專利名稱：金屬柵極形成方法
技術領域：
本發明涉及集成電路制造領域，特別涉及ー種金屬柵極形成方法。
背景技術：
隨著CMOS半導體器件エ藝的發展以及按比例尺寸縮小，應カ工程在半導體エ藝和器件性能方面起到越來越大的作用；CM0S器件中引入應力，主要是為了提高器件載流子遷移率，在CMOS器件溝道方向(longitudinal)上張應カ對NMOS電子遷移率有益，而壓應カ對PMOS空穴遷移率有益，在溝道寬度方向(transverse)上的張應カ對NMOS和PMOS器件的載流子遷移率均有益，而在垂直溝道平面方向(out-of-plane)的壓應カ對NMOS器件電子遷移率有益，張應カ則對PMOS器件空穴遷移率有益。應カ記憶效應(SMT,Stress memorization technique)是一種 CMOS エ藝中引 入應カ的方法，其エ藝流程為在器件源/漏注入之后，沉積ー層氮化硅薄膜保護層(caplayer)，緊接著進行源/漏退火，在源/漏退火過程中，會產生氮化硅薄膜保護層、多晶硅柵以及側墻之間的熱應カ和內應カ效應，這些應カ會被記憶在多晶硅柵之中，在多晶硅中沿垂直溝道平面方向(out-of-plane)會產生張應力，而溝道方向(longitudinal)會產生壓應カ；在接下來的エ藝中，氮化硅薄膜保護層被刻蝕掉，但記憶在多晶硅柵中的應力，仍然會傳導到CMOS半導體器件的溝道之中，傳導到溝道中的應カ為垂直溝道平面方向(out-of-plane)的壓應カ以及溝道方向(longitudinal)上的張應力，由上述應カ對CMOS器件載流子遷移率的影響可以得出，這樣的應カ效果對提高NMOS器件電子遷移率有益，可提高NMOS器件性能。隨著工藝節點縮至45納米及其以下，為滿足器件尺寸縮小而引發的新要求，金屬柵極被廣泛應用。如何將應カ技術應用到金屬柵極制造過程中成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。
發明內容
本發明提供ー種使用應カ記憶技術的金屬柵極制造方法。為解決上述技術問題，本發明提供ー種金屬柵極形成方法，包括提供一村底，所述襯底上形成有無定形碳柵極以及圍繞所述無定形碳柵極的側墻，所述襯底中形成有源極和漏極；在所述源極和漏極上形成金屬硅化物層；在所述襯底上形成CESL應カ層并執行退火エ藝；在所述CESL應カ層上形成層間介質層；平坦化所述層間介質層直至暴露所述無定形碳柵極頂面的CESL應カ層；去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應カ層；去除所述無定形碳柵極，在所述層間介質層內形成溝槽；以及形成填充所述溝槽且覆蓋所述層間介質層的金屬層。
進ー步的，所述CESL應カ層為應カ氮化硅層。進ー步的，采用濕法刻蝕エ藝去除所述CESL應カ層。進ー步的，所述濕法刻蝕エ藝采用的刻蝕液體為磷酸溶液。進ー步的，所述退火エ藝是快速熱退火或者激光脈沖退火エ藝。進ー步的，采用氧氣灰化工藝去除所述無定形碳柵扱。進ー步的，所述氧氣灰化工藝采用遠程或原位的方式產生氧離子體。與現有技術相比，本發明提供的金屬柵極形成方法在形成金屬硅化物層之后形成CESL應カ層和層間介質層，并平坦化所述層間介質層直至暴露無定形碳柵極頂面的CESL 應カ層，隨后去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應カ層，如此，將應カ記憶技術應用到金屬柵極的制造過程中，記憶在柵極結構中的應カ仍然會傳導到溝道之中，有利于提高載流子遷移率。
圖I為本發明一實施例的金屬柵極形成方法的流程示意圖；圖2至圖8為本發明一實施例的金屬柵極形成方法過程中的器件剖面結構示意圖。
具體實施例方式盡管下面將參照附圖對本發明進行更詳細的描述，其中表示了本發明的優選實施例，應當理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列的描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛教導，而并不作為對本發明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發明由于不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另ー個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下列說明和權利要求書本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。