專利名稱：金屬柵極的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬柵極的形成方法。
背景技術(shù)：
以前，在半導(dǎo)體器件中使用多晶硅柵極和多硅酸鹽柵極等作為柵極，多晶硅柵極存在以下問題因柵極損耗現(xiàn)象引起的柵極絕緣膜的有效厚度增加，因摻雜物從P+或N+多晶硅柵極滲透到襯底的現(xiàn)象和摻雜物分布變化引起的閾值電壓的變化等。利用現(xiàn)有的多晶硅的柵極還存在所謂的在寬度很細(xì)小的線上無法實(shí)現(xiàn)低電阻值的問題。為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)通過在制造金屬柵極時(shí)不使用摻雜物，不僅解決了因現(xiàn)有的多晶硅柵極產(chǎn)生的問題，而且，作為金屬柵極，通過使功函數(shù)位于硅的中間能帶隙的金屬，可在NMOS晶體管和PMOS晶體管區(qū)域中對稱地形成閾電壓的單一柵極。其中，“后柵極(gate last) ”工藝為形成金屬柵極的一個(gè)工藝。此外，隨著晶體管的尺寸縮小，柵極氧化層的厚度也必須縮減，以隨著縮減的柵極長度而維持元件效能。為了降低柵極漏電流，通過使用高介電常數(shù)(high-k)的柵極絕緣層，其可以容許較大的柵極絕緣層厚度，并且可以維持與較大半導(dǎo)體元件尺寸技術(shù)所使用的一般柵極氧化層相同的有效厚度。隨著柵極長度縮減，有一些問題會(huì)惡化，例如在后柵極工藝中，當(dāng)在溝槽內(nèi)沉積金屬膜以形成金屬柵極時(shí)會(huì)產(chǎn)生空隙。隨著柵極長度縮減，溝槽尺寸也減小，沉積金屬至溝槽變得更困難，且形成空隙的幾率也增加。隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的降低，傳統(tǒng)的柵介質(zhì)層不斷變薄，晶體管漏電量隨之增加，引起半導(dǎo)體器件功耗浪費(fèi)等問題。為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)提供一種將金屬柵極替代多晶硅柵極的解決方案。目前，制備金屬柵極的方法，常見的有如美國專利US20100109088中介紹的一種制造方法先在襯底上利用淺溝槽隔離技術(shù)定義出有源區(qū)，接著用硬掩膜定義出PFET有源區(qū)，并對PFET有源區(qū)進(jìn)行刻蝕。在刻蝕區(qū)域外延生長一層SiGe，至與襯底表面平齊。去除硬掩膜，然后在襯底上形成柵材料層。圖形化處理，并形成金屬柵極堆疊。對有源區(qū)進(jìn)行離子植入，并形成金屬柵極堆疊側(cè)墻(spacers)，最后在襯底上形成源極和漏極?，F(xiàn)有技術(shù)中還提供一種使用“后柵極”工藝形成金屬柵極的方法，其制備金屬柵極的過程如圖I至圖6所示。如圖I所示，在半導(dǎo)體襯底I上形成層間介質(zhì)層6 (ILD)。所述半導(dǎo)體襯底I依次形成有犧牲氧化層2和多晶硅柵極3，所述多晶硅柵極3兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底I上具有氧化硅層4 ;在所述半導(dǎo)體襯底I上形成阻擋層5，所述阻擋層5包圍氧化硅層4及多晶硅柵極3。如圖2所示，用化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)研磨層間介質(zhì)層6至露出多晶硅柵極3上面的阻擋層5表面。如圖3所示，繼續(xù)采用化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)研磨層間介質(zhì)層6和阻擋層5至露出多晶硅柵極3。如果采用研磨層間介質(zhì)層6的速率大于研磨阻擋層5的速率的研磨液研磨，則當(dāng)研磨至露出多晶硅柵極3時(shí)，阻擋層5表面與多晶硅柵極3表面齊平，而層間介質(zhì)層6的表面低于阻擋層5，此 時(shí)層間介質(zhì)層6與多晶硅柵極3相比就會(huì)出現(xiàn)凹陷(dishing)。如圖4所示，當(dāng)多晶硅柵極3上的阻擋層5被去除后，多晶硅柵極3直接接觸空氣，此時(shí)就會(huì)在多晶娃柵極3的表面上形成自然氧化層7 (native oxide)。如圖5所示，由于該自然氧化層7會(huì)影響所述多晶硅柵極3的刻蝕，因此現(xiàn)有技術(shù)會(huì)利用稀釋的氫氟酸(DHF)去除自然氧化層7，如使用濃度為O. 5%至3%的氫氟酸溶液進(jìn)行濕法處理，處理時(shí)間為I分鐘至10分鐘。