度一般控制在450°C以上，達(dá)到最終的金屬厚度，一般控制在250納米以內(nèi)。
[0058]圖2g是步驟S06的示意圖，將硅片10表面覆蓋的第一金屬填充物80以及第一金屬電極層70去除，直到露出第二柵極溝槽內(nèi)填充的有機(jī)物60。硅片表面的第一金屬填充物80以及第一金屬電極層70從上至下依次為填充金屬Al或W、黏附層和阻擋層Ti/TiN以及第一金屬電極層，還可能包含很薄的阻擋層，如TaN。根據(jù)填充金屬的種類(lèi)，選擇恰當(dāng)?shù)难心ヒ?，采用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝先將硅片表面的填充金屬Al或W減薄并到達(dá)阻擋層Ti/TiN的表面，再改變研磨液分別將阻擋層和柵極金屬拋光掉，直到暴露出金屬前介質(zhì)和第二柵極溝槽內(nèi)的有機(jī)物。由于步驟S04對(duì)第二柵極溝槽內(nèi)的有機(jī)物存在一定的過(guò)刻蝕量，需要調(diào)節(jié)化學(xué)機(jī)械拋光工藝的最后一步拋光工藝時(shí)間來(lái)確保第二柵極溝槽內(nèi)的有機(jī)物充分暴露出來(lái)。
[0059]圖2h和圖2i是步驟S07的示意圖，圖2h將第二柵極溝槽內(nèi)填充的有機(jī)物60去除。采用濕法刻蝕工藝將第二柵極區(qū)的填充有機(jī)物60清除，如TMAH顯影液或其它濕法去膠方法。
[0060]圖2i在硅片10表面沉積第二金屬電極層90，并采用第二金屬填充物100將第二柵極溝槽填滿；根據(jù)第二柵極的器件類(lèi)型，選擇對(duì)應(yīng)功函數(shù)的金屬進(jìn)行薄膜沉積，對(duì)于NMOS管，第一金屬電極層70的材質(zhì)優(yōu)選為T(mén)1、Al、Ta(N)、TaC, Hf、Zr等；對(duì)于PMOS管，第二金屬電極層90優(yōu)選為T(mén)iN、RuTa、Ni等。第一金屬電極層70以及第二金屬電極層90的沉積工藝可選擇磁控濺射(PVD)工藝或原子層沉積(ALD)工藝。第一金屬填充物80以及第二金屬填充物100 —般可選擇W或Al。該工藝步驟與步驟S05中的金屬填充工藝類(lèi)似，這里不作贅述。采用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)完成第一金屬填充物80以及第二金屬填充物100的填充工藝，并達(dá)到一定的金屬厚度，一般控制在250納米以內(nèi)。
[0061]圖2j是步驟S08的示意圖，將硅片10表面的第二金屬填充物100以及第二金屬電極層90去除，直到露出第一金屬柵極以及第二金屬柵極。該工藝步驟與步驟S06類(lèi)似，這里不作贅述。
[0062]實(shí)施例二
[0063]圖3a_3j是本發(fā)明第二實(shí)施例的雙金屬柵極結(jié)構(gòu)形成的剖面示意圖，由于實(shí)施例二的部分工藝步驟與實(shí)施例一相似，重復(fù)部分不做贅述。
[0064]圖3c在步驟S03中，在高介電常數(shù)介質(zhì)層50形成后，在其表面繼續(xù)沉積一金屬保護(hù)層110，采用原子層沉積工藝(ALD)來(lái)沉積一層高介電常數(shù)介質(zhì)層50，一般為幾納米，再采用原子層沉積工藝沉積一層金屬保護(hù)層110，可優(yōu)選TiN、TaN等金屬氮化物，金屬保護(hù)層110的厚度控制在2納米以內(nèi)，降低其對(duì)有效功函數(shù)的影響。金屬保護(hù)層110能有效隔絕所述的有機(jī)物的填充、刻蝕、清洗等工藝步驟對(duì)高介電常數(shù)介質(zhì)的影響，提高器件可靠性，有利于本發(fā)明的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。
[0065]綜上所述，本發(fā)明提供了一種雙金屬柵極的形成方法，同時(shí)對(duì)第一多晶硅柵極20以及第二多晶硅柵極30進(jìn)行去除工藝，接著同時(shí)在第一柵極溝槽以及第二柵極溝槽內(nèi)進(jìn)行高介電常數(shù)介質(zhì)層50的沉積工藝，從而保證了柵極尺寸、柵極形貌和柵極氧化層的一致性；此外，采用有機(jī)物60填充技術(shù)將第二柵極溝槽填滿并保護(hù)起來(lái)，并完成第一柵極溝槽的金屬電極工藝，再將第二柵極溝槽內(nèi)的有機(jī)物去除，并完成第二柵極溝槽的金屬電極工藝，其工藝集成難度較低，且對(duì)柵極形貌和高介電常數(shù)介質(zhì)層的負(fù)面影響較小。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的雙金屬柵極的形成工藝進(jìn)行了優(yōu)化，減少工藝步驟，降低成本，且工藝集成難度較低，同時(shí)容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
