金属栅的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种金属栅的制造方法，包括：步骤一、提供形成有多晶硅伪栅的半导体衬底，在多晶硅伪栅之间具有间隔区。步骤二、形成第一介质层将间隔区的底部区域填充。步骤三、形成第二介质层将间隔区的顶部区域填充，第二介质层采用具有压应力的材料并使多晶硅伪栅的顶部产生拉伸作用。步骤四、去除多晶硅伪栅形成栅极沟槽，在第二介质层的压应力作用下栅极沟槽的顶部关键尺寸增加。步骤五、在栅极沟槽中填充金属栅。本发明专利技术能对多晶硅伪栅的形貌进行自对准调整，能同时提高间隔区和栅极沟槽的填充工艺窗口，能同时避免在间隔区和栅极沟槽中产生孔洞，提高器件性能。提高器件性能。提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】
金属栅的制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种金属栅的制作方法。

技术介绍

[0002]随着CMOS技术的发展，传统的二氧化硅栅介质和多晶硅栅极(Poly SiON)晶体管已经达到物理极限，比如说由于量子隧穿效应导致的漏电流过大的问题和多晶硅栅极的耗尽问题等严重影响了半导体器件的性能。从45nm技术节点开始，在HKMG工艺基础上研制出的HKMG堆栈式晶体管有效地解决了以上技术难题。
[0003]高介电常数金属栅MOS晶体管的栅极结构采用HKMG，HKMG包括有高介电常数层(HK)和金属栅(MG)，其中金属栅包括有金属功函数层和金属导电材料层，其中金属功函数层用于调节器件的阈值电压，当金属功函数层的功函数不同时，器件的平带电压也就不同，最后使得器件的阈值电压不同。NMOS的金属功函数层为N型金属功函数层，N型金属功函数层的功函数通常耗尽半导体衬底如硅衬底的导带底部，从而能使NMOS的阈值电压变小，有利于提高器件的速度和降低功耗。PMOS的金属功函数层为P型金属功函数层，P型金属功函数层的功函数通常耗尽半导体衬底如硅衬底的价带顶部，从而能使PMOS的阈值电压即PMOS的阈值电压的绝对值变小，有利于提高器件的速度和降低功耗。
[0004]金属栅的形成工艺通常采用后金属栅(gate
‑
last)沉积工艺，包括了高介电常数层的栅介质层则会采用前栅介质层(HK
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first)沉积工艺或者采用后栅介质层(HK
‑
last)沉积工艺。
[0005]在后金属栅沉积工艺中，需要采用多晶硅伪栅(Dummy Poly Silicon)，利用多晶硅伪栅定义出栅极结构的形成区域，之后自对准形成侧墙和源漏区，再形成层间膜后，层间膜需要将多晶硅伪栅之间的间隔区域填充，通常会对层间膜平坦化使多晶硅伪栅表面露出，之后去除多晶硅伪栅并在多晶硅伪栅去除的区域形成栅极沟槽，之后再在栅极沟槽中形成HKMG。如是采用前栅介质层沉积工艺，在栅介质层会在多晶硅伪栅沉积之前形成，这样在栅极沟槽形成后，在栅极沟槽的底部已经形成有栅介质层，故只需要在栅极沟槽中填充金属栅即可。如果采用后栅介质层沉积工艺，在多晶硅伪栅沉积之前会采用伪栅介质层代替栅介质层，伪栅介质层通常采用栅氧化层，这样在栅极沟槽形成后，还需要去除栅极沟槽底部的伪栅介质层，之后再在栅极沟槽中形成栅介质层和金属栅。
[0006]由上可知，在后金属栅沉积工艺中，存在着在多晶硅伪栅之间的间隔区填充层间膜以及在多晶硅伪栅去除后的栅极沟槽中填充金属栅这两步填充工艺。现有的多晶硅伪栅的形貌无法实现同时有利于间隔区和栅极沟槽的填充，这是因为：
[0007]如果多晶硅伪栅的形貌采用顶部开口小以及底部开口大的类三角形剖面结构，这种结构虽然由有利于扩大间隔区的顶部关键尺寸，从而有利于层间膜的填充；但是这种结构将使栅极沟槽的顶部关键尺寸缩小，从而不利于金属栅的填充。
[0008]相反，如果多晶硅伪栅的形貌采用顶部开口大以及底部开口小的类漏斗形剖面结构，这种结构虽然由有利于扩大栅极沟槽的顶部关键尺寸，从而有利于金属栅的填充；但是
这种结构将使间隔区的顶部关键尺寸缩小，从而不利于层间膜的填充。
[0009]所以，现有方法中，多晶硅伪栅的形貌不易调节，使得金属栅和层间膜的填充工艺窗口都较小，容易在填充工艺中产生孔洞，最后影响器件的性能。

