專利名稱：一種金屬柵極及mos晶體管的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制備工藝，特別是一種金屬柵極及MOS晶體管的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件集成度的不斷提高，在制作MOS晶體管時，以高k (高k 介電常數(shù)大于等于10)材料作為柵介質(zhì)層，以金屬材料作為柵極已經(jīng)成為半導(dǎo)體器件制造32納米及以下工藝的主流技術(shù)。但是在高k柵介質(zhì)層上形成金屬柵極時，在去除多晶硅柵極前研磨層間介質(zhì)層(ILD)步驟，需要有很好的研磨效果，否則會影響后續(xù)金屬柵極的性能。因此， 層間介質(zhì)層(ILD)的化學(xué)機械研磨(CMP)成為一道非常關(guān)鍵的工藝。目前，制備金屬柵極的方法，常見的有如美國專利US20100109088中介紹的一種制造方法先在襯底上利用淺溝槽隔離技術(shù)定義出有源區(qū)，接著用硬掩膜定義出PFET有源區(qū)，并對pFET有源區(qū)進行刻蝕。 在刻蝕區(qū)域外延生長一層SiGe，至與襯底表面平齊。去除硬掩膜，然后在襯底上形成柵材料層。圖形化處理，并形成金屬柵極堆疊。對有源區(qū)進行離子植入，并形成金屬柵極堆疊側(cè)墻 (spacers)，最后在襯底上形成源極和漏極。現(xiàn)有工藝的另一種制備金屬柵極的過程如圖1至圖6所示。如圖1所示，在半導(dǎo)體襯底1上形成層間介質(zhì)層6(ILD)。所述半導(dǎo)體襯底1依次形成有犧牲氧化層2和多晶硅柵極3，所述多晶硅柵極3兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底1上具有氧化硅層4 ；在所述半導(dǎo)體襯底1上形成阻擋層5，所述阻擋層5包圍氧化硅層4及多晶硅柵極3。如圖2所示，用化學(xué)機械研磨法(CMP)研磨層間介質(zhì)層6至露出多晶硅柵極3上面的阻擋層5表面。如圖3所示，繼續(xù)采用化學(xué)機械研磨法(CMP)研磨層間介質(zhì)層6和阻擋層5至露出多晶硅柵極3。如果采用研磨層間介質(zhì)層6的速率大于研磨阻擋層5的速率的研磨液研磨，則當(dāng)研磨至露出多晶硅柵極3時，阻擋層5表面與多晶硅柵極3表面齊平，而層間介質(zhì)層6的表面低于阻擋層5。如圖4所示，去除多晶硅柵極3至露出犧牲氧化層2，形成溝槽；繼續(xù)刻蝕去除溝槽內(nèi)的犧牲氧化層2至露出半導(dǎo)體襯底1 ；在層間介質(zhì)層6上形成金屬層，并將所述金屬層填充滿溝槽；對金屬層進行研磨，形成金屬柵極8。繼續(xù)如圖4所示，由于研磨后層間介質(zhì)層6高度低于阻擋層5，因此在形成金屬柵極8時，會在層間介質(zhì)層6表面殘留有金屬層，使后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件發(fā)生短路現(xiàn)象，降低了半導(dǎo)體器件的電性能。如圖5所示，如果采用研磨阻擋層5的速率大于研磨層間介質(zhì)層6的速率的研磨液研磨，尤其在器件密集區(qū)，當(dāng)層間介質(zhì)層6被研磨至目標高度時，阻擋層5、氧化硅層4及多晶硅柵極3的高度都低于層間介質(zhì)層6，出現(xiàn)凹陷7。如圖6所示，去除多晶硅柵極3至露出犧牲氧化層2，形成溝槽；繼續(xù)刻蝕去除溝槽內(nèi)的犧牲氧化層2至露出半導(dǎo)體襯底1 ；在層間介質(zhì)層6上形成金屬層，并將所述金屬層
4填充滿溝槽；對金屬層進行研磨，形成金屬柵極8。由于凹陷7的存在，形成金屬柵極8時， 會在凹陷7也形成金屬層，使后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件發(fā)生短路現(xiàn)象，降低了半導(dǎo)體器件的電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種金屬柵極及MOS晶體管的形成方法，防止形成金屬柵極時產(chǎn)生金屬橋接、金屬殘留，從而引起半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種金屬柵極及MOS晶體管的形成方法，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有犧牲氧化層和多晶硅柵極，所述多晶硅柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上具有氧化硅層；在所述半導(dǎo)體襯底上形成阻擋層，所述阻擋層包圍氧化硅層及多晶硅柵極，所述位于多晶硅柵極兩側(cè