金屬柵極的形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其是涉及一種金屬柵極的形成方法。
【背景技術】
[0002]集成電路尤其是超大規(guī)模集成電路中的主要器件是金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(metal oxide semiconductor field effect transistor,簡稱 MOS 晶體管)。自從MOS管被發(fā)明以來，其幾何尺寸一直在不斷縮小。在此情況下，各種限制和技術挑戰(zhàn)開始出現(xiàn)，器件尺寸的進一步縮小正變得越來越困難。隨著復合金屬氧化物半導體結構(CMOS,Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)制造工藝縮減到 32nm 以下級別，引入了米用新的設計和材料的技術。在MOS晶體管器件和電路制備中，最具挑戰(zhàn)性的是傳統(tǒng)CMOS器件在縮小的過程中由多晶硅和氧化硅(或氮氧化硅)形成的柵結構厚度減小帶來的較高的柵泄露電流。為此，已提出的解決方案是，采用金屬柵和高介電常數(shù)(K)柵介質替代傳統(tǒng)的重摻雜多晶硅柵和氧化硅(或氮氧化硅)柵介質。
[0003]現(xiàn)有金屬柵極的形成方法如圖1至圖5所示。
[0004]請參考圖1，提供半導體襯底100，半導體襯底100具有PMOS區(qū)域和NMOS區(qū)域，圖1中半導體襯底100左半部分區(qū)域為PMOS區(qū)域，半導體襯底100右半部分為NMOS區(qū)域。在PMOS區(qū)域上形成第一高K柵介質層111、第一阻擋層112和第一偽柵極113，在NMOS區(qū)域上形成第二高K柵介質層121、第二阻擋層122和第二偽柵極123，并形成層間介質層101覆蓋半導體襯底100，層間介質層101的表面和第一偽柵極113與第二偽柵極123的表面齊平。
[0005]請參考圖2，形成掩膜層102保護第二偽柵極123，并以掩膜層102為掩模，蝕刻去除圖1所示第一偽柵極113，形成第一凹槽114。
[0006]請參考圖3，在圖2所示第一凹槽114的底部和側壁形成第一功函數(shù)金屬層115，之后再用金屬材料填充滿圖2所示第一凹槽114直至形成第一金屬柵極116。
[0007]請參考圖4，去除圖3所示掩膜層102和第二偽柵極123，形成第二凹槽124。
[0008]請參考圖5，在圖4所示第二凹槽124的底部和側壁形成第二功函數(shù)金屬層125，之后再用金屬材料填充滿圖4所示第二凹槽124直至形成第二金屬柵極126。
[0009]由以上描述可知，現(xiàn)有金屬柵極的形成方法需要用不同的金屬材料分別形成不同的功函數(shù)金屬層，因此，其制作工藝復雜，并且工藝成本高。
[0010]為此，需要一種新的金屬柵極的形成方法，以防止克服現(xiàn)有方法制作工藝復雜和工藝成本高的問題。
【發(fā)明內容】
[0011]本發(fā)明解決的問題是提供一種金屬柵極的形成方法，以簡化制作工藝，并降低工藝成本。
[0012]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:
[0013]提供半導體襯底，所述半導體襯底具有PMOS區(qū)域和NMOS區(qū)域，所述PMOS區(qū)域從下到上形成有第一高K柵介質層、第一阻擋層和第一偽柵極，所述NMOS區(qū)域從下到上形成有第二高K柵介質層、第二阻擋層和第二偽柵極，所述半導體襯底上還具有層間介質層，所述層間介質層表面與所述第一偽柵極和所述第二偽柵極表面齊平；
[0014]去除所述第一偽柵極形成第一溝槽；
[0015]對所述第一阻擋層和所述第一高K柵介質層進行貯氣退火處理；
[0016]去除所述第二偽柵極形成第二溝槽；
[0017]在所述第一溝槽和所述第二溝槽的底部和側壁同時形成功函數(shù)金屬層；
[0018]采用金屬材料同時填充滿所述第一溝槽和所述第二溝槽。
[0019]可選的，所述貯氣退火處理為氦氣退火處理或者氧氣退火處理。
[0020]可選的，所述氦氣退火處理采用的溫度范圍為500°C?1500°C，采用的氦氣流量范圍為1sccm?100sccm,米用的退火時間為1s?600s。
[0021]可選的，所述氧氣退火處理采用的溫度范圍為100°C?400°C，采用的氧氣流量范圍為1sccm?100sccm,米用的退火時間為Is?600s。
[0022]可選的，在形成所述第一溝槽后，且在進行所述氦氣退火處理前，所述形成方法還包括:進行干燥處理。
[0023]為解決上述問題，本發(fā)明還提供了另外一種金屬柵極的形成方法，包括:
[0024]提供半導體襯底，所述半導體襯底具有PMOS區(qū)域和NMOS區(qū)域，所述PMOS區(qū)域從下到上形成有第一界面層和第一偽柵極，所述NMOS區(qū)域從下到上形成有第二界面層和第二偽柵極，所述半導體襯底上還具有層間介質層，所述層間介質層表面與所述第一偽柵極和所述第二偽柵極表面齊平；
[0025]去除所述第一界面層和所述第一偽柵極形成第一溝槽，去除所述第二界面層和所述第二偽柵極形成第二溝槽；
[0026]在所述第一溝槽內形成第一高K柵介質層、第一阻擋層和第一填充層，在所述第二溝槽內形成第二高K柵介質層、第二阻擋層和第二填充層；
[0027]去除所述第一填充層直至重新形成所述第一溝槽；
[0028]對所述第一高K柵介質層和所述第一阻擋層進行貯氣退火處理；
[0029]去除所述第二填充層直至重新形成所述第二溝槽；
[0030]在所述第一溝槽和所述第二溝槽的底部和側壁同時形成功函數(shù)金屬層；
[0031]采用金屬材料同時填充滿所述第一溝槽和所述第二溝槽。
[0032]可選的，所述貯氣退火處理為氦氣退火處理或者氧氣退火處理。
[0033]可選的，所述氦氣退火處理采用的溫度范圍為500°C?1500°C，采用的氦氣流量范圍為1sccm?100sccm,米用的退火時間為1s?600s。
[0034]可選的，所述氧氣退火處理采用的溫度范圍為100°C?400°C，采用的氧氣流量范圍為1sccm?100sccm,米用的退火時間為Is?600s。
[0035]可選的，在形成所述第一溝槽后，且在進行所述氦氣退火處理前，所述形成方法還包括:進行干燥處理。
[0036]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
[0037]本發(fā)明的技術方案中，在PMOS區(qū)域和NMOS區(qū)域上形成阻擋層和高K柵介質層之后，對位于PMOS區(qū)域上的阻擋層和高K柵介質層進行貯氣退火處理，然后同時在PMOS區(qū)域和NMOS區(qū)域上形成功函數(shù)金屬層，此后同時在PMOS區(qū)域和NMOS區(qū)域上形成金屬柵極。所形成的功函數(shù)金屬層的功函數(shù)滿足NMOS晶體管的要求。而對于位于PMOS區(qū)域上的功函數(shù)金屬層而言，其形成在經(jīng)過貯氣退火處理后的阻擋層和高K柵介質層上，退火處理后貯存在阻擋層和高K柵介質層中的氣體原子會擴散到其內部，使其功函數(shù)升高，達到PMOS晶體管的所需要求，因此，只需同時形成的功函數(shù)金屬層，即可同時滿足PMOS晶體管和NMOS晶體管的要求，簡化了工藝，節(jié)省了工藝成本。
[0038]進一步，當所述貯氣退火處理為氧氣退火處理時，采用的氧氣流量范圍為1sccm?lOOOsccm。在1sccm?100sccm流量范圍內，氧氣流量越大，后續(xù)忙存在第一阻擋層212 (以及第一高K柵介質層211)的氧原子越多，越有助于提高后續(xù)功函數(shù)金屬層的功函數(shù)，但是，流量超過lOOOsccm之后，對氧原子在第一阻擋層212 (以及第一高K柵介質層211)中的貯存量基本沒有影響，而如果流量小于lOsccm，則可能無法在第一阻擋層212(以及第一高K柵介質層211)貯存足夠的氧原子。
[0039]進一步，所述貯氣退火處理為氦氣退火處理時，采用的氦氣濃度為1sccm?lOOOsccm。在1sccm?100sccm流量范圍內，氦氣流量越大，后續(xù)貯存在第一阻擋層212(以及第一高K柵介質層211)的氦原子越多，越有助于提高后續(xù)功函數(shù)金屬層的功函數(shù)，但是，流量超過lOOOsccm之后，對氦原子在第一阻擋層212 (以及第一高K柵介質層211)中的貯存量基本沒有影響，而如果流量小于lOsccm，則可能無法在第一阻擋層212 (以及第一高K柵介質層211)貯存足夠的氦原子。
【附圖說明】
[0040]圖1至圖5為現(xiàn)有金屬柵極的形成方法各步驟對應的結構示意圖；
[0041]圖6至圖10為本發(fā)明一實施例金屬柵極的形成方法各步驟對應的結構示意圖；
[0042]圖11至圖16為本發(fā)明又一實施例金屬柵極的形成方法各步驟對應的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0043]由于PMOS晶體管和NMOS晶體管的閾值電壓不同，因此，PMOS晶體管和NMOS晶體管需要采用功函數(shù)不同的功函數(shù)金屬層?，F(xiàn)有金屬柵極的形成方法是通過不同金屬材料形成不同的功函數(shù)金屬層，因此，現(xiàn)有金屬柵極的形成方法需要分別在PMOS晶體管和NMOS晶體管單獨地進行功函數(shù)金屬層的形成工藝，導致金屬柵極的