一種制作半導體器件的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造工藝，尤其涉及一種在后高K/后金屬柵極技術中采用多次鈍化處理工藝以防止鋁擴散的方法。
【背景技術】
[0002]集成電路(IC)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(M0S)，隨著半導體集成電路工業(yè)技術日益的成熟，超大規(guī)模的集成電路的迅速發(fā)展，具有更高性能和更強功能的集成電路要求更大的元件密度，而且各個部件、元件之間或各個元件自身的尺寸、大小和空間也需要進一步縮小。對于具有更先進的技術節(jié)點的CMOS而言，后高K/金屬柵極(high-k and metal gate last)技術已經廣泛地應用于CMOS器件中，以避免高溫處理工藝對器件的損傷。同時，需要縮小CMOS器件柵極介電層的等效氧化層厚度(EOT),例如縮小至約1.lnm。在后高K (high-k last, HK last process)技術中，為了到達較小的EOT的厚度,采用化學氧化物界面層(chemical oxide IL)代替熱柵氧化物層(thermal gate oxide)。
[0003]在目前的后高K/后金屬柵極(high-K&gate last)技術中，包括去除虛擬多晶硅柵極和柵極氧化層以形成柵極溝槽，在柵極溝槽中沉積形成界面氧化層和高K介電層，接著在柵極溝槽中高K介電層上沉積形成功函數(shù)金屬層和金屬電極層，然后采用化學機械研磨(CMP)去除多余的功函數(shù)金屬層和金屬電極層，以形成金屬柵極。
[0004]如圖1A-1C所示，為根據(jù)現(xiàn)有的技術制作后HK/后MG結構的半導體器件的橫截面示意圖，IA所示，采用刻蝕工藝去除位于半導體襯底100上NMOS區(qū)域和PMOS區(qū)域中的虛擬柵極和柵極介電層保留位于虛擬柵極結構兩側的間隙壁，以形成金屬柵極溝槽，在金屬柵極溝槽中依次沉積形成界面層101、高K介電層102、覆蓋層103、阻擋層104和PMOS功函數(shù)金屬層105。
[0005]如圖1B所示，在半導體襯底上形成圖案化的底部抗反射涂層和光刻膠層106，以露出NMOS區(qū)域覆蓋PMOS區(qū)域；根據(jù)圖案化的底部抗反射涂層和光刻膠層106去除NMOS區(qū)域中的PMOS的功函數(shù)金屬層以露出阻擋層104，接著去除圖案化所述底部抗反射涂層和光刻膠層106。
[0006]如圖1C所示，在半導體襯底100上沉積形成NMOS功函數(shù)金屬層107和金屬電極層108。接著，采用化學機械研磨工藝去除掉多余的金屬層以露出層間介電層，最后形成金屬柵極。
[0007]然而，目前的后高K介電層/后金屬柵極與前高K介電層/后金屬柵極相比，在形成的金屬柵極溝槽中沉積高K介電層和覆蓋層之后，這將使柵極堆疊填充變的不容易實現(xiàn)，尤其對于較為先進的技術節(jié)點而言。另一方面，在雙功函數(shù)金屬柵極工藝中為了實現(xiàn)在半導體襯底中分別形成PMOS功函數(shù)金屬層和NMOS功函數(shù)金屬層，使得薄膜堆疊層和填充工藝變的非常的復雜。同時，在現(xiàn)有的后高K介電層/后金屬柵極工藝中，NMOS功函數(shù)金屬層的材料通常為TiAl或者鋁，這樣在NMOS功函數(shù)層中很容易發(fā)生鋁原子擴散現(xiàn)象，較多的鋁原子擴散將影響器件的電壓(增加PMOS器件的電壓和減小NMOS器件的電壓)和影響器件的性能以及可靠性。
[0008]因此，需要一種新的半導體器件的制作方法，以解決現(xiàn)有技術中的問題。
【發(fā)明內容】
[0009]在
【發(fā)明內容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。
[0010]為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出了一種制作半導體器件的方法，包括下列步驟，提供具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的半導體襯底，所述第一區(qū)域包括虛擬柵極，所述第二區(qū)域包括虛擬柵極；去除所述第一區(qū)域中的虛擬柵極和所述第二區(qū)域中的虛擬柵極，以在所述第一區(qū)域中形成第一溝槽，在所述第二區(qū)域中形成第二溝槽；在所述第一溝槽和所述第二溝槽的底部及側壁上依次沉積形成高K介電層和覆蓋層；在所述覆蓋層上形成阻擋層；在所述阻擋層上形成P型功函數(shù)金屬層；采用光刻工藝去除所述第二區(qū)域中的所述P型功函數(shù)金屬層露出所述阻擋層；在所述第一區(qū)域中的所述P型功函數(shù)金屬層和所述第二區(qū)域中的所述阻擋層上依次形成N型功函數(shù)金屬層和金屬柵極層；其中，至少在形成所述阻擋層之后形成所述覆蓋層之前、形成所述覆蓋層之后形成所述P型功函數(shù)金屬層之前或形成所述P型功函數(shù)金屬層之后進行一鈍化處理步驟，以防止之后形成的N型功函數(shù)金屬層和金屬柵極層中的金屬離子擴散到其下的層結構中。
