金屬柵極的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，特別涉及一種金屬柵極的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管(M0S晶體管)是構(gòu)成集成電路尤其是超大規(guī)模集成電路的主要器件之一。自MOS晶體管發(fā)明以來(lái)，其幾何尺寸按照摩爾定律一直在不斷縮小，目前其特征尺寸已發(fā)展進(jìn)入深亞微米以下。在此尺度下，器件的幾何尺寸按比例縮小變得越來(lái)越困難。另外，在MOS晶體管器件及其電路制造領(lǐng)域，最具挑戰(zhàn)性的是傳統(tǒng)CMOS工藝在器件按比例縮小過(guò)程中，由于二氧化硅柵介質(zhì)層高度減小所帶來(lái)的從柵極向襯底的漏電流問(wèn)題。
[0003]為解決上述漏電問(wèn)題，目前MOS晶體管工藝中，采用高K柵介質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)，并使用金屬作為柵電極，兩者配合使用以避免柵極損耗以及硼滲透所導(dǎo)致的漏電流問(wèn)題。
[0004]目前制備金屬柵極的工藝主要有兩種方法，分別是“先柵極”和“后柵極”?！昂髺艠O”又稱為偽柵，使用該工藝時(shí)高介電常數(shù)柵介質(zhì)層無(wú)需經(jīng)過(guò)高溫步驟，所以閾值電壓VT偏移很小，芯片的可靠性更高。因此，后柵極工藝得到更廣泛的應(yīng)用。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)提供了一種使用“后柵”工藝形成金屬柵極的方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵；形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和偽柵側(cè)壁的層間介質(zhì)層，層間介質(zhì)層的表面經(jīng)化學(xué)工藝研磨后與偽柵的頂部表面齊平；去除所述偽柵，形成凹槽；形成填充滿凹槽的金屬柵極。
[0006]但是現(xiàn)有的方法在去除偽柵，形成凹槽時(shí)，均勻性控制不好，容易產(chǎn)生過(guò)去除或偽柵材料的殘留。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問(wèn)題是怎樣提高去除偽柵工藝的穩(wěn)定性和均勻性。
[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬柵極的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成若干偽柵，每個(gè)偽柵包括位于半導(dǎo)體襯底上的底層填充層，位于底層填充層上的刻蝕停止層，位于刻蝕停止層上的頂層填充層；在所述偽柵的側(cè)壁上形成側(cè)墻；形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和側(cè)墻表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的表面經(jīng)化學(xué)工藝研磨后與偽柵的頂部表面齊平；采用第一干法刻蝕工藝去除所述頂層填充層，以刻蝕停止層作為停止層；采用第二干法刻蝕工藝去除所述刻蝕停止層，暴露出底層填充層的表面；采用濕法刻蝕工藝去除所述底層填充層，形成凹槽，所述凹槽暴露出半導(dǎo)體襯底表面；形成填充滿凹槽的金屬柵極。
[0009]可選的，所述刻蝕停止層的材料與頂層填充層和底層填充層的材料不相同。
[0010]可選的，所述底層填充層的材料與頂層填充層的材料相同或不相同。
[0011]可選的，所述刻蝕停止層的材料為SiN或S1N，頂層填充層的材料為多晶硅或無(wú)定形娃，底層填充層的材料為多晶娃或無(wú)定形石圭。
[0012]可選的，所述頂層填充層的厚度大于刻蝕停止層和底層填充層的總厚度。
[0013]可選的，所述頂層填充層的厚度為400?6000埃，刻蝕停止層的厚度為25?50埃，底層填充層的厚度為50?100埃。
[0014]可選的，頂層填充層厚度為偽柵總厚度的1/8?1/6。
[0015]可選的，所述第一干法刻蝕采用的氣體為HBr和02，HBr流量為lOOsccm至500sccm, O2流量為Isccm至50sccm,反應(yīng)腔室壓強(qiáng)為I毫托至50毫托,源功率為300瓦至1500瓦，偏置功率為50瓦至200瓦。
[0016]可選的，所述第二干法刻蝕的參數(shù)采用的氣體為CHF3和02，CHF3流量為50sccm至400sccm, O2流量為Isccm至50sccm,反應(yīng)腔室壓強(qiáng)為I毫托至100毫托,源功率為500瓦至1500瓦，偏置功率為50瓦至200瓦。
[0017]可選的，所述濕法刻蝕采用的刻蝕溶液為TMAH，TMAH的質(zhì)量百分比濃度為20%?30%o
[0018]可選的，所述偽柵的形成過(guò)程為:在所述半導(dǎo)體襯底上形成底層填充材料層；在所述底層填充材料層上形成刻蝕停止材料層；在所述刻蝕停止材料層上形成頂層填充材料層；在所述底層填充材料層上形成圖形化的硬掩膜層；以所述圖形化的硬掩膜層為掩膜，依次刻蝕所述頂層填充材料層、刻蝕停止材料層和底層填充材料層，在所述半導(dǎo)體襯底上形成偽柵，所述偽柵包括位于半導(dǎo)體襯底上的底層填充層，位于底層填充層上的刻蝕停止層，位于刻蝕停止層上的頂層填充層。
