[發(fā)明專利]金屬柵的制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011119078.7
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112259504A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王喆;張志誠;潘宗延
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力集成電路制造有限公司
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 郭四華

本發(fā)明公開了一種金屬柵的制造方法，包括步驟：步驟一、完成冗余柵極結(jié)構(gòu)去除之前的工藝；步驟二、將冗余多晶硅柵去除形成柵極溝槽；步驟三、對側(cè)墻進行刻蝕使柵極溝槽為頂部寬底部窄的梯形結(jié)構(gòu)；步驟四、在柵極溝槽中形成金屬柵。本發(fā)明能提高金屬柵的填充能力，減少金屬柵的空洞，提高器件的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造方法，特別涉及一種金屬柵的制造方法。

背景技術(shù)

隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)和多晶硅柵極(Poly SiON)晶體管已經(jīng)達到物理極限，比如說由于量子隧穿效應(yīng)導(dǎo)致的漏電流過大的問題和多晶硅柵極的耗盡問題等嚴重影響了半導(dǎo)體器件的性能。從45nm技術(shù)節(jié)點開始，在高介電常數(shù)金屬柵極(HKMG)工藝基礎(chǔ)上研制出的高介電常數(shù)金屬柵(HKMG)堆棧式晶體管有效地解決了以上技術(shù)難題。

華力微電子在28nm高介電常數(shù)金屬柵極技術(shù)節(jié)點采用了業(yè)界主流的后金屬柵極(Gate-Last)沉積和前柵介質(zhì)(HK-First)沉積工藝。在這種工藝流程中，冗余多晶硅(DummyPoly Silicon)被去除后留下制作金屬柵極的溝槽。根據(jù)P型金屬柵極和N型金屬柵極的不同，溝槽內(nèi)需要沉積不同的金屬層。現(xiàn)有方法包括如下步驟：

最先沉積的TaN薄膜，作為后續(xù)P功函數(shù)層(PWF)即PMOS的功函數(shù)層刻蝕步驟的刻蝕阻擋層(Barrier)，TaN薄膜通常采用原子沉積工藝(ALD)形成，故也通常稱為ALD TaNBarrier。

然后制備P功函數(shù)層的TiN薄膜，TiN薄膜通常采用原子沉積工藝形成，故也稱為ALD TiN WF。

之后，在N型CMOS即NMOS上的P功函數(shù)層TiN薄膜通過刻蝕方法去除，避免影響N型CMOS的有效功函數(shù)。

接下來通過射頻(RF)物理氣相沉積(PVD)工藝沉積N功函數(shù)層(NWF)即NMOS的功函數(shù)層的TiAl薄膜也稱PVD TiAl WF。

在TiAl薄膜形成后需要采用物理氣相沉積工藝沉積一層TiN薄膜作為阻障層(Block)也稱為PVD TiN Block，用來防止后續(xù)沉積的金屬鋁穿透到下面的功函數(shù)層。在這層TiN薄膜上需要采用PVD沉積一層Ti薄膜(PVD Ti Wetting)用來粘附后續(xù)物理氣相沉積的金屬鋁(PVD Al)，由于工藝條件接近，這兩層TiN和Ti薄膜可以在同一個物理氣相沉積腔體里完成。

最后采用物理氣相沉積工藝在400℃溫度下用熱鋁填充溝槽的縫隙，沉積后形成的堆棧式金屬層經(jīng)過化學(xué)機械研磨(CMP)后形成完整的P型和N型金屬柵極結(jié)構(gòu)。由于PFET即PMOS多一層P功函數(shù)層即TiN薄膜，使得后續(xù)填充時深寬比變得非常大，很容易導(dǎo)致側(cè)壁和頂部封口(over hang)效應(yīng)，導(dǎo)致后續(xù)Al層填不進去，造成Al孔洞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種金屬柵的制造方法，能提高金屬柵的填充能力，減少金屬柵的空洞，提高器件的性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的金屬柵的制造方法包括如下步驟：

步驟一、完成冗余柵極結(jié)構(gòu)去除之前的工藝，包括：在半導(dǎo)體襯底表面形成冗余柵結(jié)構(gòu)，MOS晶體管的源漏區(qū)，側(cè)墻，接觸孔刻蝕停止層和層間膜，所述冗余柵結(jié)構(gòu)由柵介質(zhì)層和冗余多晶硅柵疊加而成，所述冗余多晶硅柵頂部表面露出且和所述側(cè)墻、所述接觸孔刻蝕停止層和所述層間膜的頂部表面相平。

步驟二、將所述冗余多晶硅柵去除形成柵極溝槽，所述柵極溝槽由所述側(cè)墻的內(nèi)側(cè)面和所述柵介質(zhì)層的表面圍繞而成。

步驟三、對所述側(cè)墻進行刻蝕使所述柵極溝槽為頂部寬底部窄的梯形結(jié)構(gòu)。

步驟四、在所述柵極溝槽中形成金屬柵。

進一步的改進是，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底。