專利名稱：一種形成高階電常數(shù)k和t型金屬柵極的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路及其制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，集成電路尤其是超大規(guī)模集成電路中的主要器件是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(metal oxide semiconductor field effect transisto，簡稱MOS晶體管)。自從MOS管被發(fā)明以來，其本身的幾何尺寸一直在不斷的縮小，目前MOS管本身的幾何特征尺寸已進(jìn)入45nm范圍。在此尺寸下，各種實際的和基本的限制和技術(shù)挑戰(zhàn)開始出現(xiàn)，當(dāng)器件尺寸需要進(jìn)一步的縮小，正在變得越來越困難。其中，在 MOS晶體管器件和電路制備中，最具挑戰(zhàn)性的是傳統(tǒng)CMOS器件在縮小的過程中由于多晶硅 /Si02或SiON柵氧化層介質(zhì)厚度的減小帶來的高的柵泄露電流。為此，已提出的解決方案是，采用金屬柵和高介電常數(shù)(K)柵介質(zhì)替代傳統(tǒng)的重?fù)诫s多晶硅柵和Si02(或SiON)柵介質(zhì)。按照集成電路技術(shù)發(fā)展路線圖，金屬柵、高K柵介質(zhì)的實際應(yīng)用將在亞65nm技術(shù)。為了達(dá)到調(diào)整負(fù)面通道金屬氧化物半導(dǎo)體(negative channel metal-oxide semiconductor,簡稱NMOS)和積極通道金屬氧化物半導(dǎo)體(positive channel metal-oxide semiconductor，簡稱PM0S)各自功函數(shù)的需要，金屬柵和高k介質(zhì)的形成方法分為很多種，主要分為先柵極和后柵極，其中后柵極又分為先高K和后高K。在后高k后柵極中，形成金屬柵極有兩種方法，一種是直接使用化學(xué)機(jī)械平坦化(chemical mechanical planarization,簡稱CMP)，另一種是刻蝕形成T型金屬柵，后者的工藝難度相對較低，同時后者對晶片表面的形貌依賴度較低，更易于被采納，但是傳統(tǒng)方法需要在刻蝕金屬柵時增加一張光罩以形成T型金屬柵極，從而提高了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明公開了一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法。用以解決現(xiàn)有技術(shù)中互補金屬氧化物半導(dǎo)體的N型阱和P型阱有交疊區(qū)，交疊區(qū)內(nèi)N型阱和P型阱的刻蝕阻擋層氮化物形成兩層重疊，在對N型阱與P型阱的交疊區(qū)的接觸孔對后續(xù)的接觸孔刻蝕造成很大困難，并容易導(dǎo)致接觸孔不通的問題發(fā)生。為實現(xiàn)上述目的，發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法，包括一已制成的淺溝隔離區(qū)，且所述淺溝隔離區(qū)的硅襯底上設(shè)有MOS晶體管，所述MOS晶體管包括有柵極堆層、柵極側(cè)墻、 電介質(zhì)、源極以及漏極，所述柵極堆層的兩側(cè)設(shè)有柵極側(cè)墻，所述柵極側(cè)墻的兩側(cè)設(shè)有電介質(zhì)，所述電介質(zhì)的下表面的兩端分別設(shè)有源極與漏極，其中，具體的主要包括以下形成步驟
步驟一，去除柵極堆層，使兩側(cè)墻中的柵極堆層全部移除，并對所述柵極側(cè)墻與所述電介質(zhì)為覆蓋的表面淀積高介電常數(shù)材料以及覆蓋層；步驟二，在所述覆蓋層的上表面淀積金屬柵極材料；
步驟三，對已進(jìn)行過化學(xué)機(jī)械平坦化的所述金屬柵極材料上表面淀積硬掩模層，再對所述硬掩模層的上表面淀積負(fù)性光刻膠，使所述硬掩模層完全覆蓋金屬柵極材料，所述負(fù)性光刻膠完全覆蓋所述金屬柵極材料；
