專利名稱：金屬柵極形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，特別涉及一種金屬柵極形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件的尺寸在不斷地縮小，對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體器件內(nèi)各部分結(jié)構(gòu)的尺寸也在等比例地縮小。以MOS晶體管為例，隨著MOS晶體管的整體尺寸不斷縮小，MOS晶體管的源漏區(qū)、柵極結(jié)構(gòu)的尺寸也在不斷地減小，相對(duì)應(yīng)的，柵介質(zhì)層的厚度也在不斷地變小。但由于柵介質(zhì)層太薄會(huì)導(dǎo)致柵介質(zhì)層的擊穿電壓變小，柵電極和溝道區(qū)之間的漏電流變大，使得器件不能正常的工作。為了提高M(jìn)OS晶體管的電學(xué)性能，降低柵電極和溝道區(qū)之間的漏電流，高K柵介質(zhì)層與金屬柵電極的疊層結(jié)構(gòu)形成的金屬柵極被引入到MOS晶體管中。為了避免金屬柵極的金屬材料對(duì)MOS晶體管其他結(jié)構(gòu)的影響，所述金屬柵電極與高K柵介質(zhì)層的柵極疊層結(jié)構(gòu)通常采用“后柵(gate last)”工藝制作形成。但當(dāng)半導(dǎo)體襯底上待形成的器件包括NMOS晶體管和PMOS晶體管時(shí)，由于NMOS晶體管和PMOS晶體管的金屬柵極所需的功函數(shù)不同，需要在NMOS晶體管和PMOS晶體管的金屬柵極中形成不同的功能層。因此，在采用所述“后柵”工藝制作NMOS晶體管和PMOS晶體管時(shí)，需要分別形成PMOS晶體管與NMOS晶體管的金屬柵極。專利號(hào)為US6171910B1的美國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種采用“后柵”工藝制作CMOS晶體管的金屬柵極的方法。請(qǐng)參考圖1至圖5，為現(xiàn)有技術(shù)形成CMOS晶體管的金屬柵極的過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10包括PMOS區(qū)13和與PMOS區(qū)13相鄰的NMOS區(qū)15，在所述半導(dǎo)體襯底10的PMOS區(qū)13與NMOS區(qū)15表面分別形成偽柵結(jié)構(gòu)17，所述偽柵結(jié)構(gòu)17包括位于半導(dǎo)體襯底10表面的偽柵介電層19和位于所述偽柵介電層19表面的偽柵21，在所述偽柵結(jié)構(gòu)17兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底10內(nèi)形成源漏區(qū)(未標(biāo)示)O請(qǐng)參考圖2，在所述半導(dǎo)體襯底10和偽柵結(jié)構(gòu)17表面形成層間介質(zhì)層25，平坦化所述層間介質(zhì)層25,直至暴露出偽柵21表面。請(qǐng)參考圖3，在所述層間介質(zhì)層25和偽柵21表面形成第一光刻膠層27，圖形化所述第一光刻膠層27，露出PMOS區(qū)13的偽柵表面，移除所述偽柵以形成第一柵極開(kāi)口 29。請(qǐng)參考圖4，在所述第一柵極開(kāi)口中填充高K柵介電材料與金屬柵極材料，對(duì)所述高K柵介電材料與金屬柵極材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，直到暴露出所述NMOS區(qū)15上的偽柵21表面，在所述第一柵極開(kāi)口內(nèi)保留的高K柵介電材料、金屬柵極材料構(gòu)成PMOS晶體管的金屬柵極31。請(qǐng)參考圖5，進(jìn)行類似于PMOS晶體管金屬柵極的形成工藝來(lái)制作NMOS晶體管的金屬柵極32。由于每一次化學(xué)機(jī)械研磨工藝研磨所述高K柵介電材料、金屬柵極材料都會(huì)過(guò)研磨，除去部分厚度的層間介質(zhì)層，兩次化學(xué)機(jī)械研磨工藝除去層間介質(zhì)層的厚度會(huì)更大，使得層間介質(zhì)層的最終厚度更難以控制，并使得最終形成的金屬柵極的高度難以控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種金屬柵極形成方法，只需要一次化學(xué)機(jī)械研磨工藝除去NMOS晶體管和PMOS晶體管對(duì)應(yīng)的金屬柵電極層，有利于控制金屬柵極的高度。