一種制作半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種在FinFET的后高K/金屬柵極技術(shù)中回刻蝕去除部分的金屬柵極以在刻蝕剩余的金屬柵極上形成接觸孔刻蝕停止層層的方法。
【背景技術(shù)】
[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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0S)，隨著半導(dǎo)體集成電路工業(yè)技術(shù)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(qiáng)功能的集成電路要求更大的元件密度，而且各個(gè)部件、元件之間或各個(gè)元件自身的尺寸、大小和空間也需要進(jìn)一步縮小。對(duì)于具有更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)的CMOS而言，后高K/金屬柵極(high-k and metal gate last)技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于CMOS器件中，以避免高溫處理工藝對(duì)器件的損傷。傳統(tǒng)的平面半導(dǎo)體器件技術(shù)受到物理限制并且很難滿足具有縮小溝槽的半導(dǎo)體器件的性能，但是FinFET技術(shù)中的三柵(tr1-gate)工藝能夠獲得良好的器件性能。
[0003]隨著半導(dǎo)體器件柵極尺寸的縮小，為了提高金屬柵極的填充，采用金屬鎢代替金屬鋁作為柵極電極。然而，隨著半導(dǎo)體器件尺寸的日益縮小，多晶硅與多晶硅之間的距離也逐漸減小但仍然提供足夠的空間用于接觸孔的刻蝕。其中，關(guān)鍵尺寸引起的工藝變換和接觸孔工藝覆蓋層將很容易引起接觸孔至柵極橋(gate bridge)。在FinFET工藝中，在金屬柵極上形成接觸孔刻蝕停止層以避免接觸孔至柵極橋。
[0004]在目前的后高K/后金屬柵極(high-K&gate last)技術(shù)中，在形成金屬柵極之后，去除金屬鎢和側(cè)壁金屬，側(cè)壁金屬包括NMOS功函數(shù)金屬層(P型功函數(shù)金屬層)、阻擋層和高K介電層，然后填充接觸孔刻蝕停止層，接著執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨或者回刻蝕工藝以平坦化半導(dǎo)體襯底的表面。
[0005]如圖1A-1F所示，為根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)制作后HK/后MG結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)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(dǎo)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(jié)構(gòu)兩側(cè)的間隙壁101，以形成金屬柵極溝槽，在金屬柵極溝槽中沉積形成高K介電層102、覆蓋層103、阻擋層104和PMOS功函數(shù)金屬層105，接著在PMOS功函數(shù)金屬層105上形成底部抗反射涂層106和光刻膠層107。
[0006]如圖1B所示，圖案化所述光刻膠層107，以露出NMOS區(qū)域覆蓋PMOS區(qū)域；根據(jù)圖案化的光刻膠層107去除NMOS區(qū)域中的底部抗反射涂層106和PMOS的功函數(shù)金屬層105以露出阻擋層104，接著去除圖案化所述底部抗反射涂層106和光刻膠層107。
[0007]如圖1C所示，在半導(dǎo)體襯底上形成圖案化的底部抗反射涂層108和光刻膠層109，以露出PMOS區(qū)域覆蓋NMOS區(qū)域，回刻蝕PMOS區(qū)域中溝槽內(nèi)的底部抗反射涂層，同時(shí)去除了溝槽頂部的PMOS功函數(shù)金屬層105以露出阻擋層104，再去除底部抗反射涂層108和光刻膠層109。
[0008]如圖1D所不,在半導(dǎo)體襯底上沉積形成NMOS功函數(shù)金屬層110和金屬鶴電極層111，采用化學(xué)機(jī)械研磨或者回刻蝕工藝去除掉多余的金屬層以露出層間介電層。
[0009]如圖1E所示，采用回刻蝕工藝去除掉部分的金屬鎢電極層和部分的金屬柵極堆疊結(jié)構(gòu)以形成溝槽112，部分的金屬柵極堆疊結(jié)構(gòu)包括NMOS功函數(shù)金屬層(N型功函數(shù)金屬層)、阻擋層和高K介電層、覆蓋層。
[0010]如圖1F所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成接觸孔刻蝕停止層113，接觸孔刻蝕停止層113填充溝槽112，接著采用化學(xué)機(jī)械研磨和回刻蝕工藝去除掉位于層間介電層上的接觸孔刻蝕停止層，以形成金屬柵極114AU14B。
[0011]因此，需要一種新的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，去除金屬鎢電極層和側(cè)壁金屬堆疊層，最終形成具有良好金屬柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0013]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括:提供具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的半導(dǎo)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(cè)壁上依次沉積形成高K介電層、覆蓋層、阻擋層和P型功函數(shù)金屬層；在所述P型功函數(shù)金屬層上形成犧牲層；回刻蝕去除部分的位于所述第一溝槽和所述第二溝槽頂部附近的所述犧牲層、所述P型功函數(shù)金屬層、所述阻擋層和所述覆蓋層，以露出部分所述高K介電層；去除位于第二溝槽中的所述犧牲層和所述P型功函數(shù)金屬層以露出所述阻擋層；去除位于所述第一溝槽中的所述犧牲層，以露出所述P型功函數(shù)金屬層；在露出的所述第一溝槽和第二溝槽的底部和側(cè)壁上依次沉積形成N型功函數(shù)金屬層和金屬電極層；執(zhí)行平坦化工藝；回刻蝕去除位于所述第一溝槽和所述第二溝槽頂部側(cè)墻上的所述N型功函數(shù)金屬層和所述金屬電極層；在所述半導(dǎo)體襯底上沉積形成接觸孔刻蝕停止層。
