專利名稱：一種制備金屬柵電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子超深亞微米技術(shù)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件
(CMOS)及超大規(guī)模集成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于超深亞微米 技術(shù)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件以及電路的金屬柵電極的制備方法。
背景技術(shù)：
自從第一個(gè)晶體管發(fā)明以來(lái)，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的飛速發(fā)展，晶體 管的橫向和縱向尺寸都迅速縮小。根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖 (ITRS)的預(yù)測(cè)，到2018年晶體管的特征尺寸將達(dá)到7nm。尺寸的持 續(xù)縮小使晶體管的性能(速度)不斷提高，也使得我們能夠在相同面 積的芯片上集成更多的器件，集成電路的功能越來(lái)越強(qiáng)，同時(shí)降低了 單位功能成本。
在集成電路的發(fā)展中，多晶硅作為柵電極已有四十多年的歷史， 但是當(dāng)傳統(tǒng)的多晶硅柵晶體管尺寸縮小到一定程度后，將出現(xiàn)多晶硅 耗盡效應(yīng)和PMOS管硼穿透效應(yīng)以及過(guò)高的柵電阻，這將阻礙晶體管 性能的提升，成為進(jìn)一步提高互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件 性能的瓶頸。
為了解決這些問(wèn)題，研究人員進(jìn)行了大量的研究工作以尋找合適 的替代技術(shù)。而金屬柵被認(rèn)為是最有希望的替代技術(shù)。用金屬作柵電 極，可以從根本上消除多晶硅柵耗盡效應(yīng)和PMOS管的硼(B)穿透 效應(yīng)，同時(shí)獲得非常低的柵極薄層電阻。
另外，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)柵介質(zhì)為Ta205或Zr02等高介電常數(shù)柵介質(zhì)時(shí)， 多晶硅柵的熱穩(wěn)定性變得比較差，并且會(huì)產(chǎn)生費(fèi)米釘扎效應(yīng)，使得柵 功函數(shù)很難被調(diào)節(jié)，成為引入高介電常數(shù)柵介質(zhì)的一個(gè)障礙。
而金屬柵則能很好的與高介電常數(shù)柵介質(zhì)兼容，有效地克服費(fèi)米 釘扎效應(yīng)。因此金屬柵制備技術(shù)和方法成為非常重要的研究?jī)?nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問(wèn)題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于超深亞微米互補(bǔ) 金屬氧化物半導(dǎo)體器件和電路的柵功函數(shù)可調(diào)的金屬柵電極的制備方 法，以達(dá)到調(diào)節(jié)柵電極的功函數(shù)的目的。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種制備金屬柵電極的方法，該 方法包括
局部氧化隔離或淺槽隔離，進(jìn)行注入前氧化，然后注入"N+; 漂凈注入前氧化膜，柵氧化，并沉積多晶硅；
光刻、刻蝕形成多晶硅柵電極； 注入雜質(zhì)，并進(jìn)行雜質(zhì)激活；
淀積金屬鎳Ni，退火硅化，使金屬鎳和多晶硅完全反應(yīng)形成全硅 化物金屬柵；
選擇去除未反應(yīng)的金屬鎳Ni。
上述方案中，所述局部氧化隔離或淺槽隔離的步驟中，氧化溫度 為100(TC，隔離層厚度為3000至5000 A;所述注入前氧化的步驟中， 氧化厚度為100至200A;所述注入"N+的步驟中，注入條件為注 入能量為10至30Kev，注入劑量為lxl0"至6xl0"cm一2。
