代柵電極層，以及覆蓋所述替代柵電極層的覆蓋層；

形成覆蓋所述半導體襯底且與覆蓋層位于替代柵電極層頂部的部分齊平的層間介質層；

向所述層間介質層和覆蓋層注入氮離子，注入深度大于覆蓋層位于替代柵電極層頂部的部分的厚度；

對所述層間介質層和覆蓋層進行研磨處理，直至暴露所述替代柵電極層；

去除替代柵電極層。

優選地，所述替代柵電極層的側壁與覆蓋層之間還形成有柵介質層。

優選地，所述層間介質層的材質是二氧化硅。

優選地，所述位于替代柵電極層頂部的覆蓋層的厚度100-1000埃。

優選地，氮離子的注入深度與位于替代柵電極層頂部的覆蓋層的厚度之差為100-200埃。

優選地，對所述層間介質層進行第一步研磨處理的研磨劑包含二氧化鈰。

優選地，所述覆蓋層的材質是氮化硅。

優選地，所述氮離子的注入劑量為1E14/cm²至3E15/cm²。

優選地，所述氮離子的注入能量為3KeV至20KeV。

優選地，柵介質層的材質是二氧化硅。

優選地，柵介質層的形成工藝是熱氧化。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

第一、本發明先對層間介質層進行第一步研磨處理，暴露位于替代柵電極層頂部的覆蓋層；接著對層間介質層和位于替代柵電極層頂部的覆蓋層注入氮離子，氮離子與層間介質層發生反應，生成氮氧化硅，因為氮氧化硅和氮化硅的研磨選擇比較小，所以可以避免在研磨的過程中層間介質層與覆蓋層的交界處形成凹陷，從而可以提高具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體的性能；

第二、柵介質層的材質是二氧化硅，氮離子與二氧化硅發生反應生成的氮氧化硅，從而可以避免在后續去除替代柵電極層的過程中部分去除柵介質層，形成凹陷，從而影響器件的性能。

附圖說明

圖1至圖4是現有的柵極后制工藝的剖面示意圖。

圖5是本發明的一個實施例所提供的具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體形成方法的流程示意圖。

圖6至圖12是本發明的一個實施例所提供的具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體形成方法的剖面示意圖。

具體實施方式

由背景技術可知，現有的具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體的性能不夠好。本發明的發明人對所述問題進行研究，嘗試通過調整柵極前制工藝來改進具有高K金屬柵極的金屬氧化物半導體的性能，但收效甚微。