金属栅极的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，尤其涉及金属栅极的形成方法。
【背景技术】
[0002]随着集成电路制造技术的不断发展，MOS晶体管的特征尺寸也越来越小，在MOS晶体管特征尺寸不断缩小情况下，为了降低MOS晶体管栅极的寄生电容，提高器件速度，金属栅极被引入到MOS晶体管中。
[0003]图1至图4是现有技术中金属栅极的形成方法的剖面结构示意图。
[0004]参考图1，提供半导体衬底100，在所述衬底100上形成伪栅极101，所述伪栅极的材料为多晶硅。接着，形成覆盖衬底100和伪栅极101的氧化硅层102，氧化硅层102的顶部与伪栅极101的顶部相平。
[0005]参考图2，采用干法刻蚀的方法去除伪栅极101 (参考图1 )，在氧化硅层102的内部形成栅极凹槽103。
[0006]参考图3，形成铝材料层104’，所述铝材料层104’填满栅极凹槽103并覆盖氧化娃层102的顶部。
[0007]参考图4，采用化学机械研磨的方法，使得铝材料层104’(参考图3)的顶部与氧化硅层102的顶部相平，形成铝栅极104。
[0008]采用现有技术的方法形成的金属栅极性能不好，严重时，金属栅极无法正常工作。
【发明内容】
[0009]本发明解决的问题是采用现有技术的方法形成的金属栅极性能不好，严重时，金属栅极无法正常工作。
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种金属栅极的形成方法，包括:
[0011]提供半导体衬底，在所述衬底表面形成伪栅极，在衬底上形成层间介质层，所述层间介质层顶部与所述伪栅极顶部相平；
[0012]利用外延生长形成至少覆盖所述伪栅极顶部的第一牺牲层；
[0013]在层间介质层上形成第二牺牲层，所述第二牺牲层顶部与所述第一牺牲层顶部相平；
[0014]去除所述第一牺牲层，在所述第二牺牲层内形成开口，所述开口底部露出所述伪栅极顶部；
[0015]去除所述第一牺牲层后，去除所述伪栅极，在所述层间介质层内形成栅极凹槽；
[0016]去除第二牺牲层，在所述栅极凹槽内填充金属层形成金属栅极。
[0017]可选的，在层间介质层上形成第二牺牲层的方法包括:
[0018]形成第二牺牲材料层，覆盖所述层间介质层和第一牺牲层；
[0019]去除高于第一牺牲层顶部的第二牺牲材料层。
[0020]可选的，所述第二牺牲层的材料为非晶碳、第一聚合物或底部抗反射层，所述第一聚合物包括碳元素或者氟、溴、氯元素中的一种或它们的任意组合。
[0021]可选的，形成所述第二牺牲材料层的方法为沉积或涂抹；
[0022]去除高于第一牺牲层顶部的第二牺牲材料层的方法为化学机械研磨或刻蚀。
[0023]可选的，去除第二牺牲层的方法为灰化。
[0024]可选的，所述第一牺牲层还覆盖部分层间介质层，去除第一牺牲层后，去除所述伪栅极的步骤之前，还包括步骤:在所述开口侧壁形成牺牲侧墙；
[0025]去除所述伪栅极的步骤之后，去除第二牺牲层的步骤之前，还包括步骤:去除所述牺牲侧墙。
[0026]可选的，所述牺牲侧墙的形成方法包括:
[0027]形成牺牲侧墙材料层，填充所述开口并覆盖所述第二牺牲层；
[0028]刻蚀所述牺牲侧墙材料层，在所述开口侧壁形成牺牲侧墙。
[0029]可选的，所述牺牲侧墙的材料为第二聚合物，所述第二聚合物由烃类气体制备。
[0030]可选的，去除所述牺牲侧墙的方法为灰化。
[0031]可选的，所述第一牺牲层的材料与所述伪栅极的材料相同。
[0032]可选的，所述伪栅极的材料为多晶硅，所述第一牺牲层的材料为多晶硅。
[0033]可选的，去除第一牺牲层的方法为湿法腐蚀或者干法刻蚀。
[0034]可选的，在所述衬底表面形成伪栅极的步骤之后，在衬底上形成层间介质层的步骤之前，还包括:
[0035]在所述伪栅极周围形成侧墙。
[0036]可选的，所述层间介质层的材料为氧化硅。
[0037]可选的，在所述衬底和所述伪栅极之间还包括栅介质层，所述栅极凹槽底部露出所述栅介质层，所述栅介质层为高k栅介质层。