上述方案中，所述漂凈注入前氧化膜的步驟中，采用體積比為 H20: HF=9: 1的溶液進(jìn)行漂洗，然后采用3#腐蝕液清洗IO分鐘，1 s腐蝕液清洗5分鐘，HF/異丙醇IPA溶液室溫下浸漬5分鐘；該3#腐 蝕液是體積比為5 : 1的H2S04與壓02溶液；該1#腐蝕液是體積比為 0.8 :1:5的NH40H+H202+H20溶液；氫氟酸/異丙醇/水是體積比為百 分之0.2至0.7 :百分之0.01至0.04 : 1的HF+IPA+H20溶液。
上述方案中，所述柵氧化并沉積多晶硅的步驟中，柵氧化的厚度
為15至50A，沉積多晶硅采用化學(xué)氣相淀積LPCVD方法，沉積的多 晶硅的厚度為1000至2000A。
上述方案中，所述在光刻、刻蝕形成多晶硅柵電極之前進(jìn)一步包括去背面多晶硅，并漂凈背面氧化層，然后進(jìn)行背面注入，注入雜
質(zhì)31P，注入能量為50至100Kev，注入劑量為3xl0"至6xlO'W2。
上述方案中，所述在光刻、刻蝕形成多晶硅柵電極的步驟包括
采用厚度為1.5微米的9918膠作為掩模進(jìn)行光刻，采用反應(yīng)離子刻蝕 多晶硅，將場(chǎng)區(qū)內(nèi)多晶硅刻蝕干凈，形成多晶硅柵電極。
上述方案中，所述注入雜質(zhì)的步驟中，注入的雜質(zhì)為P型雜質(zhì)BF2， 或者N型雜質(zhì)As或P;對(duì)于P型雜質(zhì)BF2，注入條件為注入能量5 至30Kev，注入劑量為口1015至5xl015cm-2;對(duì)于N型雜質(zhì)As，注入 條件為注入能量30至60Kev，注入劑量為"1015至5xl015 cm—2;對(duì) 于N型雜質(zhì)P，注入條件為注入能量40至60Kev，注入劑量為lx1015 至3xlO'5cm-2 。
上述方案中，所述進(jìn)行雜質(zhì)激活的步驟中，雜質(zhì)激活的條件為 溫度950至1020°C ，時(shí)間2至20秒。
上述方案中，所述淀積金屬鎳Ni并退火硅化的步驟中，淀積金屬 鎳Ni的厚度為600至1400 A，退火條件為溫度500至580°C ，時(shí)間 30至60秒。
上述方案中，所述選擇去除未反應(yīng)的金屬鎳Ni的步驟中，采用3 #腐蝕液進(jìn)行腐蝕去除，該3#腐蝕液為體積比5: 1的H2S04與H202 溶液，腐蝕時(shí)間為20至30分鐘。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果.-
1、 本發(fā)明提供的這種制備金屬柵電極的方法，采用金屬硅化物作 為金屬互補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體器件的柵電極，同時(shí)采用注入的方法在硅化 前向多晶硅柵內(nèi)摻入雜質(zhì)并激活，然后通過(guò)全硅化反應(yīng)過(guò)程中雜質(zhì)分 凝從而在柵電極/柵介質(zhì)界面附近形成堆積，達(dá)到了調(diào)節(jié)柵電極的功函 數(shù)的目的。
2、 本發(fā)明提供的這種制備金屬柵電極的方法，能夠方便的調(diào)節(jié)柵 電極的功函數(shù)，滿足互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件的要求。
3、 本發(fā)明提供的這種制備金屬柵電極的方法，其制備方法簡(jiǎn)單，易于集成，與CMOS工藝具有很好的兼容性,具有很大的應(yīng)用價(jià)值。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明
圖1是本發(fā)明提供的制備金屬柵電極的方法流程圖； 圖2是本發(fā)明提供的制備金屬柵電極的工藝流程圖3是利用本發(fā)明提供的方法所制備的金屬柵電極的TEM圖； 圖4是利用本發(fā)明提供的方法制備的金屬柵電極所制備的電容的
CV特性曲線；
