Nmos金屬柵極晶體管的形成方法
【專利摘要】一種NMOS金屬柵極晶體管的形成方法，包括：提供襯底；在襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)，偽柵結(jié)構(gòu)包括：柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層上的含氮擴散阻擋層、和位于含氮擴散阻擋層上的偽柵極；在襯底上形成層間介質(zhì)層，層間介質(zhì)層和偽柵極的上表面齊平；去除偽柵極，形成底部露出含氮擴散阻擋層的溝槽；去除偽柵極之后，使含氮擴散阻擋層暴露于含N等離子體環(huán)境中，以對含氮擴散阻擋層進行等離子體處理；等離子體處理之后，在溝槽內(nèi)形成金屬柵極。所述等離子體處理步驟可以提高NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能。
【專利說明】NMOS金屬柵極晶體管的形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種NMOS金屬柵極晶體管的形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有一種利用后柵工藝(gate last)形成NMOS金屬柵極晶體管的方法包括:如圖1所示，提供襯底1，襯底I內(nèi)具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)2，用于將NMOS金屬柵極晶體管與位于同一襯底上的其他器件電隔離；在襯底I上形成柵介質(zhì)層3、位于柵介質(zhì)層3上的TiN層4、位于TiN層4上的偽柵極5 ;在柵介質(zhì)層3、TiN層4及偽柵極5的周圍形成側(cè)墻6 ；以柵介質(zhì)層3、TiN層4、偽柵極5及側(cè)墻6為掩模進行離子注入，形成源極7a和漏極7b ;在襯底I上形成層間介質(zhì)層8，層間介質(zhì)層8與偽柵極5的上表面齊平；
[0003]如圖2所示，去除偽柵極5 (如圖1所示)，形成溝槽9;
[0004]如圖3所示，在溝槽9 (如圖2所示)內(nèi)形成金屬柵極M。
[0005]衡量晶體管性能好壞的其中一個重要指標為TDDB (Time Dependent DielectricBreakdown,與時間有關(guān)的介質(zhì)擊穿性能)性能。但是，現(xiàn)有NMOS金屬柵極晶體管形成方法會導(dǎo)致NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能不佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的問題是:現(xiàn)有NMOS金屬柵極晶體管形成方法會導(dǎo)致NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能不佳。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種NMOS金屬柵極晶體管的形成方法，包括:
[0008]提供襯底；
[0009]在所述襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括:柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層上的含氮擴散阻擋層、和位于含氮擴散阻擋層上的偽柵極；
[0010]在所述襯底上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層和偽柵極的上表面齊平；
[0011]去除所述偽柵極，形成底部露出所述含氮擴散阻擋層的溝槽；
[0012]去除所述偽柵極之后，使所述含氮擴散阻擋層暴露于含N等離子體環(huán)境中，以對所述含氮擴散阻擋層進行等離子體處理；
[0013]進行所述等離子體處理之后，在所述溝槽內(nèi)形成金屬柵極。
[0014]可選的，將含N2的氣體等離子體化產(chǎn)生所述含N等離子體。
[0015]可選的，所述等離子體處理步驟是在等離子體蝕刻機臺中進行，工藝參數(shù)包括=N2的流量為50至500sccm，壓強為5至10mTorr,電源功率為50至500W，時間為5至600s，溫度為室溫。