步驟四，采用柵極光罩進(jìn)行對MOS晶體管由上而下的整體曝光，再使用濕法刻蝕去除負(fù)性光刻膠兩側(cè)部分光刻膠，并仍保持有位于兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方負(fù)性光刻膠的存在， 之后利用干法刻蝕將圖案轉(zhuǎn)移到硬掩模層上，使位于兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方負(fù)性光刻膠以及原未被位于兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方負(fù)性光刻膠所覆蓋的硬掩模層材料完全的去除，只剩下位于兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方的硬掩模層材料；
步驟五，采用沉積的方式對金屬柵極材料上未被覆蓋的表面以及原覆蓋于金屬柵極材料上的硬掩模層材料沉積一定厚度的硬掩膜層材料，使兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方的硬掩模層材料達(dá)到一定厚度時候，去除兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方的硬掩模層材料兩側(cè)的硬掩模層材料，并使用低溫退火；
步驟六，利用金屬柵極材料下表面的覆蓋層為停止層刻蝕硬掩模層及其金屬柵極材料，使金屬柵極材料形成T型金屬柵極。上述的形成方法，其中，所述覆蓋層淀積于所述高介電常數(shù)材料之上。上述的形成方法，其中，所述金屬柵極材料完全覆蓋所述覆蓋層并對所述金屬柵極材料的上表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化，其主要的目的在于是使金屬柵極材料表面平整；
上述的形成方法，其中，所述步驟五中，沉積在未被覆蓋的所述金屬柵極材料上的硬掩模層材料的厚度小于原所述覆蓋于金屬柵極材料上硬掩模層的厚度。上述的形成方法，其中，所述步驟五中，沉積硬掩模層材料的方式為原子沉積方式或化學(xué)氣相沉積方式。上述的形成方法，其中，所述金屬柵極的材料為鋁材料。上述的形成方法，其中，所述硬掩模層的材料為Si3N4或TiN。上述的形成方法，其中，所述步驟六中，形成T型金屬柵極材料后刻蝕掉未被金屬柵極材料覆蓋的所述覆蓋層僅保留高介電常數(shù)材料。本發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法，采用了如下方案具有以下效果
1、有效的避免了傳統(tǒng)CMOS器件在縮小的過程中由于多晶硅柵氧化層介質(zhì)厚度的減小所帶來的高的柵極泄露電流；
2、同時減少了一層光罩，從而降低了成本。


通過閱讀參照如下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，發(fā)明的其它特征，目的和優(yōu)點將會變得更明顯。圖1為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的已制成的淺溝隔離區(qū)示意圖2為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的去除柵極堆層示意
圖；圖3為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的覆蓋高介電常數(shù)材料與覆蓋層示意圖4為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的金屬柵極材料淀積的示意圖5為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的對金屬柵極材料上表面平坦化示意圖6為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的硬掩模層與負(fù)性光刻膠淀積示意圖7為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的負(fù)性光刻膠的部分去除示意圖8為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的負(fù)性光刻膠的完全去除以及硬掩模層材料的部分去除示意圖9為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的覆蓋一定厚度的硬掩模層示意圖10為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的去除兩側(cè)硬掩模層的示意圖11為發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法的T型金屬柵極示意