)氧化硅層側(cè)面的阻擋層與氧化硅層構(gòu)成側(cè)墻；在阻擋層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極的第一層間介質(zhì)層；對第一層間介質(zhì)層進行研磨至露出阻擋層；去除側(cè)墻及多晶硅柵極頂部的阻擋層，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層的厚度一致；在第一層間介質(zhì)層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極第二層間介質(zhì)層；研磨第二層間介質(zhì)層至露出多晶硅柵極，使第二層間介質(zhì)層表面與側(cè)墻中氧化硅層及多晶硅柵極頂部齊平；去除所述多晶硅柵極，形成溝槽；去除溝槽內(nèi)的犧牲氧化層，且使層間介質(zhì)層和側(cè)墻中氧化硅層表面與側(cè)墻中阻擋層表面齊平；向溝槽內(nèi)填充滿金屬層，形成金屬柵極。優(yōu)選的，研磨所述第一層間介質(zhì)層及第二層間介質(zhì)層的方法為化學(xué)機械研磨法。優(yōu)選的，所述化學(xué)機械研磨法采用的研磨液含有Ce02、Mn02、Zr02、A1203或Si02。優(yōu)選的，去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層的方法為濕法刻蝕法或干法刻蝕法。優(yōu)選的，所述阻擋層材料為氮化硅。優(yōu)選的，所述濕法刻蝕法采用的溶液為濃磷酸，濃度為85%，刻蝕速率為500 1500埃/分鐘，刻蝕氮化硅層與氧化硅層的速率比大于50 1。優(yōu)選的，所述干法刻蝕法采用的氣體為含C、H和F的氣體。優(yōu)選的，所述氣體為CHF3、CH2F2或CH3F,刻蝕速率為100 500埃/分鐘，刻蝕氮化硅層與氧化硅層的速率比為3 1 6 1。優(yōu)選的，所述第一層間介質(zhì)層和第二層間介質(zhì)層的材料為含硅氧化物。優(yōu)選的，形成所述第一層間介質(zhì)層和第二層間介質(zhì)層的方法為高密度等離子生長方法或高深寬比生長方法。優(yōu)選的，所述犧牲氧化層的材料為含硅氧化物。優(yōu)選的，形成所述犧牲氧化層的方法為爐管熱氧化法。優(yōu)選的，所述金屬層材料是鋁、銅、鎳、鉻、鎢、鈦、鈦鎢、鉭和鎳鉬中的一種或其組
I=I O優(yōu)選的，在形成金屬柵極之前還包括在溝槽內(nèi)的半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)層。優(yōu)選的，所述柵介質(zhì)層的材料為高k材料。優(yōu)選的，所述高k材料為HfSiO、HfZrO和HfLaO中的一種或其組合。本發(fā)明還提供一種MOS晶體管的形成方法，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有犧牲氧化層和多晶硅柵極，所述多晶硅柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上具有氧化硅層；在所述半導(dǎo)體襯底上形成阻擋層，所述阻擋層包圍氧化硅層及多晶硅柵極， 所述位于多晶硅柵極兩側(cè)氧化硅層側(cè)面的阻擋層與氧化硅層構(gòu)成側(cè)墻；在多晶硅柵極和側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源/漏極；在阻擋層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極的第一層間介質(zhì)層；對第一層間介質(zhì)層進行研磨至露出阻擋層；去除側(cè)墻及多晶硅柵極頂部的阻擋層，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層的厚度一致；在第一層間介質(zhì)層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極第二層間介質(zhì)層；研磨第二層間介質(zhì)層至露出多晶硅柵極，使第二層間介質(zhì)層表面與側(cè)墻中氧化硅層及多晶硅柵極頂部齊平；去除所述多晶硅柵極，形成溝槽；去除溝槽內(nèi)的犧牲氧化層，且使層間介質(zhì)層和側(cè)墻中氧化硅層表面與側(cè)墻中阻擋層表面齊平；向溝槽內(nèi)填充滿金屬層，形成金屬柵極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在去除多晶硅柵極之前，先去除側(cè)墻及多晶硅柵極頂部的阻擋層，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層的厚度一致；在第一層間介質(zhì)層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極的第二層間介質(zhì)層；對第二層間介質(zhì)層進行化學(xué)機械研磨(CMP)至露出多晶硅柵極；然后去除多晶硅柵極和犧牲氧化層，使得層間介質(zhì)層與側(cè)墻中阻擋層和氧化硅層頂部齊平。