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)體制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種金屬柵極的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 集成電路尤其是超大規(guī)模集成電路中的主要器件是金屬-氧化物-半導(dǎo)體(metal oxide semiconductor,M0S)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱(chēng)M0S晶體管。自從M0S晶體管被發(fā)明以來(lái)， 其幾何尺寸一直在不斷縮小。在此情況下，各種實(shí)際的和基本的限制和技術(shù)挑戰(zhàn)開(kāi)始出現(xiàn)， 器件尺寸的進(jìn)一步縮小正變得越來(lái)越困難。
[0003] 在M0S晶體管器件和電路制備中，最具挑戰(zhàn)性的是互補(bǔ)型金屬-氧化物-半導(dǎo)體 (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)晶體管器件在縮小的過(guò)程中，由于二 氧化硅(或氮氧化硅）構(gòu)成的柵氧化層厚度減小帶來(lái)的較高的柵極漏電流。為此，現(xiàn)已提出 的解決方案是，采用金屬柵極和高介電常數(shù)（K)柵介質(zhì)層替代傳統(tǒng)的重?fù)诫s多晶硅柵極和 二氧化硅(或氮氧化硅）柵介質(zhì)層。
[0004] 請(qǐng)參考圖1至圖3,圖1至圖3為現(xiàn)有金屬柵極形成示意圖。
[0005] 圖1中，提供半導(dǎo)體襯底100,半導(dǎo)體襯底100中具有淺溝槽隔離區(qū)101，淺溝槽隔 離區(qū)101的左側(cè)形成有NM0S管的偽柵極120,右側(cè)形成有PM0S管的偽柵極110,偽柵極120 與半導(dǎo)體襯底1〇〇之間具有高K介質(zhì)層102和帽蓋層103。同樣的，偽柵極110與半導(dǎo)體襯 底100之間具有高K介質(zhì)層102和帽蓋層103,偽柵極120、偽柵極110和半導(dǎo)體襯底100 的表面被蝕刻停止層104覆蓋，而蝕刻停止層104被層間介質(zhì)層105覆蓋。經(jīng)過(guò)平坦化后， 偽柵極120、偽柵極110、蝕刻停止層104和層間介質(zhì)層105上表面齊平。
[0006] 在圖2中，由于PM0S晶體管所使用的功函數(shù)金屬層與NM0S晶體管所使用的功函 數(shù)金屬層不同，因此，在NM0S管的偽柵極120上形成光刻膠層106,以保護(hù)NM0S管的偽柵極 120,并以光刻膠層106為掩模，蝕刻去除圖1中PM0S管的偽柵極110,形成溝槽111，溝槽 111的底部暴露帽蓋層103。
[0007] 圖3中，在形成溝槽111之后，需要去除光刻膠層106,以便于后續(xù)功函數(shù)金屬層和 金屬柵極的形成。但是，現(xiàn)有金屬柵極形成方法中，去除光刻膠層160時(shí)，通常無(wú)法完全去 除干凈，即光刻膠層160會(huì)有殘留，殘留的為光刻膠殘留物160'，如圖3所示，光刻膠殘留物 160'會(huì)造成對(duì)后續(xù)金屬沉積設(shè)備的污染。
[0008] 為此，亟需一種新的金屬柵極的形成方法，以克服防止光刻膠層殘留的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種金屬柵極的形成方法，以防止光刻膠層殘留，從而 解決金屬沉積設(shè)備受到污染或者破壞的問(wèn)題。
[0010] 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：
[0011] 提供半導(dǎo)體襯底；
[0012]在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一偽柵極和第二偽柵極；
[0013] 在所述半導(dǎo)體襯底上形成層間介質(zhì)層，且所述層間介質(zhì)層表面與所述第一偽柵極 和所述第二偽柵極頂部齊平；
[0014] 在所述第二偽柵極上形成金屬化合物層；
[0015] 以所述金屬化合物層為掩模去除所述第一偽柵極形成第一溝槽；
[0016] 在所述第一溝槽內(nèi)形成第一金屬柵極。
[0017] 可選的，所述第一偽柵極為PM0S晶體管的偽柵極且所述第二偽柵極為NM0S晶體 管的偽柵極，或者所述第一偽柵極為NM0S晶體管的偽柵極且所述第二偽柵極為PM0S晶體 管的偽柵極。
