[發明專利]高介電層金屬柵的制造方法

有效

• 申請號: 201110398658.9
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN103137458A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 韓秋華;張世謀
• 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: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

1.一種高介電層金屬柵的制造方法，包括：

在襯底上形成包括高介電層、偽多晶硅和側壁氧化層的柵極結構；

在襯底上利用硅烷進行等離子體增強化學氣相沉積形成夾層絕緣層，并進行化學機械研磨以露出偽多晶硅；

以所述夾層絕緣層為種子層利用臭氧和正硅酸乙酯進行選擇化學氣相沉積形成第一犧牲層；

在所述第一犧牲層上沉積形成第二犧牲層，所述第二犧牲層厚度與所述側壁氧化層厚度相同；

進行干法刻蝕刻蝕所述第二犧牲層，以露出所述第一犧牲層和偽多晶硅；

利用干法刻蝕去除偽多晶硅；

沉積金屬功函數層和金屬柵極；

再次進行化學機械研磨以露出所述第一犧牲層。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

在襯底上形成柵極結構的步驟包括：在襯底上定義NMOS區及PMOS區，并在NMOS區和PMOS區之間形成淺溝槽隔離；在NMOS區及PMOS區上分別形成NMOS高介電層及PMOS高介電層，及NMOS偽多晶硅和PMOS偽多晶硅，并在NMOS高介電層、NMOS偽多晶硅的兩側及PMOS高介電層、PMOS偽多晶硅的兩側形成側壁氧化層；

形成夾層絕緣層的步驟包括：在襯底上的所述NMOS側壁氧化層和PMOS側壁氧化層之間利用硅烷進行等離子體增強化學氣相沉積形成夾層絕緣層，并進行化學機械研磨以露出NMOS偽多晶硅及PMOS偽多晶硅；

去除偽多晶硅、沉積金屬功函數層和金屬柵極并再次進行化學機械研磨的步驟包括：形成覆蓋所述NMOS柵極結構的第一光刻膠掩膜，并干法刻蝕去除PMOS偽多晶硅；

去除所述第一光刻膠掩膜，依次沉積PMOS金屬功函數層和金屬柵極，并進行化學機械研磨，以露出第一犧牲層；

形成覆蓋所述PMOS柵極結構的第二光刻膠掩膜，并干法刻蝕去除NMOS偽多晶硅；

去除所述第二光刻膠掩膜，依次沉積NMOS金屬功函數層和金屬柵極；

進行化學機械研磨以露出所述第一犧牲層。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述利用硅烷進行等離子體增強化學氣相沉積的參數為：溫度300℃，壓力1至5Torr，功率400至700瓦，硅烷流量為300-600sccm，N₂O流量為5000-20000sccm；

所述夾層絕緣層氧化物的厚度為300至1000A。

4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述利用臭氧和正硅酸乙酯TEOS進行選擇化學氣相沉積的工藝為：在溫度300至500℃，壓力20至40Torr下，TEOS為0.1-0.2gm，利用He作為TEOS載氣，載氣He流量為2000-8000sccm，并在He氣氛下，氣氛He氣流量100-500sccm，臭氧流量為10000至25000sccm進行選擇化學氣相沉積；

所述第一犧牲層的厚度為：200至1000A。

5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二犧牲層材料為SiN，第二犧牲層厚度為：50至500A。

6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述PMOS金屬功函數層材料為TiN；所述NMOS金屬功函數層材料為TiAl；所述PMOS和NMOS的金屬柵極材料為Al。