一种制作半导体器件的方法技术

本发明专利技术公开了一种制作半导体器件的方法，根据本发明专利技术的方法提出了在后高K/后金属栅极工艺中添加多次钝化处理工艺，以阻止PMOS区域和NMOS区域中的铝的扩散最终使形成的半导体器件结构与传统工艺形成的半导体器件结构相比具有良好的间隙填充边缘和较低金属栅极电阻，以提高半导体器件的整体性能，提高半导体器件的良品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种在后高K/后金属栅极技术中采用多次钝化处理工艺以防止铝扩散的方法。
技术介绍
集成电路(IC)尤其是超大规模集成电路中的主要器件是金属氧化物半导体场效应晶体管(M0S)，随着半导体集成电路工业技术日益的成熟，超大规模的集成电路的迅速发展，具有更高性能和更强功能的集成电路要求更大的元件密度，而且各个部件、元件之间或各个元件自身的尺寸、大小和空间也需要进一步缩小。对于具有更先进的技术节点的CMOS而言，后高K/金属栅极(high-k and metal gate last)技术已经广泛地应用于CMOS器件中，以避免高温处理工艺对器件的损伤。同时，需要缩小CMOS器件栅极介电层的等效氧化层厚度(EOT),例如缩小至约1.lnm。在后高K (high-k last, HK last process)技术中，为了到达较小的EOT的厚度,采用化学氧化物界面层(chemical oxide IL)代替热栅氧化物层(thermal gate oxide)。在目前的后高K/后金属栅极(high-K&gate last)技术中，包括去除虚拟多晶硅栅极和栅极氧化层以形成栅极沟槽，在栅极沟槽中沉积形成界面氧化层和高K介电层，接着在栅极沟槽中高K介电层上沉积形成功函数金属层和金属电极层，然后采用化学机械研磨(CMP)去除多余的功函数金属层和金属电极层，以形成金属栅极。如图1A-1C所示，为根据现有的技术制作后HK/后MG结构的半导体器件的横截面示意图，IA所示，采用刻蚀工艺去除位于半导体衬底100上NMOS区域和PMOS区域中的虚拟栅极和栅极介电层保留位于虚拟栅极结构两侧的间隙壁，以形成金属栅极沟槽，在金属栅极沟槽中依次沉积形成界面层101、高K介电层102、覆盖层103、阻挡层104和PMOS功函数金属层105。如图1B所示，在半导体衬底上形成图案化的底部抗反射涂层和光刻胶层106，以露出NMOS区域覆盖PMOS区域；根据图案化的底部抗反射涂层和光刻胶层106去除NMOS区域中的PMOS的功函数金属层以露出阻挡层104，接着去除图案化所述底部抗反射涂层和光刻胶层106。如图1C所示，在半导体衬底100上沉积形成NMOS功函数金属层107和金属电极层108。接着，采用化学机械研磨工艺去除掉多余的金属层以露出层间介电层，最后形成金属栅极。然而，目前的后高K介电层/后金属栅极与前高K介电层/后金属栅极相比，在形成的金属栅极沟槽中沉积高K介电层和覆盖层之后，这将使栅极堆叠填充变的不容易实现，尤其对于较为先进的技术节点而言。另一方面，在双功函数金属栅极工艺中为了实现在半导体衬底中分别形成PMOS功函数金属层和NMOS功函数金属层，使得薄膜堆叠层和填充工艺变的非常的复杂。同时，在现有的后高K介电层/后金属栅极工艺中，NMOS功函数金属层的材料通常为TiAl或者铝，这样在NMOS功函数层中很容易发生铝原子扩散现象，较多的铝原子扩散将影响器件的电压(增加PMOS器件的电压和减小NMOS器件的电压)和影响器件的性能以及可靠性。因此，需要一种新的半导体器件的制作方法，以解决现有技术中的问题。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了，包括下列步骤，提供具有第一区域和第二区域的半导体衬底，所述第一区域包括虚拟栅极，所述第二区域包括虚拟栅极；去除所述第一区域中的虚拟栅极和所述第二区域中的虚拟栅极，以在所述第一区域中形成第一沟槽，在所述第二区域中形成第二沟槽；在所述第一沟槽和所述第二沟槽的底部及侧壁上依次沉积形成高K介电层和覆盖层；在所述覆盖层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成P型功函数金属层；采用光刻工艺去除所述第二区域中的所述P型功函数金属层露出所述阻挡层；在所述第一区域中的所述P型功函数金属层和所述第二区域中的所述阻挡层上依次形成N型功函数金属层和金属栅极层；其中，至少在形成所述阻挡层之后形成所述覆盖层之前、形成所述覆盖层之后形成所述P型功函数金属层之前或形成所述P型功函数金属层之后进行一钝化处理步骤，以防止之后形成的N型功函数金属层和金属栅极层中的金属离子扩散到其下的层结构中。