[发明专利]一种金属栅极的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域的检测技术，特别涉及一种金属栅极的制作方法。

背景技术

目前，高介电常数绝缘材料和金属栅极将被用于制造半导体器件中的逻辑电路器件。

为了控制短沟道效应，更小特征尺寸的半导体器件要求进一步提高栅电极电容。这能够通过不断减薄栅氧化层的厚度而实现，但随之而来的是栅电极漏电流的提升。当二氧化硅作为栅氧化层，厚度低于3.0纳米时，漏电流就变得无法忍受了。解决上述问题的方法就是使用高介电常数绝缘材料取代二氧化硅，高介电常数绝缘材料可以为铪硅酸盐、铪硅氧氮化合物、铪氧化物等，介电常数一般都大于15，采用这种材料能够进一步提高栅电极电容，同时栅电极漏电流又能够得到明显的改善。对于相同的栅氧化层厚度，将高介电常数绝缘材料与金属栅极搭配，其栅电极漏电流将减少几个指数量级，而且用金属栅极取代多晶硅栅电极解决了高介电常数绝缘材料与多晶硅之间不兼容的问题。

在制作金属栅极时，常常采用栅极后制作的方式制作，也就是先在半导体衬底下形成有源区后，再形成金属栅极，以下详细说明。

图1为现有技术提供的制作金属栅极的方法流程图，结合图2～图8所示的现有技术制作金属栅极的方法过程剖面结构图说明：

步骤101、如图2所示，在半导体衬底200上依次形成具有高介电常数的栅氧化层201和替代栅极202。

在该步骤之前，在半导体衬底200已经进行了双阱工艺定义N型半导体器件和P型半导体器件的有源区，并采用浅槽隔离(STI)隔离了N型半导体器件和P型半导体器件的有源区，这与本发明的方案无关，不再详述。

在本步骤中，高介电常数的栅氧化层101可以为铪硅酸盐、铪硅氧氮化合物、铪氧化物等，介电常数一般都大于15。

在本步骤中，替代栅极202可以通过在沉积的替代栅极材料上涂布光阻胶层，对所述光阻胶层进行图案化，定义替代栅极的位置，然后以图案化的光阻胶层为掩膜进行刻蚀，得到替代栅极。需要说明的是，因为最终形成的是金属栅极，替代栅极会被金属栅极替代，也就是说替代栅极最终是不存在的，所以作为替代栅极的材料可以有多种，比如替代栅极的材料为多晶硅。

步骤102、如图3所示，在替代栅极202的两侧形成侧壁层203，以所述侧壁层203和替代栅极202为掩膜，采用离子注入方式在半导体衬底200中形成源漏区204。

其中，侧壁层的材料与后续沉积的层间介质层(ILD)的材料相同，比如氮化硅层。

步骤103、如图4所示，沉积接触刻蚀停止层205。

在本步骤中，接触刻蚀停止层205可以为氧化硅层，要求与上层要沉积的层间介质层来说，有比较高的选择比。

步骤104、如图5所示，在接触刻蚀停止层205上沉积层间介质层206，所沉积层间介质层206的整体高度超过替代栅极202的高度，然后经过化学机械研磨(CMP)，在接触刻蚀停止层205停止，防止CMP到替代栅极202。

在本步骤中，所沉积的层间介质层206可以为氮化硅层。

在本步骤中，由于在CMP过程中，层间介质层206和接触刻蚀停止层之间具有很高的刻蚀选择比，所以在抛光至接触刻蚀停止层205时，在同一平面的接触刻蚀停止层205与层间介质层206的刻蚀速率不相同，会造成台阶效应。

在本步骤中，层间介质层的压力为0～1.6GPa，拉伸力为0～3.5GPa。

步骤105、如图6所示，对替代栅极202进行刻蚀，得到替代栅极沟槽207。

刻蚀替代栅极201可以采用干法刻蚀，也可以采用湿法刻蚀。其中，干法刻蚀的气体可以包含六氟化硫(SF₆)或氯气(Cl₂)；湿法刻蚀，具体可以采用硝酸和氢氟酸的混合溶液去除。无论干法刻蚀还是湿法刻蚀，都可以确保刻蚀替代栅极201的同时，不对其两侧的层间介质层进行刻蚀。

步骤106，如图7所示，在替代栅极沟槽207填充金属栅极材料，得到金属栅极。

在本步骤中，沉积作为金属栅极的材料，沉积时该金属栅极材料还会覆盖ILD205表面，然后通过CMP，对ILD205表面上的金属栅极材料进行抛光，得到金属栅极。

作为金属栅极的材料可以为钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)中的任意两种或者三种的组合。