[发明专利]一种金属栅电极的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别涉及一种金属栅电极的制造方法。

背景技术

根据国际半导体技术发展规划蓝图（ITRS）预测，45nm及以下节点互补金属氧化物半导体（CMOS）器件中等效氧化层厚度必须小于0.65nm，用高k栅介质和金属取代SiON栅介质和多晶硅栅电极是适应这一要求的新技术。金属栅极相对于多晶硅栅具有很大的优势，例如可以消除多晶硅栅耗尽效应，P型场效应管的硼（B）的穿透效应，同时还具有非常低的电阻，并能抑制远程电荷散射。因此，为适应未来集成电路工艺的发展需求，国内外科研机构越来越重视各种金属栅工艺方案的研究。

在各类金属栅的制备方法中，镍基全硅化物金属栅（Ni FUSI）是一种比较简单的金属栅制备方法，并且它和CMOS工艺具有很好的兼容性。传统的镍基全硅化物金属栅制作采用一步退火工艺，即只采用一步退火来实现整个栅电极的硅化，虽然制作方法较为简单，但这种一次退火工艺却具有生成的硅化物薄膜不均匀，存在线宽效应等缺点；同时传统的镍基全硅化物金属栅制作时采用二氧化硅（SiO2）氧化层来作为牺牲层，因此在生长金属镍（Ni）前还需要用化学机械研磨（CMP）的方法使氧化层表面平坦化，再利用回刻（etch back）的方法把需要形成镍基全硅化物金属栅的地方露出来，但是由于氧化层上没有停止层（stop layer），这给CMP工艺带来很大的困难，只能通过控制CMP的时间（by time）来确定需要研磨的厚度，因此对于镍基全硅化物金属栅的厚度控制较难掌握；而且，传统的镍基全硅化物金属栅制作工艺在镍基全硅化物金属栅形成后需要先采用湿法的方法去除多余的金属镍，再用干法刻蚀作为牺牲层的氧化层，由于氧化层厚度较厚，这步的工艺难度也很大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种金属栅电极的制造方法，能够大幅度降低制造工艺的复杂程度，同时也解决了一次退火造成的硅化物薄膜不均匀，线宽效应等问题。

为达成上述目的，本发明提供一种金属栅电极的制造方法，包括如下步骤：在衬底上形成多晶硅栅极，所述多晶硅栅极两侧的侧墙，以及源漏区；在上述步骤形成的结构表面形成薄氧化层；在所述薄氧化层上淀积牺牲介质以形成牺牲层，回刻所述牺牲层及所述薄氧化层以露出所述多晶硅栅极的上表面，其中所述牺牲介质为有机化合物；沉积金属镍层，并进行第一次退火；通过腐蚀工艺同时去除未反应的所述金属镍层及所述牺牲层；进行第二次退火，形成全硅化物金属栅电极；以及去除所述薄氧化层。

可选的，所述薄氧化层通过等离子增强化学气相沉积而成。

可选的，所述薄氧化层厚度为10nm～30nm。

可选的，所述有机化合物为包含碳、氮、氧的环状大分子有机化合物。

可选的，所述牺牲层通过旋转涂布工艺沉积而成。

可选的，所述牺牲层的厚度为400nm～600nm。

可选的，所述金属镍层通过物理气相沉积法沉积而成。

可选的，所述金属镍层的厚度为60nm～200nm。

可选的，所述第一次退火采用快速热退火工艺，退火温度为300℃～350℃，退火时间为20秒～60秒。

可选的，所述第二次退火采用快速热退火工艺，退火温度为400℃～600℃；退火时间为30秒～90秒。

可选的，所述腐蚀工艺为通过腐蚀溶液同时去除未反应的所述金属镍层及所述牺牲层，所述腐蚀溶液为H₂SO₄和H₂O₂的混合溶液。

本发明金属栅电极制造方法的优点在于，能够避免化学机械研磨，有效降低工艺复杂度；且制造过程更加简单方便，易于集成，与CMOS工艺具有很好的兼容性，从而降低制造成本；进一步的，还能解决现有技术中氧化层刻蚀困难的问题；同时采用二次退火工艺，克服了一次退火存在的生成的硅化物薄膜不均匀，线宽效应等缺陷。

附图说明

图1本发明较佳实施例的金属栅电极制造方法的流程图。

图2A~图2F是本发明较佳实施例的金属栅电极制造方法的剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。此外，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。