在后續(xù)對金屬層進行化學(xué)機械拋光(CMP)形成金屬柵極的過程中，既可避免在層間介質(zhì)層上產(chǎn)生金屬層殘留，也避免了在阻擋層及氧化硅層中產(chǎn)生凹陷，在凹陷內(nèi)形成金屬層的情況；有效防止了不必要的金屬層的產(chǎn)生而導(dǎo)致的短路現(xiàn)象，提高半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。


圖1至圖6為現(xiàn)有技術(shù)形成金屬柵極的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明形成金屬柵極及MOS晶體管的具體實施例流程圖；圖8至圖15為本發(fā)明形成金屬柵極的具體實施例示意圖。圖16至圖M為本發(fā)明形成MOS晶體管的具體施例示意圖。
具體實施例方式在現(xiàn)有工藝形成金屬柵極的制作過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在進行層間介質(zhì)層化學(xué)機械研磨(CMP)時，需要同時對氧化硅、多晶硅和氮化硅三種物質(zhì)進行研磨，而這三種物質(zhì)由于材質(zhì)不一樣，研磨液對它們的研磨速率很難一致；要么是對氮化硅的研磨速率比對氧化硅的高，要么是對氧化硅的研磨速率比對氮化硅的高。因此，現(xiàn)有工藝中，很難將層間介質(zhì)層和側(cè)墻研磨至與多晶硅柵極表面同一平面，就會產(chǎn)生研磨后層間介質(zhì)層低于阻擋層，在層間介質(zhì)層上產(chǎn)生金屬殘留的現(xiàn)象；或阻擋層低于層間介質(zhì)層，尤其在器件密集區(qū)產(chǎn)生凹陷，在凹陷內(nèi)也形成金屬層的情況；進行會造成短路、金屬橋等問題。針對上述問題，發(fā)明人經(jīng)過仔細的分析研究，提出了本發(fā)明的方案，具體如圖7所示圖7為本發(fā)明形成金屬柵極及MOS晶體管的具體實施例流程圖。步驟S701 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有犧牲氧化層和多晶硅柵極，所述多晶硅柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上具有氧化硅層；步驟S702 在所述半導(dǎo)體襯底上形成阻擋層，所述阻擋層包圍氧化硅層及多晶硅柵極，所述位于多晶硅柵極兩側(cè)氧化硅層側(cè)面的阻擋層與氧化硅層構(gòu)成側(cè)墻。
執(zhí)行步驟S703 在阻擋層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極的第一層間介質(zhì)層。執(zhí)行步驟S704 對第一層間介質(zhì)層進行研磨至露出阻擋層。執(zhí)行步驟S705 去除側(cè)墻及多晶硅柵極頂部的阻擋層，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層的厚度一致。執(zhí)行步驟S706 在第一層間介質(zhì)層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極第二層間介質(zhì)層。執(zhí)行步驟S707 研磨第二層間介質(zhì)層至露出側(cè)墻及多晶硅柵極，使第二層間介質(zhì)層表面與側(cè)墻中氧化硅層及多晶硅柵極頂部齊平。執(zhí)行步驟S708 去除所述多晶硅柵極，形成溝槽。執(zhí)行步驟S709 去除溝槽內(nèi)的犧牲氧化層，且使層間介質(zhì)層和側(cè)墻中氧化硅層表面與側(cè)墻中阻擋層表面齊平。執(zhí)行步驟S710 向溝槽內(nèi)填充滿金屬層，形成金屬柵極。本發(fā)明的形成方法，是在去除多晶硅柵極之前，先去除側(cè)墻及多晶硅柵極頂部的阻擋層，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層的厚度一致；在第一層間介質(zhì)層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極的第二層間介質(zhì)層；對第二層間介質(zhì)層進行化學(xué)機械研磨(CMP)至露出多晶硅柵極；然后去除多晶硅柵極和犧牲氧化層，使得層間介質(zhì)層與側(cè)墻中阻擋層和氧化硅層頂部齊平。