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種金屬柵極形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域上形成有第一偽柵，所述半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域上形成有第二偽柵，所述半導(dǎo)體襯底表面形成覆蓋第一偽柵和第二偽柵的層間介質(zhì)層；對(duì)所述層間介質(zhì)層進(jìn)行平坦化直到暴露出所述第一偽柵和第二偽柵；除去所述第二偽柵，形成第二溝槽，在所述第二溝槽側(cè)壁、底部、及層間介質(zhì)層表面形成第二功能層，在所述第二功能層表面形成第二犧牲層；除去第一區(qū)域的第二犧牲層和第二功能層，暴露出所述第一偽柵；除去所述第一偽柵，形成第一溝槽，在所述第一溝槽側(cè)壁、底部、層間介質(zhì)層、及第二犧牲層表面形成第一功能層，在所述第一功能層表面形成第一犧牲層；除去所述第一犧牲層和第二犧牲層，暴露出所述第一功能層和第二功能層；在所述第一功能層和第二功能層表面形成金屬電極層，對(duì)所述金屬電極層、第一功能層和第二功能層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，形成第一金屬柵極和第二金屬柵極?？蛇x的，所述第一功能層和第二功能層的材料、厚度、形成工藝中至少一種不相同?？蛇x的，所述第一功能層和第二功能層的材料為T(mén)1、Ta、TiN, TaN, TiAl、TaC,TaSiN、TiAlN其中一種或幾種?？蛇x的，形成所述第一功能層和第二功能層的工藝為物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。可選的，所述第一犧牲層和第二犧牲層的材料為氧化硅、旋涂玻璃組合物或聚合物?？蛇x的，所述旋涂玻璃組合物的材料為聚硅氮烷。可選的，對(duì)所述金屬電極層、第一功能層和第二功能層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以所述層間介質(zhì)層為研磨阻擋層，形成第一金屬柵極和第二金屬柵極。可選的，除去所述第一犧牲層和第二犧牲層的具體工藝包括:對(duì)所述第一犧牲層和第一功能層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，暴露出所述第二犧牲層；除去所述第一犧牲層和第二犧牲層，暴露出所述第一功能層和第二功能層?？蛇x的，除去所述第一犧牲層和第二犧牲層的工藝為濕法刻蝕或干法刻蝕。可選的，當(dāng)所述第一犧牲層和第二犧牲層的材料為旋涂玻璃組合物時(shí)，利用稀釋氫氟酸濕法刻蝕除去所述第一犧牲層和第二犧牲層?？蛇x的,所述金屬電極層的材料包括Al、Cu、T1、Ag、Au、Pt、Ni其中一種或幾種?？蛇x的，形成所述金屬電極層的工藝包括濺射工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或電鍍工藝。可選的，在形成第一功能層之前，在所述第一溝槽側(cè)壁、底部、層間介質(zhì)層、及第二犧牲層表面形成擴(kuò)散阻擋層；在形成第二功能層之前，在所述第二溝槽側(cè)壁、底部、及層間介質(zhì)層形成擴(kuò)散阻擋層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn):在對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨暴露出第一偽柵和第二偽柵后，除去第一偽柵，先形成第二功能層和第二犧牲層，再除去第一偽柵，形成第一功能層和第一犧牲層，然后將所述第一犧牲層和第二犧牲層去除，在暴露出的第一功能層和第二功能層表面形成金屬電極層，利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝除去金屬電極層形成第一金屬柵極和第二金屬柵極。由于只需要利用一次化學(xué)機(jī)械研磨工藝除去金屬電極層，在形成偽柵后只有一次對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行過(guò)研磨，所述層間介質(zhì)層損失的厚度也相對(duì)容易控制，使得最終形成的金屬柵極的高度容易控制。


