[發(fā)明專利]一種制作金屬柵極的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210420931.8
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN103794486A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周鳴;平延磊
• 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: H01L21/288
• 分類號: H01L21/288;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)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，特別涉及一種制作金屬柵極的方法。

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，互補型金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件。現(xiàn)在普遍采用雙阱CMOS工藝在硅襯底上同時制作導(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，將硅襯底中的不同區(qū)域通過摻雜分別成為以電子為多數(shù)載流子的（n型）硅襯底和以空穴為多數(shù)載流子的(p型)硅襯底之后，在n型硅襯底和p型硅襯底之間制作淺溝槽隔離（STI）101，然后在STI兩側(cè)用離子注入的方法分別形成空穴型摻雜擴散區(qū)（P阱）102和電子型摻雜擴散區(qū)（N阱）103，接著分別在P阱102和N阱103位置的wafer器件面依次制作由柵極電介質(zhì)層104和金屬柵105組成的層疊柵極，最后在P阱102和N阱103中分別制作源極和漏極，源極和漏極位于層疊柵極的兩側(cè)（圖中未畫出），在P阱中形成n型溝道MOSFET，在N阱中形成p型溝道MOSFET，得到如圖1所示的CMOS器件結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的氮氧化合物/多晶硅層疊柵極，是以氮氧化物作為柵極電介質(zhì)層，多晶硅作為柵極。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。因此，提出了以合金金屬作為功函數(shù)金屬層、高介電系數(shù)（HK）材料作為阻擋層，以金屬材料作為金屬柵的金屬柵極。

目前，采用化學(xué)機械平坦化（CMP）制作金屬柵極。

圖2a～圖2f為現(xiàn)有技術(shù)在制作金屬柵極的剖面示意圖，其中，

如圖2a所示，按照圖1所述的過程在半導(dǎo)體襯底11上形成CMOS器件結(jié)構(gòu)，該CMOS器件結(jié)構(gòu)包括替代柵極22、源極及漏極（源極及漏極未示出），該CMOS器件中還具有第一阻擋層33；在第一阻擋層33表面上沉積第一介質(zhì)層44；

在這里，第一阻擋層33為氮化硅層，作為刻蝕停止層存在；

在這里，左邊空白的半導(dǎo)體襯底11為n阱，在其上制作的CMOS器件為p型溝道MOSFET，右邊網(wǎng)格的半導(dǎo)體襯底11為p阱，在其上制作的CMOS器件為n型溝道MOSFET；

如圖2b所示，采用化學(xué)機械平坦化（CMP）方式對第一介質(zhì)層44進行拋光，直到第一阻擋層33停止；

如圖2c所示，對第一阻擋層33采用干法繼續(xù)刻蝕，裸露出替代柵極22；

如圖2d所示，去除裸露的替代柵極22；

如圖2e所示，在去除替代柵極22的區(qū)域填充功函數(shù)金屬層55；

該過程的具體步驟為：在p型溝道MOSFET的替代柵極22區(qū)域及n型溝道MOSFET的替代柵極22區(qū)域中填充鈦鋁合金；

在該步驟中，功函數(shù)金屬層用于MOSFET工作過程中，金屬柵極層的金屬擴散到該層上；

如圖2f所示，在功函數(shù)金屬層55上填充第二阻擋層55’，再填充金屬柵極層66后，采用CMP拋光，得到金屬柵極；

在該步驟中，在p型溝道MOSFET的替代柵極22區(qū)域及n型溝道MOSFET的替代柵極22區(qū)域中氮化鈦（TiN），作為p型溝道MOSFET的第二阻擋層55’，然后去除n型溝道MOSFET的替代柵極22填充的TiN層后（采用光刻技術(shù)進行），再填充氮化鉭（TaN）到n型溝道MOSFET的替代柵極22區(qū)域中，作為n型溝道MOSFET的第二阻擋層55’；

在該步驟中，金屬柵極層44為鋁鈦合金層。

應(yīng)用該方法，具有金屬柵極的p型溝道MOSFET的諸如閾值電壓等性能參數(shù)將顯著提高，這是因為金屬柵極層中的金屬合金在工作過程中通過第二阻擋層擴散到功函數(shù)金屬層，使得功函數(shù)值達到一個高值，比如如果是100埃的TaN層，其功函數(shù)值為4.1伏特，提高了p型溝道MOSFET的性能；具有金屬柵極的n型溝道MOSFET的性能卻降低，這是因為，金屬柵極層中的金屬合金在工作中擴散到功函數(shù)金屬層時，會降低TiN層的介電常數(shù)值，從而使得n型溝道MOSFET的漏電流值降低。

因此，應(yīng)用該方法制作的MOSFET器件的總體性能并沒有提高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種制作金屬柵極的方法，該方法能夠使得所制作的MOSFET器件的總體性能提高。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種制作金屬柵極的方法，該方法包括：

提供CMOS器件，刻蝕CMOS器件上方的第一阻擋層后，露出替代柵極；