如圖6所示，刻蝕去除所述多晶硅柵極3和所述犧牲氧化層2至露出半導(dǎo)體襯底I，形成溝槽8。如圖7所示，在所述溝槽8內(nèi)依次填充介質(zhì)和金屬，形成柵極介電層9和金屬柵極10。結(jié)合圖4和圖5所示，在采用DHF去除自然氧化層7的同時(shí)，所述凹陷的厚度會(huì)明顯增加，這說明DHF也去除了部分層間介質(zhì)層6。經(jīng)過分析后得知，當(dāng)DHF去除厚度為H的自然氧化層7時(shí)，會(huì)同時(shí)去除厚度為2H IlH的層間介質(zhì)層6，即使得所述凹陷的厚度增加2H 11H。繼續(xù)如圖7所示，由于層間介質(zhì)層6的表面存在較大的凹陷，因此在形成金屬柵極10后，會(huì)在層間介質(zhì)層6表面殘留有金屬層，使后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件發(fā)生短路現(xiàn)象，降低了半導(dǎo)體器件的電性能。因此，如何在去除自然氧化層7時(shí)，減少對層間介質(zhì)層6的凹陷的影響成了亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種金屬柵極的形成方法，防止在去除自然氧化層時(shí)，增大層間介質(zhì)層的凹陷，最終在形成金屬柵極時(shí)，在凹陷中產(chǎn)生金屬橋連和金屬殘留，從而影響半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種金屬柵極的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體襯底和所述偽柵結(jié)構(gòu)上形成層間介質(zhì)層；研磨所述層間介質(zhì)層至露出所述偽柵結(jié)構(gòu)的上表面，所述偽柵結(jié)構(gòu)的上表面形成自然氧化層；采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除所述自然氧化層。可選地，所述采用化學(xué)氣相刻蝕工藝包括通入刻蝕氣體，使所述刻蝕氣體分別與所述自然氧化層和層間介質(zhì)層反應(yīng)，且所述層間介質(zhì)層的反應(yīng)速率與所述自然氧化層的反應(yīng)速率的比值小于I. 5?？蛇x地，所述化學(xué)氣相刻蝕工藝包括將包括所述自然氧化層的半導(dǎo)體襯底放入第一反應(yīng)腔室內(nèi)，所述第一反應(yīng)腔室保持在第一溫度和第一壓強(qiáng)，向所述第一反應(yīng)腔室中通入刻蝕氣體，使所述自然氧化層與所述刻蝕氣體反應(yīng)生成雜質(zhì)產(chǎn)物；經(jīng)過第一時(shí)間后，將包括所述雜質(zhì)產(chǎn)物的半導(dǎo)體襯底從所述第一反應(yīng)腔室轉(zhuǎn)移至第二反應(yīng)腔室，所述第二反應(yīng)腔室保持在第二溫度和第二壓強(qiáng)，所述雜質(zhì)產(chǎn)物分解為雜質(zhì)氣體排出；經(jīng)過第二時(shí)間后，將去除所述自然氧化層的半導(dǎo)體襯底從所述第二反應(yīng)腔室中取出。可選地，所述第一溫度的取值范圍包括20°C 40°C。
可選地，所述第二溫度的取值范圍包括100°C 200°C。可選地，所述第一壓強(qiáng)的取值范圍于所述第二壓強(qiáng)的取值范圍相同?？蛇x地，所述第一壓強(qiáng)的取值范圍包括ITorr 5Torr?？蛇x地，所述刻蝕氣體包括=NH3和HF?？蛇x地，所述NH3的流量速率范圍包括15sccm 30sccm ;所述HF的流量速率范圍包括50sccm lOOsccm。可選地，所述第一時(shí)間的取值范圍包括30s 200s。可選地，所述第二時(shí)間的取值范圍包括60s 300s。可選地，在去除所述自然氧化層的第三時(shí)間內(nèi)，刻蝕去除所述偽柵結(jié)構(gòu)至露出所 述半導(dǎo)體襯底，形成溝槽；在所述溝槽內(nèi)依次填充高K(介電常數(shù))介質(zhì)和金屬，形成柵介質(zhì)層和金屬柵極?？蛇x地，所述第三時(shí)間的取值范圍小于或者等于I小時(shí)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除自然氧化層，在去除厚度為H的自然氧化層時(shí)，僅去除了厚度為O. 6H I. 2H的層間介質(zhì)層，從而很大程度上減小了對層間介質(zhì)層凹陷的影響，最終大大降低了層間介質(zhì)層中產(chǎn)生金屬橋連和金屬殘留的可能性，提高了半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。