圖1至圖5是現(xiàn)有技術(shù)的CMOS晶體管的金屬柵極的形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的金屬柵極形成方法的流程示意圖；圖7至圖17是本發(fā)明實(shí)施例的金屬柵極形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式由于現(xiàn)有技術(shù)需要兩次對(duì)高K柵介電材料、金屬柵極材料的堆疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，由于兩次化學(xué)機(jī)械研磨都會(huì)對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行過(guò)研磨，使得層間介質(zhì)層的最終厚度難以控制，并使得最終形成的金屬柵極的高度難以控制。為此，發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究，提出了一種金屬柵極形成方法，請(qǐng)參考圖6，為本發(fā)明實(shí)施例的金屬柵極形成方法的流程示意圖，具體包括:步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域上形成有第一偽柵，所述半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域上形成有第二偽柵，所述半導(dǎo)體襯底表面形成覆蓋第一偽柵和第二偽柵的層間介質(zhì)層；步驟S102，對(duì)所述層間介質(zhì)層進(jìn)行平坦化直到暴露出所述第一偽柵和第二偽柵；步驟S103，除去所述第二偽柵，形成第二溝槽，在所述第二溝槽側(cè)壁、底部、及層間介質(zhì)層表面形成第二功能層，在所述第二功能層表面形成第二犧牲層；步驟S104，除去第一區(qū)域的第二犧牲層和第二功能層，暴露出所述第一偽柵；步驟S105，除去所述第一偽柵，形成第一溝槽，在所述第一溝槽側(cè)壁、底部、層間介質(zhì)層、及第二犧牲層表面形成第一功能層，在所述第一功能層表面形成第一犧牲層；步驟S106，除去所述第一犧牲層和第二犧牲層，暴露出所述第一功能層和第二功能層；步驟S107，在所述第一功能層和第二功能層表面形成金屬電極層，對(duì)所述金屬電極層、第一功能層和第二功能層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，形成第一金屬柵極和第二金屬柵極。由于本發(fā)明實(shí)施例只需要對(duì)所述金屬電極層、第一功能層和第二功能層進(jìn)行一次化學(xué)機(jī)械研磨，有利于控制過(guò)研磨的厚度，使得層間介質(zhì)層的最終厚度容易控制，并使得最終形成的金屬柵極的高度容易控制。
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)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。圖7至圖17為本發(fā)明實(shí)施例的金屬柵極形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參考圖7，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100包括第一區(qū)域I和第二區(qū)域II，所述半導(dǎo)體襯底100的第一區(qū)域I上形成有第一偽柵結(jié)構(gòu)110，所述半導(dǎo)體襯底100的第二區(qū)域II上形成有第二偽柵結(jié)構(gòu)120，所述半導(dǎo)體襯底100表面形成覆蓋第一偽柵結(jié)構(gòu)110和第二偽柵結(jié)構(gòu)120的層間介質(zhì)層130。所述半導(dǎo)體襯底100為硅襯底、鍺襯底、氮化硅襯底或者絕緣體上硅襯底等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)半導(dǎo)體襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類型，因此所述半導(dǎo)體襯底的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。所述第一區(qū)域I和第二區(qū)域II分別用來(lái)形成NMOS晶體管和PMOS晶體管。在本實(shí)施例中，所述第一區(qū)域I用來(lái)形成NMOS晶體管，所述第二區(qū)域II用來(lái)形成PMOS晶體管。在其他實(shí)施例中，也可以在所述第一區(qū)域I形成PMOS晶體管，在所述第二區(qū)域II形成NMOS晶體管。在本發(fā)明實(shí)施例中，所述第一區(qū)域I和第二區(qū)域II是相鄰的，兩者之間通過(guò)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)104電學(xué)隔離。