一种高K金属栅的形成方法技术

本发明专利技术提供了一种高K金属栅的形成方法，包括：第一步骤：在衬底上依次形成层间介质层、TiO2薄膜层和多晶硅层；第二步骤：对层间介质层、TiO2薄膜层和多晶硅层进行图案化以形成伪栅极结构，并且在伪栅极结构侧边形成栅极侧墙；第三步骤：在伪栅极结构周围沉积层间电介质材料，并对层间电介质材料进行平坦化；第四步骤：去除伪栅极结构中的顶部多晶硅层以形成凹槽；第五步骤：对伪栅极结构中的TiO2薄膜层进行Hf离子注入，以形成HfTiO薄膜层；第六步骤：在凹槽中填充金属材料以形成金属栅极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，更具体地说，本专利技术涉及一种高K(高介电常数)金属栅的形成方法。
技术介绍
传统上在高K薄膜和金属栅极的生长均放在有源区活化热退火工艺(S/Dactiveanneal)之后的工艺集成中，伪栅极多晶硅和伪栅极氧化物最终都是被去除的。在去除伪栅极氧化物的过程中会导致沟道表面粗糙度变大，同时在刻蚀的过程中，无论是干法刻蚀还是湿法刻蚀，都会引入诸如F离子等之类的有害杂质离子。这些离子扩散到沟道中，对器件的可靠性造成严重影响。同时高K薄膜会在侧壁沉积，栅极可填充的空隙差不多要减少4nm，大大增加了金属空洞(metalvoid)产生的风险。因此，希望能够提供一种能够改进栅极可填充的关键尺寸，从而有利于消除金属空洞的高K金属栅形成方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够改进栅极可填充的关键尺寸，从而有利于消除金属空洞的高K金属栅形成方法。为了实现上述技术目的，根据本专利技术，提供了一种高K金属栅的形成方法，包括：第一步骤：在衬底上依次形成层间介质层、TiO2薄膜层和多晶硅层；第二步骤：对层间介质层、TiO2薄膜层和多晶硅层进行图案化以形成伪栅极结构，并且在伪栅极结构侧边形成栅极侧墙；第三步骤：在伪栅极结构周围沉积层间电介质材料，并对层间电介质材料进行平坦化；第四步骤：去除伪栅极结构中的顶部多晶硅层以形成凹槽；第五步骤：对伪栅极结构中的TiO2薄膜层进行Hf离子注入，以形成HfTiO薄膜层；第六步骤：在凹槽中填充金属材料以形成金属栅极。优选地，层间介质层为SiO2薄膜层。优选地，层间介质层的生长方式可以为化学气相沉积、原子层沉、热氧化、低压化学气相沉积等，优选炉管的热氧化方法。优选地，层间介质层的厚度为0.5～1nm。优选地，TiO2薄膜层的生长方式可以是化学气相沉积、原子层沉、热氧化、低压化学气相沉积等。优选地，TiO2薄膜层的厚度为0.5～2nm。优选地，Hf离子注入的能量为1～10Kev。优选地，Hf离子注入的入射角度为垂直入射。优选地，离子注入后的热退火为800～1000℃的快速热退火或者峰值退火。优选地，离子注入后的所处的气氛可以为N2或者其他惰性气体气氛。根据本专利技术的高K金属栅的形成方法无需去除栅极氧化物，通过离子注入形成高K薄膜，因为侧壁没有高K薄膜，因此增加了可填充的关键尺寸，有利于消除金属空洞。附图说明结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本专利技术有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：图1示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的高K金属栅的形成方法的第一步骤。图2示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的高K金属栅的形成方法的第二步骤。图3示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的高K金属栅的形成方法的第三步骤。图4示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的高K金属栅的形成方法的第四步骤。图5示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的高K金属栅的形成方法的第五步骤。图6示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的高K金属栅的形成方法的第六步骤。需要说明的是，附图用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。具体实施方式为了使本专利技术的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本专利技术的内容进行详细描述。图1至图6示意性地示出了根据本专利技术优选实施例的高K金属栅的形成方法的各个步骤。具体地，如图1至图6所示，根据本专利技术优选实施例的高K金属栅的形成方法包括：第一步骤：在衬底100上依次形成层间介质层10、TiO2薄膜层20和多晶硅层30；优选地，层间介质层10为SiO2薄膜层。优选地，层间介质层10的生长方式可以为化学气相沉积、原子层沉、热氧化、低压化学气相沉积等，优选炉管的热氧化方法。优选地，层间介质层10的厚度为0.5～1nm。