專利名稱：形成柵極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及形成柵極的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，形成柵的工藝可分為前柵(gate first)工藝和后柵(gate last)工藝。前柵工藝是指先沉積柵介質(zhì)層，在柵介質(zhì)層上形成柵電極，然后進(jìn)行源漏注入，之后進(jìn)行退火工藝以激活源漏中的離子。前柵工藝其工藝步驟簡單，但在進(jìn)行退火時(shí)，柵電極不可避免地要承受高溫，導(dǎo)致MOS管的閾值電壓Vt漂移，影響管子性能。后柵工藝是指在退火工藝后，即在高溫步驟后，刻蝕掉多晶硅偽柵，形成偽柵溝槽，再用合適的金屬填充偽柵溝槽以形成柵電極，這樣可以使柵電極避開高溫，避免MOS管的閾值電壓Vt漂移，影響管子性能。后柵工藝可以大大加寬柵電極的材料的選擇范圍，但是工藝變得更加復(fù)雜。在形成金屬柵電極時(shí)，隨著半導(dǎo)體器件尺寸越來越小，特別是在32nm及以下工藝中，由于偽柵溝槽寬度變小，使得金屬材料的填充效率難以達(dá)到百分之百，即在偽柵溝槽中填入的金屬中間會(huì)存在著一定的間隙，間隙不僅會(huì)增大柵電極的寄生電阻，而且還會(huì)造成MOS管可靠性降低等問題。2010年2月M日公開的公開號為“CN101656205A”的中國專利申請公開的“集成電路金屬柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法”公開了一種形成金屬柵極的方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成偽柵極結(jié)構(gòu)，其中，所述偽柵極結(jié)構(gòu)包括多晶硅；除去所述偽柵極結(jié)構(gòu)，以提供具有頂部和底部的溝槽，其中所述頂部和所述底部具有第一寬度；增加所述溝槽的頂部寬度，以提供第二寬度；以及，在包括所述第二寬度的所述溝槽中形成柵極， 其中所述形成柵極的步驟包括將第一金屬沉積到所述溝槽中。該專利文獻(xiàn)中公開的形成金屬柵極的方法，在去除偽柵極結(jié)構(gòu)后，增加溝槽頂部的寬度，以利于之后向溝槽內(nèi)填充金屬，改善金屬的填充性。然而，該專利文獻(xiàn)中利用氬(Ar)濺射工藝增加溝槽頂部寬度，這樣容易對襯底造成破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)的形成柵極的方法，容易對襯底造成損壞。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種形成柵極的方法，包括提供襯底；在所述襯底表面形成柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層表面形成氮化鎢層，在所述氮化鎢層表面形成鎢層；圖形化所述氮化鎢層和鎢層；濕法刻蝕去除部分所述圖形化后的氮化鎢層和鎢層，且所述濕法刻蝕對氮化鎢的刻蝕速率大于對鎢的刻蝕速率，形成偽柵極，所述偽柵極呈T型，所述偽柵極包括濕法刻蝕后的氮化鎢層和鎢層；
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形成介質(zhì)層，覆蓋所述柵介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的表面與偽柵極的表面相平；去除所述偽柵極，形成柵極溝槽，所述柵極溝槽呈T型；在所述柵極溝槽內(nèi)填充柵極材料，形成柵極?？蛇x的，利用化學(xué)氣相沉積在所述柵介質(zhì)層上形成氮化鎢層；所述化學(xué)氣相沉積中使用的氣體包括WF6，H2, N2?？蛇x的，所述WF6的流量為3 lOsccm，所述N2的流量為50 200sccm，所述H2的流量為100 lOOOsccm。可選的，所述化學(xué)氣相反應(yīng)的時(shí)間為5 15秒?？蛇x的，利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積在所述氮化鎢層上形成鎢層。可選的，所述濕法刻蝕中使用的溶液選自溶液、NH4OH溶液、HF溶液其中之