圖I至圖7為現(xiàn)有技術(shù)形成金屬柵極的剖面示意圖；圖8為本發(fā)明金屬柵極的形成方法的第一實(shí)施例流程示意圖；圖9至圖15為本發(fā)明第一實(shí)施例形成金屬柵極的剖面示意圖；圖16是本發(fā)明金屬柵極的形成方法的第二實(shí)施例流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。正如背景技術(shù)部分所述，在現(xiàn)有工藝形成金屬柵極的制作過程中，在采用DHF去除偽柵電極層上的厚度為H的自然氧化層的同時(shí)，層間介質(zhì)層的凹陷的厚度會(huì)增加2H 11H，從而在形成金屬柵極時(shí)，會(huì)在層間介質(zhì)層表面殘留有金屬層，使后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件發(fā)生短路現(xiàn)象，降低了半導(dǎo)體器件的電性能。為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種金屬柵極的形成方法，在采用后柵極工藝去除偽柵結(jié)構(gòu)之前，采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除所述偽柵結(jié)構(gòu)上表面的自然氧化層。下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖8所示，本發(fā)明提供的形成金屬柵極的第一實(shí)施例，包括S110，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底上的柵介質(zhì)層和位于所述柵介質(zhì)層上的偽柵電極層，所述偽柵電極層兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上具有側(cè)墻；在所述半導(dǎo)體襯底上形成阻擋層，所述阻擋層包圍所述側(cè)墻及所述偽柵電極層；在所述半導(dǎo)體襯底和所述偽柵結(jié)構(gòu)上形成層間介質(zhì)層；S120，研磨所述層間介質(zhì)層至露出所述偽柵電極層上面的所述阻擋層表面；S130，研磨所述層間介質(zhì)層和所述阻擋層至露出所述偽柵電極層，所述偽柵電極層表面形成自然氧化層；S140，采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除所述自然氧化層；S150，刻蝕去除所述偽柵電極層和所述柵介質(zhì)層至露出所述半導(dǎo)體襯底，形成溝槽；S160，在所述溝槽內(nèi)依次填充介質(zhì)和金屬，形成柵介質(zhì)層和金屬柵極。首先執(zhí)行步驟SI 10，如圖9所示，采用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法在半導(dǎo)體襯底11上形成層間介質(zhì)層16。所述半導(dǎo)體襯底11形成有偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底11上的柵介質(zhì)層12和位于所述柵介質(zhì)層12上的偽柵電極層13，所述偽柵電極層13兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底11上具有側(cè)墻14 ;在所述半導(dǎo)體襯底11上形成阻擋層15，所述阻擋層15包圍所述側(cè)墻14及所述偽柵電極層13。其中，所述半導(dǎo)體襯底11可以選自硅基底、絕緣層上的硅(SOI)、或者還可以是其它的材料，例如砷化鎵等III-V族化合物。所述半導(dǎo)體襯底11內(nèi)還可以形成有隔離結(jié)構(gòu)(圖中未示出)，用于隔離后續(xù)形成的有源器件區(qū)。其中,所述層間介質(zhì)層16是具有低介電系數(shù)的無機(jī)娃基質(zhì)層(inorganicsiliconbased layer), —般所述介電系數(shù)小于3. O,例如氧化娃、碳氧化娃(SiCO)或氟化娃玻璃(FSG)。以下均以氧化硅為例進(jìn)行說明。其中，所述偽柵電極層13材料為多晶硅、非晶硅、單晶硅、多晶鍺、非晶鍺、單晶鍺、鍺化硅之一。以下均以多晶硅為例進(jìn)行說明。其中，所述阻擋層15材料為氮化硅等。接著執(zhí)行步驟S120，研磨所述層間介質(zhì)層16至露出所述偽柵電極層13上面的所述阻擋層15表面。