[0016]可選的，所述等離子體處理步驟是在灰化機臺中進行，工藝參數(shù)包括=N2的流量為500至lOOOOsccm，壓強為100至2000mTorr,電源功率為500至5000W,時間為10至600s,溫度為100至400°C。
[0017]可選的，所述含氮擴散阻擋層的材料為TiN。
[0018]可選的，去除所述偽柵極的方法為干法刻蝕。
[0019]可選的，去除所述偽柵極之后，進行所述等離子體處理之前，還包括:對所述溝槽底部進行等離子體刻蝕，以去除所述干法刻蝕步驟在含氮擴散阻擋層表面上所形成的聚合物。
[0020]可選的，利用含氟等離子體對所述溝槽底部進行等離子體刻蝕。
[0021]可選的，所述等離子體刻蝕包括:利用含氮等離子體對所述溝槽底部進行第一等離子體刻蝕；第一等離子體刻蝕之后，利用含氟等離子體對所述溝槽底部進行第二等離子體刻蝕。
[0022]可選的，將含氟氣體等離子體化產(chǎn)生所述含氟等離子體，所述含氟氣體至少包括CF4, NF3> SF6 中的一種。
[0023]可選的，將含N2的氣體等離子體化，產(chǎn)生所述第一等離子體刻蝕步驟中的含氮等離子體。
[0024]可選的，所述第一等離子體刻蝕的工藝參數(shù)包括=N2的流量為50至500sCCm，壓強為5至10mTorr,電源功率為50至500W，偏置功率為10至500W，時間為5至600s。
[0025]可選的，將含CF4的氣體等離子體化產(chǎn)生所述含氟等離子體，所述第二等離子體刻蝕的工藝參數(shù)包括=CF4的流量為10至200sccm，壓強為2至10mTorr,電源功率為50至500W，偏置功率為O至500W，時間為5至300s。
[0026]可選的，去除所述偽柵極的方法包括:
[0027]在所述層間介質(zhì)層及偽柵極上形成氧化硅層、位于氧化硅層上的金屬硬掩模層、和位于金屬硬掩模層上的光刻膠層；
[0028]對所述光刻膠層進行圖形化，以在所述光刻膠層內(nèi)形成開口，所述開口與偽柵極的位置對應(yīng)；
[0029]以具有開口的光刻膠層為掩模對所述金屬硬掩模層及氧化硅層進行圖形化，以露出所述偽柵極；
[0030]去除光刻膠層之后，以圖案化的所述金屬硬掩模層及圖案化的氧化硅層為掩模進行干法刻蝕，以去除所述偽柵極。
[0031]可選的，去除所述偽柵極的方法包括:
[0032]在所述層間介質(zhì)層及偽柵極上形成氧化硅層、和位于氧化硅層上的光刻膠層；
[0033]對所述光刻膠層及氧化硅層進行圖形化，以露出所述偽柵極；
[0034]以圖案化的所述光刻膠層及圖案化的氧化硅層為掩模進行干法刻蝕，以去除所述偽柵極；
[0035]去除所述偽柵極之后，去除光刻膠層。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0037]在去除偽柵極并露出含氮擴散阻擋層之后，使含氮擴散阻擋層暴露于含氮等離子體環(huán)境中，以對含氮擴散阻擋層進行等離子體處理，在該等離子體處理步驟中，含氮擴散阻擋層會暴露在大量的含氮等離子體環(huán)境中，使得含氮等離子體中的氮與含氮擴散阻擋層表面的懸掛鍵結(jié)合，減少了含氮擴散阻擋層中的懸掛鍵數(shù)量，改良了含氮擴散阻擋層的表面態(tài)，因而可以對含氮擴散阻擋層進行修復(fù)，提高了含氮擴散阻擋層的質(zhì)量，而含氮擴散阻擋層質(zhì)量的改善能夠防止在柵介質(zhì)層內(nèi)形成陷阱，進而可以提高NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能。
[0038]進一步地，在去除偽柵極之后、對露出的含氮擴散阻擋層進行等離子體處理之前，還包括先后進行第一和第二等離子體刻蝕的步驟。通過兩次等離子體刻蝕步驟，不僅可以保證將含氮擴散阻擋層表面上的聚合物去除干凈，還可以使得每次等離子體刻蝕步驟中等離子體的轟擊能量可以小一些，減小了對含氮擴散阻擋層造成的損傷，有利于提高含氮擴散阻擋層的質(zhì)量，進而有助于提高NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1至圖3是現(xiàn)有一種NMOS金屬柵極晶體管形成方法中晶體管在各個制作階段的剖面圖；
[0040]圖4至圖12是本發(fā)明的第一實施例中NMOS金屬柵極晶體管在各個制作階段的剖面圖。

【具體實施方式】
