[发明专利]形成栅极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及形成栅极的方法。

背景技术

现有技术中，形成栅的工艺可分为前栅(gate first)工艺和后栅(gate last)工艺。前栅工艺是指先沉积栅介质层，在栅介质层上形成栅电极，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。前栅工艺其工艺步骤简单，但在进行退火时，栅电极不可避免地要承受高温，导致MOS管的阈值电压Vt漂移，影响管子性能。后栅工艺是指在退火工艺后，即在高温步骤后，刻蚀掉多晶硅伪栅，形成伪栅沟槽，再用合适的金属填充伪栅沟槽以形成栅电极，这样可以使栅电极避开高温，避免MOS管的阈值电压Vt漂移，影响管子性能。

后栅工艺可以大大加宽栅电极的材料的选择范围，但是工艺变得更加复杂。在形成金属栅电极时，随着半导体器件尺寸越来越小，特别是在32nm及以下工艺中，由于伪栅沟槽宽度变小，使得金属材料的填充效率难以达到百分之百，即在伪栅沟槽中填入的金属中间会存在着一定的间隙，间隙不仅会增大栅电极的寄生电阻，而且还会造成MOS管可靠性降低等问题。

2010年2月24日公开的公开号为“CN101656205A”的中国专利申请公开的“集成电路金属栅极结构及其制造方法”公开了一种形成金属栅极的方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成伪栅极结构，其中，所述伪栅极结构包括多晶硅；除去所述伪栅极结构，以提供具有顶部和底部的沟槽，其中所述顶部和所述底部具有第一宽度；增加所述沟槽的顶部宽度，以提供第二宽度；以及，在包括所述第二宽度的所述沟槽中形成栅极，其中所述形成栅极的步骤包括将第一金属沉积到所述沟槽中。该专利文献中公开的形成金属栅极的方法，在去除伪栅极结构后，增加沟槽顶部的宽度，以利于之后向沟槽内填充金属，改善金属的填充性。然而，该专利文献中利用氩(Ar)溅射工艺增加沟槽顶部宽度，这样容易对衬底造成破坏。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术的形成栅极的方法，容易对衬底造成损坏。

为解决上述问题，本发明提供一种形成栅极的方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底表面形成栅介质层，在所述栅介质层表面形成氮化钨层，离所述衬底越远所述氮化钨层的含氮量越低，在所述氮化钨层表面形成硬掩膜层；

图形化所述氮化钨层和硬掩膜层；

以所述图形化后的硬掩膜层为掩膜湿法刻蚀去除部分所述图形化后的氮化钨层，形成顶部宽度大于底部宽度的氮化钨伪栅极，去除图形化后的硬掩膜层；

形成介质层，覆盖所述栅介质层，所述介质层的表面与所述氮化钨伪栅极的表面相平；

去除所述氮化钨伪栅极，形成栅极沟槽，所述栅极沟槽的顶部宽度大于底部宽度；

在所述栅极沟槽内填充栅极材料，形成栅极。

可选的，所述氮化钨伪栅极的侧壁偏离底部的角度为91°～105°。

可选的，利用化学气相沉积在所述栅介质层上形成氮化钨层；所述化学气相沉积中使用的气体包括：WF₆，H₂，N₂，其中，反应开始阶段N₂的流量大于反应结束阶段N₂的流量。

可选的，所述WF₆的流量为3～10sccm，所述N₂的流量为50～200sccm，所述H₂的流量为100～1000sccm。

可选的，所述N₂的流量逐渐变小。

可选的，所述化学气相反应的时间为5～15秒。

可选的，所述湿法刻蚀中使用的溶液选自H₂SO₄溶液、NH₄OH溶液、HF溶液其中之一。

可选的，利用干法刻蚀去除氮化钨伪栅极。

可选的，所述干法刻蚀中使用的气体包括：Cl₂，HBr，SF₆。

可选的，所述栅介质层包括二氧化硅层、氮氧化硅层、氮化硅层其中之一，或者他们的任意组合。

可选的，所述栅介质层还包括至少一层高k介质层，所述k值大于4.5。

可选的，还包括：在去除图形化后的硬掩膜层后，形成介质层之前，在所述氮化钨伪栅极周围形成侧墙。

可选的，所述栅极材料选自铪、锆、钛、铝、铊、钯、铂、钴、镍、钨、银、铜、金、导电的金属氮化物、导电的金属碳化物、导电的金属硅化物其中之一或者他们的组合。