ο可選的，利用干法刻蝕去除偽柵極?？蛇x的，所述干法刻蝕中使用的氣體包括C12，SF6。可選的，所述柵介質(zhì)層包括二氧化硅層、氮氧化硅層、氮化硅層其中之一，或者他們的任意組合。可選的，所述柵介質(zhì)層還包括至少一層高k介質(zhì)層，所述k值大于4. 5?？蛇x的，還包括形成偽柵極后，形成介質(zhì)層之前，在所述偽柵極周圍形成側(cè)墻?？蛇x的，所述柵極材料選自鉿、鋯、鈦、鋁、鉈、鈀、鉬、鈷、鎳、鎢、銀、銅、金、導(dǎo)電的金屬氮化物、導(dǎo)電的金屬碳化物、導(dǎo)電的金屬硅化物其中之一或者他們的組合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的形成柵極的方法，利用濕法刻蝕氮化鎢和鎢時(shí)，對氮化鎢的刻蝕速率大于對鎢的刻蝕速率的特點(diǎn)，在襯底上形成圖形化的氮化鎢層和鎢層，鎢層位于氮化鎢層上， 這樣之后利用濕法刻蝕去除部分圖形化后的氮化鎢層和鎢層時(shí)，因此可以形成T型的偽柵極，這樣偽柵極的頂部寬度也就大于底部寬度。形成介質(zhì)層后，去除偽柵極后，就可以形成 T型的柵極溝槽，這樣?xùn)艠O溝槽的頂部寬度也就大于底部寬度。在柵極溝槽內(nèi)填充柵極材料，形成柵極時(shí)，有利于柵極材料的填充，避免形成空隙，或者至少可以減少形成的空隙；而且工藝簡單，可以避免現(xiàn)有技術(shù)中描述的對襯底造成損傷的缺點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的形成柵極的方法的流程圖；圖加 圖池為本發(fā)明具體實(shí)施例的形成柵極的方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人經(jīng)過長期的鉆研，希望可以找到簡單的工藝形成頂部寬度大于底部寬度的柵極溝槽，有利于柵極材料的填充，避免形成空隙，或者至少可以減少形成的空隙；而且，可以避免現(xiàn)有技術(shù)中描述的對襯底造成損傷的缺點(diǎn)。經(jīng)過大量的資料閱讀，發(fā)明人意外的發(fā)現(xiàn)，“Enrico Bellandi，Cinzia De Marco，Antonio Truscello，Jeffery W. Butterbaugh，， 在“Future Fab International, Volume30, July 2009” 公幵的文章“resist removal and cleaning for TANOS metal gatenonvolatile memories，，中披露了、濕法亥Ij燭氣化鶴禾口鶴時(shí)，對氮化鎢的刻蝕速率大于對鎢的刻蝕速率的特點(diǎn)。本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成柵極的方法，利用濕法刻蝕氮化鎢和鎢時(shí)，對氮化鎢的刻蝕速率大于對鎢的刻蝕速率的特點(diǎn)，在襯底上形成圖形化的氮化鎢層和鎢層，鎢層位于氮化鎢層上，這樣之后利用濕法刻蝕去除部分圖形化后的氮化鎢層和鎢層時(shí)，因此可以形成T型的偽柵極，這樣偽柵極的頂部寬度也就大于底部寬度。形成介質(zhì)層后，去除偽柵極后，就可以形成T型的柵極溝槽，這樣?xùn)艠O溝槽的頂部寬度也就大于底部寬度。在柵極溝槽內(nèi)填充柵極材料，形成柵極時(shí)，有利于柵極材料的填充，避免形成空隙，或者至少可以減少形成的空隙；而且工藝簡單，可以避免現(xiàn)有技術(shù)中描述的對襯底造成損傷的缺點(diǎn)。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖1為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的形成柵極的方法的流程圖，參圖1，本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成柵極的方法包括步驟Sll，提供襯底；步驟S12，在所述襯底表面形成柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層表面形成氮化鎢層，在所述氮化鎢層表面形成鎢層；步驟S13，圖形化所述氮化鎢層和鎢層；步驟S14，濕法刻蝕去除部分所述圖形化后的氮化鎢層和鎢層，且所述濕法刻蝕對氮化鎢的刻蝕速率大于對鎢的刻蝕速率，形成偽柵極，所述偽柵極呈T型，所述偽柵極包括濕法刻蝕后的氮化鎢層和鎢層；步驟S15，形成介質(zhì)層，覆蓋所述柵介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的表面與所述偽柵極的表面相平；步驟S16，去除所述偽柵極，形成柵極溝槽，所述柵極溝槽的呈T型；步驟S17，在所述柵極溝槽內(nèi)填充柵極材料，形成柵極。