[0038]可选的，在所述衬底和所述伪栅极之间还包括栅介质层，所述栅极凹槽底部露出所述栅介质层，所述栅介质层为氧化硅层，去除第二牺牲层之后，在所述栅极凹槽内填充金属层的步骤之前，还包括:去除所述氧化硅层，在所述栅极凹槽的底部和侧壁形成高k栅介质层。
[0039]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0040]采用外延生长的方法形成至少覆盖伪栅极顶部的第一牺牲层，第一牺牲层能够将伪栅极全部覆盖，而且，第一牺牲层的位置决定了第二牺牲层内的开口的位置，从而使得第二牺牲层能够准确的将伪栅极顶部露出。此时，第二牺牲层将伪栅极周围的层间介质层进行覆盖，从而在去除伪栅极的过程中，第二牺牲层会对层间介质层进行保护，防止层间介质层也被刻蚀到，防止层间介质层的高度减小。这个过程是自对准过程，在刻蚀去除伪栅极前，形成的第二牺牲层能够精确的将伪栅极露出。与在层间介质层上形成只露出伪栅极顶部的光刻胶方法相比，能够避免对准精度差的问题。因此采用自对准的方法可以很好的保护层间介质层在去除伪栅极的过程中不受损伤，从而使栅极凹槽的深度不会减小，进而使后续形成的金属栅极的高度不会减小。保证了后续在该栅极凹槽内形成的金属栅极的高度，提高了金属栅极的性能。
【附图说明】
[0041]图1至图4是现有技术中金属栅极的形成方法的剖面结构示意图；
[0042]图5至图12是本发明具体实施例中的金属栅极的形成方法的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]采用现有技术的方法形成的金属栅极性能不好，严重时，金属栅极无法正常工作的原因如下:
[0044]参考图2，采用刻蚀的方法去除伪栅极101 (参考图1)时，即使氧化硅层102与伪栅极101之间的刻蚀选择比相差很大，也会造成氧化硅层102的损失，使得氧化硅层102的厚度有所减小，相应的使栅极凹槽103的深度也有所减小。
[0045]参考图4，采用化学机械研磨的方法，使得铝材料层104’(参考图3)的顶部与氧化硅层102的顶部相平时，受化学研磨设备条件限制，为了确保不在氧化硅层102表面残留铝材料，会多研磨一些氧化硅层102，从而使得氧化硅层102的高度继续降低，相应的使后续形成的铝栅极104的高度也进一步降低。
[0046]铝栅极104的高度如果太低，影响栅极阻值，进而影响栅极控制沟道电流的能力，因此，铝栅极104的性能不好，严重时，无法正常工作。
[0047]为了避免上述技术问题，发明人做过以下尝试来解决该技术问题，第一种尝试具体为:参考图1，在形成氧化硅层102时，采用增加氧化硅层102厚度的方法，但是，参考图2，在形成栅极凹槽103后，栅极凹槽103的深度会增加，从而在栅极凹槽103内填充铝材料层104’的步骤中，由于栅极凹槽103的深宽比太大，从而会使填充在栅极凹槽103内的铝材料层104’(参考图3)内部具有缝隙，从而影响后续形成的铝栅极的性能。因此，在形成氧化硅层102时，可以采用增加氧化硅层102厚度的方法不适用。
[0048]第二种尝试具体为:参考图1和图2，在刻蚀去除伪栅极101的过程中，为了减小氧化硅层102的损失，可以在氧化硅层102的上面形成图案化的光刻胶层(图未示)，所述图案化的光刻胶覆盖氧化硅层102，同时露出伪栅极101。然后以图案化的光刻胶为掩膜对伪栅极101进行刻蚀，在氧化硅层102内形成栅极凹槽103。这种方法也很难减小氧化硅层102的损失，原因如下:伪栅极101的CD尺寸太小，再加上光刻工艺的对准精度的限制，很难将图案化的光刻胶正好露出伪栅极101，同时也会或多或少的露出氧化硅层102，因此，没有被图案化的光刻胶覆盖的氧化硅层102也会被刻蚀，接着，形成铝材料层104’(参考图3)的过程中，被刻蚀的氧化硅层102处也会填充铝材料层104’，然后，参考图4，采用化学机械抛光工艺将高于氧化硅层102上的铝材料层104’去除的过程中，为了去除被刻蚀的氧化硅层102处填充的铝材料层104’，会使氧化硅层102的整体高度大幅度下降，从而使栅极凹槽103的深度下降，进而使形成金属栅极高度减小。因此，采用图案化的光刻胶覆盖氧化硅层102的方法不适用。
[0049]因此，为了解决本发明的技术问题，本发明提供了一种金属栅极的形成方法，采用本发明的方法形成的金属