專利名稱：高k金屬柵電極的制作方法及其高k金屬柵結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域，尤其涉及高K金屬柵電極的制作方法及其高K金屬柵結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的飛速發(fā)展，SiOdt為傳統(tǒng)的柵介質(zhì)將不能滿足CMOS器件高集成度的要求，需要一種高k介質(zhì)材料來替代傳統(tǒng)的Si02。但是，在應(yīng)用中，多晶硅與高k介質(zhì)材料的結(jié)合會出現(xiàn)許多問題，例如，多晶硅耗盡效應(yīng)、過高的柵電阻等，因此，現(xiàn)在通常采用金屬柵替代多晶娃柵電極。目前，通常采用gate last技術(shù)形成金屬柵電極,gate last技術(shù)是在襯底上進(jìn)行源/漏區(qū)離子注入操作以及退火步驟完成之后形成金屬柵電極。公開號為CN 1612299A的中國專利申請公開了一種形成金屬柵電極的方法，如圖1 圖7所示。該方法包括:參考圖1，在基底I上形成柵介質(zhì)層2 ;參考圖2，在所述柵介質(zhì)層2上形成圖形化的多晶硅層3(犧牲柵，dummy gate);參考圖3，形成環(huán)繞所述圖形化的多晶硅層3的側(cè)墻7 ;參考圖4，形成覆蓋所述圖形化的多晶硅層3及側(cè)墻7的層間介質(zhì)層4 ;參考圖5，平坦化所述層間介質(zhì)層至暴露出所述圖形化的多晶硅層3 ;參考圖6，去除所述圖形化的多晶硅層3，在所述層間介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽5;參考圖7，形成填充所述溝槽且覆蓋所述層間介質(zhì)層4的金屬層6，平坦化所述金屬層6直至暴露出層間介質(zhì)層4。其中，所述去除多晶硅層可以采用干法或濕法刻蝕工藝，所述平坦化可以采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝。實踐中發(fā)現(xiàn)，在去除所述圖形化的多晶硅層形成金屬柵電極的過程中，如圖5以及圖7所示步驟的兩次平坦化工藝，都會導(dǎo)致層間介質(zhì)層的損耗，進(jìn)而影響最終形成的金屬柵電極的高度，而對于層間介質(zhì)層來說，經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨后損耗的越多，則最終形成的金屬柵電極的高度越低。而金屬柵電極的高度降低將導(dǎo)致金屬柵方塊電阻(Rs)增大?，F(xiàn)有技術(shù)為解決上述金屬柵高度降低的問題，通常是通過增加犧牲柵的高度來實現(xiàn)，例如，可以在圖2所示步驟中增加多晶硅層的高度，來彌補(bǔ)后續(xù)平坦化工藝所造成的金屬柵高度降低的問題。然而，增加犧牲柵的高度，又會導(dǎo)致離子注入時的遮蔽效應(yīng)(shadoweffect)。也就是說，在前述圖3與圖4所示步驟之間，還包括通過離子注入形成源/漏區(qū)的步驟(未圖示)，因此，過高的多晶硅層阻擋了向晶體管的溝道區(qū)進(jìn)行離子注入的能力。有鑒于此，需要一種新的高K金屬柵電極的制作方法及其高K金屬柵結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種高K金屬柵電極的制作方法及其高K金屬柵結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的金屬柵高度降低而導(dǎo)致的金屬柵電阻過大的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例首先提供一種高K金屬柵電極的制作方法，包括:提供襯底；
在所述襯底上形成第一柵結(jié)構(gòu)，所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)具有刻蝕停止層；去除部分刻蝕停止層，從而在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成開口 ；在所述開口內(nèi)的刻蝕停止層上形成第二金屬層?？蛇x的，所述開口的深度為第一柵結(jié)構(gòu)高度的50 % 70 %?？蛇x的，所述第二金屬層采用鈷-鎢-磷化學(xué)鍍方法形成。可選的，所述第二金屬層突出于所述第一柵結(jié)構(gòu)。可選的，所述第二金屬層突出的高度為第一柵結(jié)構(gòu)高度的10% 50%?？蛇x的，在所述開口內(nèi)填充第二金屬層的步驟之后，還包括在所述第一層間介質(zhì)層上形成第二層間介質(zhì)層，并覆蓋所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)?？蛇x的，所述形成第 二層間介質(zhì)層包括:低溫氧化沉積形成第二層間介質(zhì)層；平坦化第二層間介質(zhì)層,至暴露出所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)。可選的，所述第二金屬層采用沉積方法形成。可選的，通過沉積金屬鋁形成第二金屬層?？