如圖I所示，本發明ー實施例的金屬柵極形成方法，包括如下步驟步驟SI :提供一村底，所述襯底上形成有無定形碳柵極以及圍繞所述無定形碳柵極的側墻，所述襯底中形成有源極和漏極；步驟S2 :在所述源極和漏極上形成金屬硅化物層；步驟S3 :在所述襯底上形成CESL應カ層并執行退火エ藝；步驟S4 :在所述CESL應カ層上形成層間介質層；步驟S5 :平坦化所述層間介質層直至暴露所述無定形碳柵極頂面的CESL應カ層；步驟S6 :去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應カ層；
步驟S7 :去除所述無定形碳柵極，在所述層間介質層內形成溝槽；步驟S8 :形成填充所述溝槽且覆蓋所述層間介質層的金屬層。下面以形成CMOS晶體管為例，結合圖2至圖8更詳細說明本發明的金屬柵極形成方法。如圖2所示，首先，提供包括第一區域IOOa和第二區域IOOb的襯底100，所述第一區域IOOa上形成有第一無定形碳柵極111以及圍繞所述第一無定形碳柵極111的第一側墻121，所述第二區域IOOb上形成有第二無定形碳柵極112以及圍繞所述第二無定形碳柵極112的第二側墻122。
所述襯底100包含但不限于包括半導體元素的硅材料，例如單晶、多晶或非晶結構的硅或硅鍺(SiGe)，也可以是絕緣體上硅(SOI)。所述第一區域IOOa用以形成PMOS晶體管，所述第二區域IOOb用以形成NMOS晶體管，反之亦可。所述襯底100中還可以形成有摻雜阱，其中，所述摻雜阱可利用離子注入エ藝完成，所述P型或N型的摻雜阱用于形成NMOS或PMOS的導電溝道。以NMOS為例，所述摻雜阱是P型的，該摻雜阱未示出。所述第一區域IOOa上還形成有第一柵介質層131，所述第二區域IOOb上還形成有第二柵介質層132，所述第一柵介質層131和第二柵介質層132包含氧化硅層或氮氧化硅層。所述第一側墻121和第二側墻122包含氧化硅層、氮氧化硅層及/或氮化硅層。所述第一無定形碳柵極111兩側的半導體襯底中形成源極101和漏極101’，在第二無定形碳柵極112兩側的半導體襯底中形成源極102和漏極102’。此外，所述襯底100中還形成有淺溝槽隔離結構140，用以隔尚有源區。如圖3所示，接著，在所述源極101、102和漏極101’、102’上形成金屬硅化物層150。所述金屬硅化物層150可通過以下步驟形成首先，在第一區域IOOa和第二區域IOOb上形成金屬阻擋層薄膜(SAB);然后，選擇性刻蝕掉源極101、102和漏極101’、102’上的金屬阻擋層薄膜；接著，沉積鎳(Ni)或鈷(Co)金屬；接下來，執行退火エ藝以形成金屬硅化物層150，所述退火エ藝可分成多次進行，例如，可分成兩次退火エ藝；最后，去除所述金屬阻擋層薄膜。如圖4所示，在所述第一區域IOOa和第二區域IOOb上形成通孔刻蝕停止層(Contact etch stop layer,簡稱CESL)應カ層160,并執行退火エ藝，隨后在CESL應カ層160上形成層間介質層170。所述CESL應カ層160覆蓋所述第一區域100a、第二區域100b、第一無定形碳柵極111、第二無定形碳柵極112、第一側墻121和第二側墻122，所述層間介質層170覆蓋所述CESL應カ層160。所述CESL應カ層160例如是應カ氮化硅層。所述CESL應カ層160優選為應カ氮化硅層，其具有良好的應カ效果，所述CESL應カ層160的厚度例如30-60納米，所述退火エ藝例如是快速熱退火(RTA)或者激光脈沖退火(LSA)エ藝。在退火過程中，會產生應力，這些應カ會被記憶下來，記憶在柵極結構中的應カ仍然會傳導到溝道之中，有利于提高載流子遷移率。所述層間介質層170可采用PECVD (等離子體增強化學氣相淀積)>SACVD (亞常壓化學氣相淀積)或LPCVD(低壓化學氣相淀積)等エ藝形成。所述層間介質層材料包含但不限于磷娃玻璃(phosphosilicateglass, PSG)、硼娃玻璃(borosilicate, BSG)、硼磷娃玻璃(borophosphosilicate,BPSG)、氟娃玻璃(FSG)或具有低介電常數材料中的ー種或其組合。所述具有低介電常數材料包括但不限于黑鉆石(Black Diamond, BD)或coral等。