[发明专利]后栅工艺中金属栅的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种后栅工艺中金属栅的制作方法。

背景技术

当前的集成电路制造过程中，22nm及以下技术节点的CMOS工艺的栅制作通常可分为前栅(gate first)工艺和后栅(gate last)工艺。

所谓前栅工艺是指：先淀积栅介质层，在栅介质层上形成栅极，然后进行源漏注入，之后进行退火工艺以激活源漏中的离子，从而形成源区和漏区。前栅工艺的优势在于步骤简单，但劣势在于，进行退火工艺时，栅极不可避免地要承受高温，导致晶体管的阈值电压Vt漂移，影响器件最终的电学性能。

所谓后栅工艺是指：先淀积栅介质层，在栅介质层上形成伪栅(如多晶硅)，然后形成源区和漏区，再去除伪栅，形成栅沟槽，再采用合适的金属填充栅沟槽以形成金属栅，这样一来，可以使栅电极避开形成源区和漏区时引入的高温，从而减少晶体管的阈值电压Vt漂移，相对于前栅工艺，有利于改善器件的电学性能。

但是，在22nm及以下技术节点的CMOS工艺中，由于栅沟槽宽度变小，使得金属材料的填充效果难以满足要求，在栅沟槽中填入的金属中间会存在空隙或孔洞，这些间隙不仅会增大栅极的寄生电阻，而且还会造成晶体管可靠性降低等问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种后栅工艺中金属栅的制作方法，以减少栅极的寄生电阻，并且提高晶体管的可靠性。

为解决上述问题，本发明提供一种后栅工艺中金属栅的制作方法，包括：

提供衬底，所述衬底具有栅沟槽；

在所述衬底表面进行至少一次金属层淀积-退火处理，以在所述栅沟槽内填充金属层；

去除所述栅沟槽之外的金属层。

在所述衬底表面进行至少一次金属层淀积-退火处理，以在所述栅沟槽内填充金属的步骤具体包括：

在所述衬底表面淀积金属层，以填充所述栅沟槽；

对所述金属层进行退火，以修正栅沟槽内的填充形貌。

优选的，所述金属层材料为Al或TiAl_x。

可选的，所述金属层包括：

至少两种元素金属层，各所述元素金属层顺次堆叠且由下至上熔点逐渐减小。

可选的，在所述衬底表面进行至少一次金属层淀积-退火处理具体包括以下步骤：

在所述衬底表面淀积子金属层；

对所述子金属层进行退火，以修正所述子金属层的填充形貌，从而完成一次淀积-退火处理周期；

至少执行两次所述淀积-退火处理周期。

优选的，所述子金属层材料为Al或TiAl_x。

可选的，所述子金属层包括：

至少两种元素金属层，各所述元素金属层顺次堆叠且由下至上熔点逐渐减小。

优选的，各所述元素金属层材料由下至上分别为Ti和Al。

优选的，所述退火在N₂或He中进行。

优选的，所述退火的温度范围为300℃～600℃。

优选的，金属层淀积-退火处理中采用PVD或CVD工艺淀积所述金属层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

采用至少一次金属层淀积-退火处理，即先采用金属材料填充于栅沟槽内，然后对填充的金属材料进行退火处理，利用金属材料在退火温度下具有流动性的特点，这样可以改善金属在栅沟槽内填充的形貌，从而改善金属的填充性能，减少填充金属层中的空隙或孔洞。

相对于ALD(单原子层沉积工艺)而言，ALD虽然保型性能优异，但由于淀积金属层的前驱源种类少，限制了其在金属栅制作上的应用；而本发明实施例的金属层淀积可以采用传统的PVD或CVD工艺，因此几乎可以沉积任何金属，使用PVD或CVD工艺在栅沟槽中淀积低电阻、导电性能优异的金属材料，而后结合退火工艺，则可以提高金属在栅沟槽内的填充性能，从而减少栅极的寄生电阻，并且提高晶体管的可靠性。

附图说明

图1为实施例一后栅工艺中金属栅的制作方法的流程图；

图2a-图2h实施例一后栅工艺中金属栅的制作方法的示意图；

图3为实施例二后栅工艺中金属栅的制作方法的流程图；

图4a～图4d为实施例二后栅工艺中金属栅的制作方法的示意图；

图5为实施例三后栅工艺中金属栅的制作方法的流程图；

图6a-图6d为实施例三后栅工艺中金属栅的制作方法的示意图；

图7为实施例四后栅工艺中金属栅的制作方法的流程图；