[发明专利]金属栅极及其形成方法

说明书

本发明公开了一种金属栅极的形成方法，包括：提供半导体衬底和介质层，介质层形成于半导体衬底表面；在介质层中形成凹槽；形成覆盖凹槽侧壁和底部的高k介电层；形成填充凹槽的金属材料；刻蚀除去部分金属材料，且暴露凹槽两侧壁的部分高k介电层；形成阻挡结构，阻挡结构覆盖余下的金属材料；和刻蚀暴露的高k介电层，直至余下的高k介电层的顶部与余下的金属材料的顶部平齐。减小了金属栅极与相邻金属插塞之间的寄生电容。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种金属栅极及其形成方法。

背景技术

随着半导体元器件尺寸的不断减小，传统的多晶硅栅极已经不能够再满足使用要求。金属栅极(Metal Gate)的出现使得半导体器件向更加精细化的方向发展。随后，高k介电层的使用进一步优化了金属栅极的控制作用，提高了半导体器件的性能。

但是，在金属栅极的制备过程中，金属栅极与相邻的金属插塞之间的寄生电容比较大，阻碍了半导体器件性能的优化进程。

因此，现有技术亟需一种减低金属栅极与相邻的金属插塞之间的寄生电容的形成方法以及相应的金属栅极。

发明内容

本发明实施例公开了一种金属栅极及其形成方法，有效降低了金属栅极与相邻金属插塞之间的寄生电容，提高了半导体器件的性能。

本发明公开了一种属栅极的形成方法，包括：提供半导体衬底和介质层，介质层形成于半导体衬底表面；在介质层中形成凹槽；形成覆盖凹槽侧壁和底部的高k介电层；形成填充凹槽的金属材料；刻蚀除去部分金属材料，且暴露凹槽两侧壁的部分高k介电层；形成阻挡结构，阻挡结构覆盖余下的金属材料；和刻蚀暴露的高k介电层，直至余下的高k介电层的顶部与余下的金属材料的顶部平齐。

根据本发明的一个方面，在形成高k介电层后，形成金属材料前，还包括：形成功函数材料层，功函数材料层覆盖高k介电层的侧壁和底部。

根据本发明的一个方面，刻蚀除去部分金属材料时，也同时刻蚀去除部分功函数材料层和部分高k介电层。

根据本发明的一个方面，刻蚀去除部分功函数材料层和部分高k介电层后，余下的高k介电层顶部高于余下的功函数材料层的顶部和余下的金属材料的顶部。

根据本发明的一个方面，阻挡结构覆盖余下的金属材料和余下的功函数材料层。

根据本发明的一个方面，在刻蚀除去部分金属材料和部分功函数材料层后，形成阻挡结构的工艺步骤包括：形成覆盖余下金属材料、余下功函数材料层、高k介电层和介质层的阻挡层；和刻蚀除去位于介质层表面和高k介电层表面的阻挡层，保留覆盖于余下的金属材料和余下的功函数材料层的阻挡层，以形成阻挡结构。

根据本发明的一个方面，刻蚀除去位于介质层表面和高k介电层表面的阻挡层的工艺步骤包括：形成覆盖阻挡层的盖层；除去部分盖层，保留位于凹槽内的盖层；刻蚀除去位于介质层表面的阻挡层，并继续刻蚀除去位于盖层两侧的阻挡层，并暴露凹槽两侧壁的高k介电层。

根据本发明的一个方面，暴露凹槽两侧壁的高k介电层后，还包括：刻蚀高k介电层，使剩余的高k介电层的顶部与余下的金属材料的顶部平齐。

根据本发明的一个方面，剩余的高k介电层的顶部与余下的金属材料的顶部平齐后，还包括：除去盖层和阻挡结构。

根据本发明的一个方面，在除去盖层和阻挡结构后，还包括：形成覆盖金属材料、功函数材料层和高k介电层的介电材料层。

根据本发明的一个方面，阻挡结构的材料包括：TiN、TaN、TiAl中的一种或多种。

根据本发明的一个方面，阻挡结构的厚度尺寸范围为。

根据本发明的一个方面，金属材料包括：W和/或Al。