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)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種金屬柵極的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了跟上超大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale Integrat1n, ULSI)的飛速的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的制作工藝變得越來越復(fù)雜和精細(xì)。
[0003]為了進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的特征尺寸，同時(shí)提升半導(dǎo)體器件的性能，當(dāng)前的集成電路制造逐漸由先形成柵極，然后進(jìn)行離子注入以形成源區(qū)和漏區(qū)的前柵工藝，轉(zhuǎn)變?yōu)楹髺殴に?gate last)。后柵工藝先形成偽柵(dummy gate),然后形成源區(qū)和漏區(qū),再覆蓋層間介質(zhì)層，并去除偽柵以在層間介質(zhì)層中形成柵溝槽，再用金屬填充柵溝槽以形成金屬層。在形成金屬層之后，需要通過平坦化工藝去除多余的金屬，僅保留位于層間介質(zhì)層開口中的金屬以作為半導(dǎo)體器件的柵極。
[0004]目前被廣泛使用的平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical MechanicalPolishing, CMP)工藝，這種工藝是達(dá)成全局平坦化的最佳方法，尤其在半導(dǎo)體工藝進(jìn)入亞微米領(lǐng)域后，化學(xué)機(jī)械研磨已成為一種不可或缺的技術(shù)。
[0005]但是，現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)于金屬的平坦化效果不夠理想，因?yàn)樵诨瘜W(xué)機(jī)械研磨的過程中，經(jīng)常會(huì)對(duì)金屬造成腐蝕作用，金屬的腐蝕影響研磨后形成的柵極的良率，甚至影響形成的半導(dǎo)體器件的性能。
[0006]為此，如何減小化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)于金屬的腐蝕作用，提升研磨良率，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問題是提供一種金屬柵極的形成方法，以減小化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)金屬柵極的腐蝕作用。
[0008]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:
[0009]提供襯底；
[0010]在所述襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)；
[0011]在所述襯底以及偽柵結(jié)構(gòu)上形成層間介質(zhì)層；
[0012]去除所述偽柵結(jié)構(gòu)，以在所述層間介質(zhì)層中形成暴露出部分襯底的開口 ；
[0013]在所述層間介質(zhì)層的開口中，以及層間介質(zhì)層上形成金屬層；
[0014]采用氧化氣體對(duì)所述金屬層表面進(jìn)行處理，使位于所述層間介質(zhì)層上方的部分金屬層轉(zhuǎn)化為金屬氧化層；
[0015]去除所述金屬氧化層以及位于所述層間介質(zhì)層上的金屬層，保留位于所述開口中的金屬層以形成金屬柵極。
[0016]可選的，在層間介質(zhì)層中形成開口的步驟之后，在形成金屬層的步驟之前，還包括以下步驟:
[0017]在所述層間介質(zhì)層的開口中形成介質(zhì)層。
[0018]可選的，所述介質(zhì)層包括高K介質(zhì)層。
[0019]可選的，采用氧化氣體對(duì)金屬層表面進(jìn)行處理的步驟包括，采用所述氧化氣體處理所述金屬層表面的晶界的區(qū)域。
[0020]可選的，形成金屬層的步驟包括，形成鋁金屬層。
[0021]可選的，采用氧化氣體對(duì)金屬層表面進(jìn)行處理的步驟包括:所述氧化氣體包括臭氧。
[0022]可選的，使臭氧的氣體流量在50?100標(biāo)況毫升每分的范圍內(nèi)，并使與所述臭氧與所述鋁金屬層間的反應(yīng)溫度在150?250攝氏度的范圍內(nèi)。
[0023]可選的，采用氧化氣體對(duì)金屬層表面進(jìn)行處理的步驟包括:所述氧化氣體包括氧氣。
[0024]可選的，采用氧化氣體對(duì)金屬層表面進(jìn)行處理的步驟包括:所述金屬層轉(zhuǎn)化形成的所述金屬氧化層為三氧化二鋁。
[0025]可選的，形成的金屬氧化層的厚度在50?80埃的范圍內(nèi)。
[0026]可選的，去除所述金屬氧化層以及位于所述層間介質(zhì)層上的金屬層的步驟包括，采用化學(xué)機(jī)械研磨的方式對(duì)所述金屬氧化層、金屬層進(jìn)行平坦化。
[0027]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):
[0028]通過氧化氣體對(duì)金屬層表面進(jìn)行處理，使位于所述層間介質(zhì)層上方的部分金屬層轉(zhuǎn)化為性質(zhì)穩(wěn)定的金屬氧化層，以阻擋在研磨過程中可能發(fā)生的無法控制的腐蝕。此外，氧化氣體不含有氫氧根，可以使金屬層直接轉(zhuǎn)化為金屬氧化層而不會(huì)形成其它中間產(chǎn)物，從而盡量避免金屬層被氧化的深度過大。