圖加 圖池為本發(fā)明具體實(shí)施例的形成柵極的方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成柵極的方法，下面結(jié)合具體實(shí)施例并結(jié)合參考圖1和圖加 圖詳細(xì)說明本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成柵極的方法。結(jié)合參考圖1和圖加，執(zhí)行步驟S11，提供襯底20。本發(fā)明具體實(shí)施例中，襯底20 的材料可以為單晶硅、單晶鍺或單晶硅鍺；也可以是絕緣體上硅(SOI)；或者還可以包括其它的材料，例如砷化鎵等III-V族化合物。在所述襯底20中形成有器件結(jié)構(gòu)(圖中未示)， 例如隔離溝槽結(jié)構(gòu)等。結(jié)合參考圖1和圖2b，執(zhí)行步驟S12，在所述襯底20表面形成柵介質(zhì)層21，在所述柵介質(zhì)層21表面形成氮化鎢(WN)層22，在所述氮化鎢層22表面形成鎢層23。本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層21的材料包括二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅 (SiON)、氮化硅(SiN)其中之一，或者他們的任意組合，也就是說，柵介質(zhì)層21可以為二氧化硅層，或者為氮氧化硅層，或者氮化硅層，也可以為二氧化硅層，為氮氧化硅層、氮化硅層的任意組合，可以為單層結(jié)構(gòu)，也可以為疊層結(jié)構(gòu)，例如二氧化硅層和氮化硅層組成的兩層結(jié)構(gòu)，二氧化硅層、氮氧化硅層、氮化硅層組成的三層結(jié)構(gòu)。而且，在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層21還可以包括至少一層高k介質(zhì)層，所述k值大于4. 5，高k介質(zhì)層的材料選自氧化鉿(HfO2)、硅氧化鉿(HfSiO)、氮氧化鉿(HfON)、氮氧化鉿硅(HfSiON)，氧化鑭(La2O3)、氧化鋯(ZrO2)、硅氧化鋯(ZrSiO)、氧化鈦(TiO2)、氧化釔(Y2O3)。例如，柵介質(zhì)層 21為雙層結(jié)構(gòu)，包括氧化硅層、以及位于氧化硅層上的硅氧化鉿(HfSiO)層。本發(fā)明具體實(shí)施例中，利用化學(xué)氣相沉積在所述柵介質(zhì)層21上形成氮化鎢層 22。所述化學(xué)氣相沉積中使用的氣體包括:WF6(六氟化鎢)，H2(氫)，隊(duì)(氮)，反應(yīng)式為 WF6+H2+N2 — WN+HF。WF6的流量為3 lOsccm，N2的流量為50 200sccm。H2的流量為 100 lOOOsccm，而且本發(fā)明具體實(shí)施例中，使用的氣體還包括Ar (氬)氣，其流量為300 lOOOsccm。反應(yīng)腔內(nèi)的氣壓為3 5Torr (毫托)，射頻功率為200 500W，反應(yīng)腔內(nèi)的溫度范圍為400 500°C，反應(yīng)時(shí)間為5 15秒。本發(fā)明具體實(shí)施例中，形成鎢層23的方法為物理氣相沉積(PVD)或者化學(xué)氣相沉積。結(jié)合參考圖1和圖2c，執(zhí)行步驟S13，圖形化所述氮化鎢層22和鎢層23。具體為 在鎢層23上形成光刻膠層，形成光刻膠層的方法可以為旋涂法、滴涂法或者刷涂法，本發(fā)明具體實(shí)施例中利用旋涂法形成光刻膠層。之后，對光刻膠層進(jìn)行曝光、顯影，形成圖形化的光刻膠層；然后，以圖形化的光刻層為掩膜刻蝕鎢層23，氮化鎢層22，將圖形化的光刻膠層上的圖形轉(zhuǎn)移至鎢層23、氮化鎢層22。在該步驟中，并不刻蝕柵介質(zhì)層21，該柵介質(zhì)層 21在之后的濕法刻蝕腐蝕氮化鎢、和鎢時(shí)，用來保護(hù)襯底20不受損傷。結(jié)合參考圖1和圖2d，執(zhí)行步驟S14，濕法刻蝕去除部分所述圖形化后的氮化鎢層 22和鎢層23，且所述濕法刻蝕對氮化鎢的刻蝕速率大于對鎢的刻蝕速率，形成偽柵極，所述偽柵極呈T型，所述偽柵極包括濕法刻蝕后的氮化鎢層22和鎢層23。