[0014]本發(fā)明還提出了另一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括:提供具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的半導(dǎo)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(cè)壁上依次沉積形成高K介電層、覆蓋層、阻擋層和P型功函數(shù)金屬層；在所述P型功函數(shù)金屬層上形成第一犧牲層；回刻蝕去除部分的位于所述第一溝槽和所述第二溝槽頂部附近的所述第一犧牲層和所述P型功函數(shù)金屬層，以露出部分所述阻擋層；去除位于第二溝槽中的所述第一犧牲層和所述P型功函數(shù)金屬層以露出所述阻擋層；去除位于所述第一溝槽中的所述第一犧牲層，以露出所述P型功函數(shù)金屬層；在露出的所述第一溝槽和第二溝槽的底部和側(cè)壁上依次沉積形成N型功函數(shù)金屬層和第二犧牲層；去除部分的位于所述第一溝槽和所述第二溝槽頂部附近的所述第二犧牲層、所述N型功函數(shù)金屬層、所述阻擋層和所述覆蓋層，以露出部分所述高K介電層；去除位于所述第一溝槽和所述第二溝槽中的所述第二犧牲層；在露出的所述第一溝槽和第二溝槽的底部和側(cè)壁上沉積形成金屬電極層；執(zhí)行平坦化工藝；回刻蝕去除位于所述第一溝槽和所述第二溝槽頂部側(cè)墻上的所述金屬電極層；在所述半導(dǎo)體襯底上沉積形成接觸孔刻蝕停止層。
[0015]優(yōu)選地，還包括在沉積形成所述接觸孔刻蝕停止層之后執(zhí)行平坦化工藝的步驟。
[0016]優(yōu)選地，所述第一區(qū)域?yàn)镻MOS區(qū)域，所述第二區(qū)域?yàn)镹MOS區(qū)域。
[0017]優(yōu)選地，所述接觸孔刻蝕停止層的材料為SiN、S1N, S1CN或者S1BN，采用CVD或者ALD形成所述接觸孔刻蝕停止層，所述金屬電極層的材料為鎢。
[0018]優(yōu)選地，所述犧牲層的材料為底部抗反射涂層。
[0019]優(yōu)選地，所述第一犧牲層的材料為底部抗反射涂層，述第二犧牲層的材料為底部抗反射涂層。
[0020]優(yōu)選地，采用化學(xué)機(jī)械研磨或者回刻蝕執(zhí)行所述平坦化步驟。
[0021]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法提出了采用兩步工藝以使金屬柵極溝槽中的金屬鎢電極層和位于金屬柵極溝槽側(cè)壁的金屬薄膜堆層凹陷，第一步去除位于金屬柵極溝槽側(cè)壁的覆蓋層、阻擋層和P型功函數(shù)金屬層；第二步回刻蝕金屬鎢電極層和去除位于金屬柵極溝槽側(cè)壁的N型功函數(shù)金屬層。根據(jù)本發(fā)明的方法還提出了采用三步工藝以使金屬柵極溝槽中的金屬鎢電極層和位于金屬柵極溝槽側(cè)壁的金屬薄膜堆層凹陷，第一步去除位于金屬柵極溝槽側(cè)壁的P型功函數(shù)金屬層；第二步去除位于金屬柵極溝槽側(cè)壁的覆蓋層、阻擋層和N型功函數(shù)金屬層；第三步回刻蝕金屬鎢電極層。
【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(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0023]圖1A-1F為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制作具有后HK/后MG結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2A-2F為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式制作具有后HK/后MG結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件相關(guān)步驟所獲得的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式制作具有后HK/后MG結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的工藝流程圖；
[0026]圖4A-4F為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式制作具有后HK/后MG結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件相關(guān)步驟所獲得的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式制作具有后HK/后MG結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)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(xì)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(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0030]應(yīng)予以注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施例，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的