一種后柵工藝中的柵極形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種后柵工藝中的柵極形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷縮小，使集成電路的集成度越來(lái)越高，這對(duì)器件的性能也提出了更高的要求。
[0003]目前，在CM0SFET (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)制造工藝的研究可大概分為兩個(gè)方向，即前柵工藝和柵極替代工藝，前柵工藝的柵極的形成在源、漏極生成之前，會(huì)對(duì)柵氧化層產(chǎn)生影響，而在器件尺寸不斷減小后，會(huì)對(duì)器件的電學(xué)特性產(chǎn)生影響，而柵極替代工藝(后柵工藝，Gate Last)的柵極則在源、漏極生成之后形成，此工藝中柵極不需要承受很高的退火溫度，對(duì)柵氧化層的影響較小。
[0004]研究發(fā)現(xiàn)，淀積形成的柵介質(zhì)層中總會(huì)存在各種缺陷，而由于后高K后柵結(jié)構(gòu)中存在低熱預(yù)算限制(由于源漏NiSi的存在)，退火溫度一般不能超過600°C，所以選擇適當(dāng)?shù)牡矸e后退火(PDA)方法對(duì)于減少高k柵介質(zhì)層中缺陷，降低器件漏電是至關(guān)重要的，然而PDA會(huì)引起氧與界面層的反應(yīng)導(dǎo)致EOT增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在為上述問題提供一種可行的解決方案，提供一種柵極形成方法，減少器件的柵介質(zhì)層中的缺陷，降低器件的漏電。
[0006]本發(fā)明提供了一種后柵工藝中的柵極形成方法，包括:
[0007]進(jìn)行多次淀積工藝以在柵開口中形成柵介質(zhì)層，淀積工藝包括步驟:淀積柵介質(zhì)材料；熱退火，所述熱退火的溫度低于600°C ；
[0008]在柵介質(zhì)層上淀積柵極。
[0009]優(yōu)選地，所述柵極中包括金屬吸氧層。
[0010]優(yōu)選地，所述金屬吸氧層包括:Hf、Al、Ti或Be。
[0011]優(yōu)選地，所述熱退火的溫度低于600°C。
[0012]優(yōu)選地，所述熱退火的氣氛為N2/02，溫度為450°C，時(shí)間為15s，氣壓為50torr。
[0013]優(yōu)選地，多次淀積工藝中，每次淀積的柵介質(zhì)材料的厚度為遞減。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例提供的柵極形成方法，應(yīng)用于后柵工藝，在去除偽柵形成柵開口后，通過多次淀積工藝形成柵介質(zhì)層，每次淀積柵介質(zhì)材料后都進(jìn)行低溫?zé)嵬嘶?，從而減少柵介質(zhì)材料中的缺陷，降低器件的漏電，提高器件的性能。
[0015]更進(jìn)一步地，在柵極中形成金屬吸氧層，吸除襯底界面的氧，避免過多的氧氣與襯底界面反應(yīng)導(dǎo)致EOT的增加。
【附圖說(shuō)明】
[0016]本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0017]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的降低器件EOT的柵極形成方法的流程圖；
[0018]圖2-6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法形成金屬柵極的各個(gè)階段的截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0020]正如【背景技術(shù)】中的描述，為了減小器件的漏電，本發(fā)明提出了一種后柵工藝中的柵極形成方法，如圖1所示，包括:
[0021]S100，進(jìn)行多次淀積工藝以在柵開口中形成柵介質(zhì)層，淀積工藝包括步驟:淀積柵介質(zhì)材料；低溫?zé)嵬嘶?，所述熱退火的溫度低?00°C ；
[0022]SI 10，在柵介質(zhì)層上淀積柵極。
[0023]本發(fā)明的方法應(yīng)用于后柵工藝，在去除偽柵形成柵開口后，通過多次淀積工藝形成柵介質(zhì)層，每次淀積柵介質(zhì)材料后都進(jìn)行低溫?zé)嵬嘶?，減少柵介質(zhì)材料中的缺陷，降低器件的漏電，提高器件的性能。
