[發明專利]高介電常數金屬柵的制造方法

在審

• 申請號: 202210097274.1
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114496920A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 歸琰;成鑫華;姜蘭
• 申請（專利權）人: 上海華力集成電路制造有限公司
• 主分類號: H01L21/8234
• 分類號: H01L21/8234
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 郭四華

本發明公開了一種高介電常數金屬柵的制造方法，包括：步驟一、在半導體襯底上沉積高介電常數層；步驟二、形成第一阻檔層；步驟三、沉積非晶硅蓋帽層；步驟四、預處理，控制預處理的溫度和氧氣的流量使非晶硅蓋帽層的表面產生氧化；步驟五、進行尖峰退火處理以吸收高介電常數層中的氧元素，利用尖峰退火處理結合非晶硅蓋帽層的表面被氧化的結構抑制在尖峰退火處理中出現硅成核以及硅晶長大，以有利于后續非晶硅蓋帽層的去除；步驟六、對非晶硅蓋帽層進行無硅殘留的去除并同時避免損傷第一阻檔層。本發明對高介電常數層的第一阻檔層頂部的非晶硅蓋帽層在吸氧后進行無硅殘留去除，同時能避免損傷第一阻檔層，最后能提高器件的可靠性。

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路制造方法，特別涉及一種高介電常數金屬柵(HKMG)的制造方法。

背景技術

HKMG具有高介電常數(HK)的柵介質層以及金屬柵(MG)，故本領域中通常縮寫為HKMG。HKMG通常應用于28nm以下工藝節點。隨著器件關鍵尺寸的進一步等比例縮小，還會采用鰭體(Fin)，半導體器件形成于鰭體上，故形成于鰭體上的半導體器件也稱為鰭式場效應晶體管(FinFET)。在FinFET中，柵極結構也會采用HKMG。

通常地，在鰭式場效應晶體管(FinFET)工藝中，會在高介電常數層形成后沉積一層無定型硅即非晶硅(amorphous silicon，α-Si)蓋帽層，并通過退火吸收HK層里面氧元素，然后去除無定型硅蓋帽層后進行金屬柵沉積。通常在高介電常數層形成之后還會形成一層TiN作為阻檔層，該阻檔層位于金屬柵的金屬功函數層的底部，也通常稱為底部阻檔層(BBM)。但是在實際生產過程中，通常采用濕法刻蝕去除無定型硅蓋帽層，在去除經過退火的無定型硅時容易形成硅殘余缺陷。硅殘余缺陷能通過延長濕法刻蝕時間去除，但是延長濕法刻蝕時間會損傷阻擋層TiN，從而影響器件可靠性；而不延長濕法刻蝕時間，又會形成硅殘留缺陷。因此去除無定型硅殘余缺陷成了FinFET的HKMG的形成工藝的技術難點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高介電常數金屬柵的制造方法，能避免去除用于對高介電常數層進行吸氧的非晶硅蓋帽層時產生硅殘留，從而能提升器件的可靠性。

為解決上述技術問題，本發明提供的高介電常數金屬柵的制造方法，包括如下步驟：

步驟一、在半導體襯底上沉積高介電常數層。

步驟二、在所述高介電常數層上形成第一阻檔層。

步驟三、沉積非晶硅蓋帽層。

步驟四、對所述非晶硅蓋帽層進行預處理，所述預處理中通入氧氣，控制所述預處理的溫度和所述氧氣的流量使所述非晶硅蓋帽層的表面產生氧化。

步驟五、所述非晶硅蓋帽層進行尖峰退火處理以吸收所述高介電常數層中的氧元素，利用所述尖峰退火處理結合所述非晶硅蓋帽層的表面被氧化的結構抑制在所述尖峰退火處理中出現硅成核以及硅晶長大，以有利于后續所述非晶硅蓋帽層的去除。

步驟六、對所述非晶硅蓋帽層進行無硅殘留的去除并同時避免損傷所述第一阻檔層。

進一步的改進是，步驟一中，在沉積所述高介電常數層之前還包括：在所述半導體襯底上形成界面層。

進一步的改進是，所述半導體襯底包括硅襯底。

進一步的改進是，所述第一阻檔層包括TiN層。

進一步的改進是，步驟四中，所述預處理采用快速熱退火。

進一步的改進是，所述預處理的溫度為400℃～550℃，所述氧氣的流量為0.05slm～0.5slm，時間為5s～20s。

進一步的改進是，步驟五中，所述尖峰退火的穩定溫度為550℃～650℃，峰值溫度范圍為950℃～1050℃，升溫速率為150℃/s～220℃/s。