在其他實(shí)施例中，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域是間隔的，兩者之間具有若干半導(dǎo)體器件。所述半導(dǎo)體襯底100的第一區(qū)域I和第二區(qū)域II內(nèi)還形成有阱區(qū)(未圖示)以利于提高M(jìn)OS晶體管的電學(xué)性能。在本實(shí)施例中，由于所述第一區(qū)域I用來(lái)形成NMOS晶體管，所述第二區(qū)域II用來(lái)形成PMOS晶體管，相對(duì)應(yīng)的，所述第一區(qū)域I內(nèi)形成有P阱，所述第二區(qū)域II內(nèi)形成有N阱。所述半導(dǎo)體襯底100的第一區(qū)域I上形成有第一偽柵結(jié)構(gòu)110，所述半導(dǎo)體襯底100的第二區(qū)域II上形成有第二偽柵結(jié)構(gòu)120，所述第一偽柵結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)經(jīng)過(guò)離子摻雜形成有第一源漏區(qū)101，所述第二偽柵結(jié)構(gòu)112兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)經(jīng)過(guò)離子摻雜形成第二源漏區(qū)102。為了提高PMOS晶體管溝道區(qū)的載流子的遷移率，還可以在所述第二源漏區(qū)102內(nèi)原位形成鍺硅層(未圖示)，通過(guò)在溝道區(qū)形成壓縮應(yīng)力，提聞了空穴的遷移率，從而提聞了 PMOS晶體管的電學(xué)性能。在另一實(shí)施例中，還可以在所述NMOS晶體管的源漏區(qū)內(nèi)形成碳硅層(未圖示)，通過(guò)在溝道區(qū)形成拉伸應(yīng)力，提高了電子的遷移率，從而提高了 NMOS晶體管的電學(xué)性能。在本實(shí)施例中，所述第一偽柵結(jié)構(gòu)110包括位于所述半導(dǎo)體襯底100第一區(qū)域I表面的第一高K柵介質(zhì)層111和位于所述第一高K柵介質(zhì)層111表面的第一偽柵112，所述第二偽柵結(jié)構(gòu)120包括位于所述半導(dǎo)體襯底100第二區(qū)域II表面的第二高K柵介質(zhì)層121和位于所述第二高K柵介質(zhì)層121表面的第二偽柵122。所述第一高K柵介質(zhì)層111和第一偽柵112的側(cè)壁表面、所述第二高K柵介質(zhì)層121和第二偽柵122的側(cè)壁表面還形成有側(cè)墻(未圖示)，用來(lái)為離子注入形成源漏區(qū)提供掩膜。所述第一高K柵介質(zhì)層111和第二高K柵介質(zhì)層121的材料為氧化鉿、氧化鋯、氧化鎂或氮化鉿等，所述第一偽柵112和第二偽柵122的材料為多晶硅。在其他實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體襯底100和第一高K柵介質(zhì)層111、第二高K柵介質(zhì)層121之間形成有氧化硅層，可以避免高K柵介質(zhì)層與半導(dǎo)體襯底直接接觸可能會(huì)因?yàn)閮烧呔Ц癫黄ヅ湓斐傻娜毕荨?br> 在其他實(shí)施例中，所述偽柵結(jié)構(gòu)不包括高K柵介質(zhì)層，所述高K柵介質(zhì)層在后續(xù)形成功能層或擴(kuò)散阻擋層之前形成，避免除去偽柵的工藝對(duì)高K柵介質(zhì)層造成損傷，影響最終形成的金屬柵極的電學(xué)性能。由于形成偽柵結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不作詳述。在所述半導(dǎo)體襯底100表面利用化學(xué)氣相沉積工藝形成層間介質(zhì)層130，所述層間介質(zhì)層130的厚度大于第一偽柵結(jié)構(gòu)110、第二偽柵結(jié)構(gòu)120的高度且覆蓋所述第一偽柵結(jié)構(gòu)110、第二偽柵結(jié)構(gòu)120。所述層間介質(zhì)層130的材料為氧化硅或低K介質(zhì)材料。在形成所述層間介質(zhì)層130之前，還可以在所述半導(dǎo)體襯底100、第一偽柵結(jié)構(gòu)110、第二偽柵結(jié)構(gòu)120表面形成阻擋層131，所述阻擋層131用來(lái)為后續(xù)的研磨工藝暴露出第一偽柵結(jié)構(gòu)110和第二偽柵結(jié)構(gòu)120提供研磨阻擋，使得所述研磨工藝不會(huì)對(duì)第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)研磨，從而有利于控制最終形成的金屬柵極的高度。