專(zhuān)利名稱(chēng)：全硅化物金屬柵電極制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造工藝，且特別涉及一種全硅化物金屬柵電極制 造工藝。
背景技術(shù)：
伴隨集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的體積正變得越來(lái)越小， 隨之而來(lái)的是器件尺寸逼近物理極限時(shí)所產(chǎn)生的大量問(wèn)題。這使得業(yè)界開(kāi)始尋找除了單純縮小器件尺寸以外的解決方法，來(lái)進(jìn)一步提高器件性能。HighK(高 介電常數(shù))柵介質(zhì)和金屬柵電極作為一個(gè)重要的發(fā)展方向而被業(yè)界廣泛研究和 使用。相比傳統(tǒng)二氧化硅和多晶硅電極，柵介質(zhì)和金屬柵電極的特點(diǎn)在于， High K使得柵介質(zhì)層厚度增加，這大大減小了柵極漏電流。而采用金屬柵電極 代替多晶硅電極，不僅可以減小接觸電阻，同時(shí)也可以解決多晶硅耗盡、費(fèi)米 能級(jí)釘扎及表面光學(xué)聲子散射對(duì)溝道電子遷移率的影響。這些改進(jìn)都可以大大 提升器件性能。但是，HighK柵介質(zhì)和金屬柵電極具備這些優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也對(duì)工藝技術(shù)帶 來(lái)了新的挑戰(zhàn)。High K材料的熱穩(wěn)定性，界面缺陷，金屬柵電極的工作模式調(diào) 節(jié)等等，都是亟待解決的問(wèn)題。目前制作金屬柵電極的方法主要有全金屬硅化物法、合金法和金屬蝕刻后 再淀積的方法。其中全金屬硅化物法的基本步驟為在完成HighK和多晶硅堆 層及兩側(cè)邊墻后，在頂部淀積一層金屬，然后進(jìn)行一次或兩次熱處理過(guò)程，將 全部多晶硅和金屬反應(yīng)后形成金屬硅化物。發(fā)明內(nèi)容為了克服已有技術(shù)中存在的熱處理時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)High K介質(zhì)熱穩(wěn)定性要求高 的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種具有可有效地減少再形成金屬硅化物過(guò)程中熱處理的 時(shí)間的制造工藝。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，在淀積多晶硅層的工藝中，在所述多晶硅層間夾雜淀積至少一層金屬層?？蛇x的，所述制造工藝包括以下步驟Sl:在襯底上淀積High K柵介質(zhì)層；S2:在所述High IU冊(cè)介質(zhì)層上淀積一層多晶硅；S3:在所述多晶硅層上涂布光刻膠，進(jìn)行光刻、顯影，再進(jìn)行柵極堆層蝕 刻，然后進(jìn)行去膠和清洗；S4:在所迷多晶硅片上淀積氧化層，進(jìn)行反刻，形成邊墻結(jié)構(gòu)；S5:在所述氧化層上淀積金屬層；S6:進(jìn)行至少一次熱處理過(guò)程；S7:用濕法蝕刻去除表面反應(yīng)剩余的金屬；在所述步驟s2和s3之間，存在步驟s8，且所述步驟s8至少執(zhí)行一次，所 述步驟s8為在多晶硅層上淀積一層金屬層后，在所述金屬層上再淀積一層多晶 硅。可選的，所述步驟S2的淀積方法為物理賊射方法或化學(xué)氣相淀積方法。 可選的，所述步驟S4中的氧化層為二氧化硅層。 可選的，所述熱處理過(guò)程的溫度范圍為50(TC至900°C。 可選的，所述熱處理過(guò)程的處理時(shí)間為IO秒至60秒。 可選的，所述金屬層的金屬皆為同一金屬，為鈦、鎢、鈷、鎳或鉭。 可選的，所述步驟S7中的濕法蝕刻所用溶液為石克酸雙氧水混合溶液。 