金属栅极的形成方法技术

一种金属栅极的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有替代栅，所述替代栅的表面和侧壁以及半导体衬底表面形成有刻蚀停止层；在刻蚀停止层表面形成有机抗反射涂层，有机抗反射涂层的表面高于替代栅的表面；刻蚀去除部分厚度的有机抗反射涂层和刻蚀停止层，暴露部分高度的替代栅；去除剩余的抗反射涂层；形成覆盖刻蚀停止层表面以及替代栅的介质层，所述介质层表面与替代栅表面平齐；去除所述替代栅，形成凹槽，在凹槽内填充满金属，形成金属栅极。本发明专利技术实施例的方法能有效的控制金属栅极的形成高度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制作领域，特别涉及一种。
技术介绍
随着集成电路制造技术的不断发展，MOS晶体管的特征尺寸也越来越小，为了降低MOS晶体管栅极的寄生电容，提高器件速度，高K栅介电层与金属栅极的栅极叠层结构被引入到MOS晶体管中。为了避免金属栅极的金属材料对晶体管其他结构的影响，所述金属栅极与高K栅介电层的栅极叠层结构通常采用“后栅(gate last)”工艺制作。图1 图3为现有采用“后栅(gate last) ”工艺制作金属栅极的剖面结构示意图。参考图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100上形成有替代栅结构，所述替代栅结构包括位于半导体衬底100上的栅介质层103和位于栅介质层103上的替代栅102 ；在半导体衬底100上形成覆盖所述替代栅结构的刻蚀停止层104 (CESL, contact etch stoplayer);在刻蚀停止层104表面形成介质层105。所述刻蚀停止层104的材料为压应力氮化娃(compressive SiN)或拉应力氮化娃(tensile SiN)，当待形成的金属栅极为NMOS晶体管的金属栅极时，所述刻蚀停止层104的材料为拉应力的氮化硅；当待形成的金属栅极为PMOS晶体管的金属栅极时，所述刻蚀停止层104的材料为压应力的氮化硅。参考图2，化学机械研磨所述介质层105和刻蚀停止层104，以替代栅102的表面为停止层，使介质层105和刻蚀停止层104的表面与替代栅102表面平齐。参考图3，去除所述替代栅102(图2所示)，形成凹槽(图中未示出)；在所述凹槽内填充满金属层(图中未示出)，化学机械研磨所述金属层，以介质层105为停止层，形成金属栅极106。更多关于请参考公开号为US2002/0064964A1的美国专利。现有，在以替代栅102的表面为停止层，化学机械研磨所述介质层105和刻蚀停止层104时，容易对刻蚀停止层104和介质层105造成过研磨，影响后续形成的金属栅极的高度。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，能有效的控制金属栅极的形成高度。为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有替代栅，所述替代栅的表面和侧壁以及半导体衬底表面形成有刻蚀停止层；在刻蚀停止层表面形成有机抗反射涂层，有机抗反射涂层的表面高于替代栅的表面；刻蚀去除部分厚度的有机抗反射涂层和刻蚀停止层，暴露部分高度的替代栅；去除剩余的有机抗反射涂层；形成覆盖刻蚀停止层表面以及替代栅的介质层，所述介质层表面与替代栅表面平齐；去除所述替代栅，形成凹槽，在凹槽内填充满金属，形成金属栅极。可选的，所述形成有机抗反射涂层采用旋涂工艺。可选的，所述刻蚀去除部分厚度的有机抗反射涂层和刻蚀停止层采用干法刻蚀工艺。可选的，所述干法刻蚀工艺的压力为3 lOOmtorr，采用的气体为CH2F2、Oy^P O2的混合气体，混合气体的流量为5 300sccm。可选的，所述暴露的替代栅的高度为替代栅总高度的1/10 9/10。可选的，所述介质层的形成方法为:采用沉积工艺形成覆盖刻蚀停止层表面以及替代栅的介质层；化学机械研磨所述介质层，以替代栅表面作为停止层，使介质层的表面与替代栅表面平齐。可选的，所述去除剩余的抗反射涂层的工艺为灰化工艺。可选的，所述灰化工艺采用的气体为氧气。可选的，所述刻蚀停止层的材料为压应力氮化硅或拉应力的氮化硅。可选的，所述替代栅和半导体衬底之间还形成有栅介质层。可选的，所述栅介质层的材料为氧化硅、氮氧化硅或高K介质材料。可选的,所述金属栅极的材料为Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni其中一种或几种。可选的，所述在形成金属栅极之前，还包括步骤:在凹槽的侧壁和底部形成扩散阻挡层。可选的，所述扩散阻挡层的材料为TiN或TaN。