圖中的符號(hào)l一體硅襯底，2 —柵氧化層，3 —多晶硅柵電極，4一 STI隔離，5 —離子注入元素，6 —淀積的金屬鎳Ni， 7 —反應(yīng)生成的鎳 Ni金屬硅化物柵電極。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明采用硅化前向多晶硅柵內(nèi)注入雜質(zhì)并激活，然后淀積金屬 鎳Ni并進(jìn)行快速熱退火RTA使金屬鎳Ni和多晶硅完全反應(yīng)形成全硅 化物金屬柵；金屬柵的柵功函數(shù)能夠通過(guò)改變向柵內(nèi)注入雜質(zhì)的類型 和劑量來(lái)調(diào)節(jié)。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制備金屬柵電極的方法流程圖， 該方法包括以下步驟
步驟101:局部氧化隔離或淺槽隔離，進(jìn)行注入前氧化，然后注入 14N+;在本步驟中，氧化溫度為1000°C，隔離層厚度為3000至5000 A; 所述注入前氧化的步驟中，氧化厚度為100至200 A;所述注入14N+ 的步驟中，注入條件為注入能量為10至30Kev，注入劑量為lx1014 至6xl0"cm一2。
步驟102:漂凈注入前氧化膜，柵氧化，并沉積多晶硅；
在本步驟中，采用體積比為H20: HF=9: 1的溶液進(jìn)行漂洗，然 后采用3#腐蝕液清洗10分鐘，"腐蝕液清洗5分鐘，HF/異丙醇IPA溶液室溫下浸漬5分鐘；該3#腐蝕液是體積比為5 : 1的H2S04與H202 溶液；該"腐蝕液是體積比為0.8 : 1 : 5的NH40H+H202+H20溶液；
氫氟酸/異丙醇/水是體積比為百分之o.2至o.7 :百分之o.oi至0.04 : i
的HF+IPA+H20溶液；
柵氧化的厚度為15至50A，沉積多晶硅采用化學(xué)氣相淀積LPCVD 方法，沉積的多晶硅的厚度為1000至2000A。
步驟103:光刻、刻蝕形成多晶硅柵電極；
在本步驟中，采用厚度為1.5微米的9918膠作為掩模進(jìn)行光刻， 采用反應(yīng)離子刻蝕多晶硅，將場(chǎng)區(qū)內(nèi)多晶硅刻蝕干凈，形成多晶硅柵 電極。
步驟104:注入雜質(zhì)，并進(jìn)行雜質(zhì)激活；
在本步驟中，雜質(zhì)激活的條件為溫度950至1020°C，時(shí)間2至 20秒，注入的雜質(zhì)為P型雜質(zhì)BF2，或者N型雜質(zhì)As或P;對(duì)于P 型雜質(zhì)BF2，注入條件為注入能量5至30Kev，注入劑量為lx1015 至5xl0"cm、對(duì)于N型雜質(zhì)As，注入條件為注入能量30至60Kev， 注入劑量為lxl0"至5x1015 cm—2;對(duì)于N型雜質(zhì)P，注入條件為注 入能量40至60Kev，注入劑量為lx1015至3xl015cm—2 ;所述雜質(zhì)激活 的條件為溫度950至1020°C，時(shí)間2至20秒。
步驟105:淀積金屬鎳Ni，退火硅化，使金屬鎳和多晶硅完全反 應(yīng)形成全硅化物金屬柵；
在本步驟中，淀積金屬鎳Ni的厚度為600至1400 A，退火條件為 溫度500至580。C，時(shí)間30至60秒。
步驟106:選擇去除未反應(yīng)的金屬鎳Ni;
在本步驟中，采用3#腐蝕液進(jìn)行腐蝕去除，該3#腐蝕液為體積比 5: 1的EbS04與&02溶液，腐蝕時(shí)間為20至30分鐘。
上述在步驟102與步驟103之間進(jìn)一步包括去背面多晶硅，并 漂凈背面氧化層，然后進(jìn)行背面注入，注入雜質(zhì)31P，注入能量為50 至100Kev，注入劑量為3xl0'5至6xl015 cm-2。
圖2示出了本發(fā)明提供的制備金屬柵電極的工藝流程圖；其中，(a)為淀積多晶硅并光刻、刻蝕后形成的結(jié)構(gòu)示意圖；(b)為離子注入并 退火激活示意圖；(C)為淀積金屬鎳Ni后示意圖；(d)為硅化退火反應(yīng)生
成鎳Ni金屬硅化物柵電極示意圖；(e)為選擇去除未反應(yīng)的金屬鎳Ni
后示意圖。以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供的技術(shù)方
案
步驟l:場(chǎng)氧化；IOO(TC, 3000至5000 A;