在后續(xù)對金屬層進行化學(xué)機械拋光(CMP)形成金屬柵極的過程中，既可避免在層間介質(zhì)層上產(chǎn)生金屬層殘留，也避免了在阻擋層及氧化硅層中產(chǎn)生凹陷，在凹陷內(nèi)形成金屬層的情況；有效防止了不必要的金屬層的產(chǎn)生而導(dǎo)致的短路現(xiàn)象，提高半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。第一實施例圖8至圖15為本發(fā)明形成金屬柵極的具體實施例示意圖。如圖8所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100上依次形成有犧牲氧化層101和多晶硅柵極102，所述多晶硅柵極102兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100上具有氧化硅層103 ；在所述半導(dǎo)體襯底上形成包圍氧化硅層103及多晶硅柵極102的阻擋層104，所述阻擋層104包含位于半導(dǎo)體襯底100及多晶硅柵極102上的阻擋層1042和位于多晶硅柵極102兩側(cè)氧化硅層103側(cè)面的阻擋層 1041 ；所述阻擋層1041與氧化硅層103構(gòu)成側(cè)墻；在阻擋層104上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極102的第一層間介質(zhì)層10fe。具體形成上述膜層的工藝如下在半導(dǎo)體襯底100上依次形成犧牲氧化層101和多晶硅層，在所述多晶硅層上形成第一光刻膠層(未示出)，經(jīng)曝光顯影后，定義出柵極圖形；以所述第一光刻膠層為掩膜，沿柵極圖形刻蝕多晶硅層和犧牲氧化層101至露出半導(dǎo)體襯底100 ；用化學(xué)氣相沉積法在半導(dǎo)體襯底100上形成包圍多晶硅柵極102的氧化硅層 103 ；刻蝕氧化硅層103至露出半導(dǎo)體襯底100 ；用化學(xué)氣相沉積法在半導(dǎo)體襯底100上形成阻擋層104 ；在阻擋層104上形成第一層間介質(zhì)層10fe。本實施例中，所述阻擋層104的材料為氮化硅；所述第一層間介質(zhì)層10 的材料為含硅氧化物，形成所述第一層間介質(zhì)層10 的方法為高密度等離子(HDP:high density plasma)生長方法或高深寬比(HARP :high aspect ratioprocess)生長方法。
如圖9所示，用化學(xué)機械研磨法(CMP)研磨第一層間介質(zhì)層10 至露出阻擋層 1042。由于采用的研磨液研磨第一層間介質(zhì)層10 的速度比阻擋層104快，因此研磨至阻擋層1042表面時，第一層間介質(zhì)層10 的表面比阻擋層1042表面略低。如圖10所示，去除側(cè)墻及多晶硅柵極102頂部的阻擋層1042，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層1041，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層101的厚度一致。本實施例中，去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層1041所采用的方法為干法刻蝕法或者濕法刻蝕法。其中，如采用濕法刻蝕法，則采用濃度為85%的濃磷酸溶液，刻蝕溫度為 160 170°C，刻蝕速率控制在500埃/分鐘 1500埃/分鐘，刻蝕氮化硅和氧化硅的速率比大于50 1 ；如采用干法刻蝕法，則采用含H、F和C的氣體，如CHF3、CH2F2或CH3F等， 刻蝕速率控制在100埃/分鐘 500埃/分鐘，刻蝕氮化硅與氧化硅的速率比為3 1 6 1。如圖11所示，在所述第一層間介質(zhì)層10 上形成第二層間介質(zhì)層10 ，所述第二層間介質(zhì)層10 覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極102。本實施例中，第二層間介質(zhì)層10 的材料與第一層間介質(zhì)層10 的材料一致，形成方法也與第一層間介質(zhì)層10 的形成方法一致。如圖12所示，用化學(xué)機械研磨法(CMP)研磨所述第二層間介質(zhì)層10 和第一層間介質(zhì)層10 至露出多晶硅柵極102，所述研磨后的層間介質(zhì)層為第三層間介質(zhì)層105c。本實施例中，用化學(xué)機械研磨(CMP)研磨第二層間介質(zhì)層10 和第一層間介質(zhì)層 105a時，選用含有Ce02、Mn02、Zr02, A1203或者Si02研磨顆粒，且粒徑在100 500納米的研磨液。