[0024]為了更好的理解本發(fā)明及其效果，以下將對(duì)具體的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0025]在本發(fā)明的實(shí)施例中，先按照常規(guī)的后柵工藝形成偽柵器件。具體包括:
[0026]首先，提供襯底202，參考圖2所示。
[0027]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底可以為Si襯底、Ge襯底、SiGe襯底、SOI(絕緣體上娃，Silicon On Insulator)或 GOI (絕緣體上錯(cuò),Germanium On Insulator)等。在其他實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底還可以為包括其他元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體的襯底，例如GaAs、InP或SiC等，還可以為疊層結(jié)構(gòu)，例如Si/SiGe等，還可以其他外延結(jié)構(gòu)，例如SGOI (絕緣體上鍺硅)等。所述半導(dǎo)體襯底可以已經(jīng)形成有隔離區(qū)，所述隔離區(qū)可以包括二氧化硅或其他可以分開器件的有源區(qū)的材料。在本實(shí)施例中，所述襯底為硅襯底。
[0028]而后，形成界面層208，參考圖2所示。
[0029]本實(shí)施例中，可以熱生長(zhǎng)的方式在所述襯底上形成界面層，在本發(fā)明實(shí)施例中，界面層為Si02。
[0030]接著，如圖2所示，形成偽柵210、偽柵側(cè)壁上的側(cè)墻212、偽柵兩側(cè)襯底中的源漏區(qū)214、源漏區(qū)上的金屬硅化物層(圖未示出)以及層間介質(zhì)層218。
[0031 ] 所述偽柵極可以為非晶硅、多晶硅或氧化硅等，在本實(shí)施例中，可以為非晶硅。
[0032]所述側(cè)墻可以具有單層或多層結(jié)構(gòu)，可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氟化物摻雜娃玻璃、低k電介質(zhì)材料及其組合,和/或其他合適的材料形成。
[0033]所述源漏區(qū)可以通過根據(jù)期望的晶體管結(jié)構(gòu)，注入P型或η型摻雜物或雜質(zhì)到所述襯底中形成。
[0034]可以通過合適的淀積方法淀積介質(zhì)材料，例如未摻雜的氧化硅(S12)、摻雜的氧化硅(如硼硅玻璃、硼磷硅玻璃等)、氮化硅(Si3N4)或其他低k介質(zhì)材料，而后進(jìn)行平坦化，例如CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)，來(lái)形成所述層間介質(zhì)層(ILD)。
[0035]而后，去除偽柵極210，以形成柵開口 220，如圖3所示。
[0036]可以使用濕蝕刻和/或干蝕刻除去。在本實(shí)施例中，可以通過四甲基氫氧化銨(TMAH)去除非晶硅，這樣，在原來(lái)的偽柵區(qū)的區(qū)域形成柵開口。也可以進(jìn)一步將界面層去除。
[0037]而后，重新淀積柵介質(zhì)層214，參考圖4所示。
[0038]在本發(fā)明中，通過多次淀積工藝在柵開口中形成柵介質(zhì)層，每次淀積工藝包括步驟:淀積柵介質(zhì)材料；低溫?zé)嵬嘶?，所述熱退火的溫度低?00°C。
[0039]在本實(shí)施例中，柵介質(zhì)材料可以為高k介質(zhì)材料(例如，和氧化硅相比，具有高介電常數(shù)的材料)或其他合適的介質(zhì)材料，高k介質(zhì)材料例如鉿基氧化物，HF02、HfS1,HfS1N, HfTaO, HfT1等。若要形成預(yù)定厚度的柵介質(zhì)層，可以分多次進(jìn)行淀積，每次淀積一定厚度的柵介質(zhì)材料，并在每次淀積后進(jìn)行低溫?zé)嵬嘶饋?lái)形成該柵介質(zhì)層，低溫?zé)嵬嘶鹗侵竿嘶饻囟鹊陀?00°C。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熱退火的氣氛為隊(duì)/02，溫度為450°C，時(shí)間為15s，氣壓為50torr。
