[发明专利]制造半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种制造半导体器件的方法。

背景技术

随着栅极尺寸缩短至几十纳米，栅氧化物层的厚度降至3nm以下，引发了栅极电阻过大、栅泄漏增大以及多晶硅栅出现空乏现象等问题。因此，人们又将目光重新投向金属栅极技术，金属栅极技术采用具有较低电阻的金属作为栅极，并且采用具有较大介电常数的材料作为栅介电层。

金属栅极技术包括先形成栅（Gate-first）工艺和后形成栅（Gate-last）工艺。Gate-first工艺是指在对硅片进行漏/源区离子注入以及随后的高温退火步骤之前形成金属栅极，Gate-last工艺则与之相反。由于Gate-first工艺中金属栅极需经受高温工序，因此该工艺可能会引起热稳定性、阈值电压漂移和栅堆叠层再生长等问题，这对于PMOS来说是非常严重的问题。

在Gate-last工艺中，由于N型晶体管和P型晶体管需要包含不同的功函数层，因此，通常需要分别形成N型晶体管的金属栅极和P型晶体管的金属栅极。图1A-1D为采用现有技术的Gate-last工艺形成半导体器件过程中各步骤的剖视图。如图1A所示，提供半导体衬底100。半导体衬底100上形成有用于形成N型金属栅极的第一伪栅极101和用于形成P型金属栅极的第二伪栅极102。在半导体衬底300上以及第一伪栅极101和第二伪栅极102的两侧还形成有应力层103。在应力层103上形成有层间介电层104。如图1B所示，去除第二伪栅极102，以形成第二填充开口105。如图1C所示，在第二填充开口105内形成P型金属栅极106，P型金属栅极106包括P型功函数金属层和金属层（均未示出）。如图1D所示，去除第一伪栅极101，以形成第一填充开口107。然后，在该第一填充开口107内填充N型功函数金属层和金属层即可以形成N型金属栅极。

目前，常用的第一伪栅极材料为多晶硅。在去除多晶硅的第一伪栅极101和第二伪栅极102时，很容易在相邻的N型金属栅极和P型金属栅极的界面处（尤其是沿第一伪栅极的纵向方向上相邻的N型金属栅极和P型金属栅极的界面处）产生聚合物和氧化物。为了避免界面处的聚合物和氧化物对晶体管产生影响，通常会采用酸性溶液或碱性溶液进行清洗。然而，无论是酸性溶液还是碱性溶液都会损坏金属栅极（其主要材料为Al），而导致晶体管失效。

因此，目前急需一种制造半导体器件的方法，以解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种制造半导体器件的方法，包括：a）提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一伪栅极、第一填充开口以及包围所述第一伪栅极和所述第一填充开口的层间介电层；b）在所述第一伪栅极和所述层间介电层上以及所述第一填充开口内依次形成第一功函数层和第一牺牲层；c）执行化学机械研磨工艺以去除所述第一填充开口以外的所述第一功函数层和所述第一牺牲层；d）去除所述第一伪栅极以形成第二填充开口；e）执行第一清洗工艺；f）在所述第二填充开口内以及所述层间介电层、所述第一功函数层和所述第一牺牲层上依次形成第二功函数层和第二牺牲层；g）执行化学机械研磨工艺以去除所述第二填充开口以外的所述第二功函数层和所述第二牺牲层；h）去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，以分别形成第一凹槽和第二凹槽；以及i）在所述第一凹槽和所述第二凹槽内形成金属层。

优选地，所述a）步骤包括：在所述半导体衬底上形成第一伪栅极和第二伪栅极，并在所述半导体衬底上形成包围所述第一伪栅极和所述第二伪栅极的层间介电层；去除所述第二伪栅极以形成第一填充开口；以及执行第二清洗工艺。

优选地，所述第一清洗工艺和所述第二清洗工艺的清洗剂为酸性溶液。

优选地，所述酸性溶液为HF溶液。

优选地，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层是由相同的材料形成的。

优选地，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层包含氮化钛。

优选地，所述h）步骤中使用热氨水和双氧水混合溶液去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层。

优选地，所述金属层的材料为铝。

优选地，所述第一功函数层和所述第二功函数层具有不同的功函数，以分别形成N型和P型金属栅极的功函数层。