[發(fā)明專利]一種High K柵極電介質(zhì)/金屬層疊柵極制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110418096.X
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN103165441A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何有豐
• 申請（專利權(quán)）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;H01L21/8238
• 代理公司: 北京德琦知識產(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)明涉及一種半導(dǎo)體制造方法，特別涉及一種High?K柵極電介質(zhì)/金屬層疊柵極制作方法。?

背景技術(shù)

目前，半導(dǎo)體制造工業(yè)主要在硅襯底的晶片(wafer)器件面上生長器件，例如，互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。CMOS器件在微處理器、閃存和特定用途集成電路(ASIC)的半導(dǎo)體技術(shù)上占有重要的地位。現(xiàn)在普遍采用雙阱CMOS工藝在硅襯底上同時(shí)制作導(dǎo)電溝道為空穴的p型溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)和導(dǎo)電溝道為電子的n型溝道MOSFET，具體步驟為：首先，摻雜硅襯底中的不同區(qū)域，使硅襯底中同時(shí)具有以電子為多數(shù)載流子的n型硅襯底，及以空穴為多數(shù)載流子的p型硅襯底；接著在n型硅襯底和p型硅襯底之間制作淺溝槽隔離(STI)101，被STI分隔開的區(qū)域彼此絕緣，稱為有源區(qū)(AA)，然后在STI101兩側(cè)用離子注入的方法分別形成空穴型摻雜擴(kuò)散區(qū)(P阱)102和電子型摻雜擴(kuò)散區(qū)(N阱)103，最后在P阱102和N阱103上方分別制作由柵極電介質(zhì)層104和柵極105組成的層疊柵極106，及在P阱102和N阱103中分別制作源極和漏極(圖中未畫出)，所述源極和漏極分別位于層疊柵極106的兩側(cè)；P阱102中形成n型溝道MOSFET，N阱103中形成p型溝道MOSFET，得到如圖1所示的CMOS器件結(jié)構(gòu)。?

傳統(tǒng)的層疊柵極是以氮氧化物作為柵極電介質(zhì)層，多晶硅作為柵極的氮氧化合物/多晶硅層疊柵極。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，氮氧化合物/多晶硅層疊柵極的CMOS器件由于漏電流和功耗過大等問題，已經(jīng)不能滿足小尺寸半?導(dǎo)體工藝的需要，為解決這個問題，提出了以高介電系數(shù)(High?K)材料作為柵極電介質(zhì)層，以金屬材料作為金屬柵極的High?K柵極電介質(zhì)/金屬層疊柵極技術(shù)。在High?K柵極電介質(zhì)/金屬層疊柵極制作過程中，既可以采用先制作金屬柵極再制作源極和漏極的柵極在前工藝(gate?first?process)，也可以采用先制作源極和漏極再制作金屬柵極的柵極在后工藝(gate?last?process)，該方法兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。下面分別介紹gate?first?process和gate?last?process的具體步驟。?

結(jié)合圖3～5說明現(xiàn)有技術(shù)中如圖2所示的gate?first?process，其具體步驟如下：?

步驟201，圖3為現(xiàn)有技術(shù)中g(shù)ate?first?process步驟201的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，在硅襯底300表面依次沉積高介電系數(shù)(High-K)材料的柵極電介質(zhì)層304和第一金屬層后，光刻后刻蝕去除N阱上方的第一金屬層。?

本步驟中，提供具有p型(或n型)硅襯底的晶片(wafer)，所述硅襯底中已經(jīng)制作完成STI301以及P阱302和N阱303，在硅襯底300表面依次沉積高介電系數(shù)(High-K)材料的柵極電介質(zhì)層304和第一金屬層的步驟為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。本步驟中的光刻是指，在第一金屬層上涂覆第一光刻膠，經(jīng)過曝光和顯影工藝將第一光刻膠圖案化形成第一光刻圖案。以第一光刻圖案為掩膜刻蝕去除N阱上方的部分第一金屬層，露出N阱上方的部分柵極電介質(zhì)層，同時(shí)保留覆蓋在P阱上方的部分第一金屬層305。其中，還包括光刻后剝離殘留的第一光刻圖案的步驟。?

步驟202，圖4為現(xiàn)有技術(shù)中g(shù)ate?first?process步驟202的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，在P阱上方的部分第一金屬層305以及N阱上方的部分柵極電介質(zhì)層304表面沉積第二金屬層，光刻后刻蝕去除P阱上方的部分第二金屬層。?

本步驟中，沉積第二金屬層的步驟為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。本步驟中的光刻是指，在第二金屬層上涂覆第二光刻膠，經(jīng)過曝光和顯影工藝將第二光刻膠圖案化形成第二光刻圖案，以第二光刻圖案為掩膜刻蝕去除P阱上方的?部分第二金屬層，露出P阱上方的部分第一金屬層305，同時(shí)保留覆蓋在N阱上方的部分第二金屬層406。其中，還包括光刻后剝離殘留的第二光刻圖案的步驟。?