專利名稱：一種金屬柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，特別是一種金屬柵的制作方法。
背景技術(shù)：
在集成電路的發(fā)展中，用金屬作柵電極，可以從根本上消除多晶硅柵耗盡層效應(yīng)和P型場效應(yīng)晶體管的硼穿透效應(yīng)，獲得非常低的柵極薄層電阻，而且金屬柵能很好地與高介電常數(shù)柵介質(zhì)兼容，有效地克服費米釘扎效應(yīng)。因此金屬柵的制備方法成為非常重要的技術(shù)手段。由于金屬柵很容易在空氣中氧化，所形成的氧化層會導(dǎo)致接觸孔斷開，因此必須在沉積接觸孔粘合層之前去除該氧化層。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用氬濺射法去除金屬柵頂端由于自氧化而形成的氧化鋁層，但這會導(dǎo)致有源區(qū)的鎳-硅損失，并破壞接觸孔的外部輪廓，如圖1A-1B所示。 觸孔蝕刻停止層(Contact Etch Stop Layer, CESL)通常為氮化娃(SiN)材料?，F(xiàn)有技術(shù)提供了一種方法，在刻蝕過程中保留一部分鎳-硅金屬層上的氮化硅材料。在氬濺射工藝過程中，通過物理曝光打開金屬柵上的氧化鋁層的同時，被保留的氮化硅層也在物理曝光過程中完全被消耗掉。在金屬柵工藝制程中，后柵工藝可以很好地控制柵極材料的功函數(shù)，而且還能為PMOS管的溝道提供有利改善溝道載流子流動性的硅應(yīng)變力，因此有助于提升產(chǎn)品的性能和降低產(chǎn)品的待機功耗。然而，對于后柵工藝制程，在蝕刻和化學(xué)機械拋光(CMP)工序中會遇到一些難題。由于在這種方法的刻蝕過程中，金屬鋁和氮化硅之間的選擇性很大，導(dǎo)致工藝窗口很小，不能很好地控制氮化硅的保留當保留氮化硅過多時，由于氬濺射過程會將全部氮化硅去除，因而會導(dǎo)致接觸孔打開；當保留氮化硅過少時，會導(dǎo)致鎳-硅的穿通現(xiàn)象。綜上所述，在金屬柵的后柵工藝制作過程中，如何有效地在保護鎳_硅金屬層的同時去除金屬柵上的氧化層，是金屬柵制作工藝中的重要步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，特別是一種金屬柵的制作方法。在現(xiàn)有金屬柵工藝制程中，由于氬濺射工藝過程導(dǎo)致鎳_硅損失。本發(fā)明提出一種金屬柵的制作方法，使有源區(qū)的鎳_硅金屬得到保護。本發(fā)明提供一種金屬柵的制作方法，包括
提供半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成源極、漏極、金屬柵極以及形成于源極、漏極、金屬柵極表面的自對準硅化物層；在所述半導(dǎo)體基底上沉積氧化鋁薄膜；形成觸孔蝕刻停止層；形成層間介電層；形成光阻層；進行接觸孔的圖形定義；去除所述光阻層和一部分觸孔蝕刻停止層；進行氬濺射工藝，去除所述金屬柵極頂部的氧化鋁薄膜和自氧化形成的氧化層。優(yōu)選地，所述自對準硅化物層為鎳_硅金屬材料。優(yōu)選地，所述氧化鋁薄膜厚度為10 A 40 A0
優(yōu)選地，所述觸孔蝕刻停止層為氮化硅材料。優(yōu)選地，所述金屬柵極為金屬鋁或鋁鈦合金材料。優(yōu)選地，在所述層間介電層中插入一氮化硅層，該氮化硅層為氬濺射工藝中的硬掩膜層和消耗層。優(yōu)選地，所述氮化硅層到所述層間介電層表面的距離為3(Tl00A。
優(yōu)選地，所述氮化硅層被用作縮減所述接觸孔的關(guān)鍵尺寸。優(yōu)選地，在形成光阻層前還包括形成底部抗反射層。優(yōu)選地，在去除所述光阻層后還包括去除所述底部抗反射層。優(yōu)選地，在進行氬濺射工藝后還包括接觸孔金屬沉積和化學(xué)機械研磨的步驟。本發(fā)明通過物理方法去除金屬柵頂層自氧化的氧化層。本發(fā)明提供的方法有如下優(yōu)點可以很好地保護有源區(qū)的鎳-硅金屬而獲得器件的工藝窗口 ；接觸孔的外部輪廓也被保護，從而使隨后的粘合層的沉積容易進行；無需附加特殊的化學(xué)機械研磨或濕法清潔工藝。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的一個實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
圖1A-1B是現(xiàn)有技術(shù)中采用氬濺射法去除位于金屬柵頂層自氧化形成的氧化鋁層的工藝流程截面 圖2A-2F是根據(jù)本發(fā)明一個實施例制作金屬柵的方法流程中各步驟的截面 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例制作金屬柵的工藝流程圖。符號說明
圖I
100 :半導(dǎo)體基底、101 :金屬柵極、102 自對準硅化物層、103 :淺溝槽隔離區(qū)、110 :觸孔蝕刻停止層、120 :金屬柵極自氧化形成的氧化層、121 :第一層間介電層、122 :第二層間介電層、123 :接觸孔圖2
200 :半導(dǎo)體基底、201 :金屬柵極、202 自對準硅化物層、211 :氧化鋁薄膜、212 :觸孔蝕刻停止層、220 :金屬柵極自氧化形成的氧化層、221 :第一層間介電層、222 :第二層間介電層、223 :硬掩膜層和消耗層、224 :底部抗反射層、225 :光阻層、230 :接觸孔金屬具體實施方式