步驟2:注入前氧化；厚100至200 A;
步驟3:注入"N+，能量為10至30Kev，劑量為lx1014至6xl0"cm
步驟4:漂凈注入前氧化層；H20: HF=9: 1溶液中漂凈；
步驟5:清洗;3#液清洗10分鐘，1tt液清洗5分鐘，HF/異丙醇(IPA)，
室溫下浸漬5分鐘；
步驟6:柵氧化；厚度15至50A;
步驟7:化學(xué)氣相淀積LPCVD多晶硅；1000至2000 A; 步驟8:去背面多晶硅，并漂凈背面氧化層；
步驟9:背面注入；注入雜質(zhì)"P，能量50至100Kev，劑量3xl015 至6xl0"cm—2;
步驟10:光刻多晶硅；9918膠，1.5微米；
步驟ll:反應(yīng)離子刻蝕多晶硅；場(chǎng)區(qū)刻干凈多晶硅；
步驟12:柵注入；注入雜質(zhì)As，注入能量10至50Kev，劑量lx1015
至5xlO'W2;
步驟13:雜質(zhì)激活;950至1020。C，時(shí)間2至20秒；
步驟14:濺射金屬鎳Ni;厚度，600至1400 A;
步驟15:快速熱退火RTA;溫度500至580。C，時(shí)間30至60秒； 步驟16:選擇腐蝕；3#液(H2S04: H202=5: 1)， 20至30分鐘，
將未反應(yīng)的金屬鎳Ni去除。
圖3示出了利用本發(fā)明提供的方法所制備的金屬柵電極的TEM
圖。從圖3中可以看出多晶硅柵電極已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣杌锝饘贃烹姌O。
圖4示出了利用本發(fā)明提供的方法制備的金屬柵電極所制備的電容的CV特性曲線。從圖4中可以看出C-V曲線隨著柵內(nèi)注入條件的
不同發(fā)生偏移，平帶電壓(vft)的變化反映了柵電極的柵功函數(shù)發(fā)生 變化；在圖示的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，利用BF2雜質(zhì)能夠?qū)殴瘮?shù)調(diào)高0.13eV 左右，利用As雜質(zhì)能夠?qū)殴瘮?shù)調(diào)低0.3eV左右，而利用P雜質(zhì)能 夠?qū)殴瘮?shù)調(diào)低0.15eV左右，如果提高P雜質(zhì)濃度，柵功函數(shù)能進(jìn) 一步調(diào)低。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果 進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體 實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種制備金屬柵電極的方法，其特征在于，該方法包括局部氧化隔離或淺槽隔離，進(jìn)行注入前氧化，然后注入14N+；漂凈注入前氧化膜，柵氧化，并沉積多晶硅；光刻、刻蝕形成多晶硅柵電極；注入雜質(zhì)，并進(jìn)行雜質(zhì)激活；淀積金屬鎳Ni，退火硅化，使金屬鎳和多晶硅完全反應(yīng)形成全硅化物金屬柵；選擇去除未反應(yīng)的金屬鎳Ni。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬柵電極的方法，其特征在于， 所述局部氧化隔離或淺槽隔離的步驟中，氧化溫度為IOO(tc，隔離層 厚度為3000至5000 A;所述注入前氧化的步驟中，氧化厚度為100至200A; 所述注入"N+的步驟中，注入條件為注入能量為10至30Kev， 注入劑量為lxl0"至6xl0"cm一2。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備金屬柵電極的方法，其特征在于， 所述漂凈注入前氧化膜的步驟中，采用體積比為H20: hf=9: 1的溶液進(jìn)行漂洗，然后采用3#腐蝕液清洗10分鐘，r腐蝕液清洗5分鐘，hf/異丙醇ipa溶液室溫下浸漬5分鐘；該3#腐蝕液是體積比為5 : 1 的h2s04與h202溶液；該1#腐蝕液是體積比為0.8 : 1 : 5的 NH4OH+H202+H20溶液；氫氟酸/異丙醇/水是體積比為百分之0.2至0.7 :百分之o.oi至0.04 : i的hf+ipa+h2o溶液。