專利名稱：金屬柵極形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及ー種金屬柵極形成方法。
背景技術(shù)：
隨著CMOS半導體器件エ藝的發(fā)展以及按比例尺寸縮小，應(yīng)カ工程在半導體エ藝和器件性能方面起到越來越大的作用；CM0S器件中引入應(yīng)力，主要是為了提高器件載流子遷移率，在CMOS器件溝道方向(longitudinal)上張應(yīng)カ對NMOS電子遷移率有益，而壓應(yīng)カ對PMOS空穴遷移率有益，在溝道寬度方向(transverse)上的張應(yīng)カ對NMOS和PMOS器件的載流子遷移率均有益，而在垂直溝道平面方向(out-of-plane)的壓應(yīng)カ對NMOS器件電子遷移率有益，張應(yīng)カ則對PMOS器件空穴遷移率有益。應(yīng)カ記憶效應(yīng)(SMT,Stress memorization technique)是一種 CMOS エ藝中引 入應(yīng)カ的方法，其エ藝流程為在器件源/漏注入之后，沉積ー層氮化硅薄膜保護層(caplayer)，緊接著進行源/漏退火，在源/漏退火過程中，會產(chǎn)生氮化硅薄膜保護層、多晶硅柵以及側(cè)墻之間的熱應(yīng)カ和內(nèi)應(yīng)カ效應(yīng)，這些應(yīng)カ會被記憶在多晶硅柵之中，在多晶硅中沿垂直溝道平面方向(out-of-plane)會產(chǎn)生張應(yīng)力，而溝道方向(longitudinal)會產(chǎn)生壓應(yīng)カ；在接下來的エ藝中，氮化硅薄膜保護層被刻蝕掉，但記憶在多晶硅柵中的應(yīng)力，仍然會傳導到CMOS半導體器件的溝道之中，傳導到溝道中的應(yīng)カ為垂直溝道平面方向(out-of-plane)的壓應(yīng)カ以及溝道方向(longitudinal)上的張應(yīng)力，由上述應(yīng)カ對CMOS器件載流子遷移率的影響可以得出，這樣的應(yīng)カ效果對提高NMOS器件電子遷移率有益，可提高NMOS器件性能。隨著工藝節(jié)點縮至45納米及其以下，為滿足器件尺寸縮小而引發(fā)的新要求，金屬柵極被廣泛應(yīng)用。如何將應(yīng)カ技術(shù)應(yīng)用到金屬柵極制造過程中成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種使用應(yīng)カ記憶技術(shù)的金屬柵極制造方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供ー種金屬柵極形成方法，包括提供一村底，所述襯底上形成有無定形碳柵極以及圍繞所述無定形碳柵極的側(cè)墻，所述襯底中形成有源極和漏極；在所述源極和漏極上形成金屬硅化物層；在所述襯底上形成CESL應(yīng)カ層并執(zhí)行退火エ藝；在所述CESL應(yīng)カ層上形成層間介質(zhì)層；平坦化所述層間介質(zhì)層直至暴露所述無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)カ層；去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)カ層；去除所述無定形碳柵極，在所述層間介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽；以及形成填充所述溝槽且覆蓋所述層間介質(zhì)層的金屬層。
進ー步的，所述CESL應(yīng)カ層為應(yīng)カ氮化硅層。進ー步的，采用濕法刻蝕エ藝去除所述CESL應(yīng)カ層。進ー步的，所述濕法刻蝕エ藝采用的刻蝕液體為磷酸溶液。進ー步的，所述退火エ藝是快速熱退火或者激光脈沖退火エ藝。進ー步的，采用氧氣灰化工藝去除所述無定形碳柵扱。進ー步的，所述氧氣灰化工藝采用遠程或原位的方式產(chǎn)生氧離子體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的金屬柵極形成方法在形成金屬硅化物層之后形成CESL應(yīng)カ層和層間介質(zhì)層，并平坦化所述層間介質(zhì)層直至暴露無定形碳柵極頂面的CESL 應(yīng)カ層，隨后去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)カ層，如此，將應(yīng)カ記憶技術(shù)應(yīng)用到金屬柵極的制造過程中，記憶在柵極結(jié)構(gòu)中的應(yīng)カ仍然會傳導到溝道之中，有利于提高載流子遷移率。


圖I為本發(fā)明一實施例的金屬柵極形成方法的流程示意圖；圖2至圖8為本發(fā)明一實施例的金屬柵極形成方法過程中的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式盡管下面將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)當理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導，而并不作為對本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱愆`個實施例。另外，應(yīng)當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列說明和權(quán)利要求書本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。