蛇x的，所述形成第一柵結(jié)構(gòu)包括:在所述襯底上形成犧牲柵結(jié)構(gòu)，包括柵介質(zhì)層和犧牲柵層；在所述犧牲柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成刻蝕停止層；在所述襯底上形成第一層間介質(zhì)層覆蓋所述犧牲柵結(jié)構(gòu)；移除所述犧牲柵層，形成溝槽；在所述溝槽內(nèi)形成金屬柵電極?？蛇x的，所述柵介質(zhì)層包括Hf02、HfSi0N、ZrO2^Al2O3或其它任意組合。可選的，所述犧牲柵層包括多晶硅。接下來，本發(fā)明另一實施例提供一種利用上述方法制作的高k金屬柵結(jié)構(gòu)，包括:襯底；第一柵結(jié)構(gòu),位于所述襯底上；刻蝕停止層，位于所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)，所述刻蝕停止層的高度低于所述第一柵結(jié)構(gòu)；第二金屬層，位于所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的刻蝕停止層上。可選的，所述第二金屬層的高度不超過所述第一柵結(jié)構(gòu)表面?？蛇x的，所述第二金屬層的表面突出于所述第一柵結(jié)構(gòu)表面并延伸至所述第一柵結(jié)構(gòu)表面?？蛇x的，所述第一柵結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層包括Hf02、HfSiON, ZrO2,Al2O3或其任意組合?？蛇x的，所述金屬柵電極包括位于柵介質(zhì)層之上的功函數(shù)金屬層。可選的，若所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)用于P型MOS晶體管，所述功函數(shù)金屬層包括P型功函數(shù)金屬層，所述P型功函數(shù)金屬層包括TiN/TaN/Ti?？蛇x的，若所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)用于η型MOS晶體管，所述功函數(shù)金屬層包括N型功函數(shù)金屬層，所述N型功函數(shù)金屬層包括TiAl/TiN/Ti。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點:
1、通過在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口中填充第二金屬層，增大了金屬柵電極的尺寸，防止由于平坦化導(dǎo)致金屬柵高度降低引起的方塊電阻增大。2、通過在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口中填充第二金屬層并突出于第一柵結(jié)構(gòu)，在增大金屬柵電極尺寸的同時，又增加了金屬柵的高度，解決了由于平坦化工藝導(dǎo)致金屬柵電極高度降低的問題，進(jìn)一步降低了金屬柵電極的電阻。3、本發(fā)明實施例的上述方法，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于采用提高犧牲柵高度的方法所導(dǎo)致的遮蔽效應(yīng)的問題。


圖1 圖7是現(xiàn)有技術(shù)形成金屬柵電極方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明的一實施例高K金屬柵電極制作方法的流程示意圖；圖9是本發(fā)明的另一實施例第一柵結(jié)構(gòu)制作方法的流程示意圖；圖10 圖21是本發(fā)明的一實施例高K金屬柵電極制作方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。本發(fā)明實施例首先提供一種高k金屬柵電極的制作方法，如圖8所示，圖8是本發(fā)明的一實施例高K金屬柵電極制作方法的流程示意圖，該方法至少包括以下步驟:步驟S10，提供襯底；步驟S20，在所述襯底上形成第一柵結(jié)構(gòu)，所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)具有刻蝕停止層；步驟S30，去除部分刻蝕停止層，從而在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成開口 ；步驟S40,在所述開口內(nèi)填充第二金屬層。下面結(jié)合圖8以及圖10 圖21對本發(fā)明高k金屬柵電極的制作方法做詳細(xì)說明。參考步驟SlO及圖10，提供襯底101。所述襯底101可以是硅襯底，含硅襯底或絕緣體上硅(SOI)襯底等其他半導(dǎo)體襯底。在上述襯底101的表面定義第I區(qū)域和第II區(qū)域，且在該襯底101內(nèi)形成用于電性隔離所述第I區(qū)域和第II區(qū)域的隔離結(jié)構(gòu)102，例如是淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)，或者是硅局部氧化物(LOCOS)結(jié)構(gòu)。