[發明專利]高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法

在審

• 申請號: 201110407863.7
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN103165440A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 林靜
• 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: H01L21/324
• 分類號: H01L21/324;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

1.一種高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，包括：

提供形成有高介電常數金屬柵極結構的半導體器件，所述半導體器件包括襯底、在所述襯底上形成有高介電層和金屬柵極，在高介電層和金屬柵極的兩側設有側壁氧化層；

對所述半導體器件進行低溫退火。

2.根據權利要求1所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，所述形成有高介電常數金屬柵極結構的半導體器件通過如下方法制成：

提供襯底，在所述襯底上依次形成高介電層和偽多晶硅，并在高介電層和偽多晶硅的兩側形成側壁氧化層；

去除偽多晶硅形成凹槽，在所述凹槽中沉積金屬柵極，以形成金屬柵極結構的半導體器件。

3.根據權利要求2所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，所述金屬柵極包括依次沉積在所述凹槽中的金屬功函數層和金屬層。

4.根據權利要求1所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，在提供形成有高介電常數金屬柵極結構的半導體器件之后，對所述半導體器件進行低溫退火之前還包括：在所述半導體器件表面沉積一氮化硅層。

5.根據權利要求4所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，所述氮化硅層厚度為50～500

6.根據權利要求1所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，所述低溫退火過程中采用紫外線照射或者微波輻射，退火氣氛中采用D₂、H₂或者二者的混合氣體，保護氣體采用N₂、Ar、NH₃或者其中至少兩種氣體的混合氣體，其中，D₂流量0.1～5slm，H₂流量1～50slm，NH₃流量1～50slm，N₂流量1～100slm，Ar流量1～100slm，低溫退火溫度為200～500℃，低溫退火時間為10～120min。

7.根據權利要求6所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，所述退火腔室氣體還包括N₂、Ar和/或NH₃。

8.根據權利要求1至7任一項所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，所述半導體器件為CMOS。

9.根據權利要求8所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，所述CMOS通過如下方法制成：

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；

在襯底上形成夾層絕緣層，并進行化學機械研磨以露出偽多晶硅；

形成覆蓋NMOS柵極結構的光刻膠，通過干法刻蝕去除PMOS偽多晶硅；

去除光刻膠，在整個CMOS上沉積一層PMOS金屬功函數層，并在PMOS金屬功函數層上沉積金屬層，進行化學機械研磨以露出夾層絕緣層，形成PMOS金屬柵極；

形成覆蓋PMOS柵極結構的光刻膠，通過干法刻蝕移除NMOS偽多晶硅；

去除光刻膠，沉積NMOS金屬功函數層及金屬層，進行化學機械研磨，去除夾層絕緣層上的NMOS金屬功函數層以及金屬層，形成了NMOS金屬柵極。

10.根據權利要求9所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，在形成側壁氧化層之后，形成夾層絕緣層之前，還包括在NMOS區和PMOS區上形成源漏區的步驟。

11.根據權利要求10所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，在形成側壁氧化層之后，在PMOS區上形成源漏區之前，還包括在PMOS區上嵌入應力膜的步驟。

12.根據權利要求10所述的高介電常數金屬柵極半導體器件制造方法，其特征在于，所述應力膜材料為SiGe。