優(yōu)選含有Ce02，粒徑在100 500納米的研磨液。這是由于Ce02基研磨液對多晶硅柵極有很好的自動停止作用，研磨后，多晶硅柵極損失小于50A。如圖13所示，去除多晶硅柵極102至露出犧牲氧化層101，形成溝槽。本實施例中，去除多晶硅柵極102的方法為干法刻蝕法。如圖14所示，用濕法刻蝕法去除溝槽內(nèi)犧牲氧化層101。本實施例中，由于犧牲氧化層101的材料與側(cè)墻中氧化硅層103及第三層間介質(zhì)層105c的材料相同或相似，因此在去除犧牲氧化層101時，氧化硅層103和第三層間介質(zhì)層105c也被刻蝕相應(yīng)厚度，使得去除犧牲氧化層101后，側(cè)墻中的氧化硅層103和第三層間介質(zhì)層105c與側(cè)墻中阻擋層1041表面相齊平。如圖15所示，在溝槽內(nèi)形成柵介質(zhì)層106和金屬柵極107。具體形成工藝如下 用化學(xué)氣相沉積法在溝槽底部的半導(dǎo)體襯底100上形成柵介質(zhì)層106 ；然后，在第三層間介質(zhì)層105c和側(cè)墻上形成金屬層，所述金屬層填充滿溝槽；用化學(xué)機械研磨法研磨金屬層至露出第三層間介質(zhì)層105c和側(cè)墻表面，形成金屬柵極107。本實施例中，所述柵介質(zhì)層106為高k材料，具體可以選自HfSiO、HfZrO, HfLaO, HfO2的一種或其組合。形成柵介質(zhì)層106的方法為化學(xué)氣相沉積(CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)或物理氣相沉積(PVD)。本實施例中，金屬柵極107的材料可以是鋁、銅、鎳、鉻、鈦、鈦鎢、鉭和鎳鉬中的一種或其組合。金屬柵極107的形成也采用常規(guī)的沉積工藝處理，如化學(xué)氣相沉積(CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、或物理氣相沉積(PVD)。作為另一實例，在形成完柵介質(zhì)層106后還可以形成以TiN、TaN、TiAl、Ti為材料的擴散阻擋層，防止后續(xù)形成的金屬柵極107的金屬離子擴散至第三層間介質(zhì)層105c中。本實施例中，在去除多晶硅柵極102之前，先去除側(cè)墻及多晶硅柵極102頂部的阻擋層1042，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層1041，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層101的厚度一致；在第一層間介質(zhì)層10 上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極的第二層間介質(zhì)層10 ；對第二層間介質(zhì)層10 進行化學(xué)機械研磨(CMP)至露出多晶硅柵極102 ；然后去除多晶硅柵極 102和犧牲氧化層101，使得第三層間介質(zhì)層105c與側(cè)墻中阻擋層1041和氧化硅層103頂部齊平。在后續(xù)對金屬層進行化學(xué)機械拋光(CMP)形成金屬柵極107的過程中，既可避免在第三層間介質(zhì)層105c上產(chǎn)生金屬層殘留，也避免了在阻擋層1041及氧化硅層103中產(chǎn)生凹陷，在凹陷內(nèi)形成金屬層的情況；有效防止了不必要的金屬層的產(chǎn)生而導(dǎo)致的短路現(xiàn)象， 提高半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。第二實施例圖16至圖M為本發(fā)明形成MOS晶體管的具體實施例示意圖。參照圖16，提供半導(dǎo)體襯底200，在所述半導(dǎo)體襯底200上依次形成有犧牲氧化層 201和多晶硅柵極202 ；在多晶硅柵極202兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成有淺摻雜區(qū)203。 具體形成工藝如下用熱氧化法在半導(dǎo)體襯底200上形成一層犧牲氧化層201，在犧牲氧化層201上形成第一光刻膠層(未示出)；經(jīng)過曝光顯影，定義出η阱或ρ阱圖形；以第一光刻膠層為掩膜，采用離子注入法對半導(dǎo)體襯底200進行摻雜，形成MOS阱(未示出)；去除第一光刻膠層，在犧牲氧化層201上形成多晶硅層；在多晶硅層上形成第二光刻膠層(未示出)，經(jīng)曝光顯影，定義出柵極圖形；沿柵極圖形刻蝕多晶硅層和犧牲氧化層201至露出半導(dǎo)體襯底200，形成多晶硅柵極202 ；以多晶硅柵極202為掩膜，向半導(dǎo)體襯底200內(nèi)進行離子注入，形成淺摻雜區(qū)203。