為描述方便，在本發(fā)明的實施例中，設(shè)上述的第I區(qū)域為用于形成NMOS晶體管的區(qū)域，上述的第II區(qū)域為用于形成PMOS晶體管的區(qū)域，當(dāng)然也可以有所不同。以下將以上述設(shè)定為例進(jìn)行說明。參考步驟S20，在所述襯底101上形成第一柵結(jié)構(gòu)，所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)具有刻蝕停止層105。所述第一柵結(jié)構(gòu)包括高k柵介質(zhì)層和金屬柵電極。由于柵介質(zhì)層和金屬柵電極之間的界面是決定有效功函數(shù)的重要因素，通常通過在柵介質(zhì)層上沉積一“輔助”金屬層來調(diào)節(jié)功函數(shù)。本實施例中，金屬柵電極由位于高k金屬柵介質(zhì)層之上的功函數(shù)金屬層與第一金屬層構(gòu)成。所述第一金屬層為金屬鋁；所述功函數(shù)金屬層包括P型功函數(shù)金屬層和N型功函數(shù)金屬層。N型功函數(shù)金屬層(N work functional metal)用于N型MOS晶體管。該N型功函數(shù)金屬層可通過ALD、PVD, CVD或其它工藝形成，該N型功函數(shù)層金屬層可選擇地包括適合的金屬，例如TiAl等。此外，該N型功函數(shù)金屬層也可以包括多重金屬層結(jié)構(gòu)，例如TiAl/TiN/Ti。P型功函數(shù)金屬層(P work functional metal)用于P型MOS晶體管。該P(yáng)型功函數(shù)金屬層可通過ALD、PVD、CVD或其它工藝形成，該P(yáng)型功函數(shù)層金屬層可選擇地包括適合的金屬，例如TiN等。此外，該P(yáng)型功函數(shù)金屬層也可以包括多重金屬層結(jié)構(gòu)，例如TiN/TaN/Ti。具體形成第一柵結(jié)構(gòu)的方法請參考圖9，圖9示出了本發(fā)明一實施例的形成第一柵結(jié)構(gòu)的流程示意圖，包括以下步驟:步驟S201，在所述襯底上形成犧牲柵結(jié)構(gòu)，所述犧牲柵結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層和犧牲柵層；步驟S202，在所述犧牲柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成刻蝕停止層；步驟S203，在襯底上形成第一層間介質(zhì)層覆蓋所述犧牲柵結(jié)構(gòu)；步驟S204，移除所述犧牲柵層，形成溝槽；步驟S205，在所述溝槽內(nèi)形成金屬柵電極。下面結(jié)合參考圖11至圖16對本發(fā)明實施例形成第一柵結(jié)構(gòu)的方法做詳細(xì)說明。參考步驟S201及圖11，`在所述襯底上形成犧牲柵結(jié)構(gòu)，所述犧牲柵結(jié)構(gòu)包括高k柵介質(zhì)層103和犧牲柵層104。具體在所述襯底上形成犧牲柵結(jié)構(gòu)包括:在襯底101上依次形成高k柵介質(zhì)層和犧牲柵層，高k柵介質(zhì)層和犧牲柵層覆蓋襯底表面的第I區(qū)域和第II區(qū)域。在犧牲柵層上形成圖形化的光刻膠層(未圖示)，作為掩膜，通過干法或濕法刻蝕，去除部分高k柵介質(zhì)層和犧牲柵層，分別在第I區(qū)域和第II區(qū)域，即NMOS和PMOS區(qū)域上，形成如圖12所示的高k柵介質(zhì)層103和犧牲柵層104，構(gòu)成犧牲柵結(jié)構(gòu)。所述高1^柵介質(zhì)層可以包括!1 )2、!^510隊2102、41203或其它任意組合。所述犧牲柵層例如是多晶硅層(poly)。所述高k柵介質(zhì)層103的高度大約在10埃 50埃之間。所述犧牲柵層104的高度大約在500埃 1000埃之間。并且，在形成圖形化的高k柵介質(zhì)層103和犧牲柵層104之后，還包括以所述犧牲柵結(jié)構(gòu)為阻擋層，采用離子注入工藝向第一 /第II區(qū)域進(jìn)行離子注入形成源/漏區(qū)(未圖示)O參考步驟S202及圖12，在所述犧牲柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成刻蝕停止層105。作為本發(fā)明一實施例，所述刻蝕停止層105覆蓋襯底101表面，并形成在犧牲柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)，所述刻蝕停止層105是為了防止后續(xù)步驟中對半導(dǎo)體襯底及源/漏區(qū)(未圖示)的刻蝕損傷。所述刻蝕停止層105可以是氮化硅等，所述刻蝕停止層105可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)方法形成。參考步驟S203及圖13，在襯底上形成第一層間介質(zhì)層106以覆蓋所述犧牲柵結(jié)構(gòu)。所述第一層間介質(zhì)層106形成于犧牲柵結(jié)構(gòu)之間的間隙內(nèi)，并覆蓋所述犧牲柵結(jié)構(gòu)。