[發(fā)明專利]金屬柵的形成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510366549.7
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104979180A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘旻;黃仁東
• 申請（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L29/423
• 代理公司: 上海天辰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬柵的形成方法。

背景技術(shù)

隨著CMOS電路線寬的不斷縮小，柵氧厚度已經(jīng)達到極限，漏電現(xiàn)象越發(fā)明顯，而高k柵介電層技術(shù)+金屬柵組合技術(shù)(high?k?metal?gate，簡稱HKMG)能有效地解決柵極漏電問題，得到較高性能的晶體管，因此從28nm工藝代開始取代傳統(tǒng)的二氧化硅氧化物或氮氧化物+多晶硅柵極而成為主流技術(shù)。

在28nm、20nm工藝代，金屬柵采用的材料一般為鋁、鈦鋁合金、鎢和鋁銅等。目前對金屬柵進行平坦化的工藝是化學機械拋光工藝(Chemical-Mechanical?Polishing，簡稱CMP)。圖1a至1c為現(xiàn)有的金屬柵制備工藝流程圖，該方法包括以下步驟：

步驟一，參見圖1a，提供一半導體襯底101，在襯底上的介質(zhì)層102中形成凹槽103；

步驟二，參見圖1b，在凹槽中103依次填充有高k柵介電材料104、調(diào)整功函數(shù)的金屬105、金屬阻擋層106和柵金屬層107；

步驟三，參見圖1c，采用化學機械拋光工藝(CMP)將依次去除表面的柵金屬層107、金屬阻擋層106、調(diào)整功函數(shù)的金屬105和高k柵介電材料104，停止在介質(zhì)層102表面，形成金屬柵108。

采用上述現(xiàn)有的CMP工藝來去除表面的柵金屬、金屬阻擋層、調(diào)整功函數(shù)的金屬和高k柵介電材料來形成金屬柵，會造成柵金屬表面劃傷109和由于圖形密集區(qū)凹陷(erosion)110造成的金屬柵不一致的現(xiàn)象，如圖1c所示。因為柵金屬如Al的質(zhì)地較軟，其硬度約為160MPa。但是在Al的CMP過程中會產(chǎn)生多種副產(chǎn)物(by?product)，如氧化鋁的顆粒，其硬度約為20000MPa，是鋁的上百倍，因而很容易在金屬鋁表面造成劃傷(scratch)，從而影響器件的性能和可靠性。同時，CMP受到圖形密度效應(yīng)(loading?effect)的影響，即在晶片上不同區(qū)域由于圖形密度不同會造成拋光速率不同，導致圖形密度較高的區(qū)域容易產(chǎn)生凹陷(erosion)，從而導致金屬柵的高度不一致，使器件的良率和一致性降低。因此，需要一種新的形成金屬柵的方法來避免金屬柵高度不一致和柵金屬表面劃傷的缺陷問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種金屬柵的形成方法，能夠有效避免采用CMP工藝產(chǎn)生的金屬柵高度不一致和柵金屬表面產(chǎn)生劃傷等缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種金屬柵的形成方法，其包括以下步驟：

步驟S01，提供半導體襯底，在襯底上形成介質(zhì)層，并在所述介質(zhì)層中形成凹槽；

步驟S02，在具有所述凹槽的襯底上依次形成高k柵介電材料層、調(diào)整功函數(shù)的金屬層、金屬阻擋層和柵金屬層，所述柵金屬層填充滿所述凹槽；

步驟S03，采用金屬電解拋光工藝去除表面的柵金屬層，并停止在所述金屬阻擋層表面；

步驟S04，在所述襯底表面涂布光刻膠，并光刻出所述凹槽內(nèi)柵金屬層的金屬柵區(qū)域；

步驟S05，以所述金屬柵區(qū)域的光刻膠為掩模，刻蝕去除表面的金屬阻擋層、調(diào)整功函數(shù)的金屬層和高k柵介電材料層，并停止在所述介質(zhì)層表面；

步驟S06，去除所述凹槽內(nèi)柵金屬層表面的光刻膠，形成金屬柵。

進一步地，步驟S02中柵金屬層材料選自Al、W、Ti、AlCu、TiAl中的一種或多種。

進一步地，步驟S02中調(diào)整功函數(shù)的金屬層材料選自TiN、TiAl、TaN、TiC、TaC、Ti中的一種或多種。

進一步地，步驟S03中金屬電解拋光工藝采用的電解液是有機酸或無機酸，較佳地選自硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸、醋酸、檸檬酸中的一種或多種。

進一步地，步驟S03中金屬電解拋光工藝后凹槽內(nèi)的柵金屬層的凹陷深度為3-20nm。

進一步地，步驟S04中所述凹槽內(nèi)柵金屬層表面的光刻膠厚度為50-200nm。

進一步地，步驟S05中刻蝕工藝是反應(yīng)離子刻蝕。

進一步地，步驟S05中反應(yīng)離子刻蝕采用的刻蝕氣體為含F(xiàn)或者含Cl的刻蝕氣體。

進一步地，步驟S05中刻蝕工藝后，損失的介質(zhì)層厚度在5-20nm。

進一步地，步驟S06中采用濕法清洗，其藥劑選自無機酸、有機酸、含氟溶液中的一種或多種。