一种后栅极形成方法技术

本发明专利技术提供一种后栅极形成方法，在衬底上形成栅极及覆盖栅极的层间介质层，在层间介质层表面悬涂抗反射层，并刻蚀抗反射层至露出栅极顶部的层间介质层为止，对层间介质层刻蚀至栅极顶部的层间介质层厚度与源漏极上的介质层厚度相当，之后去除抗反射层；再对层间介质层进行研磨至栅极顶部露出为止；刻蚀栅极形成栅极凹槽，之后在凹槽沉积栅极介质层以及填充金属栅极材料，并研磨形成表面平整的金属栅极。本发明专利技术通过只对栅极顶部上的介质层进行刻蚀，降低栅极顶部上介质层与源漏极上介质层的高度差，经过化学机械研磨后，提高了硅片内的平坦度，减少了铝在介质层上残留的风险，同时也降低了研磨时间和减少了研磨耗材使用。

【技术实现步骤摘要】
一种后栅极形成方法
本专利技术涉及一种半导体制造技术，特别是涉及一种后栅极形成方法。
技术介绍
对于后栅极(gatelast)工艺来说，其中化学机械平坦化(CMP)工艺的开发被业界认为最具挑战性。在常规的后栅极(gatelast)工艺中，需要采用CMP工艺将多晶硅栅(polygate)顶部的氧化硅隔离层和氮化硅隔离层磨掉，露出多晶硅栅的顶端后停止研磨，此步CMP工艺称为打开多晶硅栅顶部的CMP(PolyopeningnitridepolishCMP)，简称POPCMP；而后去除多晶硅栅，在留下的沟槽内填充进不同的金属层，再进行一步或多步金属层的化学机械抛光，此步金属层化学机械抛光(metalgateCMP)工艺，仅留下沟槽内的金属，从而最终得到高K介电常数的金属栅结构。图1至图2为现有技术中的POPCMP工艺的示意图，图3至图4为现有技术中的金属层化学机械抛光(metalgateCMP)工艺的示意图。如图1和图2所示，基底10上形成有多晶硅栅11，多晶硅栅11依次被氮化硅隔离层12和氧化硅隔离层13覆盖，图2中，POPCMP具体包括两步CMP工艺，第一步是氧化硅隔离层13的CMP，以露出多晶硅栅11顶部的氮化硅隔离层，第二步是氮化硅隔离层12的CMP，以露出多晶硅栅11。上述两步CMP工艺对芯片内部研磨均匀性(withinindieuniformity)都有着很高的要求，其中，对氧化硅隔离层的CMP的研磨均匀性控制最为关键。然而问题在于，由于多晶硅栅11的密度较大，并且淀积氧化硅隔离层13前的基底表面存在栅高度的落差，约1000A至1800A，于是导致氧化硅隔离层13淀积后多晶硅栅11的顶部与源漏区的氧化硅隔离层13的厚度落差h可达1000A至4000A，甚至更多。采用常规氧化硅CMP工艺通常无法有效消除这种较大的厚度落差，会随研磨过程的进行，一直遗传到氧化硅隔离层13的研磨工艺结束，如图2所示，这种落差造成多晶硅栅11之间剩余的氧化硅隔离层13中形成凹坑14，即使下一步氮化硅隔离层12的CMP也很难修复，并且由于材料选择比的不同，还可能将这种氧化硅隔离层13的凹坑14进一步放大。如图3和图4所示，氧化硅隔离层凹坑14内也填充有金属材料，在后续的金属层化学机械抛光工艺中，直接会给该工艺造成巨大障碍，极大压缩该工艺的调整空间，如图4所示，很容易造成栅极间的金属残留，导致器件短路。因此，需要提出一种方法解决上述问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种后栅极形成方法，用于解决现有技术中栅极间的金属残留，导致器件短路的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种后栅极形成方法，提供一衬底，所述衬底上设有源漏极，所述源漏极上设有介质层，该方法至少包括以下步骤：步骤一、在所述衬底上形成栅极以及覆盖所述栅极的层间介质层；步骤二、在所述层间介质层的表面悬涂抗反射层，并刻蚀该抗反射层至露出所述栅极顶部的层间介质层为止；步骤三、对所述层间介质层进行刻蚀，刻蚀至所述栅极顶部的层间介质层厚度与所述源漏极上的介质层厚度相当，之后去除所述抗反射层；步骤四、对所述层间介质层进行研磨，研磨至所述栅极顶部露出为止；步骤五、对所述栅极进行刻蚀，形成栅极凹槽；步骤六、对所述栅极凹槽沉积一层栅极介质层，之后再对凹槽填充金属材料，所述金属材料覆盖所述层间介质层和所述凹槽上表面；步骤七、去除所述层间介质层和所述凹槽上表面的金属材料后形成金属材料和所述层间介质层齐平的上表面。优选地，步骤一中在所述衬底上形成的栅极为相互间隔的多个栅极。优选地，步骤一中所述栅极为伪栅极层叠结构，包括多晶硅栅以及覆盖该多晶硅栅的上表面和侧壁的隔离层。优选地，所述隔离层为氮化硅隔离层。优选地，步骤四中露出所述栅极顶部的研磨包括去掉所述多晶硅栅上表面的氮化硅隔离层，露出所述多晶硅栅为止。优选地，步骤五中对所述栅极进行刻蚀包括完全去掉所述多晶硅栅并保留所述多晶硅栅侧壁的氮化硅隔离层。优选地，步骤一中所述层间介质层为氧化硅隔离层。优选地，所述氧化硅隔离层采用化学气相沉积的方法形成。优选地，步骤六中对所述栅极凹槽沉积的金属材料为铝。优选地，步骤七中对所述栅极介质层进行的研磨方法为化学机械研磨方法。优选地，步骤二中的所述抗反射层材料为有机抗反射涂层。优选地，步骤三中的所述层间介质层厚度为4000A-6000A。优选地，步骤三中所述栅极顶部层间介质层厚度与所述源漏极上的介质层厚度相差不超过150A。优选地，步骤七中的所述栅极介质层的材料为二氧化硅和功函数材料钛及氮化钛。优选地，用快速热氧化方式进行栅极介质层二氧化硅进行沉积，用原子层沉积方式沉积功函数材料。如上所述，本专利技术的后栅极形成方法，具有以下有益效果：本专利技术的后栅极形成方法通过只对栅极顶部上的介质层进行刻蚀，降低栅极顶部上介质层与源漏极上介质层的高度差，经过化学机械研磨后，提高了硅片内的平坦度，减少了铝在介质层上残留的风险，同时也降低了研磨时间和减少了研磨耗材使用。附图说明图1和图2显示为现有技术中的POPCMP工艺示意图；图3和图4显示为现有技术中的金属层化学机械抛光工艺示意图；图5显示为本专利技术中在衬底上形成栅极及覆盖栅极的层间介质层的结构示意图；图6显示为本专利技术中在层间介质层的表面悬涂抗反射层后的结构示意图；图7显示为本专利技术中刻蚀该抗反射层至露出栅极顶部的层间介质层的结构示意图；图8显示为本专利技术中对层间介质层刻蚀至栅极顶部的层间介质层厚度与源漏极上的介质层厚度相当的结构示意图；图9显示为图8的结构去除抗反射层后的结构示意图；图10显示为本专利技术中刻蚀栅极形成栅极凹槽的结构示意图；图11显示为本专利技术中对栅极凹槽沉积栅极介质层及金属材料后的结构示意图；图12显示为本专利技术形成的金属栅极。图13显示为本专利技术的后栅极形成方法的流程图。元件标号说明11多晶硅栅12氮化硅隔离层13层间介质层14抗反射层15金属材料16栅极介质层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图5至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。参阅图13，图13显示为本专利技术的后栅极形成方法的流程图。本专利技术提供一种后栅极形成方法，其中如图5所示，需要提供一衬底，所述衬底上设有源漏极，所述源漏极上设有介质层，即在实施本专利技术的后栅极形成方法之前，所提供的衬底上具备源极和漏极，并且所述源极和漏极各自都覆盖有介质层。本专利技术的后栅极形成方法在本实施例中包括以下步骤：步骤一、在所述衬底上形成栅极以及覆盖所述栅极的层间介质层；如图5所示，图5显示为本专利技术中在衬底上形成栅极及覆盖栅极的层间介质层的结构示意图，图1中，所述衬底10上形成栅极，在所述栅极上通过沉积的方法形成层间介质层。进一步地，所述氧化硅隔离层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种后栅极形成方法，其特征在于，提供一衬底，所述衬底上设有源漏极，所述源漏极上设有介质层，该方法至少包括以下步骤：步骤一、在所述衬底上形成栅极以及覆盖所述栅极的层间介质层；步骤二、在所述层间介质层的表面悬涂抗反射层，并刻蚀该抗反射层至露出所述栅极顶部的层间介质层为止；步骤三、对所述层间介质层进行刻蚀，刻蚀至所述栅极顶部的层间介质层厚度与所述源漏极上的介质层厚度相当，之后去除所述抗反射层；步骤四、对所述层间介质层进行研磨，研磨至所述栅极顶部露出为止；步骤五、对所述栅极进行刻蚀，形成栅极凹槽；步骤六、对所述栅极凹槽沉积一层栅极介质层，之后再对凹槽填充金属材料，所述金属材料覆盖所述层间介质层和所述凹槽上表面；步骤七、去除所述层间介质层和所述凹槽上表面的金属材料后形成金属材料和所述层间介质层齐平的上表面。