參照圖17，在所述半導(dǎo)體襯底200上形成包圍氧化硅層204及多晶硅柵極202的阻擋層205，所述阻擋層205包含位于多晶硅柵極202上的阻擋層2052和位于多晶硅柵極 202兩側(cè)氧化硅層204側(cè)面的阻擋層2051 ；所述阻擋層2051與氧化硅層204構(gòu)成側(cè)墻；在多晶硅柵極202兩側(cè)的側(cè)墻側(cè)面的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)注入離子，形成源極2061、漏極2062 和淺摻雜漏2031 (LDD)，所述源極2061和漏極2062的摻雜深度比淺摻雜區(qū)203深。具體形成上述膜層的工藝如下用化學(xué)氣相沉積法在半導(dǎo)體襯底200上形成覆蓋多晶硅柵極202的氧化硅層204 ；刻蝕所述氧化硅層204至露出半導(dǎo)體襯底200 ；用化學(xué)氣相沉積法在半導(dǎo)體襯底200上形成覆蓋多晶硅柵極202和氧化硅層204的阻擋層205 ；用離子注入法在多晶硅柵極202兩側(cè)的側(cè)墻側(cè)面的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)注入離子，所述離子注入深度比淺摻雜區(qū)203深，形成源極2061、漏極2062及淺摻雜漏2031 (LDD)。本實施例中，所述阻擋層205的材料為氮化硅。參照圖18，在所述阻擋層205上形成第一層間介質(zhì)層207a，并用化學(xué)機械研磨法 (CMP)研磨第一層間介質(zhì)層207a至露出阻擋層2052。本實施例中，所述形成第一層間介質(zhì)層207a的材料和方法如第一實施例所述。參照圖19，去除側(cè)墻及多晶硅柵極202頂部的阻擋層2052，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層2051，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層201的厚度一致。本實施例中，去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層2051所采用的方法如第一實施例所述。
參照圖20，在第一層間介質(zhì)層207a上形成覆蓋多晶硅柵極202和側(cè)墻的第二層間介質(zhì)層207b。參照圖21，用化學(xué)機械研磨法研磨所述第二層間介質(zhì)層207b和第一層間介質(zhì)層 207a至露出多晶硅柵極202，所述研磨后的層間介質(zhì)層為第三層間介質(zhì)層207c。本實施例中，用化學(xué)機械研磨(CMP)研磨第二層間介質(zhì)層207b和第一層間介質(zhì)層 207a時，選用含有Ce02、Mn02、Zr02, A1203或者Si02研磨顆粒，且粒徑在100 500納米的研磨液。優(yōu)選含有Ce02，粒徑在100 500納米的研磨液。這是由于Ce02基研磨液對多晶硅柵極有很好的自動停止作用，研磨后，多晶硅柵極損失小于50A。參照圖22，用干法刻蝕法去除多晶硅柵極202至露出犧牲氧化層201，形成溝槽。參照圖23，去除溝槽內(nèi)犧牲氧化層201，且使側(cè)墻中氧化硅層204和第三層間介質(zhì)層207c與側(cè)墻中阻擋層2051表面齊平。本實施例中，由于犧牲氧化層201的材料與側(cè)墻中氧化硅層204及第三層間介質(zhì)層207c的材料相同或相似，因此在去除犧牲氧化層201時，側(cè)墻中氧化硅層204和第三層間介質(zhì)層207c也被刻蝕去相應(yīng)厚度，使得去除犧牲氧化層101后，側(cè)墻中的氧化硅層204 和第三層間介質(zhì)層207c與側(cè)墻中阻擋層2051表面相齊平。參照圖對，在溝槽內(nèi)形成柵介質(zhì)層208和金屬柵極209。具體形成工藝如第一實施例所述。本實施例中，所述柵介質(zhì)層208為高k材料，具體可以選自HfSiO、HfZrO, HfLaO, HfO2的一種或其組合。形成柵介質(zhì)層208的方法為化學(xué)氣相沉積(CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)或物理氣相沉積(PVD)。本實施例中，金屬柵極209的材料可以是鋁、銅、鎳、鉻、鈦、鈦鎢、鉭和鎳鉬中的一種或其組合。金屬柵極209的形成也采用常規(guī)的沉積工藝處理，如化學(xué)氣相沉積(CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、或物理氣相沉積(PVD)。作為另一實例，在形成完柵介質(zhì)層208后還可以形成以TiN、TaN、TiAl、Ti為材料的擴散阻擋層，防止后續(xù)形成的金屬柵極209的金屬離子擴散至第三層間介質(zhì)層207c中。