[0041]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有NMOS金屬柵極晶體管形成方法導(dǎo)致NMOS金屬柵極晶體管TDDB性能不佳的原因如下:
[0042]晶體管中TiN層的質(zhì)量對NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能有直接影響。而現(xiàn)有NMOS金屬柵極晶體管的形成方法中，在去除偽柵極以露出TiN層之后，由于多種因素的影響，TiN層表面會含有很多懸掛鍵(dangling bond),影響了 TiN層的表面態(tài),造成TiN層的質(zhì)量下降，而TiN層質(zhì)量的下降會導(dǎo)致在柵介質(zhì)層內(nèi)形成陷阱(trap)，進而降低了晶體管的TDDB性能。
[0043]所述陷阱是指:俘獲一種載流子的能力強、俘獲另外一種載流子的能力弱的一種深能級中心，即陷阱具有存儲一種載流子的作用。
[0044]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種改進的NMOS金屬柵極晶體管形成方法，該方法在去除偽柵極并露出含氮擴散阻擋層之后，使含氮擴散阻擋層暴露于含氮等離子體環(huán)境中，以對含氮擴散阻擋層進行等離子體處理，使得含氮等離子體中的氮與含氮擴散阻擋層表面的懸掛鍵結(jié)合，減少了含氮擴散阻擋層中的懸掛鍵數(shù)量，改良了含氮擴散阻擋層的表面態(tài)，因而可以對含氮擴散阻擋層進行修復(fù)，提高了含氮擴散阻擋層的質(zhì)量，而含氮擴散阻擋層質(zhì)量的改善能夠防止在柵介質(zhì)層內(nèi)形成陷阱，進而可以提高NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能。
[0045]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。
[0046]第一實施例
[0047]首先，如圖4所示，提供襯底100。
[0048]襯底100可以為硅襯底、硅鍺襯底、鎵砷等常用的襯底。在具體實施例中，襯底100內(nèi)具有P阱101，用于在對應(yīng)P阱101的位置形成NMOS金屬柵極晶體管；另外，襯底100內(nèi)還具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)102，用于將NMOS金屬柵極晶體管與位于同一襯底上的其他器件電隔離。
[0049]繼續(xù)參照圖4所示，在襯底100上形成偽柵結(jié)構(gòu)，該偽柵結(jié)構(gòu)包括:柵介質(zhì)層110、位于柵介質(zhì)層I1上的含氮擴散阻擋層120、和位于含氮擴散阻擋層120上的偽柵極130。
[0050]柵介質(zhì)層110可以是高k介質(zhì)層，或者是高k介質(zhì)層與高k介質(zhì)層下方的界面層的疊層結(jié)構(gòu)。高k介質(zhì)層的材料可以為氧化鉿、硅氧化鉿、氧化鋯或硅氧化鋯等常用的高k介電材料。界面層的材料可以為氧化硅或氮氧化硅。
[0051]在本實施例中，柵介質(zhì)層110與含氮擴散阻擋層120及偽柵極130的側(cè)壁對齊，在其他實施例中，柵介質(zhì)層I1也可以比含氮擴散阻擋層120及偽柵極130寬一些。
[0052]含氮擴散阻擋層120的材料可以為TiN，含氮擴散阻擋層120的形成方法為原子層沉積、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)等常用的沉積工藝。含氮擴散阻擋層120的作用之一是:減少或消除柵介質(zhì)層110材料與偽柵極130材料之間的費米能級扎釘(FermiLevel Pinning)現(xiàn)象。含氮擴散阻擋層120的作用之二是:用作擴散阻擋層，以保護含氮擴散阻擋層120下方的柵介質(zhì)層110。
[0053]偽柵極130的材料可以為多晶硅、氮化硅或無定形碳。
