金屬柵極的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及金屬柵極的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展，MOS晶體管的特征尺寸也越來越小，在MOS晶體管特征尺寸不斷縮小情況下，為了降低MOS晶體管柵極的寄生電容，提高器件速度，金屬柵極被引入到MOS晶體管中。
[0003]圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)中金屬柵極的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0004]參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述襯底100上形成偽柵極101，所述偽柵極的材料為多晶硅。接著，形成覆蓋襯底100和偽柵極101的氧化硅層102，氧化硅層102的頂部與偽柵極101的頂部相平。
[0005]參考圖2，采用干法刻蝕的方法去除偽柵極101 (參考圖1 )，在氧化硅層102的內(nèi)部形成柵極凹槽103。
[0006]參考圖3，形成鋁材料層104’，所述鋁材料層104’填滿柵極凹槽103并覆蓋氧化娃層102的頂部。
[0007]參考圖4，采用化學(xué)機(jī)械研磨的方法，使得鋁材料層104’(參考圖3)的頂部與氧化硅層102的頂部相平，形成鋁柵極104。
[0008]采用現(xiàn)有技術(shù)的方法形成的金屬柵極性能不好，嚴(yán)重時(shí)，金屬柵極無(wú)法正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的問題是采用現(xiàn)有技術(shù)的方法形成的金屬柵極性能不好，嚴(yán)重時(shí)，金屬柵極無(wú)法正常工作。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種金屬柵極的形成方法，包括:
[0011]提供半導(dǎo)體襯底，在所述襯底表面形成偽柵極，在襯底上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層頂部與所述偽柵極頂部相平；
[0012]利用外延生長(zhǎng)形成至少覆蓋所述偽柵極頂部的第一犧牲層；
[0013]在層間介質(zhì)層上形成第二犧牲層，所述第二犧牲層頂部與所述第一犧牲層頂部相平；
[0014]去除所述第一犧牲層，在所述第二犧牲層內(nèi)形成開口，所述開口底部露出所述偽柵極頂部；
[0015]去除所述第一犧牲層后，去除所述偽柵極，在所述層間介質(zhì)層內(nèi)形成柵極凹槽；
[0016]去除第二犧牲層，在所述柵極凹槽內(nèi)填充金屬層形成金屬柵極。
[0017]可選的，在層間介質(zhì)層上形成第二犧牲層的方法包括:
[0018]形成第二犧牲材料層，覆蓋所述層間介質(zhì)層和第一犧牲層；
[0019]去除高于第一犧牲層頂部的第二犧牲材料層。
[0020]可選的，所述第二犧牲層的材料為非晶碳、第一聚合物或底部抗反射層，所述第一聚合物包括碳元素或者氟、溴、氯元素中的一種或它們的任意組合。
[0021]可選的，形成所述第二犧牲材料層的方法為沉積或涂抹；
[0022]去除高于第一犧牲層頂部的第二犧牲材料層的方法為化學(xué)機(jī)械研磨或刻蝕。
[0023]可選的，去除第二犧牲層的方法為灰化。
[0024]可選的，所述第一犧牲層還覆蓋部分層間介質(zhì)層，去除第一犧牲層后，去除所述偽柵極的步驟之前，還包括步驟:在所述開口側(cè)壁形成犧牲側(cè)墻；
[0025]去除所述偽柵極的步驟之后，去除第二犧牲層的步驟之前，還包括步驟:去除所述犧牲側(cè)墻。
[0026]可選的，所述犧牲側(cè)墻的形成方法包括:
[0027]形成犧牲側(cè)墻材料層，填充所述開口并覆蓋所述第二犧牲層；
[0028]刻蝕所述犧牲側(cè)墻材料層，在所述開口側(cè)壁形成犧牲側(cè)墻。
[0029]可選的，所述犧牲側(cè)墻的材料為第二聚合物，所述第二聚合物由烴類氣體制備。
[0030]可選的，去除所述犧牲側(cè)墻的方法為灰化。
[0031]可選的，所述第一犧牲層的材料與所述偽柵極的材料相同。
[0032]可選的，所述偽柵極的材料為多晶硅，所述第一犧牲層的材料為多晶硅。
[0033]可選的，去除第一犧牲層的方法為濕法腐蝕或者干法刻蝕。
[0034]可選的，在所述襯底表面形成偽柵極的步驟之后，在襯底上形成層間介質(zhì)層的步驟之前，還包括:
[0035]在所述偽柵極周圍形成側(cè)墻。
[0036]可選的，所述層間介質(zhì)層的材料為氧化硅。
[0037]可選的，在所述襯底和所述偽柵極之間還包括柵介質(zhì)層，所述柵極凹槽底部露出所述柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層為高k柵介質(zhì)層。
[0038]可選的，在所述襯底和所述偽柵極之間還包括柵介質(zhì)層，所述柵極凹槽底部露出所述柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層為氧化硅層，去除第二犧牲層之后，在所述柵極凹槽內(nèi)填充金屬層的步驟之前，還包括:去除所述氧化硅層，在所述柵極凹槽的底部和側(cè)壁形成高k柵介質(zhì)層。