本實施例中，在去除多晶硅柵極202之前，先去除側(cè)墻及多晶硅柵極202頂部的阻擋層2052，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層2051，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層201的厚度一致；在第一層間介質(zhì)層207a上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極202的第二層間介質(zhì)層207b ； 對第二層間介質(zhì)層207b進行化學(xué)機械研磨(CMP)至露出多晶硅柵極202;然后去除多晶硅柵極202和犧牲氧化層201，使得第三層間介質(zhì)層207c與側(cè)墻中阻擋層2051和氧化硅層 204頂部齊平，在后續(xù)對金屬層進行化學(xué)機械拋光(CMP)形成金屬柵極的過程中，既可避免在層間介質(zhì)層上產(chǎn)生金屬層殘留，也避免了在阻擋層及氧化硅層中產(chǎn)生凹陷，在凹陷內(nèi)形成金屬層的情況；有效防止了不必要的金屬層的產(chǎn)生而導(dǎo)致的短路現(xiàn)象，提高半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。。并且本發(fā)明的形成方法是在現(xiàn)有工藝上增加阻擋層2052的刻蝕、第二層間介質(zhì)層207b的形成以及第三層間介質(zhì)層207c的化學(xué)機械研磨三道常規(guī)的工藝，不需要對現(xiàn)有工藝作很大的變動，很方便在現(xiàn)有工藝中弓I入應(yīng)用。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，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)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種金屬柵極及MOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有犧牲氧化層和多晶硅柵極，所述多晶硅柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上具有氧化硅層；在所述半導(dǎo)體襯底上形成阻擋層，所述阻擋層包圍氧化硅層及多晶硅柵極，所述位于多晶硅柵極兩側(cè)氧化硅層側(cè)面的阻擋層與氧化硅層構(gòu)成側(cè)墻； 在阻擋層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極的第一層間介質(zhì)層； 對第一層間介質(zhì)層進行研磨至露出阻擋層；去除側(cè)墻及多晶硅柵極頂部的阻擋層，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層的厚度一致；在第一層間介質(zhì)層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極第二層間介質(zhì)層； 研磨第二層間介質(zhì)層至露出多晶硅柵極，使第二層間介質(zhì)層表面與側(cè)墻中氧化硅層及多晶硅柵極頂部齊平；去除所述多晶硅柵極，形成溝槽；去除溝槽內(nèi)的犧牲氧化層，且使層間介質(zhì)層和側(cè)墻中氧化硅層表面與側(cè)墻中阻擋層表面齊平；向溝槽內(nèi)填充滿金屬層，形成金屬柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于研磨所述第一層間介質(zhì)層及第二層間介質(zhì)層的方法為化學(xué)機械研磨法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述化學(xué)機械研磨法采用的研磨液含有 CeO2, MnO2, ZrO2, Al2O3 或 SiO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層的方法為濕法刻蝕法或干法刻蝕法。
5.根據(jù)權(quán)利要去1或4所述的形成方法，其特征在于所述阻擋層材料為氮化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于所述濕法刻蝕法采用的溶液為濃磷酸，濃度為85%，刻蝕速率為500 1500埃/分鐘，刻蝕氮化硅層與氧化硅層的速率比大于 50 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于所述干法刻蝕法采用的氣體為含C、 H和F的氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成方法，其特征在于所述氣體為CHF3、CH2F2或CH3F,刻蝕速率為100 500埃/分鐘，刻蝕氮化硅層與氧化硅層的速率比為3 1 6 1。