請(qǐng)參考圖8，對(duì)所述層間介質(zhì)層130進(jìn)行平坦化直到暴露出所述第一偽柵112和第二偽柵122。所述研磨工藝為化學(xué)機(jī)械研磨工藝。利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)所述層間介質(zhì)層130進(jìn)行研磨，暴露出阻擋層131后繼續(xù)研磨，直到暴露出所述第一偽柵112和第二偽柵122，使得所述第一偽柵112和第二偽柵122的表面與層間介質(zhì)層130的表面位于同一平面上。請(qǐng)參考圖9，除去所述第二偽柵122 (請(qǐng)參考圖8)，形成第二溝槽124。形成所述第二溝槽124的具體工藝包括:在所述層間介質(zhì)層130表面形成掩膜層210，所述掩膜層210內(nèi)具有開(kāi)口(未標(biāo)示)，所述開(kāi)口至少暴露出第二偽柵122的表面；以所述形成有開(kāi)口的掩膜層210為掩膜，對(duì)所述第二偽柵122進(jìn)行濕法刻蝕，形成第二溝槽124。形成第二溝槽124后，除去所述掩膜層210。在本實(shí)施例中，所述開(kāi)口暴露出半導(dǎo)體襯底100第二區(qū)域II對(duì)應(yīng)的層間介質(zhì)層130的表面和第二偽柵122的表面。所述掩膜層210為硬掩膜層或光刻膠層，所述硬掩膜層的材料為氮化鈦或氮化硅等。由于第二偽柵122的材料為多晶硅，所述濕法刻蝕除去多晶硅的溶液為氫氧化鉀溶液。請(qǐng)參考圖10，在所述第二溝槽124 (請(qǐng)參考圖9)側(cè)壁、底部、及層間介質(zhì)層130表面形成第二功能層150，在所述第二功能層150表面形成第二犧牲層170。在形成所述第二功能層150之前，在所述第二溝槽124側(cè)壁、底部、及層間介質(zhì)層130表面還可以形成擴(kuò)散阻擋層(未圖示)，以防止后續(xù)形成的金屬擴(kuò)散到所述層間介質(zhì)層、高K柵介質(zhì)層內(nèi)，導(dǎo)致互連層間和器件間短路。所述擴(kuò)散阻擋層的材料為T(mén)iN或TaN。在其他實(shí)施例中，也可以不形成所述擴(kuò)散阻擋層，將功能層作為擴(kuò)散阻擋層，減少了工藝步驟，且仍能阻擋金屬的擴(kuò)散。由于PMOS晶體管和NMOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)所需的功函數(shù)不相同，因此，兩者的功能層的材料、厚度、形成工藝中至少一種不相同，PMOS晶體管和NMOS晶體管的功能層需要分開(kāi)形成。所述第二功能層150 的材料為 T1、Ta、TiN, TaN、TiAl、TaC、TaSiN、TiAlN 其中一種或幾種。形成所述功能層的工藝為物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝(Atomic LayerDeposition, ALD)。在本實(shí)施例中，由于所述第二區(qū)域II是用來(lái)形成PMOS晶體管,利用所述原子層沉積工藝形成第二功能層150，所述第二功能層150的材料為T(mén)iN。在其他實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诙螙沤Y(jié)構(gòu)內(nèi)未形成有高K柵介質(zhì)層時(shí)，在形成第二功能層和擴(kuò)散阻擋層之前，在所述第二溝槽側(cè)壁、底部、及層間介質(zhì)層表面先形成高K柵介質(zhì)層，再在所述高K柵介質(zhì)層表面形成第二功能層或擴(kuò)散阻擋層。在形成所述第二功能層150后，在所述第二功能層150表面形成第二犧牲層170。所述第二犧牲層170的材料為氧化娃、旋涂玻璃(spin-on-glass, S0G)組合物或者聚合物等。在本實(shí)施例中，所述第二犧牲層170的材料為旋涂玻璃組合物，所述旋涂玻璃組合物的材料為聚硅氮烷。由于旋涂玻璃組合物容易被濕法刻蝕工藝去除，使得后續(xù)除去第一犧牲層、第二犧牲層時(shí)節(jié)省時(shí)間和工藝成本，提高了工藝效率。請(qǐng)參考圖11，除去所述第一區(qū)域I對(duì)應(yīng)的第二犧牲層170和第二功能層150，暴露出所述第一偽柵112和部分層間介質(zhì)層130表面。為了能在后續(xù)工藝中除去所述第一偽柵112，需要將所述第一偽柵112的表面暴露出來(lái)，因此，除去部分第二犧牲層170和第二功能層150后，至少暴露出所述第一偽柵112的表面。