[发明专利]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，传统的栅介质层不断变薄，晶体管漏电量随之增加，引起半导体器件功耗浪费等问题。为解决上述问题，现有技术提供一种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主要工艺。

专利公开号为CN101438389A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，所述基底上形成有替代栅结构、及位于所述基底上覆盖所述替代栅结构的层间介质层；以所述替代栅结构作为停止层，对所述层间介质层进行化学机械抛光工艺；除去所述替代栅结构后形成沟槽；最后对所述沟槽填充介质和金属，以形成栅介质层和金属栅电极层。

实际应用中发现，通过上述技术方案形成的半导体器件的可靠性较低。

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，以解决采用现有技术形成的半导体器件的可靠性较低的问题。

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，所述基底上形成有栅介质层；

在所述栅介质层上形成牺牲层；

对所述牺牲层进行离子注入，形成掺杂离子的第二牺牲层，剩余的未掺杂离子的牺牲层为第一牺牲层，所述第二牺牲层位于第一牺牲层上；

主刻蚀所述第一牺牲层和第二牺牲层形成第一替代栅电极层；

修正刻蚀所述第一替代栅电极层，形成第二替代栅电极层，所述第二替代栅电极层中，第一牺牲层的宽度为第一宽度，所述第二牺牲层的宽度为第二宽度，所述第一宽度小于第二宽度；

在所述栅介质层上形成介质层，所述介质层表面与第二替代栅电极层表面齐平；

去除所述第二替代栅电极层，形成沟槽；

采用填充物质对所述沟槽进行填充，形成金属栅极。

可选的，所述修正刻蚀为湿法刻蚀。

可选的，湿法刻蚀所述第一替代栅电极层时，所述第一牺牲层和第二牺牲层的刻蚀选择比值范围为3∶1～10∶1。

可选的，所述主刻蚀为干法刻蚀。

可选的，所述干法刻蚀中，刻蚀气体包括氯气、溴化氢或六氟化硫中的一种或多种。

可选的，所述第二替代栅电极层中，第二宽度与第一宽度的比值范围为4∶3～3∶1。

可选的，所述第一牺牲层具有第一厚度，所述第一厚度范围为50～200埃，所述第二牺牲层具有第二厚度，所述第二厚度范围为300～500埃。

可选的，所述湿法刻蚀的溶液为以下溶液之一：稀氨水溶液；氢氟酸和硝酸的混合溶液；硫酸和双氧水的混合溶液；氢氟酸溶液；氢氧化钾溶液；四甲基氢氧化铵溶液；双氧水；氯化氢和双氧水的混合溶液。

可选的，所述第一牺牲层或第二牺牲层的材料为多晶硅、非晶硅、单晶硅、多晶锗、非晶锗、单晶锗、锗化硅之一。

可选的，所述掺杂离子为磷、硼、砷、锗或硅中的一种或多种。

可选的，所述第一牺牲层厚度范围为50～200埃，所述第二牺牲层厚度范围为300～500埃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过刻蚀具有不同横向刻蚀速率的第一替代栅电极层形成第二替代栅电极层，使第二替代栅电极层中的第一牺牲层具有第一宽度，第二牺牲层具有第二宽度，去除所述第二替代栅电极层后，形成靠近底部具有第一宽度，靠近开口具有第二宽度的沟槽，所述第一宽度小于第二宽度，避免了填充物质后金属栅极产生空隙，提高金属栅极的质量，进而避免金属栅极的电阻值较待形成的目标电阻值偏高及偏高的电阻值导致功耗上升问题，提高含有所述金属栅极的半导体器件的可靠性。

进一步地，本发明通过离子注入的方式，形成具有刻蚀选择比的两层牺牲层，工艺简单，且可以通过调整离子注入的浓度对后续待形成的金属栅极的形状进行调整，其对应关系为：第二牺牲层掺杂的离子浓度越高，所述金属栅极的第二宽度和第一宽度比值越高，避免了填充物质后金属栅极产生空隙，提高金属栅极的质量，进而避免金属栅极的电阻值较待形成的目标电阻值偏高及偏高的电阻值导致功耗上升问题，提高含有所述金属栅极的半导体器件的可靠性。

进一步地，通过先干法刻蚀作为主刻蚀，然后采用湿法刻蚀进行修正，更好地对金属栅极的形状进行控制，提高金属栅极的质量。

附图说明

图1为本发明一个实施例的金属栅极形成方法流程示意图。

图2至图11为本发明一个实施例的金属栅极形成方法结构示意图。

具体实施方式