[0054]在本實施例中，形成偽柵結(jié)構(gòu)之后還包括:繼續(xù)參照圖4所示，以柵介質(zhì)層110、含氮擴散阻擋層120和偽柵極130為掩模進行離子注入，以在柵介質(zhì)層110、含氮擴散阻擋層120和偽柵極130兩側(cè)的襯底100內(nèi)形成輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)(未標識);然后，在柵介質(zhì)層110、含氮擴散阻擋層120和偽柵極130的周圍形成側(cè)墻103 ;然后，以柵介質(zhì)層110、含氮擴散阻擋層120、偽柵極130和側(cè)墻103為掩模進行離子注入，以在柵介質(zhì)層110、含氮擴散阻擋層120、偽柵極130和側(cè)墻103兩側(cè)的襯底100內(nèi)形成源極104a和漏極104b。
[0055]然后，如圖5所示，在襯底100上形成層間介質(zhì)層140，層間介質(zhì)層140和偽柵極130的上表面齊平。
[0056]層間介質(zhì)層140的材料可以為氧化硅。在具體實施例中，層間介質(zhì)層140的形成方法包括:形成覆蓋在襯底100及偽柵極130上方的層間介質(zhì)層，然后對該層間介質(zhì)層進行化學(xué)機械研磨，直至露出偽柵極130，使得研磨后的層間介質(zhì)層即層間介質(zhì)層140和偽柵極130的上表面齊平。
[0057]層間介質(zhì)層140可以是單層介質(zhì)層或多層介質(zhì)層的疊層結(jié)構(gòu)。
[0058]然后，去除偽柵極，以形成底部露出含氮擴散阻擋層的溝槽。
[0059]在本實施例中，利用干法刻蝕的方法去除偽柵極。
[0060]去除偽柵極的方法包括:如圖6所示，在層間介質(zhì)層140及偽柵極130上形成氧化娃層150、位于氧化娃層150上的金屬硬掩模層160、和位于金屬硬掩模層160上的光刻膠層170 ;對光刻膠層170進行圖形化，以在光刻膠層170內(nèi)形成開口(未標識)，所述開口與偽柵極130的位置對應(yīng)；以具有開口的光刻膠層170為掩模對金屬硬掩模層160及氧化娃層150進行圖形化，以露出偽柵極130 ；
[0061]如圖7所示，去除光刻膠層170 (如圖6所示)之后，以圖案化的金屬硬掩模層160及圖案化的氧化硅層150為掩模進行干法刻蝕，以去除偽柵極130 (如圖6所示)，并在偽柵極130所在位置形成溝槽131。
[0062]在本實施例中，金屬硬掩模層160的材料為TiN。
[0063]設(shè)置在偽柵極130與金屬硬掩模層160之間的氧化硅層150用作應(yīng)力過渡層，防止襯底100會發(fā)生翅曲(warpage)。
[0064]在具體實施例中，氧化硅層150的厚度為10至200埃。
[0065]所述干法刻蝕的步驟包括主刻蝕和主刻蝕后的過刻蝕兩個步驟。其中，主刻蝕步驟的作用是用來刻蝕掉大部分的偽柵極130，但不損傷偽柵極130下方的含氮擴散阻擋層120 ;過刻蝕步驟的作用是用來去除剩余的偽柵極130，并保證偽柵極130和含氮擴散阻擋層120之間的刻蝕選擇比較高。
[0066]在具體實施例中，所述主刻蝕步驟和過刻蝕步驟所采用的刻蝕氣體包括:HBr、CF4、NF3、SF6、C12中的一種或多種。所述刻蝕氣體中還可包括02，以提高偽柵極130與含氮擴散阻擋層120之間的刻蝕選擇比。
[0067]在所述干法刻蝕步驟中，含氮擴散阻擋層120可用作刻蝕阻擋層。
[0068]在干法刻蝕去除偽柵極的步驟中，可能會在含氮擴散阻擋層的表面形成聚合物(未圖示)，而該聚合物會影響器件的成品率和可靠性，因此，在干法刻蝕完成之后常常需將該聚合物予以去除。
[0069]在本實施例中，對溝槽底部進行等離子體刻蝕，以去除干法刻蝕步驟在含氮擴散阻擋層表面上所形成的聚合物。所述等離子體刻蝕包括:利用含氮等離子體對溝槽底部進行第一等離子體刻蝕；第一等離子體刻蝕之后，利用含氟等離子體對溝槽底部進行第二等離子體刻蝕。在所述第一等離子體刻蝕和第二等離子體刻蝕步驟的共同作用下，可以將含氮擴散阻擋層表面的聚合物去除干凈。
[0070]在本實施例中，所述第一等離子體刻蝕包括:如圖8所示，向放置有襯底100的處理腔室中通入含N2的氣體；將含N2的氣體等離子體化；利用含N2的氣體所產(chǎn)生的等離子體Pl，對干法刻蝕步驟在含氮擴散阻擋層120表面上所產(chǎn)生的聚合物進行刻蝕。
[0071]在第一等離子體刻蝕步驟中，含氮擴散阻擋層120會暴露在大量的等離子體Pl環(huán)境中，在等離子體Pl的物理轟擊作用下，含氮擴散阻擋層120表面的部分聚合物會被去除。
[0072]所述第二等離子體刻蝕包括:如圖9所示，向放置有襯底100的處理腔室中通入含氟氣體；將含氟氣體等離子體化；利用含氟氣體所產(chǎn)生的等離子體P2，對干法刻蝕步驟在含氮擴散阻擋層120表面上所形成的聚合物進行刻蝕。