。接下來，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明，附圖中示出作為本發(fā)明的理想實施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的橫截面圖來描述發(fā)明的實施例。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。并且，由于例如制造技術(shù)和/或容差，導(dǎo)致所示形狀變化。因此，本發(fā)明的實施例不應(yīng)當局限于在此所示的區(qū)的特定大小形狀，而是包括由于例如制造導(dǎo)致的形狀偏差。圖中顯示的區(qū)實質(zhì)上是示意性的，它們的形狀并不意圖顯示器件的區(qū)的實際大小和形狀且并不意圖限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應(yīng)當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。應(yīng)當說明的是，當元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)印Ｏ喾?，當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當說明的是，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)當說明的是，術(shù)語“組成”和/或“包括”，當在該規(guī)格書中使用時，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項目的任何及所有組合。圖2A-2F是根據(jù)本發(fā)明一個實施例制作金屬柵的方法流程中各步驟的截面圖。首先，提供一半導(dǎo)體基底200，在所述半導(dǎo)體基底200上形成有源極、漏極、金屬柵極201，并在所述源極、漏極、金屬柵極表面上形成用于降低接觸電阻的自對準硅化物層 202?？梢杂米靼雽?dǎo)體基底的半導(dǎo)體材料的例證性例子包括Si、SiGe, SiC、SiGeC、絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上SiGe (SGOI)，但不限于此。優(yōu)選地，所述金屬柵極201為金屬鋁或鋁合金，如鋁鈦合金。自對準金屬硅化物工藝經(jīng)由如下步驟完成于半導(dǎo)體襯底表面濺鍍金屬層，例如包含鎳(nickel)、鈷(cobalt)及鉬(platinum)或其組合的材料。然后進行快速升溫退火(RTA)工藝，使金屬層與柵極以及源極/漏極區(qū)域接觸的部分反應(yīng)形成金屬硅化層。接著使用可侵蝕金屬層，但不致侵蝕金屬硅化層區(qū)域的蝕刻劑，以將未反應(yīng)的金屬層除去。優(yōu)選地，所述自對準硅化物層202為鎳-硅金屬材料。接著，請參照圖2A，在形成所述自對準硅化物層202的鎳-硅結(jié)構(gòu)以后，沉積一層氧化鋁薄膜211。所述氧化鋁薄膜211通過例如化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法沉積。優(yōu)選地，所述氧化鋁層厚度為10 A 40 L接下來進行觸孔蝕刻停止層212的沉積。蝕刻停止層可包括一介電材料，如含娃材料、含氮材料、含碳材料、或相似物。蝕刻停止層可包括數(shù)種蝕刻停止材料中的任意種。非限制性示例包括導(dǎo)體蝕刻停止材料、半導(dǎo)體蝕刻停止材料和介電蝕刻停止材料。優(yōu)選地，所述觸孔蝕刻停止層212為氮化硅材料。由于金屬柵很容易在空氣中氧化，因而會形成金屬柵極自氧化形成的氧化層220。接著，請參照圖2B，分別形成層間介電層和光阻層。優(yōu)選地，層間介電層為氧化硅層，包括利用熱化學(xué)氣相沉積(thermal CVD)制造工藝或高密度等離子體(HDP)制造工藝形成的有摻雜或未摻雜的氧化硅的材料層，例如未經(jīng)摻雜的硅玻璃(USG)、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。優(yōu)選地，分別形成第一層間介電層221和第二層間介電層222。優(yōu)選地，在第二層間介電層222中插入一氮化娃層,該氮化娃層為気派射工藝中的硬掩膜層和消耗層223。優(yōu)選地，所述硬掩膜層和消耗層223到第二層間電介質(zhì)222表面的距離為3(Tl00A。優(yōu)選地，所述氮化物層被用作縮減接觸孔的關(guān)鍵尺寸。優(yōu)選地，在形成光阻層225前還包括形成底部抗反射層224。底部抗反射層(BARC)可分為兩大類第一類為有機底部抗反射層，此類底部抗反射層已廣泛的應(yīng)用于IC制程。有機底部抗反射層一般比覆蓋其上之光阻較具有吸收性，且其涂布方式采用旋轉(zhuǎn)涂布方式。第二類底部抗反射層是以化學(xué)氣相沉積法生長的無機底部抗反射層。