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備金屬柵電極的方法，其特征在于， 所述柵氧化并沉積多晶硅的步驟中，柵氧化的厚度為15至50A，沉積 多晶硅采用化學(xué)氣相淀積lpcvd方法，沉積的多晶硅的厚度為1000 至2000A。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬柵電極的方法，其特征在于， 所述在光刻、刻蝕形成多晶硅柵電極之前進(jìn)一步包括去背面多晶硅，并漂凈背面氧化層，然后進(jìn)行背面注入，注入雜質(zhì)"P，注入能量為50至100Kev，注入劑量為3xl0"至6xl0"cm—2。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬柵電極的方法，其特征在于， 所述在光刻、刻蝕形成多晶硅柵電極的步驟包括釆用厚度為1.5微米的9918膠作為掩模進(jìn)行光刻，采用反應(yīng)離子 刻蝕多晶硅，將場(chǎng)區(qū)內(nèi)多晶硅刻蝕干凈，形成多晶硅柵電極。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬柵電極的方法，其特征在于， 所述注入雜質(zhì)的步驟中，注入的雜質(zhì)為P型雜質(zhì)BF2，或者N型雜質(zhì) As或P;對(duì)于P型雜質(zhì)BF2，注入條件為注入能量5至30Kev，注入劑量 為lxlO'5至5xl0"cm.2;對(duì)于N型雜質(zhì)As，注入條件為注入能量30至60Kev，注入劑 量為lxlO"至5xl015cm-2;對(duì)于N型雜質(zhì)P，注入條件為注入能量40至60Kev，注入劑量 為lxlO'5至3xlO'5cm-2 。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備金屬柵電極的方法，其特征在于， 所述進(jìn)行雜質(zhì)激活的步驟中，雜質(zhì)激活的條件為溫度950至102(TC， 時(shí)間2至20秒。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備金屬柵電極的方法，其特征在于， 所述淀積金屬鎳Ni并退火硅化的步驟中，淀積金屬鎳Ni的厚度為600 至1400A，退火條件為溫度500至58(TC，時(shí)間30至60秒。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬柵電極的方法，其特征在于， 所述選擇去除未反應(yīng)的金屬鎳Ni的步驟中，采用3#腐蝕液進(jìn)行腐蝕去 除，該3#腐蝕液為體積比5: 1的H2S04與H202溶液，腐蝕時(shí)間為20 至30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于超深亞微米技術(shù)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件以及電路的金屬柵電極的制備方法，包括局部氧化隔離或淺槽隔離，進(jìn)行注入前氧化，然后注入¹⁴N⁺；漂凈注入前氧化膜，柵氧化，并沉積多晶硅；光刻、刻蝕形成多晶硅柵電極；注入雜質(zhì)，并進(jìn)行雜質(zhì)激活；淀積金屬鎳Ni，退火硅化，使金屬鎳和多晶硅完全反應(yīng)形成全硅化物金屬柵；選擇去除未反應(yīng)的金屬鎳Ni。利用本發(fā)明，達(dá)到了調(diào)節(jié)柵電極的功函數(shù)的目的。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101447421SQ20071017828
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者周華杰, 徐秋霞 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所