[0073]在第二等離子體刻蝕步驟中，含氮擴散阻擋層120會暴露在大量的等離子體P2環(huán)境中，且含氮擴散阻擋層120表面上的聚合物會與等離子體P2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，在等離子體P2的物理轟擊及化學(xué)反應(yīng)的共同作用下，含氮擴散阻擋層120表面的剩余聚合物會被去除。
[0074]在具體實施例中，所述第一等離子體刻蝕的工藝參數(shù)包括:N2的流量為50至500sccm (包括端點)，壓強為5至lOOmTorr (包括端點)，電源功率(能夠產(chǎn)生等離子體的功率)為50至500W (包括端點)，偏置功率為10至500W (包括端點)，時間為5至600s (包括端點)，溫度為室溫。
[0075]在具體實施例中，所述第二等離子體刻蝕的工藝參數(shù)包括:所述含氟的氣體包括CF4, CF4的流量為10至200SCCm (包括端點)，壓強為2至10mTorr (包括端點)，電源功率(能夠產(chǎn)生等離子體的功率)為50至500W (包括端點)，偏置功率為O至500W (包括端點)，時間為5至300s。
[0076]經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)，第一等離子體刻蝕及第二等離子體刻蝕步驟中采取上述工藝參數(shù)時，不僅可以有效去除含氮擴散阻擋層表面的聚合物，還防止了等離子體引起等離子體誘導(dǎo)損傷，避免了含氮擴散阻擋層的質(zhì)量下降，進而有助于提高NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能。在第一等離子體刻蝕及第二等離子體刻蝕步驟中，當偏置功率越小時，等離子體引起等離子體誘導(dǎo)損傷越小。
[0077]所述第一等離子體刻蝕及第二等離子體刻蝕步驟均是在等離子體蝕刻機臺中進行。
[0078]所述第二等離子體刻蝕步驟中的含氟氣體還可以為NF3、SF6中的一種或兩種；或者，含氟氣體還可以為CF4,與NF3、SF6中的至少一種的混合氣體。另外，所述第一等離子體刻蝕步驟中含N2的氣體，以及所述第二等離子體刻蝕步驟中含氟氣體還可以包含He或Ar等惰性氣體。
[0079]然后，如圖10所示，使含氮擴散阻擋層120暴露于含N等離子體環(huán)境P3中，以對含氮擴散阻擋層120進行等離子體處理。
[0080]在該等離子體處理步驟中，含氮擴散阻擋層120會暴露在大量的等離子體P3環(huán)境中，使得等離子體P3中的N與含氮擴散阻擋層120表面的懸掛鍵結(jié)合，減少了含氮擴散阻擋層120中的懸掛鍵數(shù)量，改良了含氮擴散阻擋層120的表面態(tài)，因而可以對含氮擴散阻擋層120進行修復(fù)，提高了含氮擴散阻擋層120的質(zhì)量，而含氮擴散阻擋層120質(zhì)量的改善能夠防止在柵介質(zhì)層110內(nèi)形成陷阱，進而可以提高NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能。
[0081]在本實施例中，所述等離子體處理步驟是在等離子體蝕刻機臺中進行，所述等離子體處理的工藝參數(shù)包括=N2的流量為50至500sccm (包括端點)，壓強為5至10mTorr(包括端點)，電源功率為50至500W (包括端點)，時間為5至600s (包括端點)，反應(yīng)溫度為室溫。
[0082]所述等離子體處理步驟中含N2的氣體還可以包含He或Ar等惰性氣體。
[0083]在本實施例中，所述干法刻蝕步驟、第一等離子體刻蝕、第二等離子體刻蝕及等離子體處理步驟可以在同一等離子體蝕刻機臺內(nèi)進行。
[0084]然后，在溝槽內(nèi)形成金屬柵極。
[0085]在本實施例中，金屬柵極的形成方法包括:如圖11所示，形成覆蓋在金屬硬掩模層160及含氮擴散阻擋層120上方、并填充在溝槽131 (如圖10所示)內(nèi)的金屬層181 ;進行化學(xué)機械研磨直至露出層間介質(zhì)層140，剩余的填充溝槽131 (如圖10所示)內(nèi)的金屬層作為金屬柵極180。如圖11所示，在化學(xué)機械研磨之后，層間介質(zhì)層140上方的金屬硬掩模層160及氧化硅層150也被去除。