參考圖序柵極堆層1、柵極側(cè)墻2、電介質(zhì)3、源極4、漏極5、高介電常數(shù)材料6、覆蓋層 7、金屬柵極材料8、硬掩模層9、負(fù)性光刻膠10。
具體實施例方式為了使發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)造特征、達(dá)成目的和功效易于明白了解，下結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。請參看圖1至11所示，一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法，包括 一已制成的淺溝隔離區(qū)，且淺溝隔離區(qū)的硅襯底上設(shè)有MOS晶體管，MOS晶體管包括有柵極堆層1、柵極側(cè)墻2、電介質(zhì)3、源極4以及漏極5，柵極堆層1的兩側(cè)設(shè)有柵極側(cè)墻2，柵極側(cè)墻2的兩側(cè)設(shè)有電介質(zhì)3，電介質(zhì)3的下表面的兩端分別設(shè)有源極4與漏極5，其中，具體的主要包括以下步驟
步驟一，去除柵極堆層1，使兩柵極側(cè)墻2中的柵極堆層1全部移除，并對柵極側(cè)墻2與電介質(zhì)3為覆蓋的表面淀積高介電常數(shù)材料6以及覆蓋層7 ；
步驟二，在覆蓋層7的上表面淀積金屬柵極材料8，使金屬柵極材料8完全覆蓋于覆蓋層并對金屬柵極材料8的上表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化，其主要的目的在于是使金屬柵極材料8表面平整；
步驟三，對已進(jìn)行過化學(xué)機(jī)械平坦化的金屬柵極材料8上表面淀積硬掩模層9，再對硬掩模層9的上表面淀積負(fù)性光刻膠10，使硬掩模層9完全覆蓋金屬柵極材料8，負(fù)性光刻膠 10完全覆蓋金屬柵極材料8 ；
步驟四，采用柵極光罩進(jìn)行對MOS晶體管由上而下的整體曝光，再使用濕法刻蝕去除負(fù)性光刻膠10兩側(cè)部分負(fù)性光刻膠10，并仍保持有位于兩側(cè)柵極側(cè)墻2之間上方負(fù)性光刻膠10的存在，之后利用干法刻蝕將圖案轉(zhuǎn)移到硬掩模層9上，使位于兩側(cè)柵極側(cè)墻2之間上方負(fù)性光刻膠10以及原未被位于兩側(cè)柵極側(cè)墻2之間上方負(fù)性光刻膠10所覆蓋的硬掩模層9材料完全的去除，只剩下位于兩側(cè)柵極側(cè)墻2之間上方的硬掩模層9材料；
步驟五，采用沉積的方式對金屬柵極材料8上未被覆蓋的表面以及原覆蓋于金屬柵極材料8上的硬掩模層9材料沉積一定厚度的硬掩膜層9材料，使兩側(cè)柵極側(cè)墻2之間上方的硬掩模層9材料達(dá)到一定厚度時候，去除兩側(cè)柵極側(cè)墻2之間上方的硬掩模層9材料兩側(cè)的硬掩模層9材料，并使用低溫退火；
步驟六，利用金屬柵極材料8下表面的覆蓋層7為停止層刻蝕硬掩模層9及其金屬柵極材料8，使金屬柵極材料8形成T型金屬柵極。本發(fā)明的具體實施例中，覆蓋層7淀積于高介電常數(shù)材料6之上。本發(fā)明的具體實施例中，金屬柵極材料6完全覆蓋覆蓋層7并對金屬柵極材料8 的上表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化，其主要的目的在于是使金屬柵極材料8表面平整
本發(fā)明的具體實施例中，步驟五中，沉積在未被覆蓋的金屬柵極材料8上的硬掩模層材料的厚度小于原覆蓋于金屬柵極材料上硬掩模層的厚度。本發(fā)明的具體實施例中，步驟五中，沉積硬掩模層9材料的方式為原子沉積方式或化學(xué)氣相沉積方式。本發(fā)明的具體實施例中，金屬柵極材料8為鋁材料。硬掩模層9的材料為Si3N4 或 TiN。本發(fā)明的具體實施方式
，步驟六中，形成T型金屬柵極材料后刻蝕掉未被金屬柵極材料覆蓋的覆蓋層僅保留高介電常數(shù)材料。綜上所述，本發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法，有效的避免了傳統(tǒng)CMOS器件在縮小的過程中由于多晶硅柵氧化層介質(zhì)厚度的減小所帶來的高的柵極泄露電流，同時減少了一層光罩，從而降低了成本。