[0040]在本實(shí)施例中，多次淀積時(shí)，每次淀積的柵介質(zhì)材料的厚度為等厚度，即后一次淀積的柵介質(zhì)層的厚度比前一次淀積的柵介質(zhì)層的厚度是一樣的。而在更優(yōu)的實(shí)施例中，每次淀積的柵介質(zhì)材料的厚度為遞減的，即后一次淀積的柵介質(zhì)層的厚度比前一次淀積的柵介質(zhì)層的厚度小，以三次淀積為例，第二次淀積的柵介質(zhì)材料的厚度小于第一次淀積的柵介質(zhì)材料的厚度，第三次淀積的柵介質(zhì)材料的厚度小于第二次淀積的柵介質(zhì)材料的厚度。相對(duì)淀積次數(shù)相同且每次厚度相同的均勻淀積，更多的頂層缺陷將被填充。
[0041]接著，在柵介質(zhì)層上淀積柵極216、218，參考圖5所示。
[0042]所述電極可以為一層或多層結(jié)構(gòu)，可以包括金屬材料或多晶硅或他們的組合，金屬材料例如 T1、TiAlx、TiN, TaNx、HfN, TiCx、TaCx 等等。
[0043]由于分多次進(jìn)行淀積柵介質(zhì)材料且每次都進(jìn)行退火，多次退火環(huán)境下會(huì)使得襯底界面處形成氧化層，而導(dǎo)致器件的EOT增加，影響器件的性能。在優(yōu)選的實(shí)施例中，柵極中包括金屬吸氧層，金屬氧吸除層易于和氧氣結(jié)合，避免過多的氧氣與襯底界面反應(yīng)導(dǎo)致EOT的增加，金屬吸氧層可以為Hf、Al、Ti或Be等。
[0044]在本實(shí)施例中，在柵介質(zhì)層上依次淀積Ti金屬吸氧層216以及多晶硅層218。
[0045]而后，進(jìn)行平坦化，以形成替代柵極216、218，參考圖6所示。
[0046]而后，可以根據(jù)需要，對(duì)上述器件進(jìn)行進(jìn)一步的加工，如形成接觸塞以及后續(xù)金屬互連結(jié)構(gòu)等。
[0047]至此形成了根據(jù)本發(fā)明制造方法的半導(dǎo)體器件。
[0048]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。
[0049]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種后柵工藝中的柵極形成方法，其特征在于，包括: 進(jìn)行多次淀積工藝以在柵開口中形成柵介質(zhì)層，淀積工藝包括步驟:淀積柵介質(zhì)材料；低溫?zé)嵬嘶?，所述熱退火的溫度低?00°C ； 在柵介質(zhì)層上淀積柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述柵極中包括金屬吸氧層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于，所述金屬吸氧層包括:Hf、Al、Ti或Be。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述熱退火的氣氛為N2/02，溫度為450°C，時(shí)間為15s，氣壓為50torro
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的形成方法，其特征在于，多次淀積工藝中，每次淀積的柵介質(zhì)材料的厚度為遞減。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種后柵工藝中的柵極形成方法，包括：進(jìn)行多次淀積工藝以在柵開口中形成柵介質(zhì)層，淀積工藝包括步驟：淀積柵介質(zhì)材料；低溫?zé)嵬嘶?，所述熱退火的溫度低?00℃；在柵介質(zhì)層上淀積柵極。本方法應(yīng)用于后柵工藝，在去除偽柵形成柵開口后，通過多次淀積工藝形成柵介質(zhì)層，每次淀積柵介質(zhì)材料后都進(jìn)行低溫?zé)嵬嘶穑瑥亩鴾p少柵介質(zhì)材料中的缺陷，降低器件的漏電，提高器件的性能。
【IPC分類】H01L21-28
【公開號(hào)】CN104779150
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410018494
【發(fā)明人】于洪宇, 張淑祥, 楊紅
【申請(qǐng)人】南方科技大學(xué), 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2014年1月15日