具體地，采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)方法研磨所述層間介質(zhì)層16，直至露出所述偽柵電極層13上面的所述阻擋層15的上表面。具體的化學(xué)機(jī)械研磨方法對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是熟知的，故在此不再贅述。由于此時(shí)研磨的是同一種物質(zhì)，因此經(jīng)過本步驟的研磨，所述層間介質(zhì)層16的上表面和所述偽柵電極層13上的所述阻擋層15的上表面位于同一水平面，具體如圖10所示。接著執(zhí)行步驟S130，研磨所述層間介質(zhì)層16和所述阻擋層15至露出所述偽柵電極層13，所述偽柵電極層13表面形成自然氧化層。具體地，采用化學(xué)機(jī)械研磨方法研磨所述層間介質(zhì)層16和所述阻擋層15，直至露出所述偽柵電極層13的上表面。由于氧化硅與氮化硅的材質(zhì)不同，故對所述層間介質(zhì)層16和所述阻擋層15的研磨速率不可能相等。當(dāng)對氮化硅的研磨速率比對氧化硅的低時(shí)，所述層間介質(zhì)層16與所述偽柵電極層13相比就會(huì)產(chǎn)生凹陷，如圖11所示。此外，研磨后的所述偽柵電極層13直接接觸空氣，因此會(huì)在所述偽柵電極層13的表面形成自然氧化層17，如圖12所示。接著執(zhí)行步驟S140，采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除所述自然氧化層17。本發(fā)明中采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除所述自然氧化層17時(shí)，所述層間介質(zhì)層16的反應(yīng)速率與所述自然氧化層17的反應(yīng)速率的比值小于I. 5。本實(shí)施例中所述層間介質(zhì)、層16主要為氧化硅，所述自然氧化層17主要也為氧化硅，所述層間介質(zhì)層16的反應(yīng)速率與所述自然氧化層17的反應(yīng)速率的比值范圍為O. 6 1.2 I。因此，在去除厚度為H的自然氧化層17的同時(shí)，去除的層間介質(zhì)層16的厚度為O. 6H I. 2H。具體地，所述化學(xué)氣相刻蝕工藝包括將包括所述自然氧化層17的半導(dǎo)體襯底放入第一反應(yīng)腔室內(nèi)，所述第一反應(yīng)腔室保持在第一溫度和第一壓強(qiáng)，向所述第一反應(yīng)腔室中通入刻蝕氣體NH3和HF，使所述自然氧化層17與所述刻蝕氣體反應(yīng)生成雜質(zhì)產(chǎn)物(NH4)2SiF6 ;經(jīng)過第一時(shí)間后，將包括所述雜質(zhì)產(chǎn)物的半導(dǎo)體襯底從所述第一反應(yīng)腔室轉(zhuǎn)移至第二反應(yīng)腔室，所述第二反應(yīng)腔室保持在第二溫度和第二壓強(qiáng)，所述雜質(zhì)產(chǎn)物(NH4)2SiF6分解為雜質(zhì)氣體排出；經(jīng)過第二時(shí)間后，將去除所述自然氧化層17的半導(dǎo)體襯底從所述第二反應(yīng)腔室中取出。其中，所述第一溫度的取值小于或者等于40°C，優(yōu)選地，所述第一溫度的取值范圍包括20°C 40°C，具體地，所述第一溫度為20°C、25°C、30°C或40°C ;所述第二溫度的取值大于或者等于100°C，優(yōu)選地，所述第二溫度的取值范圍包括100°C 200°C，具體地，所述第二溫度為I00°c、i20°c、i5(rc、i8(rc*20(rc ;所述第一壓強(qiáng)的取值范圍和所述第二壓強(qiáng)的取值范圍相等，所述第一壓強(qiáng)與所述第二壓強(qiáng)可以相等，也可以不相等；具體地，所述第一壓強(qiáng)的取值范圍包括lTorr 5Torr,優(yōu)選地,所述第一壓強(qiáng)為ITorrQTorr =133. 