[發明專利]金屬柵極的形成方法

有效

• 申請號: 201210422991.3
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN103794482A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 禹國賓
• 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: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制作領域，特別涉及一種金屬柵極的形成方法。

背景技術

隨著集成電路制造技術的不斷發展，MOS晶體管的特征尺寸也越來越小，為了降低MOS晶體管柵極的寄生電容，提高器件速度，高K柵介電層與金屬柵極的柵極疊層結構被引入到MOS晶體管中。為了避免金屬柵極的金屬材料對晶體管其他結構的影響，所述金屬柵極與高K柵介電層的柵極疊層結構通常采用“后柵（gate?last）”工藝制作。

圖1~圖4為現有技術使用“后柵”工藝形成金屬柵極的方法剖面結構示意圖。首先請參考圖1，提供半導體襯底100，在所述半導體襯底100上依次形成界面材料層101、高K介質層102和多晶硅層103；在所述多晶硅層103上形成硬掩膜層104，所述硬掩膜層104具有暴露多晶硅層103表面的開口。所述界面層101的材料為氧化硅。

接著，請參考圖2，以所述硬掩膜層104為掩膜，依次刻蝕所述多晶硅層103、高K介質層102和界面材料層101，形成位于所述半導體襯底100上的界面層105、位于界面層105表面的高K柵介質層106、位于高K柵介質層106表面的偽柵107。

接著，請參考圖3，去除所示硬掩膜層104（參考圖2）；在所述半導體襯底100上形成介質層108，介質層108的表面與偽柵107的表面齊平。

然后，請參考圖4，去除所述偽柵107（參考圖3），形成凹槽；在凹槽中填充滿金屬，形成金屬柵極109。

但是，現有技術形成的界面材料層（或界面層）的厚度易發生變化，影響晶體管的穩定性。

更多關于金屬柵極的制作方法，請參考公開號為US2002/0064964A1的美國專利。

發明內容

本發明解決的問題是提高晶體管的穩定性。

為解決上述問題，本發明技術方案提供了一種金屬柵極的形成方法，包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底表面依次形成界面材料層、高K介質層和多晶硅層；對所述多晶硅層表面進行第一氮化處理，在多晶硅層表面形成氮硅化合物；第一氮化處理后，在多晶硅層上形成硬掩膜層，所述硬掩膜層具有暴露多晶硅層表面的氮硅化合物的開口；沿開口刻蝕所述多晶硅層、高K介質層和界面材料層，形成位于半導體襯底表面的界面層、位于界面層上的高K柵介質層和位于高K介質層上的偽柵；在所述半導體襯底表面形成層間介質層，層間介質層的表面與偽柵頂部表面齊平；去除所述偽柵，形成凹槽；在凹槽中填充滿金屬，形成金屬柵極。

可選的，所述界面層的材料為氧化硅或氮氧化硅。

可選的，所述界面層的厚度為5~30埃。

可選的，所述第一氮化處理為第一退火，第一退火時通入氣體NH₃。

可選的，所述第一退火的溫度為300～1000攝氏度，第一退火時間為5~200秒，第一退火腔室的壓力為0.5~780托。

可選的，所述第一退火時通入的氣體還包括N₂O。

可選的，形成層間介質層之前，還包括：對所述偽柵進行第二氮化處理，在所述偽柵的側壁表面形成氮硅化合物。

可選的，所述第二氮化處理為第二退火，第二退火時通入氣體NH₃。

可選的，所述第二退火的溫度為300~1000攝氏度，第二退火時間為5~200秒，第二退火腔室的壓力為0.5~780托。

可選的，所述第二退火時通入的氣體還包括N₂O。

可選的，還包括：在所述高K介質層表面形成擴散阻擋層；在氨氣的氛圍中對所述高K介質層和擴散阻擋層進行退火。

可選的，還包括：在所述偽柵的兩側側壁形成側墻。

可選的，還包括：在所述凹槽的側壁和底部表面形成功能層。

與現有技術相比，本發明技術方案具有以下優點：

在形成多晶硅層后，對所述多晶硅層進行第一氮化處理，在多晶硅層表面形成氮硅化合物，由于氮硅化合物的致密度大于多晶硅的致密度，因此能有效地阻止空氣中的氧元素穿過多晶硅層到達半導體襯底的表面，后續進行各種工藝時，防止氧元素在高溫的環境下與半導體襯底表面的硅反應形成氧化硅，氧化物會使得界面材料層的厚度變厚，在刻蝕界面材料層形成界面層時，使得界面層的厚度也會變厚，界面層的實際厚度與界面層的設計厚度出現偏差，影響晶體管的性能和穩定型。