在本實(shí)施例中，在所述第二區(qū)域II對(duì)應(yīng)的第二犧牲層170表面形成光刻膠層230，利用所述光刻膠層230為掩膜，對(duì)所述第二犧牲層170、第二功能層150進(jìn)行干法刻蝕，直到暴露出所述第一區(qū)域I對(duì)應(yīng)的層間介質(zhì)層130表面和第一偽柵結(jié)構(gòu)110表面。在其他實(shí)施例中，還可以利用干法刻蝕除去所述第二犧牲層，停止在所述第二功能層的表面后，利用濕法刻蝕除去所述暴露出的第二功能層，直到暴露出所述第一偽柵和部分層間介質(zhì)層表面。在經(jīng)過(guò)刻蝕暴露出所述第一偽柵表面后，利用灰化工藝除去所述光刻膠層230。請(qǐng)參考圖12，除去所述第一偽柵112 (請(qǐng)參考圖11)，形成第一溝槽114。形成所述第一溝槽114的具體工藝包括:對(duì)所述第一偽柵112進(jìn)行濕法刻蝕，形成第一溝槽114。由于第一偽柵112的材料為多晶娃,所述濕法刻蝕的溶液為氫氧化鉀溶液。請(qǐng)參考圖13，在所述第一溝槽114(請(qǐng)參考圖12)側(cè)壁、底部、層間介質(zhì)層130、及第二犧牲層170表面形成第一功能層140，在所述第一功能層140表面形成第一犧牲層160。在形成所述第一功能層140之前，在所述第一溝槽114側(cè)壁、底部、及層間介質(zhì)層130表面還可以形成擴(kuò)散阻擋層(未圖示)，以防止后續(xù)形成的金屬擴(kuò)散到所述層間介質(zhì)層、高K柵介質(zhì)層內(nèi)，導(dǎo)致互連層間和器件間短路。所述擴(kuò)散阻擋層的材料為T(mén)iN或TaN。在其他實(shí)施例中，也可以不形成所述擴(kuò)散阻擋層，將功能層作為擴(kuò)散阻擋層，減少了工藝步驟，且仍能阻擋金屬的擴(kuò)散。所述第一功能層140 的材料為 T1、Ta、TiN、TaN、TiAl、TaC、TaSiN、TiAlN 其中一種或幾種，且所述第一功能層140、第二功能層150的材料、厚度、形成工藝中至少一種不相同。形成所述第一功能層140的工藝為物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝(Atomic LayerDeposition, ALD)。在本實(shí)施例中，由于所述第一區(qū)域是用來(lái)形成NMOS晶體管,利用所述原子層沉積工藝形成第一功能層140，所述第一功能層140的材料為T(mén)iAl。由于所述第一功能層140、第二功能層150分開(kāi)形成，可以根據(jù)不同柵極功函數(shù)調(diào)整所述功能層的材料、厚度和形成工藝，便于制造商選擇最合適的工藝和材料。在其他實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝粋螙沤Y(jié)構(gòu)內(nèi)未形成有高K柵介質(zhì)層時(shí)，在形成第一功能層和擴(kuò)散阻擋層之前，在所述第一溝槽側(cè)壁、底部、層間介質(zhì)層、及第二犧牲層表面先形成高K柵介質(zhì)層，再在所述高K柵介質(zhì)層表面形成第一功能層或擴(kuò)散阻擋層。在形成所述第一功能層140后，在所述第一功能層140表面形成第一犧牲層160。所述第一犧牲層160的材料為氧化娃、旋涂玻璃(spin-on-glass, S0G)組合物或聚合物等。在本實(shí)施例中，所述第一犧牲層160的材料為旋涂玻璃組合物，所述旋涂玻璃組合物的材料為聚硅氮烷。由于所述旋涂玻璃組合物容易被濕法刻蝕工藝去除，使得后續(xù)除去第一犧牲層、第二犧牲層時(shí)節(jié)省時(shí)間和工藝成本，提高了工藝效率。請(qǐng)參考圖14，對(duì)所述第一犧牲層160和第一功能層140進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，暴露出所述第二犧牲層170。請(qǐng)參考圖15，除去所述第一犧牲層160 (請(qǐng)參考圖14)和第二犧牲層170，(請(qǐng)參考圖14)直到暴露出所述第一功能層140和第二功能層150，所述第一功能層140表面形成有第三溝槽115，所述第二功能層表面形成有第四溝槽125。除去所述第一犧牲層160和第二犧牲層170的工藝為濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝。在本實(shí)施例中，采用稀釋氫氟酸溶液對(duì)所述第一犧牲層160和第二犧牲層170進(jìn)行刻蝕，直到暴露出所述第一功能層140和第二功能層150。在其他實(shí)施例中，也可以以第一功能層140和第二功能層150為刻蝕終止層，通過(guò)干法刻蝕工藝對(duì)所述第一犧牲層160和第二犧牲層170進(jìn)行刻蝕，直到暴露出所述第一功能層140和第二功能層150。請(qǐng)參考圖16,在所述第一功能層140和第二功能層150表面形成金屬電極層180,所述金屬電極層180填充滿所述第三溝槽115(請(qǐng)參考圖15)和第四溝槽125(請(qǐng)參考圖