本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，所述濕法刻蝕中使用的溶液選自H2SO4溶液、NH4OH溶液、HF溶液其中之一。本發(fā)明具體實(shí)施例中，選用NH4OH溶液濕法刻蝕氮化鎢層22和鎢層23，由于氮化鎢的刻蝕速率大于對鎢的刻蝕速率，因此可以形成T型的偽柵極，這樣偽柵極的頂部寬度也就大于底部寬度。參考圖2e，本發(fā)明具體實(shí)施例中，形成偽柵極后，對半導(dǎo)體襯底20進(jìn)行源漏注入， 在半導(dǎo)體襯底20中形成源區(qū)和漏區(qū)(圖中未示)。之后，形成介質(zhì)層，覆蓋所述柵介質(zhì)層 21和偽柵極形成的表面，之后回刻介質(zhì)層，在偽柵極的周圍形成側(cè)墻M。結(jié)合參考圖1和圖2f，執(zhí)行步驟S15，形成介質(zhì)層25，覆蓋所述柵介質(zhì)層21，所述介質(zhì)層25的表面與所述偽柵極的表面相平。具體為形成介質(zhì)層25，覆蓋所述柵介質(zhì)層 21和側(cè)墻M、偽柵極形成的表面，之后，利用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)去除高出偽柵極的表面的介質(zhì)層，也就是去除高出鎢層23表面的介質(zhì)層，形成與所述偽柵極的表面相平的介質(zhì)層 25，即與所述鎢層23的表面相平的介質(zhì)層25。本發(fā)明，介質(zhì)層25的材料為低k材料，其可以為氧化硅(Si02)、氟氧化硅(SiOF)、碳氧化硅(SiCO)等本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的低k材料。本發(fā)明具體實(shí)施例中，選用氧化硅作為介質(zhì)層25的材料。結(jié)合參考圖1和圖2g，執(zhí)行步驟S16，去除所述偽柵極(結(jié)合參考圖2f)，形成柵極溝槽26，所述柵極溝槽沈呈！1型。由于偽柵極呈T型，則去除偽柵極后，自然柵極溝槽沈呈T型，這樣?xùn)艠O溝槽沈的頂部寬度大于底部寬度。本發(fā)明中，利用干法刻蝕去除包括濕法刻蝕后的氮化鎢層22和鎢層23的偽柵極，在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述干法刻蝕中使用的氣體包括C12，SF6。結(jié)合參考圖1和圖池，執(zhí)行步驟S17，在所述柵極溝槽沈內(nèi)填充柵極材料，形成柵極27。本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，所述柵極27的材料選自鉿、鋯、鈦、鋁、鉈、鈀、鉬、鈷、鎳、鎢、
6銀、銅、金、導(dǎo)電的金屬氮化物、導(dǎo)電的金屬碳化物、導(dǎo)電的金屬硅化物其中之一或者他們的組合。形成柵極27的方法具體為利用氣相沉積，例如物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積 (CVD)填充柵極材料于所述柵極溝槽沈內(nèi)，且填滿柵極溝槽沈，之后，利用平坦化工藝，例如化學(xué)機(jī)械研磨平坦化柵極材料，最終形成柵極27。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，選用金屬鋁作為柵極材料。利用物理氣相沉積方法填充金屬鋁于所述柵極溝槽26內(nèi)，并且在沉積金屬鋁時(shí)，在介質(zhì)層25的表面上也沉積有金屬鋁，之后利用平坦化工藝去除介質(zhì)層25表面上的金屬鋁，形成柵極27，柵極27的表面和介質(zhì)層25的表面相平。本發(fā)明中，由于柵極溝槽呈 T型，這樣?xùn)艠O溝槽的頂部寬度也就大于底部寬度。在柵極溝槽內(nèi)填充柵極材料，形成柵極時(shí)，有利于柵極材料的填充，避免形成空隙，或者至少可以減少形成的空隙。