3Pa) >2Torr>3Torr>4Torr 或 5Torr ;所述第二壓強(qiáng)的取值范圍包括lTorr 5Torr，優(yōu)選地，所述第二壓強(qiáng)為lTorr、2Torr、3Torr、4Torr或5Torr ;所述NH3的流量速率范圍包括15sccm 30sccm,優(yōu)選地,所述 NH3 的流量速率為 15sccm、20sccm、25sccm 或 30sccm ；所述HF的流量速率范圍包括50sccm lOOsccm，優(yōu)選地，所述HF的流量速率為50sccm、60sccm、80sccm或IOOsccm ;所述第一時(shí)間的取值范圍包括30s 200s,優(yōu)選地,所述第一時(shí)間為30s、50s、80s、100s、120s、160s、190s或200s ;所述第二時(shí)間的取值范圍包括60s 300s，優(yōu)選地，所述第二時(shí)間為 60s、80s、100s、130s、150s、180s、200s、240s、270s 或300so具體地，本實(shí)施例采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除所述自然氧化層17的過程包括第一步，將包括所述自然氧化層17的半導(dǎo)體襯底放入第一反應(yīng)腔室內(nèi)，所述第一反應(yīng)腔室的溫度保持在30°C，所述第一反應(yīng)腔室的壓強(qiáng)保持在4Torr (約533. 2Pa)。第二步，通過所述第一反應(yīng)腔室內(nèi)不同的進(jìn)氣口，同時(shí)向所述第一反應(yīng)腔室中分別通入NH3和HF，其中，所述NH3的流量速率為25sccm，所述HF的流量速率為80sccm。由于所述自然氧化層17的主要成分為SiO2，所述層間介質(zhì)層16的材料也為SiO2,因此SiO2、NH3和HF便在所述第一反應(yīng)腔室內(nèi)發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)Si02+4HF+4NH3 = SiF4+2H20+4NH3 ；SiF4+2HF+2NH3 = (NH4) 2SiF6。但是由于所述層間介質(zhì)層16是由于化學(xué)氣相沉積方法形成的，所述層間介質(zhì)層16中SiO2的純度較低，因此HF和NH3很難擴(kuò)散進(jìn)入所述層間介質(zhì)層17內(nèi)，因此只有層間介質(zhì)層16中較少量的SiO2與HF和NH3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；而所述自然氧化層17中SiO2的純 度則比較高，因此HF和NH3很容易就會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入所述自然氧化層17內(nèi)，因此HF和NH3在去除厚度為H的自然氧化層17時(shí)，只可能去除厚度為O. 6H I. 2H的層間介質(zhì)層16。這與現(xiàn)有技術(shù)中會(huì)同時(shí)去除厚度為2H IlH的層間介質(zhì)層相比，大大減小了凹陷的厚度。采用本發(fā)明方法后的凹陷產(chǎn)生金屬橋連和金屬殘留的幾率大大減小，從而提高了半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。第三步，經(jīng)過60s后，將所述半導(dǎo)體襯底從所述第一反應(yīng)腔室轉(zhuǎn)移至第二反應(yīng)腔室，所述第二反應(yīng)腔室的溫度保持在150°C，所述第二反應(yīng)腔室的壓強(qiáng)保持在3Torr (約399. 9Pa)。當(dāng)有足夠的NH3和HF通入第一反應(yīng)腔室，且Si02、NH3和HF反應(yīng)充分后，便將所述半導(dǎo)體襯底從所述第一反應(yīng)腔室轉(zhuǎn)移至第二反應(yīng)腔室。所述(NH4)2SiF6在1501溫度下受熱就會(huì)分解為SiF4氣體、N2氣體和HF氣體等，反應(yīng)后的氣體從所述第二反應(yīng)腔室的排氣口排出，具體為
(NH4)2SiF6 = SiF4+2NH3+2HF ；2NH3 = N2+3H2。第四步，經(jīng)過120s后，將去除所述自然氧化層17的半導(dǎo)體襯底從所述第二反應(yīng)腔室中取出。當(dāng)反應(yīng)后的氣體充分蒸發(fā)排出后，就可以將半導(dǎo)體襯底從第二反應(yīng)腔室中取出，如圖13所示，此時(shí)的自然氧化層17已被去除，而所述凹陷的厚度僅僅是略微增加。接著執(zhí)行步驟S150，刻蝕去除所述偽柵電極層13和所述柵介質(zhì)層12至露出所述半導(dǎo)體襯底11，形成溝槽18。具體地，如圖14所示，采用干法刻蝕或濕法刻蝕去除所述偽柵電極層13和所述柵介質(zhì)層12，直至露出所述半導(dǎo)體襯底11，以形成溝槽18。這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是熟知的，故在此不再贅述。為了防止所述偽柵電極層13上再次出現(xiàn)自然氧化層，應(yīng)該在去除自然氧化層后，在I小時(shí)內(nèi)刻蝕去除所述偽柵電極層13。