[發明專利]一種半導體器件的制造方法

有效

• 申請號: 201310151396.5
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN104124145B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 李鳳蓮;倪景華
• 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;H01L21/8238
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所11336
• 代理人: 董巍,高偉

技術領域

本發明涉及半導體制造工藝，具體而言涉及一種實施后柵極(gate-last)工藝時去除偽柵極結構中的犧牲柵電極層的方法。

背景技術

隨著半導體器件特征尺寸的不斷減小，用高k介電層/金屬柵結構代替傳統的氮氧化硅或氧化硅介質層/多晶硅柵結構被視為解決傳統的柵結構所面臨的問題的主要的甚至是唯一的方法，傳統的柵結構所面臨的問題主要包括柵漏電、多晶硅損耗以及由薄柵氧化硅介質層所引起的硼穿透。

對于具有較高工藝節點的晶體管結構而言，所述高k-金屬柵工藝通常為后柵極(gate-last)工藝，其典型的實施過程包括：首先，在半導體襯底上形成偽柵極結構，所述偽柵極結構由自下而上的界面層、高k介電層、覆蓋層和犧牲柵電極層構成；然后，在所述偽柵極結構的兩側形成柵極間隙壁結構，之后去除所述偽柵極結構中的犧牲柵電極層，在所述柵極間隙壁結構之間留下一溝槽；接著，在所述溝槽內依次沉積功函數金屬層（workfunction?metal?layer）、阻擋層（barrier?layer）和浸潤層（wetting?layer）；最后進行金屬柵極材料的填充，以在所述覆蓋層上形成金屬柵極結構。

對于如圖1A所示的已形成偽柵極結構的半導體器件結構而言，需在由淺溝槽隔離結構101分隔開的襯底100中的NFET區和PFET區上分別形成包含具有不同功函數金屬層的金屬柵極結構，因此，通常采用分別去除NFET區和PFET區上形成的偽柵極結構中的犧牲柵電極層103的工藝來形成所述包含具有不同功函數金屬層的金屬柵極結構。由于犧牲柵電極層103容易發生自氧化，例如，如圖1B所示，在去除位于PFET區上的犧牲柵電極層103之后，位于NFET區上的犧牲柵電極層103的側壁發生自氧化而形成氧化層104，且后續依次在PFET區上形成金屬柵極結構、去除位于NFET區上的犧牲柵電極層103的過程中，該氧化層104不會被去除，因此，在NFET區上形成另一金屬柵極結構之后，NFET區和PFET區上分別形成的金屬柵極結構之間的界面特性變差，進而影響半導體器件的性能。

因此，需要提出一種方法，以解決上述問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種半導體器件的制造方法，包括：提供具有第一區和第二區的半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有偽柵極結構，所述偽柵極結構包括自下而上依次層疊的高k介電層、所述高k介電層的保護層和犧牲柵電極層；去除位于所述第二區上的偽柵極結構中的犧牲柵電極層；在所述第二區上形成的溝槽中形成犧牲材料層；去除位于所述第一區上的偽柵極結構中的犧牲柵電極層；在所述第一區上形成第一金屬柵極結構；去除所述犧牲材料層，并在所述第二區上形成第二金屬柵極結構。

進一步，所述去除位于所述第二區上的偽柵極結構中的犧牲柵電極層的工藝步驟包括：在所述半導體襯底上形成圖形化的光刻膠層，以遮蔽位于所述第一區上的偽柵極結構；以所述圖形化的光刻膠層為掩膜，蝕刻位于所述第二區上的偽柵極結構中的犧牲柵電極層，直至露出所述高k介電層的保護層為止；采用灰化工藝去除所述圖形化的光刻膠層。

進一步，所述犧牲材料層的構成材料為具有可流動性的材料。

進一步，所述形成犧牲材料層的工藝步驟包括：采用旋涂工藝在所述半導體襯底上形成所述犧牲材料層；采用烘焙工藝以使所述犧牲材料層硬化；采用化學機械研磨工藝研磨所述犧牲材料層，以露出位于所述第一區上的偽柵極結構。

進一步，所述犧牲材料層的構成材料為DUO。

進一步，采用干法蝕刻、濕法蝕刻或者干法蝕刻和濕法蝕刻的結合實施所述對犧牲柵電極層的去除。

進一步，采用干法蝕刻、濕法蝕刻或者干法蝕刻和濕法蝕刻的結合工藝去除所述犧牲材料層。

進一步，所述第一金屬柵極結構和所述第二金屬柵極結構均包括自下而上堆疊而成的功函數金屬層和金屬柵極材料層。

進一步，所述功函數金屬層和所述金屬柵極材料層之間還包括自下而上堆疊而成的阻擋層和浸潤層。

進一步，所述第一金屬柵極結構中的功函數金屬層和所述第二金屬柵極結構中的功函數金屬層具有不同的功函數。

進一步，所述第一區為NFET區，所述第二區為PFET區；或者所述第一區為PFET區，所述第二區為NFET區。

根據本發明，可以使在半導體襯底中的NFET區和PFET區上分別形成的金屬柵極結構之間具有良好的界面特性，改善半導體器件的運行速度和接觸電阻，從而提升半導體器件的性能。

附圖說明