[发明专利]一种金属栅极的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属栅极的形成方法。

背景技术

随着技术节点的降低，为改善集成电路器件的性能，现有技术提供将金属栅极替代多晶硅栅极的解决方案。其中，“后栅极(gate last)”工艺为形成金属栅极的一个工艺。

专利申请号为200780016613.2的中国专利申请提供一种使用“后栅极”工艺形成金属栅极的方法，包括：提供基底，所述基底上形成有伪栅极结构、及位于所述基底上，且覆盖有所述伪栅极结构的层间介质层，所述伪栅极结构的侧面垂直于基底；以所述伪栅极结构作为停止层，对所述层间介质层进行化学机械抛光工艺；除去所述伪栅极结构后形成沟槽，因为所述伪栅极结构的侧面垂直于基底，所以去除其形成的沟槽的侧壁同样垂直基底，即所述沟槽开口处的拐角为直角；最后对所述沟槽填充介质和金属，以形成栅极介质层和金属栅电极层。

如图1所示为上述技术方案形成的沟槽形状，因为所述沟槽的侧壁垂直于所述基底，且所述沟槽开口处的拐角001为直角，所以当对沟槽填充介质和金属时，位于所述直角001处的沉积速率较高，越靠近底部，沉积速率越低，最后将会在金属栅极内出现空隙002。随着栅极长度的减小，沟槽的尺寸也随之减小，将介质和金属沉积到沟槽中愈发变得困难，愈加可能形成空隙。

专利申请号为200910161763.3的中国专利申请提供了另外一种使用“后栅极(gate last)”工艺形成金属栅极的方法，用以解决上述空隙问题。其解决方案为：形成沟槽之后，对所述沟槽进行氩离子溅射，修正所述沟槽的开口，使所述沟槽的开口宽度大于底部宽度。

如图2所示为氩离子溅射修正后形成的沟槽形状。但是，所述沟槽侧壁仅靠近开口的部分为倾斜，而靠近底部的侧壁与基底垂直，在倾斜侧壁和垂直侧壁的交界处的侧壁拐角003为尖角，而在所述尖角003处，仍然造成填充的材料堆积，会形成空隙004。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种金属栅极的形成方法，以解决填充形成金属栅极时产生的空隙问题。

为解决上述问题，本发明提供一种金属栅极的形成方法，包括：

提供基底，所述基底上形成有牺牲层；

刻蚀所述牺牲层，形成具有倾斜侧壁的锥形沟槽，所述沟槽开口宽度大于底部宽度；

采用填充物质填充所述沟槽，形成伪栅电极层；

去除所述牺牲层；

在所述伪栅电极层两侧形成侧墙，并以所述侧墙为掩膜，对所述基底进行离子注入；

在所述基底上沉积层间介质层，并以所述伪栅电极层为停止层，对所述层间介质层进行平坦化；

去除所述伪栅电极层，对去除伪栅电极层后的沟槽依次填充介质和金属。

可选的，所述牺牲层为氧化硅层。

可选的，刻蚀所述牺牲层的刻蚀气体为NF₃与C₄F₆的混合气体、SF₆与C₄F₆的混合气体、NF₃与CH₂F₂的混合气体、SF₆与CH₂F₂的混合气体、CF₄与CHF₃的混合气体、或CF₄与CH₂F₂的混合气体。

可选的，刻蚀所述牺牲层的刻蚀气体为C₄F₆、C₄F₈、或C₅F₈。

可选的，刻蚀所述牺牲层的刻蚀气体为SF₆和CH₂F₂的混合气体，其中所述混合气体的SF₆与CH₂F₂体积比值范围8∶1～15∶1。

可选的，所述SF₆流量为50sccm至250sccm，所CH₂F₂流量为5sccm至20sccm。

可选的，所述刻蚀时间为10秒至100秒，所述刻蚀的腔体压力为5毫托至50毫托，功率为500瓦至1000瓦。

可选的，所述沟槽的开口宽度范围为25nm～50nm，底部宽度范围为15nm～45nm。

可选的，所述形成伪栅电极层的材料为多晶硅。