如圖I所示，本發(fā)明ー實施例的金屬柵極形成方法，包括如下步驟步驟SI :提供一村底，所述襯底上形成有無定形碳柵極以及圍繞所述無定形碳柵極的側(cè)墻，所述襯底中形成有源極和漏極；步驟S2 :在所述源極和漏極上形成金屬硅化物層；步驟S3 :在所述襯底上形成CESL應(yīng)カ層并執(zhí)行退火エ藝；步驟S4 :在所述CESL應(yīng)カ層上形成層間介質(zhì)層；步驟S5 :平坦化所述層間介質(zhì)層直至暴露所述無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)カ層；步驟S6 :去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)カ層；
步驟S7 :去除所述無定形碳柵極，在所述層間介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽；步驟S8 :形成填充所述溝槽且覆蓋所述層間介質(zhì)層的金屬層。下面以形成CMOS晶體管為例，結(jié)合圖2至圖8更詳細說明本發(fā)明的金屬柵極形成方法。如圖2所示，首先，提供包括第一區(qū)域IOOa和第二區(qū)域IOOb的襯底100，所述第一區(qū)域IOOa上形成有第一無定形碳柵極111以及圍繞所述第一無定形碳柵極111的第一側(cè)墻121，所述第二區(qū)域IOOb上形成有第二無定形碳柵極112以及圍繞所述第二無定形碳柵極112的第二側(cè)墻122。
所述襯底100包含但不限于包括半導體元素的硅材料，例如單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe)，也可以是絕緣體上硅(SOI)。所述第一區(qū)域IOOa用以形成PMOS晶體管，所述第二區(qū)域IOOb用以形成NMOS晶體管，反之亦可。所述襯底100中還可以形成有摻雜阱，其中，所述摻雜阱可利用離子注入エ藝完成，所述P型或N型的摻雜阱用于形成NMOS或PMOS的導電溝道。以NMOS為例，所述摻雜阱是P型的，該摻雜阱未示出。所述第一區(qū)域IOOa上還形成有第一柵介質(zhì)層131，所述第二區(qū)域IOOb上還形成有第二柵介質(zhì)層132，所述第一柵介質(zhì)層131和第二柵介質(zhì)層132包含氧化硅層或氮氧化硅層。所述第一側(cè)墻121和第二側(cè)墻122包含氧化硅層、氮氧化硅層及/或氮化硅層。所述第一無定形碳柵極111兩側(cè)的半導體襯底中形成源極101和漏極101’，在第二無定形碳柵極112兩側(cè)的半導體襯底中形成源極102和漏極102’。此外，所述襯底100中還形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)140，用以隔尚有源區(qū)。如圖3所示，接著，在所述源極101、102和漏極101’、102’上形成金屬硅化物層150。所述金屬硅化物層150可通過以下步驟形成首先，在第一區(qū)域IOOa和第二區(qū)域IOOb上形成金屬阻擋層薄膜(SAB);然后，選擇性刻蝕掉源極101、102和漏極101’、102’上的金屬阻擋層薄膜；接著，沉積鎳(Ni)或鈷(Co)金屬；接下來，執(zhí)行退火エ藝以形成金屬硅化物層150，所述退火エ藝可分成多次進行，例如，可分成兩次退火エ藝；最后，去除所述金屬阻擋層薄膜。如圖4所示，在所述第一區(qū)域IOOa和第二區(qū)域IOOb上形成通孔刻蝕停止層(Contact etch stop layer,簡稱CESL)應(yīng)カ層160,并執(zhí)行退火エ藝，隨后在CESL應(yīng)カ層160上形成層間介質(zhì)層170。所述CESL應(yīng)カ層160覆蓋所述第一區(qū)域100a、第二區(qū)域100b、第一無定形碳柵極111、第二無定形碳柵極112、第一側(cè)墻121和第二側(cè)墻122，所述層間介質(zhì)層170覆蓋所述CESL應(yīng)カ層160。所述CESL應(yīng)カ層160例如是應(yīng)カ氮化硅層。所述CESL應(yīng)カ層160優(yōu)選為應(yīng)カ氮化硅層，其具有良好的應(yīng)カ效果，所述CESL應(yīng)カ層160的厚度例如30-60納米，所述退火エ藝例如是快速熱退火(RTA)或者激光脈沖退火(LSA)エ藝。在退火過程中，會產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)カ會被記憶下來，記憶在柵極結(jié)構(gòu)中的應(yīng)カ仍然會傳導到溝道之中，有利于提高載流子遷移率。所述層間介質(zhì)層170可采用PECVD (等離子體增強化學氣相淀積)>SACVD (亞常壓化學氣相淀積)或LPCVD(低壓化學氣相淀積)等エ藝形成。所述層間介質(zhì)層材料包含但不限于磷娃玻璃(phosphosilicateglass, PSG)、硼娃玻璃(borosilicate, BSG)、硼磷娃玻璃(borophosphosilicate,BPSG)、氟娃玻璃(FSG)或具有低介電常數(shù)材料中的ー種或其組合。所述具有低介電常數(shù)材料包括但不限于黑鉆石(Black Diamond, BD)或coral等。如圖5所示，接著，平坦化所述層間介質(zhì)層170直至暴露所述第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112的頂面。