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种金属栅的制造方法，能对多晶硅伪栅的形貌进行自对准调整，能同时提高间隔区和栅极沟槽的填充工艺窗口，能同时避免在间隔区和栅极沟槽中产生孔洞，提高器件性能。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术提供的金属栅的制造方法包括如下步骤：
[0012]步骤一、提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多晶硅伪栅，在所述多晶硅伪栅之间具有间隔区。
[0013]步骤二、形成第一介质层将所述间隔区的底部区域填充。
[0014]步骤三、形成第二介质层将所述间隔区的顶部区域填充，所述第二介质层采用具有压应力的材料并使所述多晶硅伪栅的顶部产生拉伸作用。
[0015]步骤四、去除所述多晶硅伪栅形成栅极沟槽，在所述第二介质层的压应力作用下所述栅极沟槽的顶部关键尺寸增加，从而有利于后续金属栅的填充。
[0016]步骤五、在所述栅极沟槽中形成金属栅，所述金属栅将所述栅极沟槽填充。
[0017]进一步的改进是，所述第一介质层的材料包括氧化硅层。
[0018]进一步的改进是，步骤二包括如下分步骤：
[0019]进行沉积工艺形成将所述间隔区完全填充的所述第一介质层，所述第一介质层同时延伸到所述间隔区外部的所述多晶硅伪栅表面。
[0020]进行第一次化学机械研磨工艺将所述间隔区外部的所述第一介质层都去除以及将所述间隔区的所述第一介质层的顶部表面和所述多晶硅伪栅的顶部表面相平。
[0021]进行回刻工艺将所述第一介质层的顶部表面降低并使所述第一介质层仅填充在所述间隔区的底部区域中。
[0022]进一步的改进是，所述第二介质层的材料采用氮氧化硅，通过调节所述第二介质层中的N含量调节所述第二介质层的压应力，所述第二介质层中的N含量越高，所述第二介质层的压应力越大。
[0023]进一步的改进是，所述第二介质层采用HDP CVD工艺沉积形成，工艺气体包括：SiH4，Ar，O2，N2O。
[0024]进一步的改进是，所述第二介质层的压应力大小为200Pa～280Pa。
[0025]进一步的改进是，所述第二介质层在沉积完成后还会延伸到所述间隔区外部，之后还包括采用第二次化学机械研磨工艺将所述间隔区外部的所述第二介质层去除以及将所述间隔区的所述第二介质层的顶部表面和所述多晶硅伪栅的顶部表面相平。
[0026]进一步的改进是，所述半导体衬底包括硅衬底。
[0027]进一步的改进是，步骤一中，在所述多晶硅伪栅的侧面还形成有侧墙；源区和漏区自对准形成在所述多晶硅伪栅两侧的所述半导体衬底中。
[0028]进一步的改进是，步骤一中还形成有接触刻蚀停止层，所述接触刻蚀停止层形成在所述多晶硅伪栅的顶部表面、所述侧墙的侧面以及所述侧墙外的所述半导体衬底表面
上。
[0029]进一步的改进是，步骤五中，所述金属栅的形成工艺包括：
[0030]形成金属功函数层；
[0031]形成金属导电材料层。
[0032]进一步的改进是，在所述金属栅底部还形成有栅介质层。
[0033]进一步的改进是，所述栅介质层在步骤一中形成于所述多晶硅伪栅的底部，步骤四中形成所述栅极沟槽之后，所述栅介质层位于所述栅极沟槽的底部表面上；
[0034]或者，步骤一中，所述多晶硅伪栅的底部采用伪栅介质层，步骤四中所述伪栅介质层也一并去除，步骤五中，在形成所述金属栅之前先形成所述栅介质层，所述栅介质层形成在所述栅极沟槽的底部表面和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属栅的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多晶硅伪栅，在所述多晶硅伪栅之间具有间隔区；步骤二、形成第一介质层将所述间隔区的底部区域填充；步骤三、形成第二介质层将所述间隔区的顶部区域填充，所述第二介质层采用具有压应力的材料并使所述多晶硅伪栅的顶部产生拉伸作用；步骤四、去除所述多晶硅伪栅形成栅极沟槽，在所述第二介质层的压应力作用下所述栅极沟槽的顶部关键尺寸增加，从而有利于后续金属栅的填充；步骤五、在所述栅极沟槽中形成金属栅，所述金属栅将所述栅极沟槽填充。2.如权利要求1所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述第一介质层的材料包括氧化硅层。3.如权利要求2所述的金属栅的制造方法，其特征在于：步骤二包括如下分步骤：进行沉积工艺形成将所述间隔区完全填充的所述第一介质层，所述第一介质层同时延伸到所述间隔区外部的所述多晶硅伪栅表面；进行第一次化学机械研磨工艺将所述间隔区外部的所述第一介质层都去除以及将所述间隔区的所述第一介质层的顶部表面和所述多晶硅伪栅的顶部表面相平；进行回刻工艺将所述第一介质层的顶部表面降低并使所述第一介质层仅填充在所述间隔区的底部区域中。4.如权利要求1或2所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述第二介质层的材料采用氮氧化硅，通过调节所述第二介质层中的N含量调节所述第二介质层的压应力，所述第二介质层中的N含量越高，所述第二介质层的压应力越大。5.如权利要求4所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述第二介质层采用HDP CVD工艺沉积形成，工艺气体包括：SiH4，Ar，O2，N2O。6.如权利要求5所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述第二介质层的压应力大小为200Pa～280Pa。7.如权利要求5所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述第二介质层在沉积完成后还会延伸到所述间隔区外部，之后还包括采用第二次化学机械研磨工艺将所述间隔区外部的所述第二介质层去除以及将所述间隔区的所述第二介质层的顶部表面和所述多晶硅伪栅的顶部表面相平。8.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏程昶，苏炳熏，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：