[0018] 可選的，在所述第二偽柵極上形成金屬化合物層包括：
[0019] 在所述第二偽柵極和所述第一偽柵極上形成金屬化合物材料層；
[0020] 在所述金屬化合物材料層上形成隔離層；
[0021] 在所述第二偽柵極上方的所述隔離層上形成光刻膠層；
[0022] 以所述光刻膠層為掩模對(duì)所述金屬化合物材料層進(jìn)行蝕刻直至在所述第二偽柵 極上形成所述金屬化合物層；
[0023] 去除所述光刻膠層。
[0024] 可選的，所述金屬化合物層的材料包括氮化鈦和氮化鉭的至少其中之一，所述隔 離層的材料為二氧化硅。
[0025] 可選的，所述金屬化合物層的厚度范圍為3nm?50nm，所述隔離層的厚度范圍為 2nm ?5nm〇
[0026] 可選的，所述光刻膠層的厚度范圍為1 〇〇〇 A?2000A。
[0027] 可選的，采用灰化工藝去除所述光刻膠層，或者采用硫酸去除所述光刻膠層。
[0028] 可選的，在去除所述第一偽柵極時(shí)，同時(shí)去除所述隔離層。
[0029] 可選的，采用氫氣的等離子體，或者采用溴化氫和氧氣的混合等離子體，去除所述 第一偽柵極。
[0030] 可選的，在形成所述第一金屬柵極之后，所述方法還包括：
[0031] 對(duì)所述金屬化合物層進(jìn)行平坦化直至去除所述金屬化合物層且暴露所述第二偽 柵極上表面；
[0032] 去除所述第二偽柵極形成第二溝槽；
[0033] 在所述第二溝槽的底部和側(cè)壁形成第二功函數(shù)金屬層，并用第二金屬填充滿所述 第二溝槽形成第二金屬柵極。
[0034] 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)：
[0035] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，在形成金屬柵極時(shí)，在所述第二偽柵極上形成金屬化合物 層，并以所述金屬化合物層為掩模去除所述第一偽柵極，因此在去除所述第一偽柵極時(shí)，不 需要使用光刻膠層作為掩模，解決了金屬柵極形成過(guò)程中光刻膠層殘留的問(wèn)題，防止光刻 膠殘留物對(duì)后續(xù)的金屬沉積設(shè)備造成污染和破壞。
[0036] 進(jìn)一步，在制作所述金屬化合物層時(shí)，先形成金屬化合物材料層，然后在所述金屬 化合物材料層上形成隔離層，再在所述第二偽柵極上方的所述隔離層上形成光刻膠層，并 以所述光刻膠層為掩模對(duì)所述金屬化合物材料層進(jìn)行蝕刻直至形成所述金屬化合物層覆 蓋所述第二偽柵極并暴露所述第一偽柵極，最后去除所述光刻膠層。由于隔離層可以防止 金屬化合物材料層污染光刻膠層，即防止光刻膠層中毒，因此所形成的光刻膠層圖案清晰 準(zhǔn)確。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1至圖3是現(xiàn)有金屬柵極的形成方法示意圖；
[0038] 圖4至圖10是本發(fā)明實(shí)施例金屬柵極的形成方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 現(xiàn)有方法中使用光刻膠層為掩模保護(hù)NM0S管的偽柵極，用于去除PM0S管的偽柵 極。但是，去除偽柵極后，形成的溝槽底部會(huì)暴露出帽蓋層，而帽蓋層通常為金屬化合物，因 此，此時(shí)不能采用硫酸去除光刻膠層，因?yàn)榱蛩釙?huì)造成對(duì)帽蓋層的腐蝕，同時(shí)，此時(shí)也不能 采用灰化工藝去除光刻膠層，因?yàn)榛一に囃瑯訒?huì)對(duì)帽蓋層造成破壞。因此現(xiàn)有方法無(wú)法 將光刻膠層去除干凈，通常會(huì)殘留有光刻膠層。光刻膠層的材料為有機(jī)物，在后續(xù)功函數(shù)金 屬層和金屬柵極的形成過(guò)程中，溫度較高，光刻膠層會(huì)分解揮發(fā)出碳，造成對(duì)機(jī)臺(tái)設(shè)備的污 染和破壞。
[0040] 為此，本發(fā)明提供一種金屬柵極的形成方法，所述方法在金屬柵極形成過(guò)程中，在 所述第二偽柵極上形成金屬化合物層，并以所述金屬化合物層為掩模用于去除所述第一偽 柵極，而不是采用光刻膠層為掩模用于去除所述第一偽柵極，因此，解決了金屬柵極形成過(guò) 程中光刻膠層殘留的問(wèn)題，防止光刻膠殘留物對(duì)后續(xù)的金屬沉積設(shè)備造成污染和破壞。