15)ο所述金屬電極層180的材料為Al、Cu、T1、Ag、Au、Pt、Ni其中一種或幾種,形成所述金屬電極層180的工藝包括濺射工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或電鍍工藝。請(qǐng)參考圖17，對(duì)所述金屬電極層180 (請(qǐng)參考圖16)、第一功能層140 (請(qǐng)參考圖
16)、第二功能層150(請(qǐng)參考圖16)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，以所述層間介質(zhì)層130為研磨終止層，直到暴露出所述層間介質(zhì)層130，形成第一金屬柵電極116和第二金屬柵電極126。所述位于半導(dǎo)體襯底100第一區(qū)域I表面的第一高K柵介質(zhì)層111、位于所述第一高K柵介質(zhì)層111表面的第一功能層140、位于所述第一功能層140表面的第一金屬柵電極116構(gòu)成第一金屬柵極117，所述位于半導(dǎo)體襯底100第二區(qū)域II表面的第二高K柵介質(zhì)層121、位于所述第二高K柵介質(zhì)層121表面的第二功能層150、位于所述第二功能層150表面的第二金屬柵電極126構(gòu)成第二金屬柵極127。綜上，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨暴露出第一偽柵和第二偽柵后，除去第一偽柵，先形成第二功能層和第二犧牲層，再除去第一偽柵，形成第一功能層和第一犧牲層，然后將所述第一犧牲層和第二犧牲層去除，在暴露出的第一功能層和第二功能層表面形成金屬電極層，利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝除去金屬電極層形成第一金屬柵極和第二金屬柵極。由于只需要一次化學(xué)機(jī)械研磨工藝除去金屬電極層，在形成偽柵后只有一次對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行過(guò)研磨，所述層間介質(zhì)層損失的厚度也相對(duì)容易控制，使得最終形成的金屬柵極的高度容易控制。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)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(duì)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(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)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
1.一種金屬柵極形成方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域上形成有第一偽柵，所述半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域上形成有第二偽柵，所述半導(dǎo)體襯底表面形成覆蓋第一偽柵和第二偽柵的層間介質(zhì)層； 對(duì)所述層間介質(zhì)層進(jìn)行平坦化直到暴露出所述第一偽柵和第二偽柵； 除去所述第二偽柵，形成第二溝槽，在所述第二溝槽側(cè)壁、底部、及層間介質(zhì)層表面形成第二功能層，在所述第二功能層表面形成第二犧牲層； 除去第一區(qū)域的第二犧牲層和第二功能層，暴露出所述第一偽柵； 除去所述第一偽柵，形成第一溝槽，在所述第一溝槽側(cè)壁、底部、層間介質(zhì)層、及第二犧牲層表面形成第一功能層，在所述第一功能層表面形成第一犧牲層； 除去所述第一犧牲層和第二犧牲層，暴露出所述第一功能層和第二功能層； 在所述第一功能層和第二功能層表面形成金屬電極層，對(duì)所述金屬電極層、第一功能層和第二功能層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，形成第一金屬柵極和第二金屬柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述第一功能層和第二功能層的材料、厚度、形成工藝中至少一種不相同。