本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，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)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種形成柵極的方法，其特征在于，包括提供襯底；在所述襯底表面形成柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層表面形成氮化鎢層，在所述氮化鎢層表面形成鎢層；圖形化所述氮化鎢層和鎢層；濕法刻蝕去除部分所述圖形化后的氮化鎢層和鎢層，且所述濕法刻蝕對氮化鎢的刻蝕速率大于對鎢的刻蝕速率，形成偽柵極，所述偽柵極呈T型，所述偽柵極包括濕法刻蝕后的氮化鎢層和鎢層；形成介質(zhì)層，覆蓋所述柵介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的表面與偽柵極的表面相平；去除所述偽柵極，形成柵極溝槽，所述柵極溝槽呈T型；在所述柵極溝槽內(nèi)填充柵極材料，形成柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的形成柵極的方法，其特征在于，利用化學(xué)氣相沉積在所述柵介質(zhì)層上形成氮化鎢層；所述化學(xué)氣相沉積中使用的氣體包括:WF6，H2, N2。
3.如權(quán)利要求2所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述WF6的流量為3 lOsccm， 所述N2的流量為50 200sccm，所述H2的流量為100 lOOOsccm。
4.如權(quán)利要求3所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相反應(yīng)的時(shí)間為5 15秒。
5.如權(quán)利要求1所述的形成柵極的方法，其特征在于，利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積在所述氮化鎢層上形成鎢層。
6.如權(quán)利要求1所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述濕法刻蝕中使用的溶液選自H2SO4溶液、NH4OH溶液、HF溶液其中之一。
7.如權(quán)利要求1所述的形成柵極的方法，其特征在于，利用干法刻蝕去除偽柵極。
8.如權(quán)利要求7所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述干法刻蝕中使用的氣體包括C12，SF6。
9.如權(quán)利要求1所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)層包括二氧化硅層、 氮氧化硅層、氮化硅層其中之一，或者他們的任意組合。
10.如權(quán)利要求9所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)層還包括至少一層高k介質(zhì)層，所述k值大于4. 5。
11.如權(quán)利要求1所述的形成柵極的方法，其特征在于，還包括形成偽柵極后，形成介質(zhì)層之前，在所述偽柵極周圍形成側(cè)墻。
12.如權(quán)利要求1所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述柵極材料選自鉿、鋯、鈦、 鋁、鉈、鈀、鉬、鈷、鎳、鎢、銀、銅、金、導(dǎo)電的金屬氮化物、導(dǎo)電的金屬碳化物、導(dǎo)電的金屬硅化物其中之一或者他們的組合。
全文摘要
一種形成柵極的方法，包括提供襯底；在襯底表面形成柵介質(zhì)層，在柵介質(zhì)層表面形成氮化鎢層，在氮化鎢層表面形成鎢層；圖形化氮化鎢層和鎢層；濕法刻蝕去除部分圖形化后的氮化鎢層和鎢層，且濕法刻蝕對氮化鎢的刻蝕速率大于對鎢的刻蝕速率，形成偽柵極，偽柵極呈T型，偽柵極包括濕法刻蝕后的氮化鎢層和鎢層；形成介質(zhì)層，覆蓋柵介質(zhì)層，介質(zhì)層的表面與偽柵極的表面相平；去除偽柵極，形成柵極溝槽，柵極溝槽呈T型；在柵極溝槽內(nèi)填充柵極材料，形成柵極。本發(fā)明有利于柵極材料的填充，避免形成空隙，或者至少可以減少形成的空隙；而且工藝簡單，可以避免現(xiàn)有技術(shù)中描述的對襯底造成損傷的缺點(diǎn)。
文檔編號H01L21/28GK102479692SQ20101056829
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者盧炯平, 洪中山 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司