[0086]金屬層181可以為一層金屬或者由多層金屬層疊合而成。
[0087]第二實施例
[0088]第二實施例與第一實施例之間的區(qū)別在于:在去除偽柵極之后、進行等離子體處理之前，僅利用含氟等離子體對所述溝槽底部進行等離子體刻蝕。換言之，在第二實施例中，僅利用一次等離子體刻蝕步驟來去除含氮擴散阻擋層表面上的聚合物。
[0089]在本實施例中，將含氟氣體等離子體化產(chǎn)生所述含氟等離子體，所述含氟氣體至少包括CF4、NF3> SF6中的一種。
[0090]與僅利用一次等離子體刻蝕步驟來去除聚合物的第二實施例相比，由于第一實施例是利用兩次等離子體刻蝕步驟來去除聚合物，使得第一實施例中每次等離子體刻蝕步驟的離子轟擊能量可以小一些，減小了對含氮擴散阻擋層造成的損傷，有利于提高含氮擴散阻擋層的質(zhì)量，進而有助于提高NMOS金屬柵極晶體管的TDDB性能。
[0091]在利用第二實施例的技術(shù)方案去除含氮擴散阻擋層表面的聚合物時，所述等離子體刻蝕的工藝參數(shù)可以參考第一實施例中第二等離子體刻蝕的工藝參數(shù)，只要對第一實施例中第二等離子體刻蝕步驟的工藝參數(shù)作出相應(yīng)調(diào)整，使得等離子體的轟擊能量增大一些即可。
[0092]第三實施例
[0093]第三實施例與第一實施例之間的區(qū)別在于:在去除偽柵極的步驟中，氧化硅層與光刻膠層之間沒有金屬硬掩模層。
[0094]換言之，在第三實施例中，去除偽柵極的方法包括:在層間介質(zhì)層及偽柵極上形成氧化硅層、和位于氧化硅層上的光刻膠層；對光刻膠層及氧化硅層進行圖形化，以在光刻膠層及氧化硅層內(nèi)形成開口，所述開口與偽柵極的位置對應(yīng)，且開口的底部露出偽柵極；以圖案化的光刻膠層及圖案化的氧化硅層為掩模進行干法刻蝕，以去除偽柵極，并在偽柵極所在位置形成溝槽；去除偽柵極之后，去除光刻膠層。
[0095]在第三實施例中，在偽柵極與光刻膠層之間設(shè)置氧化硅層的作用是:若光刻膠層與層間介質(zhì)層直接接觸的話，在干法刻蝕之后去除光刻膠時，層間介質(zhì)層上方還會有光刻膠層殘留。
[0096]第四實施例
[0097]第四實施例與第一實施例之間的區(qū)別在于:所述等離子體處理步驟是在灰化機臺中進行，所述等離子體處理的工藝參數(shù)包括=N2的流量為500至lOOOOsccm(包括端點)，壓強為100至2000mTorr (包括端點)，電源功率為500至5000W (包括端點)，時間為10至600s(包括端點)，溫度為100至400°C (包括端點)。
[0098]在本發(fā)明中，含氮擴散阻擋層并不局限于TiN。在其他實施例中，含氮擴散阻擋層也可以由其他含N并適于用作阻擋層的材料制成。
[0099]在其他實施例中，也可以將N2以外的含氮氣體等離子體化，來產(chǎn)生所述等離子體處理步驟中的含N等離子體。
[0100]本發(fā)明中，各實施例采用遞進式寫法，重點描述與前述實施例的不同之處，各實施例中的相同部分可以參照前述實施例。
[0101]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種NMOS金屬柵極晶體管的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底； 在所述襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括:柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層上的含氮擴散阻擋層、和位于含氮擴散阻擋層上的偽柵極； 在所述襯底上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層和偽柵極的上表面齊平； 去除所述偽柵極，形成底部露出所述含氮擴散阻擋層的溝槽； 去除所述偽柵極之后，使所述含氮擴散阻擋層暴露于含N等離子體環(huán)境中，以對所述含氮擴散阻擋層進行等離子體處理； 