[0039]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(diǎn):
[0040]采用外延生長(zhǎng)的方法形成至少覆蓋偽柵極頂部的第一犧牲層，第一犧牲層能夠?qū)螙艠O全部覆蓋，而且，第一犧牲層的位置決定了第二犧牲層內(nèi)的開口的位置，從而使得第二犧牲層能夠準(zhǔn)確的將偽柵極頂部露出。此時(shí)，第二犧牲層將偽柵極周圍的層間介質(zhì)層進(jìn)行覆蓋，從而在去除偽柵極的過程中，第二犧牲層會(huì)對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行保護(hù)，防止層間介質(zhì)層也被刻蝕到，防止層間介質(zhì)層的高度減小。這個(gè)過程是自對(duì)準(zhǔn)過程，在刻蝕去除偽柵極前，形成的第二犧牲層能夠精確的將偽柵極露出。與在層間介質(zhì)層上形成只露出偽柵極頂部的光刻膠方法相比，能夠避免對(duì)準(zhǔn)精度差的問題。因此采用自對(duì)準(zhǔn)的方法可以很好的保護(hù)層間介質(zhì)層在去除偽柵極的過程中不受損傷，從而使柵極凹槽的深度不會(huì)減小，進(jìn)而使后續(xù)形成的金屬柵極的高度不會(huì)減小。保證了后續(xù)在該柵極凹槽內(nèi)形成的金屬柵極的高度，提高了金屬柵極的性能。
【附圖說明】
[0041]圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)中金屬柵極的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖5至圖12是本發(fā)明具體實(shí)施例中的金屬柵極的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]采用現(xiàn)有技術(shù)的方法形成的金屬柵極性能不好，嚴(yán)重時(shí)，金屬柵極無(wú)法正常工作的原因如下:
[0044]參考圖2，采用刻蝕的方法去除偽柵極101 (參考圖1)時(shí)，即使氧化硅層102與偽柵極101之間的刻蝕選擇比相差很大，也會(huì)造成氧化硅層102的損失，使得氧化硅層102的厚度有所減小，相應(yīng)的使柵極凹槽103的深度也有所減小。
[0045]參考圖4，采用化學(xué)機(jī)械研磨的方法，使得鋁材料層104’(參考圖3)的頂部與氧化硅層102的頂部相平時(shí)，受化學(xué)研磨設(shè)備條件限制，為了確保不在氧化硅層102表面殘留鋁材料，會(huì)多研磨一些氧化硅層102，從而使得氧化硅層102的高度繼續(xù)降低，相應(yīng)的使后續(xù)形成的鋁柵極104的高度也進(jìn)一步降低。
[0046]鋁柵極104的高度如果太低，影響柵極阻值，進(jìn)而影響柵極控制溝道電流的能力，因此，鋁柵極104的性能不好，嚴(yán)重時(shí)，無(wú)法正常工作。
[0047]為了避免上述技術(shù)問題，發(fā)明人做過以下嘗試來解決該技術(shù)問題，第一種嘗試具體為:參考圖1，在形成氧化硅層102時(shí)，采用增加氧化硅層102厚度的方法，但是，參考圖2，在形成柵極凹槽103后，柵極凹槽103的深度會(huì)增加，從而在柵極凹槽103內(nèi)填充鋁材料層104’的步驟中，由于柵極凹槽103的深寬比太大，從而會(huì)使填充在柵極凹槽103內(nèi)的鋁材料層104’(參考圖3)內(nèi)部具有縫隙，從而影響后續(xù)形成的鋁柵極的性能。因此，在形成氧化硅層102時(shí)，可以采用增加氧化硅層102厚度的方法不適用。
[0048]第二種嘗試具體為:參考圖1和圖2，在刻蝕去除偽柵極101的過程中，為了減小氧化硅層102的損失，可以在氧化硅層102的上面形成圖案化的光刻膠層(圖未示)，所述圖案化的光刻膠覆蓋氧化硅層102，同時(shí)露出偽柵極101。然后以圖案化的光刻膠為掩膜對(duì)偽柵極101進(jìn)行刻蝕，在氧化硅層102內(nèi)形成柵極凹槽103。這種方法也很難減小氧化硅層102的損失，原因如下:偽柵極101的CD尺寸太小，再加上光刻工藝的對(duì)準(zhǔn)精度的限制，很難將圖案化的光刻膠正好露出偽柵極101，同時(shí)也會(huì)或多或少的露出氧化硅層102，因此，沒有被圖案化的光刻膠覆蓋的氧化硅層102也會(huì)被刻蝕，接著，形成鋁材料層104’(參考圖3)的過程中，被刻蝕的氧化硅層102處也會(huì)填充鋁材料層104’，然后，參考圖4，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝將高于氧化硅層102上的鋁材料層104’去除的過程中，為了去除被刻蝕的氧化硅層102處填充的鋁材料層104’，會(huì)使氧化硅層102的整體高度大幅度下降，從而使柵極凹槽103的深度下降，進(jìn)而使形成金屬柵極高度減小。因此，采用圖案化的光刻膠覆蓋氧化硅層102的方法不適用。
[0049]因此，為了解決本發(fā)明的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種金屬柵極的形成方法，采用本發(fā)明的方法形成的金屬