所述第一層間介質(zhì)層106可包括氧化硅，可以通過高密度等離子體(HDP)沉積工藝形成在襯底101之上。在形成第一層間介質(zhì)層106之后，實施CMP工藝于該層間介質(zhì)層之上，直至暴露出所述犧牲柵層104。接著需要形成金屬柵電極，由于第I區(qū)域和第II區(qū)域分別設(shè)定為NMOS和PM0S，由于二者功函數(shù)金屬層材料的不同，需要分別形成NMOS和PM0S。以下將以在第II區(qū)域形成PMOS金屬柵電極為例進(jìn)行說明。參考步驟S204及圖14，移除所述犧牲柵層104，形成溝槽。如前所述，由于多晶硅柵的耗盡效應(yīng)、過高的柵電阻以及與高k柵介質(zhì)材料的不兼容性，需要移除多晶硅層以金屬柵進(jìn)行替代。在所述第一層間介質(zhì)層106的某一區(qū)域上形成硬掩膜層109，作為本發(fā)明一實施例，該硬掩膜層109覆蓋襯底101上的第I區(qū)域。所述硬掩膜層109可包括氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或其它材料，形成所述硬掩膜層109可通過化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)，然后圖形化該硬掩膜層109。以上述圖形化的硬掩膜層109為掩膜，通過干法或濕法刻蝕工藝去除位于第II區(qū)域(即PMOS區(qū)域)的犧牲柵層104。作為本發(fā)明一實施例，可以通過濕法刻蝕工藝去除多晶硅層，該濕法刻蝕工藝包括對多晶硅層采用含氫氧化物溶液(例如氫氧化銨)、雙氧水或其它適合的溶液進(jìn)行刻蝕。該濕法刻蝕工藝可選擇性地去除犧牲柵層104，并停止于高k柵介質(zhì)層103，從而在犧牲柵結(jié)構(gòu)中形成溝槽。參考步驟S205及圖15、圖16，在所述溝槽內(nèi)形成金屬柵電極，所述金屬柵電極與所述高k柵介質(zhì)層構(gòu)成第一柵結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的一實施例，首先在第II區(qū)域(即PMOS區(qū)域)形成金屬柵電極。具體在第II區(qū)域形成金屬柵電極的方法包括:在柵介質(zhì)層上沉積一“輔助”金屬層來調(diào)節(jié)適合PMOS的功函數(shù)，調(diào)節(jié)閾值電壓。作為本發(fā)明一實施例，于PMOS區(qū)域的柵極溝槽中形成P型功函數(shù)金屬層1071，該P(yáng)型功函數(shù)金屬層1071可以包括TiN/TaN/Ti，可以通過ALD方法依次沉積TiN、TaN和Ti形成，在柵極溝槽底部和側(cè)壁形成P型功函數(shù)金屬層1071。所述P型功函數(shù)金屬層1071的厚度大約為10埃 500埃。之后，利用化學(xué)氣相沉積工藝于PMOS柵極溝槽中進(jìn)一步填充金屬材料，例如是金屬鋁、銅或其它低阻值穩(wěn)定金屬形成第一金屬層108。作為本發(fā)明的一實施例，采用金屬鋁形成第一金屬層108,如圖15所不。所述第一金屬層108形成于所述P型功函數(shù)金屬層1071之上，所述第一金屬層的高度大約為500埃 5000埃。位于高k柵介質(zhì)層103之上的P型功函數(shù)金屬層1071和第一金屬層108構(gòu)成PMOS區(qū)域的金屬柵電極。以上給出在第II區(qū)域(即PMOS區(qū)域)形成金屬柵電極的方法，接下來，還需要在第I區(qū)域(即NMOS區(qū)域)形成金屬柵電極。具體在第I區(qū)域形成金屬柵電極的方法，請參考上述在第II區(qū)域形成金屬柵電極的方法，經(jīng)過該工藝之后，如圖16所示，在第I區(qū)域依次形成了 N型功函數(shù)金屬層1072和第一金屬層108。所述N型功函數(shù)金屬層1072可以包括TiAl/TiN/Ti，可以通過ALD方法依次沉積TiAl, TiN和Ti形成，在柵極溝槽底部和側(cè)壁形成N型功函數(shù)金屬層1072。所述N型功函數(shù)金屬層1072的厚度大約為10埃 500埃。
所述第一金屬層108的高度大約為500埃 5000埃。位于高k柵介質(zhì)層103之上的N型功函數(shù)金屬層1072和第一金屬層108構(gòu)成NMOS區(qū)域的金屬柵電極。在PMOS區(qū)域和NMOS區(qū)域形成金屬柵電極的步驟之后，所述金屬柵電極與高k介質(zhì)層103構(gòu)成第一柵結(jié)構(gòu)，如圖16所示。在形成第一柵結(jié)構(gòu)之后，對金屬柵電極實施平坦化工藝，停止于層間介質(zhì)層106。參考步驟S30及圖17，去除部分刻蝕停止層105，從而在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成開口112。經(jīng)過前述步驟，于襯底101上形成了第一柵結(jié)構(gòu)，但由于經(jīng)過多次CMP平坦化處理，導(dǎo)致金屬柵電極高度降低，而較低高度的金屬柵電極將導(dǎo)致金屬柵方塊電阻(Rs)增大。本發(fā)明實施例通過下述方法來解決以上問題，同時又避免了現(xiàn)有技術(shù)中通過增加犧牲柵高度帶來的遮蔽效應(yīng)(shadow effect)。