9.根據(jù)權(quán)利要去1所述的形成方法，其特征在于所述第一層間介質(zhì)層和第二層間介質(zhì)層的材料為含硅氧化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的形成方法，其特征在于形成所述第一層間介質(zhì)層和第二層間介質(zhì)層的方法為高密度等離子生長方法或高深寬比生長方法。
11.根據(jù)權(quán)利要去1所述的形成方法，其特征在于所述犧牲氧化層的材料為含硅氧化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的形成方法，其特征在于形成所述犧牲氧化層的方法為爐管熱氧化法。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述金屬層材料是鋁、銅、鎳、鉻、鎢、鈦、鈦鎢、鉭和鎳鉬中的一種或其組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于在形成金屬柵極之前還包括在溝槽內(nèi)的半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的形成方法，其特征在于所述柵介質(zhì)層的材料為高k材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的形成方法，其特征在于所述高k材料為HfSiO、HfZrO和 HfLaO中的一種或其組合。
17.—種MOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有犧牲氧化層和多晶硅柵極，所述多晶硅柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底上具有氧化硅層；在所述半導(dǎo)體襯底上形成阻擋層，所述阻擋層包圍氧化硅層及多晶硅柵極，所述位于多晶硅柵極兩側(cè)氧化硅層側(cè)面的阻擋層與氧化硅層構(gòu)成側(cè)墻； 在多晶硅柵極和側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源/漏極； 在阻擋層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極的第一層間介質(zhì)層； 對第一層間介質(zhì)層進行研磨至露出阻擋層；去除側(cè)墻及多晶硅柵極頂部的阻擋層，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層，所述預(yù)定厚度與犧牲氧化層的厚度一致；在第一層間介質(zhì)層上形成覆蓋側(cè)墻及多晶硅柵極第二層間介質(zhì)層； 研磨第二層間介質(zhì)層至露出多晶硅柵極，使第二層間介質(zhì)層表面與側(cè)墻中氧化硅層及多晶硅柵極頂部齊平；去除所述多晶硅柵極，形成溝槽；去除溝槽內(nèi)的犧牲氧化層，且使層間介質(zhì)層和側(cè)墻中氧化硅層表面與側(cè)墻中阻擋層表面齊平；向溝槽內(nèi)填充滿金屬層，形成金屬柵極。
全文摘要
一種金屬柵極及MOS晶體管的形成方法，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有犧牲氧化層、多晶硅柵極、氧化硅層和阻擋層，所述位于多晶硅柵極兩側(cè)氧化硅層側(cè)面的阻擋層與氧化硅層構(gòu)成側(cè)墻；形成第一層間介質(zhì)層；研磨第一層間介質(zhì)層至露出阻擋層；去除側(cè)墻及多晶硅柵極頂部的阻擋層，并去除預(yù)定厚度的側(cè)墻中阻擋層；形成第二層間介質(zhì)層；研磨第二層間介質(zhì)層至露出多晶硅柵極；去除所述多晶硅柵極和犧牲氧化層，且使層間介質(zhì)層和側(cè)墻中氧化硅層表面與側(cè)墻中阻擋層表面齊平；向溝槽內(nèi)填充滿金屬層，形成金屬柵極。本發(fā)明形成的半導(dǎo)體器件有效防止形成金屬層后出現(xiàn)金屬橋接、金屬殘留的問題，提高半導(dǎo)體器件的電性能和可靠性。
文檔編號H01L21/336GK102487010SQ20101057116
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者蔣莉, 黎銘琦 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司