如在執(zhí)行完步驟S140后，在30分鐘的時(shí)間間隔內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行步驟S150。最后執(zhí)行步驟S160,在所述溝槽18內(nèi)依次填充介質(zhì)和金屬,形成柵介質(zhì)層19和金屬柵極20,具體如圖15所示。其中，優(yōu)選地，所述柵介質(zhì)層19材料為高K介質(zhì)，如氧化鉿、氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鑭招、氧化錯(cuò)、氧化錯(cuò)娃、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋇銀鈦、氧化鋇鈦、氧化銀鈦、氧化釔、氧化鋁、氧化鉛鈧鉭或鈮酸鉛鋅等。形成柵介質(zhì)層19的方法為化學(xué)氣相沉積(CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或物理氣相沉積(PVD)等。本實(shí)施例中具體為氧化鉿，其形成方法優(yōu)選為原子層沉積(ALD)，相應(yīng)的反應(yīng)物為氯化鉿(HfCl4)和水蒸汽(H2O)，或者叔丁醇鉿和氧氣(O2)。其中，所述金屬柵極20 材料為 Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti、TiN,TaN,Ta、TaC,TaSiN,W、WN、WSi中的一種或多種組合。所述金屬柵極20的形成也采用常規(guī)的沉積工藝處理，如化學(xué)氣相沉積(CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或物理氣相沉積(PVD)等。至此完成金屬柵極的制備。如圖16所示，本發(fā)明提供的形成金屬柵極的第二實(shí)施例，包括S210,提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底上的柵介質(zhì)層和位于所述柵介質(zhì)層上的偽柵電極層，所述偽柵電極層兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上具有側(cè)墻；在所述半導(dǎo)體襯底上形成阻擋層，所述阻擋層包圍所述側(cè)墻及所述偽柵電極層；在所述半導(dǎo)體襯底和所述偽柵結(jié)構(gòu)上形成層間介質(zhì)層；S220，研磨所述層間介質(zhì)層至露出所述偽柵電極層上面的所述阻擋層表面；S230，研磨所述層間介質(zhì)層和所述阻擋層至露出所述偽柵電極層，所述偽柵電極層表面形成自然氧化層；S240，采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除所述自然氧化層；S250，刻蝕去除所述偽柵電極層至露出所述柵介質(zhì)層，形成 溝槽；S260，在所述溝槽內(nèi)依次填充金屬，形成金屬柵極。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于步驟S250中僅刻蝕去除了所述偽柵電極層，而步驟S150中先后刻蝕去除了所述偽柵電極層和所述柵介質(zhì)層；相應(yīng)地，步驟S260中僅需填充金屬以形成金屬柵極，而步驟S160中需要先后填充介質(zhì)和金屬以形成柵介質(zhì)層和金屬柵極。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，金屬柵極的形成過程并不限于上述兩個(gè)實(shí)施例，只要是在去除偽柵結(jié)構(gòu)之前采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除偽柵結(jié)構(gòu)上的自然氧化層的方法都在本發(fā)明的包括范圍之內(nèi)。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬柵極的形成方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵結(jié)構(gòu)； 在所述半導(dǎo)體襯底和所述偽柵結(jié)構(gòu)上形成層間介質(zhì)層； 研磨所述層間介質(zhì)層至露出所述偽柵結(jié)構(gòu)的上表面，所述偽柵結(jié)構(gòu)的上表面形成自然氧化層； 采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除所述自然氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述采用化學(xué)氣相刻蝕工藝包括通入刻蝕氣體，使所述刻蝕氣體分別與所述自然氧化層和層間介質(zhì)層反應(yīng)，且所述層間介質(zhì)層的反應(yīng)速率與所述自然氧化層的反應(yīng)速率的比值小于I. 