可选的，在所述扩散阻挡层表面形成功能层。可选的，所述功能层的材料为T1、Ta、TiN、TaN、TiAl、TaC、TaSiN其中一种或几种。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下优点:刻蚀去除部分厚度的有机抗反射涂层和刻蚀停止层，暴露部分高度的替代栅，后续在以替代栅表面为停止层，化学机械研磨形成与替代栅表面平齐的介质层时，相比于现有技术需调节替代栅、介质层和刻蚀停止层三者之间的研磨比，由于减少了对刻蚀停止层的研磨，能很方便的调节替代栅与介质层的两者之间研磨比，不会形成介质层的过刻蚀，能很好的控制替代栅的高度，去除替代栅形成金属栅极时，有效的控制金属栅极的形成高度；进一步，形成所述有机抗反射涂层的工艺为旋涂工艺，由于有机抗反射涂层具有很好的流动性和填孔能力，因此形成的有机抗反射涂层具有较均匀的表面，在干法刻蚀所述有机抗反射涂层和 刻蚀停止层时，使替代栅表面的刻蚀停止层能均匀的暴露，在干法刻蚀所述刻蚀停止层时，使得替代栅两侧的剩余刻蚀停止层的高度保持一致；有机抗反射涂层和刻蚀停止层是同时刻蚀的，形成表面均匀的有机抗反射涂层，在刻蚀过程中，使得替代栅两侧的剩余有机抗反射涂层的高度保持一致，保护剩余刻蚀停止层的侧面不会被过刻蚀，保证替代栅两侧的剩余刻蚀停止层的宽度保持一致，另外，后续采用灰化工艺可以很方便的去除剩余的有机抗反射涂层，不会对刻蚀停止层和替代栅造成损害。附图说明图1 图3为现有技术形成金属栅极的剖面结构示意图4为本专利技术实施例金属栅极形成方法的流程示意图5 图12为本专利技术实施例金属栅极形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式专利技术人在现有制作金属栅极的过程中发现，在以替代栅的表面为停止层，化学机械研磨所述介质层和刻蚀停止层，化学机械研磨时，对介质层、刻蚀停止层、替代栅三者之间的研磨选择比很难控制1:1: 1，容易对刻蚀停止层和介质层造成过研磨，刻蚀停止层的过研磨影响替代栅的高度，后续去除替代栅形成金属栅极时，影响金属栅极的高度，不利于金属栅极高度的控制，介质层的过研磨会在介质层中造成凹陷，在以介质层为停止层，化学机械研磨所述金属层形成金属栅极时，易在介质层表面形成金属的残留，影响器件的稳定性。为解决上述问题，专利技术人提出一种，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有替代栅，所述替代栅的表面和侧壁以及半导体衬底表面形成有刻蚀停止层；在刻蚀停止层表面形成有机抗反射涂层，有机抗反射涂层的表面高于替代栅的表面；刻蚀去除部分厚度的有机抗反射涂层和刻蚀停止层，暴露部分高度的替代栅；去除剩余的抗反射涂层；形成覆盖刻蚀停止层表面以及替代栅的介质层，所述介质层表面与替代栅表面平齐；去除所述替代栅，形成凹槽，在凹槽内填充满金属，形成金属栅极。本专利技术的方法，能有效的控制金属栅极的形成高度。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。参考图4，图4为本专利技术实施例金属栅极形成方法的流程示意图，包括:步骤S201，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有替代栅结构，所述替代栅结构包括位于半导体衬底表面的栅介质层和位于栅介质层上的替代栅；步骤S202，在所述替代栅结构的表面和侧壁以及半导体衬底表面形成刻蚀停止层；步骤S203，在刻蚀停止层表面形成有机抗反射涂层，有机抗反射涂层的表面高于替代栅的表面；步骤S204，刻蚀去除部分厚度的有机抗反射涂层和刻蚀停止层，暴露部分高度的替代栅；步骤S205，去除剩余的有机抗反射涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属栅极的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有替代栅，所述替代栅的表面和侧壁以及半导体衬底表面形成有刻蚀停止层；在刻蚀停止层表面形成有机抗反射涂层，有机抗反射涂层的表面高于替代栅的表面；刻蚀去除部分厚度的有机抗反射涂层和刻蚀停止层，暴露部分高度的替代栅；去除剩余的有机抗反射涂层；形成覆盖刻蚀停止层表面以及替代栅的介质层，所述介质层表面与替代栅表面平齐；去除所述替代栅，形成凹槽，在凹槽内填充满金属，形成金属栅极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪景华，李凤莲，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：