可選的，所述步驟S8中在多晶硅層上淀積一層金屬層的淀積方法為物理濺 射方法?？蛇x的，所述步驟S8中在所述金屬層上再淀積一層多晶硅的淀積方法為物 理濺射方法或化學(xué)氣相淀積方法。本發(fā)明所述的一種全硅化物金屬柵電極制造工藝的有益效果主要表現(xiàn)在 在淀積柵極多晶硅層時(shí)，在其中夾雜至少一層用于形成金屬硅化物的金屬層， 這樣在隨后的熱處理過(guò)程中，硅化物可以從三個(gè)金屬與多晶硅相交的界面同時(shí) 生長(zhǎng)，大大加快了硅化物的生長(zhǎng)速度，減少了熱處理所需的時(shí)間，從而減少器 件形成工藝中總的熱預(yù)算，降低了對(duì)HighK介質(zhì)熱穩(wěn)定性的要求。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的流程圖；圖2至圖IO為本發(fā)明第一實(shí)施例的具體實(shí)施過(guò)程圖；圖11為本發(fā)明第二實(shí)施例的流程圖；圖12為本發(fā)明第二實(shí)施例的具體實(shí)施過(guò)程中一結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的描述。請(qǐng)參考圖1,圖l是本發(fā)明第一實(shí)施例的流程圖，包括以下步驟步驟100: 在襯底上淀積High K柵介質(zhì)層；步驟11Q:在所述High K柵介質(zhì)層上淀積一層 多晶硅，淀積方法可以采用物理濺射方法或者化學(xué)氣相淀積方法，多晶硅層厚 度為5納米至15納米；步驟120:在多晶硅層上淀積一層金屬層，所述金屬為 鎳，淀積方法為物理賊射，鎳的厚度為7至20納米，在所述金屬層上再淀積一 層多晶硅，淀積方法可以采用物理賊射方法或者化學(xué)氣相淀積方法，多晶硅層 厚度為IO納米至35納米；步驟130:在所述多晶硅層上涂布光刻膠，進(jìn)行光刻、 顯影，再進(jìn)行柵極堆層蝕刻，然后進(jìn)行去膠和清洗；步驟140:在所述多晶硅片 上淀積氧化層，進(jìn)行反刻，形成邊墻結(jié)構(gòu)，所述氧化層為二氧化硅層，淀積方 法為化學(xué)氣相淀積，厚度為50至150納米；步驟150:在所述氧化層上淀積金屬 層，所述金屬為鎳，淀積方法為物理濺射，金屬層厚度為20至50納米；步驟160: 進(jìn)行至少一次熱處理過(guò)程，溫度為50(TC至900°C,熱處理時(shí)間為10秒至60秒； 步驟170:用濕法蝕刻去除表面反應(yīng)剩余的金屬，使用疏酸雙氧水混合溶液清洗 硅片，去除反應(yīng)后剩余的金屬。以上兩層金屬層的金屬為同一金屬，即鎳，所述金屬層的金屬還可以為鈦、 鴒、鈷、或鉭，各金屬層的厚度范圍和鎳相同。對(duì)于金屬鎳，可以進(jìn)行一次熱處理，溫度為50(TC,時(shí)間為10秒至25秒。 對(duì)于金屬鈷，可以進(jìn)^f于兩次熱處理，第一次溫度為450°C，時(shí)間為30秒至45秒， 第二次溫度為85(TC,時(shí)間為10秒至20秒。對(duì)于金屬鈦，可以進(jìn)行兩次熱處理， 第一次溫度為700°C,時(shí)間為30秒至45秒，第二次溫度為840°C,時(shí)間為10 秒至20秒。關(guān)于各層厚度的比例，以金屬鎳為例，步驟120中淀積的金屬層厚度與 其相鄰并位于其上的多晶硅厚度與其相鄰并位于其下的多晶硅厚度-l: 2.3:0. 915，而步驟150淀積的頂部金屬層厚度和與之相臨的多晶硅的厚度比則不小 于2: 3。以金屬鈷為例，步驟120中淀積的金屬層厚度與其相鄰并位于其上 的多晶硅厚度與其相鄰并位于其下的多晶硅厚度-l: 4.5: 1.8，而步驟150 淀積的頂部金屬層厚度和與之相臨的多晶硅的厚度比則不小于1: 5;再以金屬 鈦為例，步驟120中淀積的金屬層厚度與其相鄰并位于其上的多晶硅厚度 與其相鄰并位于其下的多晶硅厚度=1: 3.1: 1.25,而步驟150淀積的頂部金 屬層厚度和與之相臨的多晶硅的厚度比則不小于1: 2. 