一种HKMG器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种HKMG器件的制备方法，包括：步骤1：提供半导体衬底；步骤2：在所述半导体衬底上依次沉积厚栅氧、氮化硅膜和二氧化硅膜，并在所述二氧化硅膜上沉积多晶硅；步骤3：对所述多晶硅进行图形化处理，以在所述多晶硅上待形成栅极的区域之外形成隔离层，所述隔离层与半导体衬底以及栅极区域之间形成有刻蚀停止层；步骤4：刻蚀去除栅极区域的多晶硅；步骤5：剥离去除栅极区域剩余的二氧化硅膜和氮化硅膜；步骤6：在栅极区域填充高k介质层和金属栅材料。本发明专利技术形成的氧-氮化硅-氧组合膜可以直接在已有设备中进行，没有额外的设备投入，并且无需担心污染或热稳定性问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造领域，特别涉及一种HKMG (高k栅极绝缘层+金属栅极)器件的制备方法。
技术介绍
随着超大规模集成电路技术的迅速发展，MOSFET器件的尺寸在不断减小，通常包括=MOSFET器件沟道长度的减小，栅氧化层厚度的减薄等以获得更快的器件速度。但是发展至超深亚微米级，特别是45纳米及以下技术节点时，已无法承受持续降低栅氧厚度所带来的高漏电。业界在45纳米及以下工艺引入了高k栅极绝缘层和金属栅的设计，在28纳米以后，出于高k(高介电值)材料的热稳定性考虑更是统一使用HKMG(高k栅极绝缘层+金属栅极)的后栅极工艺。现有技术利用业界熟知的冗余多晶硅成形技术制备HKMG器件，具体流程如图1?4所示，步骤包括:首先，在半导体衬底I上生长一层厚栅氧2 ;接着，正常流程生长多晶硅层3，对所述多晶硅层3进行图形化处理，以在所述多晶硅层3上待形成栅极区域之外的其它区域形成隔离层4，具体如图2所示。接着，如图3所示，采用干法刻蚀栅极区域冗余的多晶硅层3，并以厚栅氧2为截止层。由于HKMG器件对厚栅氧2厚度的要求较高，这就需要多晶硅与二氧化硅刻蚀选择比必须到达1:100甚至更高，因此，此步骤中对多晶硅层3的刻蚀调整和控制非常困难。另外也有干法刻蚀加湿法刻蚀组合，但干法刻蚀对机台的稳定性有极高的要求。同时湿法刻蚀也需要保持非常多的过刻蚀来保证无残留，对底层厚栅氧2的损失较大。最后，如图4所示，按照正常流程图形化剥离厚栅氧2，成长初始氧化层和淀积高k材料5以及填充金属栅材料6。由此可知，上述流程对刻蚀工艺的精度控制要求极其高，稍微过刻就会影响初始氧化膜的厚度和沟道区硅衬底的表面平整度，少刻就会导致多晶硅残留，工艺窗口极小。
技术实现思路
本专利技术提供一种HKMG器件的制备方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种HKMG器件的制备方法，包括:步骤1:提供半导体衬底；步骤2:在所述半导体衬底上依次沉积厚栅氧、氮化硅膜和二氧化硅膜，并在所述二氧化硅膜上沉积多晶硅；步骤3:对所述多晶硅进行图形化处理，以在所述多晶硅上待形成栅极的区域之外形成隔离层，所述隔离层与半导体衬底以及栅极区域之间形成有刻蚀停止层；步骤4:刻蚀去除栅极区域的多晶硅；步骤5:剥离去除栅极区域剩余的二氧化硅膜和氮化硅膜；步骤6:在栅极区域填充高k介质层和金属栅材料。作为优选，所述步骤2中，采用原子位沉积方法在所述厚栅氧上沉积所述氮化硅膜和二氧化硅膜。作为优选，所述氮化硅膜的厚度为40?100埃，所述二氧化硅膜的厚度为20?100 埃。作为优选，所述步骤3包括:步骤31:在所述多晶硅上待形成栅极的区域涂覆光刻胶；步骤32:以所述光刻胶为掩膜，以半导体衬底为截止层，刻蚀栅极区域以外的所述多晶硅、二氧化硅膜、氮化硅膜和厚栅氧，以形成凹槽；步骤33:在所述凹槽内的所述半导体衬底上以及凹槽边缘形成刻蚀停止层，并在所述凹槽中填充绝缘材料形成隔离层。作为优选，所述步骤5中，采用湿法剥离工艺去除剩余的二氧化硅膜和氮化硅膜。