進行所述等離子體處理之后，在所述溝槽內(nèi)形成金屬柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，將含N2的氣體等離子體化產(chǎn)生所述含N等離子體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于，所述等離子體處理步驟是在等離子體蝕刻機臺中進行，工藝參數(shù)包括:N2的流量為50至500SCCm，壓強為5至lOOmTorr，電源功率為50至500W，時間為5至600s，溫度為室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于，所述等離子體處理步驟是在灰化機臺中進行，工藝參數(shù)包括:N2的流量為500至lOOOOsccm，壓強為100至2000mTorr，電源功率為500至5000W，時間為10至600s，溫度為100至400°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述含氮擴散阻擋層的材料為TiN。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，去除所述偽柵極的方法為干法刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，去除所述偽柵極之后，進行所述等離子體處理之前，還包括:對所述溝槽底部進行等離子體刻蝕，以去除所述干法刻蝕步驟在含氮擴散阻擋層表面上所形成的聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成方法，其特征在于，利用含氟等離子體對所述溝槽底部進行等離子體刻蝕。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述等離子體刻蝕包括:利用含氮等離子體對所述溝槽底部進行第一等離子體刻蝕；第一等離子體刻蝕之后，利用含氟等離子體對所述溝槽底部進行第二等離子體刻蝕。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的形成方法，其特征在于，將含氟氣體等離子體化產(chǎn)生所述含氟等離子體，所述含氟氣體至少包括cf4、nf3、sf6中的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的形成方法，其特征在于，將含N2的氣體等離子體化，產(chǎn)生所述第一等離子體刻蝕步驟中的含氮等離子體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的形成方法，其特征在于，所述第一等離子體刻蝕的工藝參數(shù)包括:N2的流量為50至500sccm，壓強為5至lOOmTorr，電源功率為50至500W，偏置功率為10至500W,時間為5至600s。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成方法，其特征在于，將含CF4的氣體等離子體化產(chǎn)生所述含氟等離子體，所述第二等離子體刻蝕的工藝參數(shù)包括:CF4的流量為10至200SCCm，壓強為2至lOOmTorr，電源功率為50至500W，偏置功率為0至500W，時間為5至300s。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，去除所述偽柵極的方法包括: 在所述層間介質(zhì)層及偽柵極上形成氧化硅層、位于氧化硅層上的金屬硬掩模層、和位于金屬硬掩模層上的光刻膠層； 對所述光刻膠層進行圖形化，以在所述光刻膠層內(nèi)形成開口，所述開口與偽柵極的位置對應(yīng)； 以具有開口的光刻膠層為掩模對所述金屬硬掩模層及氧化硅層進行圖形化，以露出所述偽柵極； 去除光刻膠層之后，以圖案化的所述金屬硬掩模層及圖案化的氧化硅層為掩模進行干法刻蝕，以去除所述偽柵極。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，去除所述偽柵極的方法包 括: 在所述層間介質(zhì)層及偽柵極上形成氧化硅層、和位于氧化硅層上的光刻膠層； 對所述光刻膠層及氧化硅層進行圖形化，以露出所述偽柵極； 以圖案化的所述光刻膠層及圖案化的氧化硅層為掩模進行干法刻蝕，以去除所述偽柵極； 去除所述偽柵極之后，去除光刻膠層。
【文檔編號】H01L21/336GK104347377SQ201310342569
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】張海洋, 李鳳蓮 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司