[0041] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0042] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種金屬柵極的形成方法，請(qǐng)參考圖4至圖10。
[0043] 請(qǐng)參考圖4,提供半導(dǎo)體襯底200。
[0044] 本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底200可以是硅襯底或者鍺硅襯底等，也可以是絕緣體上 半導(dǎo)體襯底200,本實(shí)施例以硅襯底為例。半導(dǎo)體襯底200為形成各種半導(dǎo)體器件提供一個(gè) 載體。
[0045] 請(qǐng)繼續(xù)參考圖4,在半導(dǎo)體襯底200上形成第一偽柵極210和第二偽柵極220。
[0046] 本實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底200上形成第一偽柵結(jié)構(gòu)(未標(biāo)注)和第二偽柵結(jié)構(gòu)(未 標(biāo)注)，第一偽柵結(jié)構(gòu)包括從下到上層疊的高K介質(zhì)層202、帽蓋層203和第一偽柵極210， 第二偽柵結(jié)構(gòu)包括從下到上層疊的高K介質(zhì)層202、帽蓋層203和第二偽柵極220。
[0047] 本實(shí)施例中，第一偽柵極210用于形成PM0S晶體管，第二偽柵極220用于形成 NM0S晶體管，第一偽柵極210和第二偽柵極220的材料可以是多晶硅（poly)。第一偽柵結(jié) 構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)之間可以具有淺溝槽隔離區(qū)201。需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的其它實(shí)施 例中，也可以是第一偽柵極210用于形成NM0S晶體管，第二偽柵極220用于形成PM0S晶體 管。
[0048] 本實(shí)施例中，在形成偽柵結(jié)構(gòu)的過(guò)程中同時(shí)形成了 NM0S晶體管和PM0S晶體管的 源極區(qū)（未示出）和漏極區(qū)（未示出），并且，可以繼續(xù)在PM0S晶體管的源極區(qū)和漏極區(qū)中形 成鍺化硅（SiGe，未示出），以增加PM0S晶體管溝道區(qū)的壓縮應(yīng)力，提高空穴載流子的遷移 率。
[0049] 本實(shí)施例中，高K介質(zhì)層202的材料可以為二氧化鉿、氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鑭 錯(cuò)、氧化锫、氧化锫娃、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋇銀鈦、氧化鋇鈦、氧化銀鈦、氧化釔、氧化錯(cuò)、 氧化鉛鈧鉭或鈮酸鉛鋅等的一種或者多種。
[0050] 本實(shí)施例中，帽蓋層203的材料可以為氮化鈦或者氮化鉭。帽蓋層203 -方面可 以提高膜層表面的均勻性，另一方面可以改變功函數(shù)，防止后續(xù)形成的晶體管中柵極的閾 值電壓過(guò)高。
[0051] 請(qǐng)繼續(xù)參考圖4,在半導(dǎo)體襯底200上形成層間介質(zhì)層205,且層間介質(zhì)層205表 面與第一偽柵極210和第二偽柵極220頂部齊平。
[0052] 本實(shí)施例中，可先在半導(dǎo)體襯底200、第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)上形成蝕刻停 止層204 (contact etch stop layer, CESL)，使第一偽柵極210、第二偽柵極220和半導(dǎo)體 襯底200表面被所形成的蝕刻停止層204覆蓋。然后在蝕刻停止層204上形成層間介質(zhì)層 205,并通過(guò)平坦化使得層間介質(zhì)層205表面與第一偽柵極210和第二偽柵極頂部齊平。
[0053] 本實(shí)施例中，蝕刻停止層204可作為后續(xù)刻蝕工藝的蝕刻終點(diǎn)。蝕刻停止層204 同時(shí)可以是應(yīng)力層，其材料可以是氮化硅，其內(nèi)部的應(yīng)力可以通過(guò)退火方法轉(zhuǎn)移到晶體管 溝道區(qū)，進(jìn)一步增加晶體管溝道區(qū)的壓縮應(yīng)力，進(jìn)一步提高空穴