作为优选，采用DHF(稀氢氟酸)去除剩余的二氧化硅膜，采用磷酸去除所述氮化娃膜。作为优选，在形成核心低电压器件时，所述步骤6包括:剥离去除所述厚栅氧，并在半导体衬底上依次沉积初始氧化层，在所述初始氧化层上依次填充高k介质层、功函数金属层和金属栅材料。作为优选，在形成1器件时，所述步骤6包括:在所述厚栅氧上依次填充高k介质层、功函数金属层和金属栅材料。作为优选，所述金属栅材料采用铝，所述厚栅氧采用二氧化硅。作为优选，所述步骤4中，采用干法刻蚀工艺去除栅极区域的多晶硅层。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:1、本专利技术通过在半导体衬底上形成氧(厚栅氧)_氮化硅-氧(二氧化硅膜)组合膜，各层的沉积均可以直接在已有设备中进行，没有额外的设备投入，并且氧-氮化硅-氧属于前段标准材料，无需担心污染或热稳定性问题；2、在刻蚀多晶硅步骤中，刻蚀停在最上层二氧化硅膜上，由于最上层二氧化硅膜属于牺牲层，允许多晶硅与二氧化硅刻蚀选择比低至1:10，相对于现有技术，本专利技术的刻蚀容易调整和控制，更易于大规模生产；3、在剥离剩余的少量最上层二氧化硅膜和氮化硅膜时，对底层的厚栅氧影响很小且差异固定，一般厚栅氧的膜厚损失在2A以内，能有效提高器件的稳定性；4、本专利技术的氧-氮化硅-氧组合膜的作用为:最上层二氧化硅用来作干法刻蚀的牺牲层，中间层氮化硅膜用来保护最低层的厚栅氧；5、本专利技术首先干法刻蚀多晶硅，停在最上层二氧化硅膜上，然后湿法剥离少量最上层二氧化硅膜和中间层氮化硅膜，可以保护多晶硅剥离的流程。【附图说明】图1为现有的HKMG器件的制备方法中沉积多晶硅后的器件示意图；图2为现有的HKMG器件的制备方法中形成隔离层后的器件示意图；图3为现有的HKMG器件的制备方法中刻蚀多晶硅后的器件示意图；图4为现有的HKMG器件的制备方法中形成HKMG器件后的器件示意图；图5为本专利技术的HKMG器件的制备方法中沉积多晶硅后的器件示意图；图6为本专利技术的HKMG器件的制备方法中形成隔离层后的器件示意图；图7为本专利技术的HKMG器件的制备方法中刻蚀去除多晶硅和部分二氧化硅膜后的器件示意图；图8为本专利技术的HKMG器件的制备方法中去除剩余二氧化硅膜和氮化硅膜后的器件示意图；图9为本专利技术的HKMG器件的制备方法中形成HKMG器件后的器件示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】做详细的说明。需说明的是，本专利技术附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。如图5至图9所示，本专利技术的一种HKMG器件的制备方法，具体包括以下步骤:步骤1:提供半导体衬底10，该半导体衬底10通常为硅基底。步骤2:在所述半导体衬底10上依次沉积厚栅氧20、氮化硅膜30和二氧化硅膜40，并在所述二氧化硅膜40上沉积多晶硅50。形成后的器件如图5所示，具体地，所述厚栅氧20采用二氧化硅，沉积所述厚栅氧20后，当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种HKMG器件的制备方法，包括：步骤1：提供半导体衬底；步骤2：在所述半导体衬底上依次沉积厚栅氧、氮化硅膜和二氧化硅膜，并在所述二氧化硅膜上沉积多晶硅；步骤3：对所述多晶硅进行图形化处理，以在所述多晶硅上待形成栅极的区域之外形成隔离层，所述隔离层与半导体衬底以及栅极区域之间形成有刻蚀停止层；步骤4：刻蚀去除栅极区域的多晶硅；步骤5：剥离去除栅极区域剩余的二氧化硅膜和氮化硅膜；步骤6：在栅极区域填充高k介质层和金属栅材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：景旭斌，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31