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相刻蝕工藝包括將包括所述自然氧化層的半導(dǎo)體襯底放入第一反應(yīng)腔室內(nèi)，所述第一反應(yīng)腔室保持在第一溫度和第一壓強(qiáng)，向所述第一反應(yīng)腔室中通入刻蝕氣體，使所述自然氧化層與所述刻蝕氣體反應(yīng)生成雜質(zhì)產(chǎn)物；經(jīng)過第一時(shí)間后，將包括所述雜質(zhì)產(chǎn)物的半導(dǎo)體襯底從所述第一反應(yīng)腔室轉(zhuǎn)移至第二反應(yīng)腔室，所述第二反應(yīng)腔室保持在第二溫度和第二壓強(qiáng)，所述雜質(zhì)產(chǎn)物分解為雜質(zhì)氣體排出；經(jīng)過第二時(shí)間后，將去除所述自然氧化層的半導(dǎo)體襯底從所述第二反應(yīng)腔室中取出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述第一溫度的取值范圍包括20°C 40°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述第二溫度的取值范圍包括100°C 200°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述第一壓強(qiáng)的取值范圍與所述第二壓強(qiáng)的取值范圍相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述第一壓強(qiáng)的取值范圍包括ITorr 5Torr。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述刻蝕氣體包括=NH3和HF。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述NH3的流量速率范圍包括15sccm 30sccm ;所述HF的流量速率范圍包括50sccm lOOsccm。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述第一時(shí)間的取值范圍包括30s 200s。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述第二時(shí)間的取值范圍包括60s 300s。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，在去除所述自然氧化層的第三時(shí)間內(nèi)，刻蝕去除所述偽柵結(jié)構(gòu)至露出所述半導(dǎo)體襯底，形成溝槽；在所述溝槽內(nèi)依次填充高K介質(zhì)和金屬，形成柵介質(zhì)層和金屬柵極。
13.根據(jù)權(quán)要求12所述的金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述第三時(shí)間的取值范圍小于或者等于I小時(shí)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的金屬柵極的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體襯底和所述偽柵結(jié)構(gòu)上形成層間介質(zhì)層；研磨所述層間介質(zhì)層至露出所述偽柵結(jié)構(gòu)的上表面，所述偽柵結(jié)構(gòu)的上表面形成自然氧化層；采用化學(xué)氣相刻蝕工藝去除所述自然氧化層。本發(fā)明在去除自然氧化層時(shí)，減小了對層間介質(zhì)層凹陷的影響，大大降低了層間介質(zhì)層中產(chǎn)生金屬橋連和金屬殘留的可能性，提高了半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。
文檔編號H01L21/28GK102637586SQ20111003674
公開日2012年8月15日 申請日期2011年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月12日
發(fā)明者劉煥新, 陳楓 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司