[0029]進(jìn)一步，采用臭氧作為氧化氣體對(duì)金屬層表面進(jìn)行處理，臭氧具有較強(qiáng)的氧化性，能夠迅速的使部分金屬層轉(zhuǎn)化為金屬氧化層。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明金屬柵極的形成方法一實(shí)施例的流程示意圖；
[0031]圖2至圖5是圖1中各個(gè)步驟的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨在具體操作時(shí)，常采用去離子水(De-1onized Water, DIW)對(duì)金屬層的表面進(jìn)行沖洗。但是，去離子水沖洗的動(dòng)作與研磨動(dòng)作通常不是同步進(jìn)行的。也就是說，去離子水會(huì)與金屬層長(zhǎng)時(shí)間接觸，這時(shí)的金屬層非常容易被腐蝕，而且這種腐蝕現(xiàn)象是難以控制的，也就是說，金屬在遭到這種腐蝕后，被腐蝕的程度是難以預(yù)見的，特別是金屬層被腐蝕的深度難以預(yù)測(cè)，腐蝕可能蔓延至金屬層的深處，以至于可能影響到需要保留的、作為柵極的金屬層。
[0033]例如，在化學(xué)機(jī)械研磨剛開始進(jìn)時(shí)，研磨設(shè)備通常先提供去離子水，然后研磨頭開始轉(zhuǎn)動(dòng)以對(duì)金屬層進(jìn)行研磨。在提供去離子水與研磨頭轉(zhuǎn)動(dòng)開始之前有一段時(shí)間間隔，在這段時(shí)間，金屬層與去離子水長(zhǎng)時(shí)間接觸，導(dǎo)致金屬層被氧化。
[0034]另外，在化學(xué)機(jī)械研磨進(jìn)行的過程中，如果研磨設(shè)備發(fā)生問題而停止研磨，此時(shí)金屬層也會(huì)與去離子水有相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的接觸，也會(huì)發(fā)生上述的腐蝕現(xiàn)象。
[0035]為此，本發(fā)明提供一種金屬柵極的形成方法，參考圖1為本發(fā)明金屬柵極的形成方法一實(shí)施例的流程示意圖。所述形成方法包括:
[0036]步驟SI，提供襯底，在所述襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)；
[0037]步驟S2，在所述襯底以及偽柵結(jié)構(gòu)上形成層間介質(zhì)層；
[0038]步驟S3，去除所述偽柵結(jié)構(gòu)，以在所述層間介質(zhì)層中形成暴露出部分襯底的開Π ；
[0039]步驟S4，在所述層間介質(zhì)層的開口中，以及層間介質(zhì)層上形成金屬層；
[0040]步驟S5，采用氧化氣體對(duì)所述金屬層表面進(jìn)行處理，使位于所述層間介質(zhì)層上方的部分金屬層轉(zhuǎn)化為金屬氧化層；
[0041]步驟S6，去除所述金屬氧化層以及位于所述層間介質(zhì)層上的金屬層，保留位于所述開口中的金屬層以形成金屬柵極。
[0042]通過上述步驟，采用氧化氣體對(duì)金屬層進(jìn)行處理，使得所述金屬層的一部分預(yù)先轉(zhuǎn)化為金屬氧化層，所述金屬氧化層可以起到保護(hù)作用，從而能夠抵擋在研磨開始之前或者研磨過程中發(fā)生的腐蝕。
[0043]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作詳細(xì)的說明。
[0044]參考圖2，執(zhí)行步驟SI，提供襯底100，在所述襯底100上形成偽柵結(jié)構(gòu)(圖中未示出)。
[0045]在本實(shí)施例中，在所述偽柵結(jié)構(gòu)中可以采用多晶硅作為偽柵的材料，但是本發(fā)明對(duì)此不做限定，也可以采用其它材料形成所述偽柵；
[0046]另外，在形成所述偽柵結(jié)構(gòu)之后，在執(zhí)行步驟S2之前，還包括以下步驟:在所述偽柵兩側(cè)的襯底100中分別形成源區(qū)以及漏區(qū)。
[0047]繼續(xù)執(zhí)行步驟S2，在所述襯底100以及偽柵結(jié)構(gòu)上形成層間介質(zhì)層110。
[0048]本步驟S2包括以下分步驟:
[0049]分步驟S21，在所述襯底100以及偽柵上覆蓋層間介質(zhì)層110，所述層間介質(zhì)層110覆蓋所述源區(qū)和漏區(qū)；
[0050]分步驟S22，平坦化所述層間介質(zhì)層110，直至露出所述偽柵結(jié)構(gòu)；本步驟的目的在于使所述偽柵結(jié)構(gòu)暴露，以便于后續(xù)的去除所述偽柵結(jié)構(gòu)的步驟S3的進(jìn)行。
[0051]以上分步驟為本領(lǐng)域的常用技術(shù)手段，本發(fā)明對(duì)此不做贅述，也不加限定。
[0052]執(zhí)行步驟S3，去除所述偽柵結(jié)構(gòu)，以在所述層間介質(zhì)層110中形成暴露出部分襯底100的開口 50。
[0053]可以通過刻蝕方法去除多晶硅材料的偽柵結(jié)構(gòu)，以形成用于填充金屬柵極的開口50。
[0054]此外，在本實(shí)施例中，在執(zhí)行步驟S4之前，還包括以下步驟:
[0055]在所述層間介質(zhì)層110的開口 50中形成介質(zhì)層。所述介質(zhì)層可以是高K介質(zhì)層、滲透阻擋層等，本發(fā)明對(duì)此不做限制。
[0056]參考圖3，執(zhí)行步驟S4，在所述層間介質(zhì)層110的開口 50中，以及層間介質(zhì)