本發(fā)明實施例通過濕法或干法刻蝕工藝，去除位于第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的部分刻蝕停止層105，從而在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)、刻蝕停止層105內(nèi)形成開口 112。所述開口 112的深度(也即刻蝕停止層被去除的高度)大約為第一柵結(jié)構(gòu)高度的50% 70%，該開口 112的深度是作為本發(fā)明的一較佳實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解的是，通過后續(xù)在該開口中填充第二金屬層可以增大金屬柵電極的尺寸，從而降低金屬柵電極的方塊電阻，因此，刻蝕停止層被去除的高度也可以是小于50%或大于70%的范圍(需注意避免過刻蝕損傷源/漏區(qū))。參考步驟S40及圖18、圖19，在所述開口內(nèi)填充第二金屬層。在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口 112內(nèi)形成第二金屬層構(gòu)成第二高k金屬柵結(jié)構(gòu)。所述第二金屬層可以僅填充第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口，形成類似“DD，，形狀的第二金屬層；也可以除了填充第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口，并覆蓋第一柵結(jié)構(gòu)，形成類似“h”形狀的第二金屬層，所述第二金屬層與所述金屬柵電極相鄰并接觸。作為本發(fā)明的一實施方式，采用化學(xué)鍍方法在開口 112內(nèi)填充第二金屬層。作為本發(fā)明的一實施例，參考圖18，通過鈷-鎢-磷(CoWP)化學(xué)鍍在開口 112內(nèi)填充第二金屬層1101。采用化學(xué)鍍的方法，使得第二金屬層1101與開口下方的刻蝕停止層105的結(jié)合力好。由于化學(xué)鍍具有在導(dǎo)電材料上生長的選擇性，因此具有類似“自對準(zhǔn)”的特性，從而在功函數(shù)金屬層1071、1072和第一金屬層108上生長第二金屬層1101,并填充位于第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口 112，直至形成覆蓋第一柵結(jié)構(gòu)及開口的第二金屬層1101。也就是說，該第二金屬層1101突出于第一柵結(jié)構(gòu)，并且延伸至第一柵結(jié)構(gòu)的金屬柵電極表面，所述第二金屬層1101突出的高度大約為第一柵結(jié)構(gòu)高度的10% 50%。作為其他選擇，第二金屬層1101也可以為其它能采用自對準(zhǔn)選擇性化學(xué)鍍的低阻值金屬或金屬化合物。作為本發(fā)明的另一實施方式，還可以通過沉積方法在開口 112內(nèi)填充第二金屬層。參考圖19，通過CVD、PVD或其他工藝在開口內(nèi)沉積第二金屬層1102，所述第二金屬層1102可以是采用沉積方法形成，例如沉積金屬鋁、銅、鎢等形成，作為本發(fā)明的一實施例，采用沉積金屬鋁形成第二金屬層1102。所述第二金屬層1102僅填充第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口112,作為本發(fā)明的一實施例,第二金屬層1102的表面與所述第一柵結(jié)構(gòu)的表面齊平(此處的齊平并非高度完全相等，可能有所誤差)，當(dāng)然作為其他實施例，第二金屬層1102的表面也可以低于第一柵結(jié)構(gòu)的表面。雖然在上述實施方式中，第一金屬層與第二金屬層的材質(zhì)相同(都為金屬鋁)，但也可以是不同的金屬材質(zhì)。所述第二金屬層1101與第一柵結(jié)構(gòu)，或第二金屬層1102與第一柵結(jié)構(gòu)一起共同構(gòu)成第二高k金屬柵結(jié)構(gòu)。若在步驟S40形成的第二金屬層高出所述第一柵結(jié)構(gòu)的表面，需要在所述第一層間介質(zhì)層106上形成第二層間介質(zhì)層111，并覆蓋所述第二高k金屬柵結(jié)構(gòu)。具體形成第二層間介質(zhì)層的方法請參考步驟S50及圖20，形成第二層間介質(zhì)層111，覆蓋所述第二高k金屬柵結(jié)構(gòu)。所述形成第二層間介質(zhì)層可以是低溫氧化沉積形成第二層間介質(zhì)層111，所述溫度可以在300°C 400°C之間，優(yōu)選的是，小于300°C。參考步驟S60及圖21，平坦化第二層間介質(zhì)層111，至暴露出所述第二高k金屬柵結(jié)構(gòu)。在前述形成第二層間介質(zhì)層111之后，采用CMP工藝平坦化第二層間介質(zhì)層111，至暴露出所述第二高k金屬柵結(jié)構(gòu)。反之，若在步驟S40形成的第二金屬層不高出所述第一柵結(jié)構(gòu)的表面，則可以不必形成第二層間介質(zhì)層，此時，進(jìn)行平坦化工藝，去除步驟S40中產(chǎn)生的多余的金屬鋁即可。