[發(fā)明專利]一種采用高K金屬柵的半導(dǎo)體器件的制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210181579.7
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN103456614A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 平延磊;鮑宇;王小娜
• 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: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所 11336
• 代理人: 董巍;徐丁峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是涉及一種半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，更確切的說，本發(fā)明涉及一種采用高K金屬柵極工藝的半導(dǎo)體制造方法。

背景技術(shù)

高K金屬柵極工藝(HKMG)通過采用鉿(Hf)作為高K材料來制造半導(dǎo)體，其取代了原有的硅基氧化物，可以使得柵極電容增大，漏電電流得以控制。即它能在顯著降低漏電量的同時(shí)，保持高電容來實(shí)現(xiàn)晶體管的高性能。

在采用高K金屬柵極工藝的元件的虛設(shè)柵極形成過程中，在高K材料層上沉積的TiN膜會(huì)和多晶硅發(fā)生反應(yīng)生成TiON或TiO2，如圖1中101所示，在隨后進(jìn)行的干刻蝕或濕刻蝕步驟中很難將之去除。而TiON或TiO2層的存在會(huì)對半導(dǎo)體元件的門限電壓(Vt)產(chǎn)生極大的影響。

但是目前的高K金屬柵工藝中沒有方法來克服上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問題，本發(fā)明提供一種采用高K金屬柵極工藝的半導(dǎo)體制造方法，特別是用于Gate?First的制造過程中，避免TiN與多晶硅發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生TiON或TiO2，從而能夠?qū)Π雽?dǎo)體元件的門限電壓進(jìn)行較好地控制。

本發(fā)明包括以下步驟：提供一襯底；在所述襯底上形成柵堆棧層，包括依次層疊的高K介電層、TiN覆蓋層、多晶硅層，以及位于所述TiN覆蓋層和多晶硅層之間的阻擋層；蝕刻所述柵堆棧層以在所述襯底上形成虛設(shè)柵極結(jié)構(gòu)；在所述襯底中形成源漏極；去除所述虛設(shè)柵極結(jié)構(gòu)的所述多晶硅層；在所述阻擋層形成金屬柵極。

進(jìn)一步，所述阻擋層為TaN或AlN層。

進(jìn)一步，所述阻擋層具有10-50埃的厚度。

進(jìn)一步，還包括在所述襯底和所述柵堆棧層之間形成界面層。

進(jìn)一步，所述界面層為氧化硅。

進(jìn)一步，所述半導(dǎo)體器件為PMOS，所述阻擋層的厚度為10-30埃。

進(jìn)一步，所述半導(dǎo)體器件為NMOS，所述阻擋層的厚度為5-20埃。

進(jìn)一步，其中e)步驟去除虛設(shè)柵極結(jié)構(gòu)中的多晶硅層使用的氣體包括HBr、02、Ar。

進(jìn)一步，其中f）步驟中形成的金屬柵極包括依次層疊的功函數(shù)金屬層、阻擋層和導(dǎo)電層。

進(jìn)一步，所述半導(dǎo)體器件為PMOS，其中功函數(shù)金屬層包括一層或多層TiN、TaN、Ta或其組合。

進(jìn)一步，所述半導(dǎo)體器件為NMOS，其中功函數(shù)金屬層包括一層或多層TiAl、Ti和Al、TiN和Al或其組合。

進(jìn)一步，其中功函數(shù)金屬層具有10-200埃的厚度。

進(jìn)一步，其中功函數(shù)金屬層的形成方法是ALD或PVD或CVD。

進(jìn)一步，其中金屬柵極的所述阻擋層選自TaN、TiN、Ta及其組合。

進(jìn)一步，其中金屬柵極的所述阻擋層具有10-100埃的厚度。

進(jìn)一步，其中金屬柵極的所述阻擋層的形成方法是ALD或PVD。

進(jìn)一步，其中所述導(dǎo)電層包括Al。

進(jìn)一步，其中所述導(dǎo)電層的形成方法是CVD或PVD。

進(jìn)一步，還包括在氮?dú)庵袑λ鼋饘贃艠O進(jìn)行退火的步驟，其中退火的溫度是300-500攝氏度，時(shí)間是10-60分鐘。

本發(fā)明可以解決半導(dǎo)體制造過程不能很好地控制門限電壓的技術(shù)問題。在制造NMOS和PMOS時(shí)，可以分別對阻擋層的厚度作出選擇來控制門限電壓。

附圖說明

圖1是采用現(xiàn)有高K金屬柵極工藝所形成半導(dǎo)體柵極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2A-2G是本發(fā)明各個(gè)工藝步驟的器件剖面圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的高K金屬柵極工藝的半導(dǎo)體制造方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合接下來，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明。