[0066]上述說(shuō)明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S01、提供一個(gè)已完成前道工藝集成的硅片，將金屬前介質(zhì)層減薄，直至暴露出第一多晶硅柵極以及第二多晶硅柵極； 步驟S02、去除第一多晶硅柵極、第二多晶硅柵極以及其下方的柵極氧化層，形成第一柵極溝槽以及第二柵極溝槽； 步驟S03、在硅片表面沉積一均勻厚度的高介電常數(shù)介質(zhì)層，并將有機(jī)物填充至第一柵極溝槽以及第二柵極溝槽內(nèi)，直至硅片表面覆蓋有機(jī)物； 步驟S04、去除硅片表面以及第一柵極溝槽內(nèi)的有機(jī)物，并保留第二柵極溝槽內(nèi)的有機(jī)物； 步驟S05、在硅片表面沉積第一金屬電極層，然后采用第一金屬填充物填充至第一柵極溝槽內(nèi)并覆蓋硅片表面； 步驟S06、將硅片表面覆蓋的第一金屬填充物以及第一金屬電極層去除，直至暴露出第二柵極溝槽內(nèi)填充的有機(jī)物； 步驟S07、去除第二柵極溝槽內(nèi)填充的有機(jī)物，在硅片表面沉積第二金屬電極層，然后采用第二金屬填充物填充至第二柵極溝槽內(nèi)并覆蓋硅片表面； 步驟S08、去除硅片表面的第二金屬填充物以及第二金屬電極層，直至暴露第一金屬柵極以及第二金屬柵極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述步驟SOl中，所述硅片具有NMOS晶體管和PMOS晶體管，所述NMOS晶體管為第一柵極區(qū)，具有第一多晶硅柵極，所述PMOS晶體管為第二柵極區(qū)，具有第二多晶硅柵極。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述步驟S02中，采用干法刻蝕工藝去除第一多晶硅柵極以及第二多晶硅柵極，然后采用濕法刻蝕工藝去除所述柵極氧化層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述步驟S03中，所述高介電常數(shù)介質(zhì)層形成后，在其表面繼續(xù)沉積一金屬保護(hù)層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述步驟S03中，所述有機(jī)物為含有C、H、O元素的聚合物，具有可流動(dòng)性。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述步驟S03中，采用旋涂工藝在硅片表面涂布一層均勻的有機(jī)物，以使所述有機(jī)物流入第一柵極溝槽和第二柵極溝槽內(nèi)并將其填滿。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述步驟S04中，采用濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝去除硅片表面以及第一柵極溝槽內(nèi)的有機(jī)物；所述步驟S07中，采用濕法刻蝕工藝去除第二柵極溝槽內(nèi)的有機(jī)物。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述步驟S05中，第一金屬電極層的材質(zhì)為功函數(shù)接近導(dǎo)帶的單質(zhì)金屬、合金或多種金屬?gòu)?fù)合層；所述步驟S07中，第二金屬電極層的材質(zhì)為功函數(shù)接近價(jià)帶的單質(zhì)金屬、合金或多種金屬?gòu)?fù)合層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，采用磁控濺射工藝或原子層沉積工藝沉積所述第一金屬電極層以及第二金屬電極層。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬柵極的形成方法，其特征在于，所述步驟S05中第一金屬填充物以及步驟S07中第二金屬填充物的材料為W或Al。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙金屬柵極的形成方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明同時(shí)對(duì)第一多晶硅柵極以及第二多晶硅柵極進(jìn)行去除工藝，接著同時(shí)在第一柵極溝槽以及第二柵極溝槽內(nèi)進(jìn)行高介電常數(shù)介質(zhì)層的沉積工藝，從而保證了柵極尺寸、柵極形貌和柵極氧化層的一致性；此外，采用有機(jī)物填充技術(shù)將第二柵極溝槽填滿并保護(hù)起來(lái)，并完成第一柵極溝槽的金屬電極工藝，再將第二柵極溝槽內(nèi)的有機(jī)物去除，并完成第二柵極溝槽的金屬電極工藝，其工藝集成難度較低，且對(duì)柵極形貌和高介電常數(shù)介質(zhì)層的負(fù)面影響較小。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的雙金屬柵極的形成工藝進(jìn)行了優(yōu)化，減少工藝步驟，降低成本，且工藝集成難度較低，同時(shí)容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
【IPC分類(lèi)】H01L21/285, H01L21/28, H01L21/283, H01L21/8238
【公開(kāi)號(hào)】CN105097473
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510626743
【發(fā)明人】林宏
【申請(qǐng)人】上海集成電路研發(fā)中心有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月28日