專利名稱：一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體集成電路的工藝技術方法，尤其涉及一種高介電常數(shù)(K) 金屬柵的形成方法。
背景技術：
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-半導體場效應晶體管(metal oxide semiconductor field effect transistor，簡禾爾 MOS 晶體管)。自從 MOS管被發(fā)明以來，其幾何尺寸一直在不斷縮小，目前其特征尺寸已進入45nm范圍。在此尺寸下，各種實際的和基本的限制和技術挑戰(zhàn)開始出現(xiàn)，器件尺寸的進一步縮小正變得越來越困難。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/S^2或SiON柵氧化層介質厚度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)柵介質替代傳統(tǒng)的重摻雜多晶硅柵和SiA (或SiON)柵介質。按照集成電路技術發(fā)展路線圖，金屬柵、高介電常數(shù) (K)柵介質的實際應用將在亞65nm技術。目前廣泛使用的基本都是鉿基高介電常數(shù)(K)柵介質，它是通過原子層沉積(ALD atomic layer exposition)的方式形成的，金屬柵則是通過物理氣相沉積的方法形成的，原子層沉積的效率較低，而物理氣相沉積則容易引起柵極等離子體損傷，并且這兩種工藝的溫度都相對較高，不能滿足一些產(chǎn)品和工藝的需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種高介電常數(shù)金屬柵的形成方法，用以解決現(xiàn)有工藝需要采用低效率的原子層沉積方法以及較高溫度生產(chǎn)的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為
一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其中，首先，在襯底上采用物理氣相沉積金屬層， 然后，對所述金屬層進行第一次的圖形化鋁處理；第一次對金屬層實施刻蝕過程，金屬柵上覆蓋刻蝕掩膜，而金屬層的未被掩膜所遮蓋的部分在一定程度上被刻蝕掉；接著將完成圖形化的所述鋁在純水電解液中將表面氧化成均勻致密的高介電常數(shù)氧化鋁，形成柵極絕緣層，金屬保留層在電解過程中被移除而同時金屬柵的頂部也在電解過程中被移除一定的厚度，柵極絕緣層主要覆蓋在金屬柵上，并且電解液將金屬層外圍兩側進行電解處理，并且對高介電常數(shù)氧化鋁進行第二次的圖形化處理，最后，形成高介電常數(shù)金屬柵。上述一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其中，在襯底上采用沉積的方法沉積的所述金屬層的厚度為ΙΟΟηπΓδΟΟηπι。上述一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其中，在純水電解液中將完成圖形化的所述金屬層的表面氧化成均勻致密的氧化鋁保護層。上述一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其中，電解過程在純水中進行，并且以鋁為陽極，以鉬為陰極。上述一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其中，陽極反應方程式為2A1+3H20 — Al203+6H++6e"；陰極反應方程式為6H++6f — 3H2。一種金屬層冗余金屬填充測試光掩模應用，其中，對高介電常數(shù)氧化鋁進行第二次的圖形化處理，去除高介電常數(shù)以外的氧化鋁和鋁。一種金屬層冗余金屬填充測試光掩模應用，其中，所述金屬柵頂部被電解掉的部分的厚度大致上等于所述金屬保留層的厚度。一種金屬層冗余金屬填充測試光掩模應用，其中，所述金屬層為鋁。本發(fā)明由于采用了上述技術，使之具有的積極效果是 (1)本發(fā)明未采用原子層沉積法，有效地提高了生產(chǎn)率。。(2)本發(fā)明有效地減少了光罩的使用。(3)本發(fā)明有效地降低了成本。


圖1是本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法中電解過程的示意圖； 圖2是本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法的流程圖3是本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法的成品的示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖給出本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法的具體實施方式
。圖1為本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法中電解過程的示意圖，圖2為本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法的流程圖，圖3為本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法的成品的示意圖，請參見圖1、圖2和圖3所示。本發(fā)明的一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，首先，在襯底1 (Substrate)上采用物理氣相沉積的方法淀積金屬層2 (金屬層2可以選擇為鋁，并且金屬層2用于后續(xù)制備金屬柵)。然后，對該金屬層2進行第一次圖形化鋁處理。在第一次對金屬層2實施刻蝕過程中，金屬柵21上可以覆蓋刻蝕掩膜(未示意出)，而金屬層2的未被掩膜所遮蓋的部分則在一定程度上被刻蝕掉。例如圖中所示，金屬層2被刻蝕成金屬柵21以及環(huán)繞在金屬柵21周圍的金屬保留層22，主要是刻蝕去除金屬柵21外圍兩側一定厚度的金屬層。其中，金屬保留層22的厚度比較薄，而金屬柵21的厚度遠大于金屬保留層22的厚度。接著，將完成圖形化的金屬層2在純水電解液中將表面氧化成均勻致密的高介電常數(shù)(K)氧化鋁，形成柵極絕緣層3 (Gate dielectric)，金屬保留層22在電解過程中被移除而同時金屬柵21的頂部也在電解過程中被移除一定的厚度， 金屬柵21頂部被電解掉的部分的厚度大致上等于金屬保留層22的厚度。柵極絕緣層3主要是覆蓋在金屬柵21上，并且電解液將金屬層2外圍兩側進行電解處理，并且對高介電常數(shù)(K)氧化鋁進行第二次的圖形化處理，最后，形成高介電常數(shù)(K)金屬柵。本發(fā)明在上述基礎還具有如下實施方式
