一種半導(dǎo)體器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種在后金屬柵極技術(shù)(metal gatelast process)中形成電極的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路性能的提高主要是通過不斷縮小集成電路器件的尺寸以提高它的速度來實現(xiàn)的。目前，由于在追求高器件密度、高性能和低成本中半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)進步到納米技術(shù)工藝節(jié)點，特別是當半導(dǎo)體器件尺寸降到20nm或以下時，半導(dǎo)體器件的制備受到各種物理極限的限制。對于具有更先進的技術(shù)節(jié)點的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，隨著半導(dǎo)體器件尺寸的日益縮小柵極溝槽的寬度也越來越小，這將影響形成金屬柵極薄膜堆疊結(jié)構(gòu)工藝和增加金屬柵極材料填充工藝的難度。
[0003]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。目前為了滿足半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，在形成有不同厚度的wetting layer (浸潤層)的結(jié)構(gòu)(該結(jié)構(gòu)頂部側(cè)壁的間距約為1nm)中填充形成鋁金屬層來代替現(xiàn)有技術(shù)中的金屬柵極。
[0004]然而對于更先進的技術(shù)節(jié)點以及滿足下一代集成電路的制造要求，在間隙填充(gap fill)之前采用PVD工藝形成的Ti浸潤層在溝槽中形成突懸(overhang),這將影響后續(xù)的鋁金屬層的間隙填充工藝。接著，人們提出了采用鈷(Co)浸潤層代替Ti浸潤層，鈷浸潤層能夠緩解在溝槽中形成突懸的問題，但是鈷浸潤層對于后高K/金屬柵極工藝而言是一種新的材料，這將在形成的金屬柵極結(jié)構(gòu)中引入雜質(zhì)，其對于污染物的控制和高K/金屬柵極中的化學(xué)機械研磨工藝都帶來了很大的困難和新的挑戰(zhàn)。
[0005]因此，需要提出一種新的半導(dǎo)體器件的制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]在
【發(fā)明內(nèi)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(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(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的技術(shù)方案的保護范圍。
[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體器件的制作方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成柵極氧化層、虛擬柵極材料層和硬掩膜層，其中，在形成所述虛擬柵極材料層的同時執(zhí)行摻雜工藝，以使所述虛擬柵極材料層的摻雜濃度自下而上逐漸減小；刻蝕所述硬掩膜層和所述虛擬柵極材料層，以形成第一虛擬柵極；執(zhí)行氧化工藝，氧化部分的所述第一虛擬柵極以形成自下而上逐漸變薄的氧化層；去除所述氧化層，以形成上寬下窄的第二虛擬柵極；在所述第二虛擬柵極的兩側(cè)形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成層間介電層，執(zhí)行平坦化工藝以露出所述第二虛擬柵極。
[0008]優(yōu)選地，還包括在執(zhí)行平坦化步驟之后去除所述第二虛擬柵極以及位于所述第二虛擬柵極下方的所述柵極氧化層以形成金屬柵極溝槽的步驟。
[0009]優(yōu)選地，還包括在形成所述金屬柵極溝槽之后在所述金屬柵極溝槽中填充高K介電層和金屬柵極層以形成金屬柵極的步驟。
[0010]優(yōu)選地，采用原位摻雜工藝或者注入工藝執(zhí)行所述摻雜步驟。
[0011]優(yōu)選地，還包括在執(zhí)行所述氧化工藝之后執(zhí)行源/漏擴展區(qū)注入的步驟。
[0012]優(yōu)選地，還包括在形成所述側(cè)墻結(jié)構(gòu)之后形成源/漏極的步驟。
[0013]優(yōu)選地，采用各向異性刻蝕工藝執(zhí)行所述刻蝕步驟。
[0014]優(yōu)選地，采用稀釋的氫氟酸去除所述氧化層。
[0015]本發(fā)明還提出了一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括采用上述的任一方法制造的金屬柵極結(jié)構(gòu)，所述金屬柵極結(jié)構(gòu)為上寬下窄的金屬柵極結(jié)構(gòu)。
[0016]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造工藝提出了一種形成金屬柵極填充的新方法，利用不同摻雜濃度的多晶硅層的氧化速率差異，以形成上寬下窄的虛擬柵極，該虛擬柵極結(jié)構(gòu)有利于金屬柵極的填充，該制作方法增加了金屬柵極的填充能力，并且使制作金屬柵極的工藝變簡單。同時，本發(fā)明的制作方法與高K介電層/金屬柵極工藝兼容性能好，在NFET和PFET區(qū)域中的多晶硅柵極為虛擬柵極結(jié)構(gòu)，所以摻雜情況可自由調(diào)整。
【附圖說明】
[0017]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。附圖中:
[0018]圖1A-圖1F為根據(jù)本發(fā)明一個方面的實施例制作金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法的相關(guān)步驟的示意性剖面圖；
[0019]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個方面的實施例制作金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]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(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，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(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。
[0021]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)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。
[0022]應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0023]下面，參照圖1A-圖1F來描述本發(fā)明提出的形成金屬柵極結(jié)構(gòu)的方法的詳細步驟。
[0024]首先，如圖1A所示，提供半導(dǎo)體襯底100，半導(dǎo)體襯底100可包括任何半導(dǎo)體材料，此半導(dǎo)體材料可包括但不限于:S1、SiC、SiGe, SiGeC, Ge合金、GeAs, InAs, InP,以及其它II1-V或I1-VI族化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體襯底100還可以包括有機半導(dǎo)體或者如Si/SiGe、絕緣體上硅(SOI)、或者絕緣體上SiGe (SGOI)的分層半導(dǎo)體。
[0025]在本發(fā)明一具體實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100選用單晶硅材料構(gòu)成。在所述半導(dǎo)體襯底100中形成有隔離結(jié)構(gòu)，本實施例中，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體襯底100中還形成有各種阱(well)結(jié)構(gòu)，為了簡化，圖示中予以省略。
[0026]在半導(dǎo)體襯底100上形成柵極氧化層101，柵極氧化層101可以通過熱氧化、化學(xué)氣相沉積(CVD)或氧氮化工藝形成。柵極氧化層101可以包括如下的任何傳統(tǒng)電介質(zhì):Si02、Si0N、Si0N2、以及包括鈣鈦礦型氧化物的其它類似氧化物。其中，柵氧化層101的材料優(yōu)選用氮氧化硅，形成方式采用化學(xué)氣相沉積法。
[0027]在柵極氧化層101上形成虛擬柵極材料層102，虛擬柵極材料層102的材料優(yōu)選未摻雜的多晶娃。在本發(fā)明一具體實施例中，多晶娃的形成方法可選用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝。形成所述多晶硅的工藝條件包括:反應(yīng)氣體為硅烷(SiH4)，所述硅烷的流量范圍可為100?200立方厘米/分鐘(sccm)，如150sccm ;反應(yīng)腔內(nèi)溫度范圍可為700?750攝氏度；反應(yīng)腔內(nèi)壓力可為250?350毫毫米汞柱(mTorr)，如300mTorr ;所述反應(yīng)氣體中還可包括緩沖氣體，所述緩沖氣體可為氦氣或氮氣，所述氦氣和氮氣的流量范圍可為5 ?20 升 / 分鐘(