它具有成分可調(diào)與厚度可調(diào)的優(yōu)點，所以可以完全消除在不同高反射基材上的反射。這類底部抗反射層材質(zhì)有非晶相碳膜(a-C)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiOxNy)和氧化鈦(TiO)等。接下來如圖2C所示，進行接觸孔的圖形定義。采用干法刻蝕實施主刻蝕工序形成接觸孔，接觸孔刻蝕在觸孔蝕刻停止層212停止。所述氧化鋁薄膜211為自對準硅化物層202的鎳-硅保護層，并在氬濺射工藝中被打開。接下來如圖2D所示,通過光阻灰化(Photo Resist Ashing)過程去除光阻層225以及底部抗反射層224，并通過刻蝕方法去除一部分觸孔蝕刻停止層212，為使后續(xù)的接觸孔金屬沉積形成完全的金屬接觸。接著，請參照圖2E，進行氬濺射工藝，打開金屬柵極自氧化形成的氧化層220。最后，請參照圖2F，進行接觸孔金屬沉積，并通過化學(xué)機械研磨平滑表面。優(yōu)選地，接觸孔金屬230采用金屬鎢沉積。如圖3所示，為根據(jù)本發(fā)明一個實施例制作一種金屬柵的工藝流程圖。在步驟301中，首先提供一半導(dǎo)體基底。在步驟302中，在半導(dǎo)體基底上形成源極、漏極、金屬柵極以及 形成于源極、漏極、金屬柵極表面上的自對準硅化物層。在步驟303中，在所述半導(dǎo)體基底上沉積一層氧化鋁薄膜。在步驟304中，形成觸孔蝕刻停止層。在步驟305中，形成第一層間介電層、第二層間介電層、硬掩膜和消耗層、底部抗反射層以及光阻層。在步驟306中，進行接觸孔的圖形定義。在步驟307中，通過光阻灰化過程去除光阻層和底部抗反射層，并通過刻蝕方法去除一部分觸孔蝕刻停止層。在步驟308中，進行氬濺射工藝，去除金屬柵極自氧化形成的氧化層。在步驟309中，進行接觸孔金屬沉積，并通過化學(xué)機械研磨平滑表面。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種金屬柵的制作方法，包括 提供半導(dǎo)體基底； 在所述半導(dǎo)體基底上形成源極、漏極、金屬柵極以及形成于源極、漏極、金屬柵極表面的自對準硅化物層； 在所述半導(dǎo)體基底上沉積氧化鋁薄膜； 形成觸孔蝕刻停止層； 形成層間介電層； 形成光阻層； 進行接觸孔的圖形定義； 去除所述光阻層和一部分觸孔蝕刻停止層； 進行氬濺射工藝，去除所述金屬柵極頂部的氧化鋁薄膜和自氧化形成的氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述自對準硅化物層為鎳-硅金屬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述氧化鋁薄膜厚度為10A 40 L
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述觸孔蝕刻停止層為氮化硅材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬柵極為金屬鋁或鋁鈦合金材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于,在所述層間介電層中插入一氮化娃層,該氮化硅層為氬濺射工藝中的硬掩膜層和消耗層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述氮化硅層到所述層間介電層表面的距離為30 100A。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述氮化硅層被用作縮減所述接觸孔的關(guān)鍵尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在形成光阻層前還包括形成底部抗反射層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在去除所述光阻層后還包括去除所述底部抗反射層。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在進行氬濺射工藝后還包括接觸孔金屬沉積和化學(xué)機械研磨的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬柵的制作方法，在通過氬濺射工藝去除金屬柵上的氧化層的同時，有效地保護有源區(qū)的鎳-硅金屬。首先提供半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底上形成源極、漏極、金屬柵極以及自對準硅化物層。接著進行如下步驟沉積氧化鋁薄膜；形成觸孔蝕刻停止層；形成層間介電層；形成光阻層；進行接觸孔的圖形定義；去除所述光阻層和一部分觸孔蝕刻停止層；進行氬濺射工藝，打開所述金屬柵極自氧化形成的氧化鋁層。最后進行接觸孔金屬沉積和化學(xué)機械研磨的步驟。
文檔編號H01L21/768GK102969231SQ20111025616
公開日2013年3月13日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者王新鵬, 洪中山 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司