【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别涉及一种金属栅(metal gate，mg)晶体管的制造方法。
技术介绍
1、由于mg中原子层沉积(ald)tin在沉积时是通过四氯化钛(ticl4)与nh3反应，ald的tial是四氯化钛与铝反应，因此形成的金属栅会含有cl元素，而cl元素的存在，对于金属栅(metalgate)工艺流程(loop)的器件稳定性，会有很大的负面作用。在接触孔(contact，ct)工艺的预清洁(preclean)工艺中，f会在等离子体(plasma)的作用下取代cl，使得cl到达mg表面，在经过钛硅化物(tisix)形成所需的高温制程作用后，mg中的cl会挥发至ct孔底部，与其中的ti反应并形成ti的cl化物即ticlx，反应物ticlx升华形成空洞(void)，这种缺陷(defect)会严重影响ct孔的导电电阻和mg的稳定性。
2、如图1a至图1e所示，是现有金属栅晶体管的制造方法的各步骤中的器件结构示意图；现有金属栅晶体管的制造方法包括如下步骤：
3、如图1a所示，完成金属栅102工艺流程以形成金属栅102，金属栅102形成于位于第零层间膜之间的栅极沟槽中，图1a中，第零层间膜包括氧化层104的部分厚度，在氧化层104的底部形成有氮化硅层103。金属栅102中包括采用ald工艺形成的tin层，反应物包括ticl4和nh3，这样ald tin层中含cl，tin层能作为金属栅中的底部阻挡层或顶部阻挡层的组成部分，也能作为p型金属功函数层的组成部分。对于nmos，金属栅102
4、形成层间膜，层间膜覆盖金属栅102和第零层间膜的顶部表面。图1a中，层间膜包括氧化层104的顶部部分、氮化硅层105和氧化层106。
5、形成接触孔109，包括如下分步骤：
6、如图1a所示，进行图形化刻蚀形成接触孔开口107，接触孔开口107穿过对应的层间膜或底部的第零层间膜。对应半导体器件来说，金属栅102的两侧的半导体衬底101中形成有源区和漏区，金属栅102、源区和漏区的顶部都形成有对应的接触孔开口107，图1a中仅显示了金属栅102顶部的接触孔开口107。现有中，源区和漏区顶部的接触孔开口107会将底部的半导体衬底101的表面暴露。半导体衬底101包括硅衬底。
7、如图1b所示，采用含f的等离子体进行预清洁。预清洁如标记203对应的箭头线所示。f在等离子体作用下会取代金属栅102中的cl并使cl向接触孔开口107的底部表面处扩散。图1b中，f离子即f-用标记202标出。
8、如图1c所示，沉积粘附(glue)阻挡层108，粘附阻挡层108包括依次叠加的ti层和tin层。图1b中，ti用标记204标出。
9、如图1d所示，进行金属硅化反应使和硅接触的ti层形成tisi。其中，源区和漏区顶部的接触孔开口107中的ti层会和底部的半导体衬底101中的金属硅反应形成tisi。
10、在金属硅化反应中，金属栅中的cl会向上扩散，ti层和cl接触后会反应形成ti的cl化物即ticlx，ticlx通过高温升华挥发后会形成空洞110。
11、如图1e所示，在接触孔开口107中填充金属形成接触孔109。
12、如图2所示，是现有金属栅晶体管的制造方法形成的金属栅顶部的接触孔的照片；可以看出，在接触孔和金属栅之间的区域110a中具有空洞。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种金属栅晶体管的制造方法，能增加金属栅的稳定性。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的金属栅晶体管的制造方法包括如下步骤：
3、完成金属栅工艺流程以形成金属栅，所述金属栅中含有cl。
4、形成层间膜，所述层间膜覆盖所述金属栅和所述第零层间膜的顶部表面。
5、形成接触孔，包括如下分步骤：
6、进行图形化刻蚀形成接触孔开口，所述接触孔开口穿过对应的所述层间膜或底部的所述第零层间膜。
7、采用含f的等离子体进行预清洁，f在等离子体作用下会取代所述金属栅中的cl并使cl向所述接触孔开口的底部表面处扩散。
8、进行nh3等离子体处理以消耗所述金属栅中的cl。
9、沉积粘附阻挡层，所述粘附阻挡层包括依次叠加的第一ti层和第二tin层。
10、进行金属硅化反应使和硅接触的所述第一ti层形成tisi，所述金属栅中的cl含量减少到保证在所述金属硅化反应中，所述金属栅顶部的所述第一ti层不会在cl作用下形成空洞。
11、在所述接触孔开口中填充金属形成所述接触孔。
12、进一步的改进是，所述金属栅形成于位于第零层间膜之间的栅极沟槽中，所述金属栅和半导体衬底的表面之间隔离有栅介质层；所述金属栅包括底部阻挡层、金属功函数层、顶部阻挡层和栅极导电材料层。
13、所述底部阻挡层中包括第一tin层，所述第一tin层采用ald工艺形成，形成所述第一tin层的反应物包括ticl4和nh3，所述第一tin层中含cl。
14、进一步的改进是，所述底部阻挡层还包括第一tan层且由所述第一tin层和所述第一tan层叠加形成所述底部阻挡层。
15、进一步的改进是，所述顶部阻挡层由第三tin层组成或者由第三tin和第二ti层叠加层；所述第三tin层也采用ald工艺形成并含有cl。
16、进一步的改进是，金属栅晶体管包括nmos和pmos。