[0011]優(yōu)選地，形成所述P型功函數(shù)金屬層之后進行的鈍化處理步驟為在形成所述P型功函數(shù)金屬層之后去除所述第二區(qū)域中的所述P型功函數(shù)金屬層露出所述阻擋層之前對所述P型功函數(shù)金屬層進行的鈍化處理步驟。
[0012]優(yōu)選地，形成所述P型功函數(shù)金屬層之后進行的鈍化處理步驟為在去除所述第二區(qū)域中的所述P型功函數(shù)金屬層之后形成所述N型功函數(shù)金屬層之前對所述第一區(qū)域中的所述P型功函數(shù)金屬層和所述第二區(qū)域中的所述阻擋層進行的鈍化處理步驟。
[0013]優(yōu)選地，采用退火工藝執(zhí)行所述鈍化處理步驟，所述退火工藝為峰值退火、毫秒退火或者快速退火，執(zhí)行所述退火工藝的溫度為400°C至600°C，執(zhí)行所述退火工藝的時間為10秒至60秒，在通入氧氣、氮氣、氨氣或者氧氣和氮氣的混合氣體的條件下執(zhí)行所述退火工藝。
[0014]優(yōu)選地，將所述半導體襯底暴露在空氣中執(zhí)行所述鈍化處理步驟。
[0015]優(yōu)選地，采用等離子體工藝執(zhí)行所述鈍化處理步驟，所述等離子體工藝的反應時間為10秒至60秒，在通入氧氣、氮氣、氬氣或者氬氣和氮氣的混合氣體的條件下執(zhí)行所述等離子體工藝，執(zhí)行所述等離子體工藝的功率為100W至500W。
[0016]優(yōu)選地，所述鈍化處理步驟為在所述覆蓋層、所述阻擋層或者所述P型金屬功函數(shù)金屬層上形成鈦層或者硅層，接著執(zhí)行退火工藝以形成TixOy層或者SixOy層，所述鈦層或者所述硅層的厚度為5埃至15埃。
[0017]優(yōu)選地，采用濕法刻蝕或者干法刻蝕去除所述第二區(qū)域中的所述P型功函數(shù)金屬層，所述刻蝕工藝具有所述P型功函數(shù)金屬層對低于所述阻擋層的高蝕刻選擇比。
[0018]優(yōu)選地，所述半導體襯底和所述高K介電層之間還形成有界面層，所述界面層的材料為熱氧化層、氮的氧化物層或化學氧化層，所述界面層的厚度范圍為5埃至10埃。
[0019]優(yōu)選地，所述第一區(qū)域為PMOS區(qū)域，所述第二區(qū)域為NMOS區(qū)域。
[0020]優(yōu)選地，采用CVD、ALD或者PVD工藝形成所述界面層、所述高K介電層、所述覆蓋層、所述阻擋層、所述P型功函數(shù)金屬層、所述N型功函數(shù)金屬層、所述金屬電極層
[0021]綜上所示，本發(fā)明的方法提出了在后高K/后金屬柵極工藝中添加多次鈍化處理工藝，以阻止PMOS區(qū)域和NMOS區(qū)域中的鋁的擴散最終使形成的半導體器件結構與傳統(tǒng)工藝形成的半導體器件結構相比具有良好的間隙填充邊緣和較低金屬柵極電阻，以提高半導體器件的整體性能，提高半導體器件的良品率。
【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0023]圖1A-1C為根據(jù)現(xiàn)有技術制作具有后HK/后MG結構的半導體器件的剖面結構示意圖；
[0024]圖2A-2E為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式制作具有后HK/后MG結構的半導體器件相關步驟所獲得的器件的剖面結構示意圖；
[0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式制作具有后HK/后MG結構的半導體器件的工藝流程圖；
[0026]圖4A-4F為根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式制作具有后HK/后MG結構的半導體器件相關步驟所獲得的器件的剖面結構示意圖；
[0027]圖5為根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式制作具有后HK/后MG結構的半導體器件的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0028]在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0029]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的描述，以說明本發(fā)明的方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限于半導體領域的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0030]應予以注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施例，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式。此外，還應