[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，尤其是涉及一种金属栅极的形成方法。

背景技术

集成电路尤其是超大规模集成电路中的主要器件是金属-氧化物-半导体（metal oxide semiconductor，MOS）场效应晶体管，简称MOS晶体管。自从MOS晶体管被发明以来，其几何尺寸一直在不断缩小。在此情况下，各种实际的和基本的限制和技术挑战开始出现，器件尺寸的进一步缩小正变得越来越困难。

在MOS晶体管器件和电路制备中，最具挑战性的是互补型金属-氧化物-半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)晶体管器件在缩小的过程中，由于二氧化硅（或氮氧化硅）构成的栅氧化层厚度减小带来的较高的栅极漏电流。为此，现已提出的解决方案是，采用金属栅极和高介电常数（K）栅介质层替代传统的重掺杂多晶硅栅极和二氧化硅（或氮氧化硅）栅介质层。

请参考图1至图3，图1至图3为现有金属栅极形成示意图。

图1中，提供半导体衬底100，半导体衬底100中具有浅沟槽隔离区101，浅沟槽隔离区101的左侧形成有NMOS管的伪栅极120，右侧形成有PMOS管的伪栅极110，伪栅极120与半导体衬底100之间具有高K介质层102和帽盖层103。同样的，伪栅极110与半导体衬底100之间具有高K介质层102和帽盖层103，伪栅极120、伪栅极110和半导体衬底100的表面被蚀刻停止层104覆盖，而蚀刻停止层104被层间介质层105覆盖。经过平坦化后，伪栅极120、伪栅极110、蚀刻停止层104和层间介质层105上表面齐平。

在图2中，由于PMOS晶体管所使用的功函数金属层与NMOS晶体管所使用的功函数金属层不同，因此，在NMOS管的伪栅极120上形成光刻胶层106，以保护NMOS管的伪栅极120，并以光刻胶层106为掩模，蚀刻去除图1中PMOS管的伪栅极110，形成沟槽111，沟槽111的底部暴露帽盖层103。

图3中，在形成沟槽111之后，需要去除光刻胶层106，以便于后续功函数金属层和金属栅极的形成。但是，现有金属栅极形成方法中，去除光刻胶层160时，通常无法完全去除干净，即光刻胶层160会有残留，残留的为光刻胶残留物160’，如图3所示，光刻胶残留物160’会造成对后续金属沉积设备的污染。

为此，亟需一种新的金属栅极的形成方法，以克服防止光刻胶层残留的问题。

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，以防止光刻胶层残留，从而解决金属沉积设备受到污染或者破坏的问题。

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：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成第一伪栅极和第二伪栅极；

在所述半导体衬底上形成层间介质层，且所述层间介质层表面与所述第一伪栅极和所述第二伪栅极顶部齐平；

在所述第二伪栅极上形成金属化合物层；

以所述金属化合物层为掩模去除所述第一伪栅极形成第一沟槽；

在所述第一沟槽内形成第一金属栅极。

可选的，所述第一伪栅极为PMOS晶体管的伪栅极且所述第二伪栅极为NMOS晶体管的伪栅极，或者所述第一伪栅极为NMOS晶体管的伪栅极且所述第二伪栅极为PMOS晶体管的伪栅极。

可选的，在所述第二伪栅极上形成金属化合物层包括：

在所述第二伪栅极和所述第一伪栅极上形成金属化合物材料层；

在所述金属化合物材料层上形成隔离层；

在所述第二伪栅极上方的所述隔离层上形成光刻胶层；

以所述光刻胶层为掩模对所述金属化合物材料层进行蚀刻直至在所述第二伪栅极上形成所述金属化合物层；

去除所述光刻胶层。

可选的，所述金属化合物层的材料包括氮化钛和氮化钽的至少其中之一，所述隔离层的材料为二氧化硅。

可选的，所述金属化合物层的厚度范围为3nm～50nm，所述隔离层的厚度范围为2nm～5nm。

可选的，所述光刻胶层的厚度范围为

可选的，采用灰化工艺去除所述光刻胶层，或者采用硫酸去除所述光刻胶层。

可选的，在去除所述第一伪栅极时，同时去除所述隔离层。

可选的，采用氢气的等离子体，或者采用溴化氢和氧气的混合等离子体，去除所述第一伪栅极。

可选的，在形成所述第一金属栅极之后，所述方法还包括：