17、在所述pmos的形成区域中，所述金属栅的金属功函数层采用p型金属功函数层，所述p型金属功函数层的材料包括tin，所述p型金属功函数层的tin也采用ald工艺形成并含有cl。
18、进一步的改进是，在所述nmos的形成区域中，所述金属栅的金属功函数层采用n型金属功函数层。
19、进一步的改进是，在所述pmos的形成区域中，所述金属栅的金属功函数层采用p型金属功函数层。
20、进一步的改进是，所述n型金属功函数层的材料包括tial。
21、所述n型金属功函数层的tial也采用ald工艺形成，ti源采用ticl4，所述n型金属功函数层中也含有cl。
22、进一步的改进是，在所述接触孔开口中填充的金属包括co。
23、进一步的改进是，在所述接触孔开口中填充金属形成所述接触孔的分步骤包括：
24、形成co籽晶层。
25、进行电镀工艺形成co主体层，所述co主体层将所述接触孔开口内部完全填充并延伸到所述接触孔开口外部表面上。
26、进行化学机械研磨工艺将所述接触孔开口外部表面上的所述co主体层去除并使所述co主体层仅位于所述接触孔开口中。
27、进一步的改进是，所述nh3等离子体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属栅晶体管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：所述金属栅形成于位于第零层间膜之间的栅极沟槽中，所述金属栅和半导体衬底的表面之间隔离有栅介质层；所述金属栅包括底部阻挡层、金属功函数层、顶部阻挡层和栅极导电材料层；
3.如权利要求2所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：所述底部阻挡层还包括第一TaN层且由所述第一TiN层和所述第一TaN层叠加形成所述底部阻挡层。
4.如权利要求2所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：所述顶部阻挡层由第三TiN层组成或者由第三TiN和第二Ti层叠加层；所述第三TiN层也采用ALD工艺形成并含有Cl。
5.如权利要求2所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：金属栅晶体管包括NMOS和PMOS；
6.如权利要求5所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：在所述NMOS的形成区域中，所述金属栅的金属功函数层采用N型金属功函数层。
7.如权利要求6所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：在所述PMOS的形成
8.如权利要求6所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：所述N型金属功函数层的材料包括TiAl；
9.如权利要求1所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：在所述接触孔开口中填充的金属包括Co。
10.如权利要求9所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：在所述接触孔开口中填充金属形成所述接触孔的分步骤包括：
11.如权利要求1所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：所述NH3等离子体处理的机台和生长所述第一Ti层和所述第二TiN层的机台集成在同一机台。
12.如权利要求11所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：所述NH3等离子体处理的机台上还设置有加热器，在所述NH3等离子体处理中所述加热器加热以增加去除Cl的效果。
...【技术特征摘要】
1.一种金属栅晶体管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：所述金属栅形成于位于第零层间膜之间的栅极沟槽中，所述金属栅和半导体衬底的表面之间隔离有栅介质层；所述金属栅包括底部阻挡层、金属功函数层、顶部阻挡层和栅极导电材料层；
3.如权利要求2所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：所述底部阻挡层还包括第一tan层且由所述第一tin层和所述第一tan层叠加形成所述底部阻挡层。
4.如权利要求2所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：所述顶部阻挡层由第三tin层组成或者由第三tin和第二ti层叠加层；所述第三tin层也采用ald工艺形成并含有cl。
5.如权利要求2所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：金属栅晶体管包括nmos和pmos；
6.如权利要求5所述的金属栅晶体管的制造方法，其特征在于：在所述nmos的形成区域中，所述金属栅的金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙佳欣，
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：
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