如圖5所示，接著，平坦化所述層間介質層170直至暴露所述第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112的頂面。較佳的，平坦化所述層間介質層170之后還可執行額外的刻蝕エ藝以去除第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112頂面殘留的層間介質層。如圖6所示，接著，采用濕法刻蝕エ藝，例如，采用熱磷酸(HPO)溶液去除所述第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112頂面的CESL應カ層160。如圖7所示，接著，采用氧氣灰化工藝去除所述第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112，可利用原位或者遠程等離子エ藝來去除第一無定形碳柵極111和第二無定形碳柵極112，以在所述層間介質層170內形成溝槽171。如圖8所示，最后，形成填充所述溝槽171且覆蓋所述層間介質層170的金屬層180,并平坦化使所述金屬層180。所述金屬層180包括金屬、金屬合金、金屬娃化物、金屬合金硅化物、含有金屬的導電氧化物或者含有金屬的導電硅化物，其中金屬從由Al、Co、Cr、Fe、h、h、Hf、Mg、Mo、Mn、NlPcU Pt、La、Os、Nb、Rh、Re、Ru、Sn、Ta、Ti、V、W、Y 和 Zr 中的ー種或其組合。可采用電鍍法或物理氣相沉積エ藝形成所述金屬層。綜上所述，本發明提供的金屬柵極形成方法在形成金屬硅化物層之后形成CESL應カ層和層間介質層，并平坦化所述層間介質層直至暴露無定形碳柵極頂面的CESL應カ層，隨后去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應カ層，如此，將應カ記憶技術應用到金屬柵極的制造過程中，記憶在柵極結構中的應カ仍然會傳導到溝道之中，有利于提高載流子遷移率。顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。權利要求
1.ー種金屬柵極形成方法，包括 提供一村底，所述襯底上形成有無定形碳柵極以及圍繞所述無定形碳柵極的側墻，所述襯底中形成有源極和漏極； 在所述源極和漏極上形成金屬硅化物層； 在所述襯底上形成CESL應カ層并執行退火エ藝； 在所述CESL應カ層上形成層間介質層； 平坦化所述層間介質層直至暴露所述無定形碳柵極頂面的CESL應カ層； 去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應カ層； 去除所述無定形碳柵極，在所述層間介質層內形成溝槽；以及 形成填充所述溝槽且覆蓋所述層間介質層的金屬層。
2.如權利要求I所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述CESL應カ層為應カ氮化娃層。
3.如權利要求2所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，采用濕法刻蝕エ藝去除所述CESL應カ層。
4.如權利要求3所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述濕法刻蝕エ藝采用的刻蝕液體為磷酸溶液。
5.如權利要求I所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述退火エ藝是快速熱退火或者激光脈沖退火エ藝。
6.如權利要求I所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，采用氧氣灰化工藝去除所述無定形碳柵扱。
7.如權利要求6所述的金屬柵極形成方法，其特征在于，所述氧氣灰化工藝采用遠程或原位的方式產生氧離子體。
全文摘要
本發明公開了一種金屬柵極形成方法，在形成金屬硅化物層之后形成CESL應力層和層間介質層，并平坦化所述層間介質層直至暴露無定形碳柵極頂面的CESL應力層，隨后去除所述無定形碳柵極頂面的CESL應力層，如此，將應力記憶技術應用到金屬柵極的制造過程中，記憶在柵極結構中的應力仍然會傳導到溝道之中，有利于提高載流子遷移率。
文檔編號H01L21/8238GK102779746SQ20121029312
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者鄭春生 申請人:上海華力微電子有限公司