較佳的，平坦化所述層間介質(zhì)層170之后還可執(zhí)行額外的刻蝕エ藝以去除第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112頂面殘留的層間介質(zhì)層。如圖6所示，接著，采用濕法刻蝕エ藝，例如，采用熱磷酸(HPO)溶液去除所述第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112頂面的CESL應(yīng)カ層160。如圖7所示，接著，采用氧氣灰化工藝去除所述第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112，可利用原位或者遠程等離子エ藝來去除第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112，以在所述層間介質(zhì)層170內(nèi)形成溝槽171。如圖8所示，最后，形成填充所述溝槽171且覆蓋所述層間介質(zhì)層170的金屬層180,并平坦化使所述金屬層180。所述金屬層180包括金屬、金屬合金、金屬娃化物、金屬合金硅化物、含有金屬的導電氧化物或者含有金屬的導電硅化物，其中金屬從由Al、Co、Cr、Fe、h、h、Hf、Mg、Mo、Mn、NlPcU Pt、La、Os、Nb、Rh、Re、Ru、Sn、Ta、Ti、V、W、Y 和 Zr 中的ー種或其組合?？刹捎秒婂兎ɑ蛭锢須庀喑练eエ藝形成所述金屬層。綜上所述，本發(fā)明提供的金屬柵極形成方法在形成金屬硅化物層之后形成CESL應(yīng)カ層和層間介質(zhì)層，并平坦化所述層間介質(zhì)層直至暴露無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)カ層，隨后去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)カ層，如此，將應(yīng)カ記憶技術(shù)應(yīng)用到金屬柵極的制造過程中，記憶在柵極結(jié)構(gòu)中的應(yīng)カ仍然會傳導到溝道之中，有利于提高載流子遷移率。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。權(quán)利要求
1.ー種金屬柵極形成方法，包括 提供一村底，所述襯底上形成有無定形碳柵極以及圍繞所述無定形碳柵極的側(cè)墻，所述襯底中形成有源極和漏極； 在所述源極和漏極上形成金屬硅化物層； 在所述襯底上形成CESL應(yīng)カ層并執(zhí)行退火エ藝； 在所述CESL應(yīng)カ層上形成層間介質(zhì)層； 平坦化所述層間介質(zhì)層直至暴露所述無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)カ層； 去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)カ層； 去除所述無定形碳柵極，在所述層間介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽；以及 形成填充所述溝槽且覆蓋所述層間介質(zhì)層的金屬層。
2.如權(quán)利要求I所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述CESL應(yīng)カ層為應(yīng)カ氮化娃層。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，采用濕法刻蝕エ藝去除所述CESL應(yīng)カ層。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述濕法刻蝕エ藝采用的刻蝕液體為磷酸溶液。
5.如權(quán)利要求I所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述退火エ藝是快速熱退火或者激光脈沖退火エ藝。
6.如權(quán)利要求I所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，采用氧氣灰化工藝去除所述無定形碳柵扱。
7.如權(quán)利要求6所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述氧氣灰化工藝采用遠程或原位的方式產(chǎn)生氧離子體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬柵極形成方法，在形成金屬硅化物層之后形成CESL應(yīng)力層和層間介質(zhì)層，并平坦化所述層間介質(zhì)層直至暴露無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)力層，隨后去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應(yīng)力層，如此，將應(yīng)力記憶技術(shù)應(yīng)用到金屬柵極的制造過程中，記憶在柵極結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力仍然會傳導到溝道之中，有利于提高載流子遷移率。
文檔編號H01L21/8238GK102779746SQ20121029312
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者鄭春生 申請人:上海華力微電子有限公司