本發(fā)明的第一實施例中，請繼續(xù)參見圖1、圖2和圖3所示。在襯底1 (Substrate)上采用沉積的方法沉積的所述金屬層2的厚度為ΙΟΟηπΓδΟΟηπι。本發(fā)明的第二實施例中，請參見圖1所示。在純水電解液5 (aqueous electrolyte)中將完成圖形化的所述金屬層2的表面氧化成均勻致密的氧化鋁保護層。同時，電解過程在純水中進行，并且以金屬層2為陽極，以鉬4(Pt)為陰極。在電源6(CUrrent
4Source)下金屬層2陽極反應方程式為2A1+3H20 — Al203+6H++6e_，鉬4 (Pt)陰極反應方程式為:6H++6e_ — 3H2。本發(fā)明的第三實施例中，請參見圖2所示。對高介電常數(shù)(K)氧化鋁進行第二次的圖形化處理，去除高介電常數(shù)(K)以外的氧化鋁和鋁。本發(fā)明的第四實施例中，請參見圖3所示。圖3為本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法的成品，在柵極絕緣層3 (Gate dielectric)的外圍兩側分別具有源極8 (Source)和漏極7 (Drain)，并且在柵極絕緣層3 (Gate dielectric)上設置半導體9 (Semiconductor)。綜上所述，使用本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，使其未采用原子層沉積法，有效地提高了生產(chǎn)率，同時，減少了光罩的使用，而且降低了成本。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的方法和處理過程應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其特征在于，首先，在襯底上采用物理氣相沉積金屬層，然后，對所述金屬層進行第一次的圖形化鋁處理；第一次對金屬層實施刻蝕過程， 金屬柵上覆蓋刻蝕掩膜，而金屬層的未被掩膜所遮蓋的部分在一定程度上被刻蝕掉；接著將完成圖形化的所述鋁在純水電解液中將表面氧化成均勻致密的高介電常數(shù)氧化鋁，形成柵極絕緣層，金屬保留層在電解過程中被移除而同時金屬柵的頂部也在電解過程中被移除一定的厚度，柵極絕緣層主要覆蓋在金屬柵上，并且電解液將金屬層外圍兩側進行電解處理；對高介電常數(shù)氧化鋁進行第二次的圖形化處理，最后，形成高介電常數(shù)金屬柵。
2.根據(jù)權利要求1所述形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其特征在于，在襯底上采用沉積的方法沉積的所述金屬層的厚度為ΙΟΟηπΓδΟΟηπι。
3.根據(jù)權利要求1所述形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其特征在于，在純水電解液中將完成圖形化的所述金屬層的表面氧化成均勻致密的氧化鋁保護層。
4.根據(jù)權利要求3所述形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其特征在于，電解過程在純水中進行，并且以鋁為陽極，以鉬為陰極。
5.根據(jù)權利要求4所述形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其特征在于，陽極反應方程式為2Α1+3Η20 — Al203+6H++6e"；陰極反應方程式為6H++6f — 3H2。
6.根據(jù)權利要求1所述形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其特征在于，對高介電常數(shù)氧化鋁進行第二次的圖形化處理，去除高介電常數(shù)以外的氧化鋁和鋁。
7.根據(jù)權利要求1所述形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其特征在于，所述金屬柵頂部被電解掉的部分的厚度大致上等于所述金屬保留層的厚度。
8.根據(jù)權利要求1所述形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其特征在于，所述金屬層為鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，其中，首先，在襯底上采用物理氣相沉積金屬層，然后，對所述金屬層進行第一次的圖形化鋁處理；接著將完成圖形化的所述鋁在純水電解液中將表面氧化成均勻致密的高介電常數(shù)氧化鋁，形成柵極絕緣層，金屬保留層在電解過程中被移除而同時金屬柵的頂部也在電解過程中被移除一定的厚度，柵極絕緣層主要覆蓋在金屬柵上，并且電解液將金屬層外圍兩側進行電解處理；對高介電常數(shù)氧化鋁進行第二次的圖形化處理，最后，形成高介電常數(shù)金屬柵。使用本發(fā)明一種形成高介電常數(shù)金屬柵的方法，使其未采用原子層沉積法，有效地提高了生產(chǎn)率，同時，減少了光罩的使用，而且降低了成本。
文檔編號H01L21/28GK102569053SQ20121001480
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權日2012年1月18日
發(fā)明者周軍 申請人:上海華力微電子有限公司