【技术特征摘要】
1.一种后栅极形成方法，其特征在于，提供一衬底，所述衬底上设有源漏极，所述源漏极上设有介质层，该方法至少包括以下步骤：步骤一、在所述衬底上形成栅极以及覆盖所述栅极的层间介质层；步骤二、在所述层间介质层的表面悬涂抗反射层，并刻蚀该抗反射层至露出所述栅极顶部的层间介质层为止；步骤三、对所述层间介质层进行刻蚀，刻蚀至所述栅极顶部的层间介质层厚度与所述源漏极上的介质层厚度相当，之后去除所述抗反射层；步骤四、对所述层间介质层进行研磨，研磨至所述栅极顶部露出为止；步骤五、对所述栅极进行刻蚀，形成栅极凹槽；步骤六、对所述栅极凹槽沉积一层栅极介质层，之后再对凹槽填充金属材料，所述金属材料覆盖所述层间介质层和所述凹槽上表面；步骤七、去除所述层间介质层和所述凹槽上表面的金属材料后形成金属材料和所述层间介质层齐平的上表面。2.根据权利要求1所述的后栅极形成方法，其特征在于：步骤一中在所述衬底上形成的栅极为相互间隔的多个栅极。3.根据权利要求2所述的后栅极形成方法，其特征在于：步骤一中所述栅极为伪栅极层叠结构，包括多晶硅栅以及覆盖该多晶硅栅的上表面和侧壁的隔离层。4.根据权利要求3所述的后栅极形成方法，其特征在于：所述隔离层为氮化硅隔离层。5.根据权利要求4所述的后栅极形成方法，其特征在于：步骤四中露出所述栅极顶部的研磨包括去掉所述多晶硅栅上表面的氮化硅隔离层，露出...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭振强，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31