應(yīng)該了解的是，經(jīng)過上述步驟之后，該半導(dǎo)體裝置可以進(jìn)行更進(jìn)一步的工藝以形成其他結(jié)構(gòu)，例如硅化物層、金屬互連層等，在此不予贅述。接下來，本發(fā)明實施例還提供利用前述方法形成的高K金屬柵結(jié)構(gòu)，包括:襯底；第一柵結(jié)構(gòu)，位于所述襯底上；刻蝕停止層，位于所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)，所述刻蝕停止層的高度低于所述第一柵結(jié)構(gòu)，在所述第一柵結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成開口 ；第二金屬層，位于所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口之中。所述第二金屬層可以僅形成在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口中，形成類似“P”形狀的第二金屬層，所述第二金屬層的表面與所述第一柵結(jié)構(gòu)表面齊平，如圖19所示，或所述第二金屬層的表面低于第一柵結(jié)構(gòu)的表面；所述第二金屬層也可以除了形成于第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口中，第二金屬層的表面突出于所述第一柵結(jié)構(gòu)表面，形成類似“固”形狀的第二金屬層，如圖18所示。其中，所述第一柵結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層和金屬柵電極，所述柵介質(zhì)層包括Η 2、HfSi0N、Zr02、Al203或其它任意組合，所述金屬柵電極包括位于柵介質(zhì)層之上的功函數(shù)金屬層和第一金屬層。所述功函數(shù)金屬層包括P型功函數(shù)金屬層，所述P型功函數(shù)金屬層包括TiN/TaN/Ti，所述功函數(shù)金屬層包括N型功函數(shù)金屬層，所述N型功函數(shù)金屬層包括TiAl/TiN/Ti，所述第一金屬層可以是金屬鋁、銅等。根據(jù)上述制作高K金屬柵電極的方法，通過在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成開口，填充第二金屬層，從而增大金屬柵電極的尺寸，降低金屬柵方塊電阻。并且本發(fā)明實施例，還可以采用化學(xué)鍍工藝形成高于第一柵結(jié)構(gòu)的第二金屬層，在增大金屬柵電極尺寸的同時還增加金屬柵電極的高度，進(jìn) 一步降低金屬柵方塊電阻(Rs)。本發(fā)明雖然已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)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，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)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，該方法包括: 提供襯底； 在所述襯底上形成第一柵結(jié)構(gòu)，所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)具有刻蝕停止層； 去除部分刻蝕停止層，從而在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成開口 ； 在所述開口內(nèi)的刻蝕停止層上形成第二金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，所述開口的深度為第一柵結(jié)構(gòu)高度的50% 70%。
3.如權(quán)利要求1所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，所述第二金屬層采用鈷-鎢-磷化學(xué)鍍方法形成。
4.如權(quán)利要求3所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，所述第二金屬層突出于所述第一柵結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，所述第二金屬層突出的高度為第一柵結(jié)構(gòu)高度的10% 50%。
6.如權(quán)利要求4所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，在所述開口內(nèi)填充第二金屬層的步驟之后，還包括在所述第一層間介質(zhì)層上形成第二層間介質(zhì)層，并覆蓋所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，所述形成第二層間介質(zhì)層包括: 低溫氧化沉積形成第二層間介質(zhì)層； 平坦化第二層間介質(zhì)層，至暴露出所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，所述第二金屬層采用沉積方法形成。