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述第一功能層和第二功能層的材料為 Ti、Ta、TiN, TaN, TiAUTaC, TaSiN, TiAlN 其中一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，形成所述第一功能層和第二功能層的工藝為物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述第一犧牲層和第二犧牲層的材料為氧化硅、旋涂玻璃組合物或聚合物。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述旋涂玻璃組合物的材料為聚硅氮烷。
7.如權(quán)利要求1所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，對(duì)所述金屬電極層、第一功能層和第二功能層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以所述層間介質(zhì)層為研磨阻擋層，形成第一金屬柵極和第二金屬柵極。
8.如權(quán)利要求1所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，除去所述第一犧牲層和第二犧牲層的具體工藝包括:對(duì)所述第一犧牲層和第一功能層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，暴露出所述第二犧牲層；除去所述第一犧牲層和第二犧牲層，暴露出所述第一功能層和第二功能層。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，除去所述第一犧牲層和第二犧牲層的工藝為濕法刻蝕或干法刻蝕。
10.如權(quán)利要求8所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，當(dāng)所述第一犧牲層和第二犧牲層的材料為旋涂玻璃組合物時(shí)，利用稀釋氫氟酸濕法刻蝕除去所述第一犧牲層和第二犧牲層。
11.如權(quán)利要求1所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述金屬電極層的材料包括Al、Cu、Ti、Ag、Au、Pt、Ni 其中一種或幾種。
12.如權(quán)利要求1所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，形成所述金屬電極層的工藝包括濺射工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或電鍍工藝。
13.如權(quán)利要求1所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，在形成第一功能層之前，在所述第一溝槽側(cè)壁、底部、層間介質(zhì)層、及第二犧牲層表面形成擴(kuò)散阻擋層；在形成第二功能層之前，在所述第二 溝槽側(cè)壁、底部、及層間介質(zhì)層形成擴(kuò)散阻擋層。
全文摘要
一種金屬柵極形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一偽柵和第二偽柵；除去所述第二偽柵，形成第二溝槽，在所述第二溝槽側(cè)壁、底部表面形成第二功能層和第二犧牲層；除去第一區(qū)域的第二犧牲層和第二功能層，暴露出所述第一偽柵；除去所述第一偽柵，形成第一溝槽，在所述第一溝槽側(cè)壁、底部表面形成第一功能層和第一犧牲層；除去所述第一犧牲層和第二犧牲層，在所述第一功能層和第二功能層表面形成金屬電極層，對(duì)所述金屬電極層、第一功能層和第二功能層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，形成第一金屬柵極和第二金屬柵極。由于只需要一次化學(xué)機(jī)械研磨工藝研磨金屬電極層形成金屬柵極，可有效地控制金屬柵極的高度。
文檔編號(hào)H01L21/28GK103165429SQ20111042210
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者曹均助, 蔣莉, 黎銘琦, 朱普磊 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司