优选地，TiO2薄膜层20的生长方式可以是化学气相沉积、原子层沉、热氧化、低压化学气相沉积等。优选地，TiO2薄膜层20的厚度为0.5～2nm。第二步骤：对层间介质层10、TiO2薄膜层20和多晶硅层30进行图案化以形成伪栅极结构40，并且在伪栅极结构40侧边形成栅极侧墙41；第三步骤：在伪栅极结构40周围沉积层间电介质材料50，并对层间电介质材料50进行平坦化；第四步骤：去除伪栅极结构40中的顶部多晶硅层以形成凹槽31；第五步骤：对伪栅极结构40中的TiO2薄膜层20进行Hf离子注入，以形成HfTiO薄膜层21；优选地，在第五步骤进一步对HfTiO薄膜层21实施热退火处理。优选地，Hf离子注入的能量为1～10Kev。优选地，Hf离子注入的入射角度为垂直入射。优选地，离子注入后的热退火为800～1000℃的快速热退火或者峰值退火(spikeanneal)。优选地，离子注入后的所处的气氛可以为N2或者其他惰性气体气氛。第六步骤：在凹槽31中填充金属材料以形成金属栅极60。根据本专利技术优选实施例的高K金属栅的形成方法无需去除栅极氧化物，通过离子注入形成高K薄膜，因为侧壁没有高K薄膜，因此增加了可填充的关键尺寸，有利于消除金属空洞。此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。可以理解的是，虽然本专利技术已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本专利技术。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本专利技术技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的
技术实现思路
对本专利技术技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本专利技术技术方案的内容，依据本专利技术的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本专利技术技术方案保护的范围内。而且还应该理解的是，本专利技术并不限于此处描述的特定的方法、化合物、材料、制造技术、用法和应用，它们可以变化。还应该理解的是，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本专利技术的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。因此，例如，对“一个元素”的引述意味着对一个或多个元素的引述，并且包括本领域技术人员已知的它的等价物。类似地，作为另一示例，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。因此，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此处描述的结构将被理解为还引述该结构的功能等效物。可被解释为近似的语言应该被那样理解，除非上下文明确表示相反意思。而且，本专利技术实施例的方法和/或系统的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。而且，根据本专利技术的方法和/或系统的实施例的实际器械和设备，可利用操作系统通过硬件、软件或其组合实现几个所选任务。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高K金属栅的形成方法，其特征在于包括：第一步骤：在衬底上依次形成层间介质层、TiO2薄膜层和多晶硅层；第二步骤：对层间介质层、TiO2薄膜层和多晶硅层进行图案化以形成伪栅极结构，并且在伪栅极结构侧边形成栅极侧墙；第三步骤：在伪栅极结构周围沉积层间电介质材料，并对层间电介质材料进行平坦化；第四步骤：去除伪栅极结构中的顶部多晶硅层以形成凹槽；第五步骤：对伪栅极结构中的TiO2薄膜层进行Hf离子注入，以形成HfTiO薄膜层；第六步骤：在凹槽中填充金属材料以形成金属栅极。

【技术特征摘要】
1.一种高K金属栅的形成方法，其特征在于包括：第一步骤：在衬底上依次形成层间介质层、TiO2薄膜层和多晶硅层；第二步骤：对层间介质层、TiO2薄膜层和多晶硅层进行图案化以形成伪栅极结构，并且在伪栅极结构侧边形成栅极侧墙；第三步骤：在伪栅极结构周围沉积层间电介质材料，并对层间电介质材料进行平坦化；第四步骤：去除伪栅极结构中的顶部多晶硅层以形成凹槽；第五步骤：对伪栅极结构中的TiO2薄膜层进行Hf离子注入，以形成HfTiO薄膜层；第六步骤：在凹槽中填充金属材料以形成金属栅极。2.根据权利要求1所述的高K金属栅的形成方法，其特征在于，在第五步骤进一步对HfTiO薄膜层21实施热退火处理。3.根据权利要求1或2所述的高K金属栅的形成方法，其特征在于，层间介质层为SiO2薄膜层。4.根据权利要求1或2所述的高K金属栅的形成方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英明，鲍宇，周海锋，方精训，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31