9.如權(quán)利要求8所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，通過沉積金屬鋁形成第二金屬層。
10.如權(quán)利要求1所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，所述形成第一柵結(jié)構(gòu)包括: 在所述襯底上形成犧牲柵結(jié)構(gòu)，包括柵介質(zhì)層和犧牲柵層； 在所述犧牲柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成刻蝕停止層； 在所述襯底上形成第一層間介質(zhì)層覆蓋所述犧牲柵結(jié)構(gòu)； 移除所述犧牲柵層，形成溝槽； 在所述溝槽內(nèi)形成金屬柵電極。
11.如權(quán)利要求10所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)層包括HfO2, HfSiON, ZrO2, Al2O3 或其它任意組合。
12.如權(quán)利要求10所述的高k金屬柵電極的制作方法，其特征在于，所述犧牲柵層包括多晶娃。
13.一種利用權(quán)利要求1所述方法制作的高k金屬柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 襯底； 第一柵結(jié)構(gòu)，位于所述襯底上； 刻蝕停止層，位于所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)，所述刻蝕停止層的高度低于所述第一柵結(jié)構(gòu)； 第二金屬層，位于所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的刻蝕停止層上。
14.如權(quán)利要求13所述的高k金屬柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二金屬層的高度不超過所述第一柵結(jié)構(gòu)表面。
15.如權(quán)利要求13所述的高k金屬柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二金屬層的表面突出于所述第一柵結(jié)構(gòu)表面并延伸至所述第一柵結(jié)構(gòu)表面。
16.如權(quán)利要求13所述的高k金屬柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一柵結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層包括HfO2、HfSiON, ZrO2, Al2O3或其任意組合。
17.如權(quán)利要求13所述的高k金屬柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一柵結(jié)構(gòu)包括金屬柵電極，所述金屬柵電極包括位于柵介質(zhì)層之上的功函數(shù)金屬層。
18.如權(quán)利要求17所述的高k金屬柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，若所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)用于P型MOS晶體管，所述功函數(shù)金屬層包括P型功函數(shù)金屬層，所述P型功函數(shù)金屬層包括TiN/TaN/Ti。
19.如權(quán)利要求17所述的高k金屬柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，若所述高k金屬柵結(jié)構(gòu)用于η型MOS晶體管，所述功函數(shù)金屬層包括N型功函數(shù)金屬層，所述N型功函數(shù)金屬層包括TiAl/TiN/Ti。
全文摘要
一種高k金屬柵電極的制作方法，包括提供襯底；在所述襯底上形成第一柵結(jié)構(gòu)，所述第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)具有刻蝕停止層；去除部分刻蝕停止層，從而在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成開口；在所述開口內(nèi)的刻蝕停止層上形成第二金屬層。本發(fā)明實施例通過在第一柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口中填充第二金屬層，增大了金屬柵電極的尺寸，防止由于金屬柵電極尺寸減小所致的金屬柵方塊電阻增大。
文檔編號H01L21/28GK103187255SQ20111045406
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者韓秋華, 黃怡, 孟曉瑩 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司