以上對發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施； 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法，包括一已制成的淺溝隔離區(qū)， 且所述淺溝隔離區(qū)的硅襯底上設(shè)有MOS晶體管，所述MOS晶體管包括有柵極堆層、柵極側(cè)墻、電介質(zhì)、源極以及漏極，所述柵極堆層的兩側(cè)設(shè)有柵極側(cè)墻，所述柵極側(cè)墻的兩側(cè)設(shè)有電介質(zhì)，所述電介質(zhì)的下表面的兩端分別設(shè)有源極與漏極，其特征在于，具體的主要包括以下形成步驟步驟一，去除柵極堆層，使兩側(cè)墻中的柵極堆層全部移除，并對所述柵極側(cè)墻與所述電介質(zhì)為覆蓋的表面淀積高介電常數(shù)材料以及覆蓋層；步驟二，在所述覆蓋層的上表面淀積金屬柵極材料；步驟三，對已進(jìn)行過化學(xué)機(jī)械平坦化的所述金屬柵極材料上表面淀積硬掩模層，再對所述硬掩模層的上表面淀積負(fù)性光刻膠，使所述硬掩模層完全覆蓋金屬柵極材料，所述負(fù)性光刻膠完全覆蓋所述金屬柵極材料；步驟四，采用柵極光罩進(jìn)行對MOS晶體管由上而下的整體曝光，再使用濕法刻蝕去除負(fù)性光刻膠兩側(cè)部分光刻膠，并仍保持有位于兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方負(fù)性光刻膠的存在， 之后利用干法刻蝕將圖案轉(zhuǎn)移到硬掩模層上，使位于兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方負(fù)性光刻膠以及原未被位于兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方負(fù)性光刻膠所覆蓋的硬掩模層材料完全的去除，只剩下位于兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方的硬掩模層材料；步驟五，采用沉積的方式對金屬柵極材料上未被覆蓋的表面以及原覆蓋于金屬柵極材料上的硬掩模層材料沉積一定厚度的硬掩膜層材料，使兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方的硬掩模層材料達(dá)到一定厚度時候，去除兩側(cè)柵極側(cè)墻之間上方的硬掩模層材料兩側(cè)的硬掩模層材料，并使用低溫退火；步驟六，利用金屬柵極材料下表面的覆蓋層為停止層刻蝕硬掩模層及其金屬柵極材料，使金屬柵極材料形成T型金屬柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述覆蓋層淀積于所述高介電常數(shù)材料之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述金屬柵極材料完全覆蓋所述覆蓋層并對所述金屬柵極材料的上表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化，其主要的目的在于是使金屬柵極材料表面平整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述步驟五中，沉積在未被覆蓋的所述金屬柵極材料上的硬掩模層材料的厚度小于原所述覆蓋于金屬柵極材料上硬掩模層的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述步驟五中，沉積硬掩模層材料的方式為原子沉積方式或化學(xué)氣相沉積方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述金屬柵極的材料為鋁材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述硬掩模層的材料為Si3N4或TiN。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述步驟六中，形成T型金屬柵極材料后刻蝕掉未被金屬柵極材料覆蓋的所述覆蓋層僅保留高介電常數(shù)材料。
全文摘要
本發(fā)明一種解決高磷濃度PSG薄膜表面霧狀顆粒的工藝方法，其中，包括使金屬柵極材料形成T型金屬柵極的形成步驟。本發(fā)明一種形成高階電常數(shù)K和T型金屬柵極的形成方法，有效的避免了傳統(tǒng)CMOS器件在縮小的過程中由于多晶硅柵氧化層介質(zhì)厚度的減小所帶來的高的柵極泄露電流，同時減少了一層光罩，從而降低了成本。
文檔編號H01L21/28GK102427033SQ201110393469
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者周軍 申請人:上海華力微電子有限公司