[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，所述基底上形成有第一替代栅电极层，所述第一替代栅电极层包括第一牺牲层及位于第一牺牲层上的第二牺牲层，其中，第二牺牲层的热膨胀系数高于第一牺牲层的热膨胀系数；

对所述第一替代栅电极层进行高温处理，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；

在所述基底上形成介质层，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，所述第一牺牲层为多晶硅、非晶硅、单晶硅、多晶锗、非晶锗、单晶锗、锗化硅之一。

可选的，所述第二牺牲层为钨的硅化物或钛的硅化物材料。

可选的，所述第二牺牲层和第一牺牲层的热膨胀系数比值大于1。

可选的，所述第二牺牲层和第一牺牲层的热膨胀系数比值范围为2∶1～10∶1。

可选的，第二宽度与第一宽度的比值范围为4∶3～3∶1。

可选的，第二宽度比第一宽度大1nm～20nm。

可选的，所述高温处理为高温氧化。

可选的，所述高温处理的温度范围为700℃～1500℃。

可选的，所述高温氧化下，第二牺牲层因高温膨胀的宽度为1nm～20nm。

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

可选的，所述第二替代栅电极层的去除方法为干法去除或湿法去除。

可选的，所述干法刻蚀是采用含有氯气、溴化氢的刻蚀气体去除第一牺牲层，采用氟化氮去除第二牺牲层。

可选的，所述湿法刻蚀是采用热氨水溶液去除所述第一牺牲层和第二牺牲层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过对具有不同层热膨胀系数材料的第一替代栅电极层进行高温处理，使其分别因热膨胀不同的宽度，以形成具有T型的第二替代栅电极层，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T型沟槽，所述沟槽的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。

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10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

现有技术形成的半导体器件的可靠性较低。发明人发现，半导体器件的可靠性较低是由于金属栅极的电阻值较目标电阻值偏高造成，进一步研究发现是因为所述金属栅极的填充物质内部存在空隙，所述空隙会提高金属栅极的电阻值，使其较目标电阻值偏高。

发明人进一步发现，所述空隙形成的原因如下：现有技术中，替代栅结构的侧面垂直于基底，所以去除所述替代栅结构形成的沟槽的侧壁也垂直于所述基底，且所述沟槽开口处的拐角近似为直角，所以当对沟槽进行填充时，位于开口附近的沉积速率较高，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。随着栅极长度的减小，沟槽的尺寸也随之减小，将对沟槽填充愈发变得困难，愈加可能形成空隙。