优选地，形成所述P型功函数金属层之后进行的钝化处理步骤为在形成所述P型功函数金属层之后去除所述第二区域中的所述P型功函数金属层露出所述阻挡层之前对所述P型功函数金属层进行的钝化处理步骤。优选地，形成所述P型功函数金属层之后进行的钝化处理步骤为在去除所述第二区域中的所述P型功函数金属层之后形成所述N型功函数金属层之前对所述第一区域中的所述P型功函数金属层和所述第二区域中的所述阻挡层进行的钝化处理步骤。优选地，采用退火工艺执行所述钝化处理步骤，所述退火工艺为峰值退火、毫秒退火或者快速退火，执行所述退火工艺的温度为400°C至600°C，执行所述退火工艺的时间为10秒至60秒，在通入氧气、氮气、氨气或者氧气和氮气的混合气体的条件下执行所述退火工艺。优选地，将所述半导体衬底暴露在空气中执行所述钝化处理步骤。优选地，采用等离子体工艺执行所述钝化处理步骤，所述等离子体工艺的反应时间为10秒至60秒，在通入氧气、氮气、氩气或者氩气和氮气的混合气体的条件下执行所述等离子体工艺，执行所述等离子体工艺的功率为100W至500W。优选地，所述钝化处理步骤为在所述覆盖层、所述阻挡层或者所述P型金属功函数金属层上形成钛层或者硅层，接着执行退火工艺以形成TixOy层或者SixOy层，所述钛层或者所述硅层的厚度为5埃至15埃。优选地，采用湿法刻蚀或者干法刻蚀去除所述第二区域中的所述P型功函数金属层，所述刻蚀工艺具有所述P型功函数金属层对低于所述阻挡层的高蚀刻选择比。优选地，所述半导体衬底和所述高K介电层之间还形成有界面层，所述界面层的材料为热氧化层、氮的氧化物层或化学氧化层，所述界面层的厚度范围为5埃至10埃。优选地，所述第一区域为PMOS区域，所述第二区域为NMOS区域。优选地，采用CVD、ALD或者PVD工艺形成所述界面层、所述高K介电层、所述覆盖层、所述阻挡层、所述P型功函数金属层、所述N型功函数金属层、所述金属电极层综上所示，本专利技术的方法提出了在后高K/后金属栅极工艺中添加多次钝化处理工艺，以阻止PMOS区域和NMOS区域中的铝的扩散最终使形成的半导体器件结构与传统工艺形成的半导体器件结构相比具有良好的间隙填充边缘和较低金属栅极电阻，以提高半导体器件的整体性能，提高半导体器件的良品率。【附图说明】本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。在附图中，图1A-1C为根据现有技术制作具有后HK/后MG结构的半导体器件的剖面结构示意图；图2A-2E为根据本专利技术一个实施方式制作具有后HK/后MG结构的半导体器件相关步骤所获得的器件的剖面结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施方式制作具有后HK/后MG结构的半导体器件的工艺流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作半导体器件的方法，包括：提供具有第一区域和第二区域的半导体衬底，所述第一区域包括虚拟栅极，所述第二区域包括虚拟栅极；去除所述第一区域中的虚拟栅极和所述第二区域中的虚拟栅极，以在所述第一区域中形成第一沟槽，在所述第二区域中形成第二沟槽；在所述第一沟槽和所述第二沟槽的底部及侧壁上依次沉积形成高K介电层和覆盖层；在所述覆盖层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成P型功函数金属层；采用光刻工艺去除所述第二区域中的所述P型功函数金属层露出所述阻挡层；在所述第一区域中的所述P型功函数金属层和所述第二区域中的所述阻挡层上依次形成N型功函数金属层和金属栅极层；其中，至少在形成所述阻挡层之后形成所述覆盖层之前、形成所述覆盖层之后形成所述P型功函数金属层之前或形成所述P型功函数金属层之后进行一钝化处理步骤，以防止之后形成的N型功函数金属层和金属栅极层中的金属离子扩散到其下的层结构中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31