[0019]可選的，在形成介質(zhì)層之前，還包括:以所述偽柵和側(cè)墻為掩膜，對(duì)所述偽柵和側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入，在偽柵和側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源/漏區(qū)。
[0020]可選的，在形成介質(zhì)層之前，還包括:以所述偽柵和側(cè)墻為掩膜，刻蝕偽柵和側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底，在偽柵和側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成溝槽；在所述溝槽內(nèi)形成應(yīng)力源/漏區(qū)。
[0021]可選的，所述應(yīng)力源/漏區(qū)為壓應(yīng)力源/漏區(qū)或拉應(yīng)力源/漏區(qū)。
[0022]可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)包括高K柵介質(zhì)層和位于高K柵介質(zhì)層上的金屬柵電極。
[0023]可選的，高K 柵介質(zhì)層的材料為 Hf02、T12, HfZrO, HfSiNO, Ta2O5, ZrO2, ZrS12,Al2O3, SrT13 或 BaSrT1。
[0024]可選的，金屬柵電極的材料為W、Al、Cu、T1、Ag、Au、Pt、Ni中的一種或幾種。
[0025]可選的，所述半導(dǎo)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述偽柵包括第一偽柵和第二偽柵，若干第一偽柵位于第一區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上；在形成介質(zhì)層之前，還包括:以所述第一偽柵和側(cè)墻為掩膜，對(duì)所述第一偽柵和側(cè)墻兩側(cè)的第一區(qū)域的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一離子注入，在第一區(qū)域的半導(dǎo)體襯底形成第一源/漏區(qū)，第一源/漏區(qū)被注入第一類型的雜質(zhì)離子，在第一注入過(guò)程中第一偽柵的頂層填充層中也會(huì)被注入第一類型的雜質(zhì)離子；以所述第二偽柵和側(cè)墻為掩膜，對(duì)所述第二偽柵和側(cè)墻兩側(cè)的第二區(qū)域的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第二離子注入，在第二區(qū)域的半導(dǎo)體襯底形成第二源/漏區(qū)，第二源/漏區(qū)被注入第二類型的雜質(zhì)離子，在第二離子注入過(guò)程中第二偽柵的頂層填充層中也會(huì)被注入第二類型雜質(zhì)離子。
[0026]可選的，第一區(qū)域上第一偽柵的密度與第二區(qū)域上第二偽柵的密度不相同。
[0027]可選的，第一區(qū)域的不同位置的第一偽柵的密度不相同，第二區(qū)域的不同位置的第二偽柵的密度不相同。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0029]本發(fā)明的金屬柵極的形成方法，半導(dǎo)體襯底上形成的偽柵，所述偽柵包括位于半導(dǎo)體襯底上的底層填充層，位于底層填充層上的刻蝕停止層，位于刻蝕停止層上的頂層填充層；采用第一干法刻蝕工藝去除所述頂層填充層，以刻蝕停止層作為停止層；采用第二干法刻蝕工藝去除所述刻蝕停止層，暴露出底層填充層的表面；采用濕法刻蝕工藝去除所述底層填充層，形成凹槽，所述凹槽暴露出半導(dǎo)體襯底表面。本發(fā)明的金屬柵極的形成方法，采用第一干法刻蝕工藝去除頂層填充層時(shí)，以刻蝕停止層作為停止層，因而可以很好的控制剩余的偽柵的厚度(等于或近似等于刻蝕停止層和底層填充層的厚度)，采用第二干法刻蝕工藝去除刻蝕停止層時(shí)，底層填充層可以作為停止層，使得去除刻蝕停止層后剩余的偽柵的厚度是恒定的(等于或近似等于底層填充層的厚度)，因而采用濕法刻蝕工藝時(shí)，濕法刻蝕工藝的窗口很好控制，濕法刻蝕工藝的穩(wěn)定性和均勻性增強(qiáng)。
[0030]進(jìn)一步，當(dāng)半導(dǎo)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一區(qū)域上的第一偽柵與第二區(qū)域上的第二偽柵中摻雜有不同類型的雜質(zhì)離子，并且第一區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上的第一偽柵的密度大于或小于第二區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上的第二偽柵的密度時(shí)，或者第一區(qū)域上不同位置的第一偽柵的密度不相同，第二區(qū)域的不同位置的第二偽柵的密度不相同時(shí)，由于刻蝕停止層的存在，使得去除第一偽柵和第二偽柵的頂層填充層時(shí)，減少了第一干法刻蝕時(shí)刻蝕負(fù)載效應(yīng)的影響，防止第一區(qū)域剩余的第一偽柵的厚度與第二區(qū)域剩余的第二偽柵的厚度存在差異，使得第一區(qū)域剩余的第一偽柵的厚度等于第二區(qū)域剩