5。各種金屬的厚度之間比例關(guān)系的確定以及熱處理時(shí)間和溫度的確定，目的 都是為了使得金屬層和其兩邊的多晶硅可以反應(yīng)完全，即熱處理完成后，反應(yīng) 生成的金屬硅化物內(nèi)不含金屬層。接下來(lái)，請(qǐng)參考圖2至圖10，圖2至圖10為本發(fā)明第一實(shí)施例的具體實(shí)施 過(guò)程圖，圖2為在襯底l上淀積HighK柵介質(zhì)層2，圖3為在所述High K柵介 質(zhì)層2上淀積第一層多晶硅3,淀積方法可以采用物理'減射方法或者化學(xué)氣相淀 積方法，第一層多晶硅3的厚度為5納米至15納米，圖4為在多晶硅層3上淀 積一層金屬層4,所述金屬為鎳4，淀積方法為物理賊射，鎳4的厚度為7至20 納米，圖5為在所述金屬層上淀積第二層多晶-圭5，淀積方法可以采用物理'濺射 方法或者化學(xué)氣相淀積方法，多晶硅層5厚度為10納米至35納米，圖6為在 所述第二層多晶硅層5上涂布光刻膠，進(jìn)行光刻、顯影，再進(jìn)行柵極堆層蝕刻， 然后進(jìn)行去膠和清洗，圖7為在所述第二層多晶硅片5上淀積氧化層6，進(jìn)行反 刻，形成邊墻結(jié)構(gòu)，所述氧化層6為二氧化硅層，淀積方法為化學(xué)氣相淀積， 厚度為50至150納米，圖8為在所述氧化層6上淀積頂部的金屬層7,淀積方 法為物理濺射，頂部金屬層7厚度為20至50納米，圖9為進(jìn)行至少一次熱處 理過(guò)程，溫度為500。C至900°C,熱處理時(shí)間為10秒至60秒，圖10為用濕法 蝕刻去除表面反應(yīng)剩余的金屬，使用硫酸雙氧水混合溶液清洗硅片，去除反應(yīng) 后剩余的金屬。在第一實(shí)施例中，熱處理的次數(shù)和處理時(shí)間，以金屬層和其兩邊的多晶硅 可以反應(yīng)完全為準(zhǔn)，達(dá)到反應(yīng)生成的金屬硅化物內(nèi)不含金屬層的效果。請(qǐng)參考圖11和圖12,圖11為本發(fā)明第二實(shí)施例的流程圖，圖12為本發(fā)明 第二實(shí)施例的具體實(shí)施過(guò)程中一結(jié)構(gòu)示意圖，在圖ll中可以看到，工藝過(guò)程包 括以下步驟步驟lll:在襯底上淀積HighK4冊(cè)介質(zhì)層；步驟112:在所述High K柵介質(zhì)層上淀積一層多晶硅；步驟113:在多晶硅層上淀積一層金屬層；步驟114為步驟113的重復(fù)步驟；步驟115:在所述多晶/圭層上涂布光刻膠，進(jìn)行光 刻、顯影，再進(jìn)行柵極堆層蝕刻，然后進(jìn)行去膠和清洗；步驟116:在所述多晶 硅片上淀積氧化層，進(jìn)行反刻，形成邊墻結(jié)構(gòu)；步驟117:在所述氧化層上淀積 金屬層；步驟118:進(jìn)行至少一次熱處理過(guò)程；步驟119:用濕法蝕刻去除表面反 應(yīng)剩余的金屬。本實(shí)施例中，以金屬鎳為例，自下而上多晶硅鎳多晶硅 鎳多晶硅，各層厚度之比為1. 83: 2: 4. 6: 3: 6. 9，頂部金屬層厚度和與之相臨 的多晶硅的厚度比則不小于2: 3;各層的具體厚度為5-8納米、6-10納米、13-20 納米、8-12納米、20-30納米，頂部金屬層厚度不小于15納米。.本實(shí)施例比第一實(shí)施例多出步驟114,其余的都和第一實(shí)施例相同，本實(shí)施 例中涉及的三層金屬層的金屬為同一金屬，即鎳，所述金屬層的金屬還可以為 鈦、鵪、鈷、或鉭，各層之間比例關(guān)系以及熱處理次數(shù)、時(shí)間的確定，以金屬 層和其兩邊的多晶硅可以反應(yīng)完全為標(biāo)準(zhǔn)，即使得金屬硅化物內(nèi)不含金屬層。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明 所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各 種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，其特征在于在淀積多晶硅層的工藝中，在所述多晶硅層間夾雜淀積至少一層金屬層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，其特征在于所 述制造工藝包括以下步驟Sl:在襯底上淀積High K柵介質(zhì)層；S2:在所述High K柵介質(zhì)層上淀積一層多晶硅；S3:在所述多晶硅層上涂布光刻膠，進(jìn)行光刻、顯影,，再進(jìn)行柵極堆層蝕 刻，然后進(jìn)行去膠和清洗；S4:在所述多晶硅片上淀積氧化層，進(jìn)行反刻，形成邊墻結(jié)構(gòu)；S5:在所述氧化層上淀積金屬層；S6:進(jìn)行至少一次熱處理過(guò)程；S7:用濕法蝕刻去除表面反應(yīng)剩余的金屬；在所述步驟s2和s3之間，存在步驟s8，且所述步驟s8至少執(zhí)行一次，所 述步驟s8為在多晶硅層上淀積一層金屬層后，在所述金屬層上再淀積一層多晶 硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，其特征在 于所述金屬層的金屬皆為同一金屬，為鈦、鴒、鈷、鎳或鉭。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，其特征在于所 述步驟S2的淀積方法為物理'減射方法或化學(xué)氣相淀積方法。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，其特征在于所 述步驟S4中的氧化層為二氧化硅層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，其特征在于所 述熱處理過(guò)^E的溫度范圍為500。C至900°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，其特征在于所 述熱處理過(guò)^E的處理時(shí)間為10秒至60秒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，其特征在于所 述步驟S7中的濕法蝕刻所用溶液為疏酸雙氧水混合溶液。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，其特征在于所 述步驟S8中在多晶硅層上淀積一層金屬層的淀積方法為物理濺射方法。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種全珪化物金屬柵電極制造工藝，其特征在于 所述步驟S8中在所述金屬層上再淀積一層多晶硅的淀積方法為物理濺射方法或 化學(xué)氣相淀積方法。
全文摘要
一種全硅化物金屬柵電極制造工藝，在多晶硅層間夾雜了至少一層金屬層，從而在形成硅化物的過(guò)程中，可以由至少三個(gè)界面同時(shí)開(kāi)始反應(yīng)，有效地減少了在形成金屬硅化物過(guò)程中熱處理的時(shí)間，可以減少熱預(yù)算，這樣可以降低對(duì)High K介質(zhì)熱穩(wěn)定性的要求，從而降低工藝要求，增加工藝窗口。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101404252SQ20081020270
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者張晨騁 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司