半导体器件的形成方法_3

文档序号:9377755阅读:来源:国知局
化温度可以避免上述金属硅化物层发生熔化。
[0058]在第二伪栅极202顶部形成保护层207后,接着,参考图10和图11,去除第一掩膜层206。去除第一掩膜层206的方法为灰化。
[0059]接着,参考图12,在介质层205、第四伪栅极204和保护层207上形成第二掩膜层208。第二掩膜层208的作用为:后续工艺步骤中,去除第一区域中的第一伪栅极201、第三伪栅极203的过程中,第二掩膜层208可以保护第二区域的第二伪栅极202、第四伪栅极204不受损伤。本实施例中,第二掩膜层208的材料为氮化硼或氮化钛。第二掩膜层208之所以为氮化硼或氮化钛,原因如下:一方面,第二掩膜层208与介质层205的研磨选择比高,后续研磨去除第一金属层形成第一金属栅极212和第三金属栅极213的工艺步骤中,不会对介质层205进行过研磨。另一方面,后续去除第一金属层211形成第一金属栅极212和第三金属栅极213的过程中,可以顺带将第二掩膜层208进行研磨去除,不需要额外进行第二掩膜层208的去除工艺,从而节省工艺步骤。
[0060]其他实施例中,第二掩膜层也可以为本领域技术人员熟知的其他金属硬掩膜层,只要能够具有上述两个作用之一的作用都属于本发明的保护范围。
[0061]接着,继续参考图10,形成第二掩膜层208后,去除第一伪栅极201 (参考图9)和第三伪栅极203,相应的,在所述介质层205中形成第一栅极凹槽209和第三栅极凹槽210。第一栅极凹槽209和第三栅极凹槽210的底部露出栅介质层。
[0062]去除第一伪栅极201、第三伪栅极203的方法为等离子体干法刻蚀或湿法腐蚀。其中去除第一伪栅极201、第三伪栅极203的方法为本领域技术人员熟知技术,在此不再赘述。
[0063]接着,参考图11,在所述第一栅极凹槽209 (参考图12)、第三栅极凹槽210 (参考图12)内填充满第一金属层211,并且所述第一金属层211覆盖所述第二掩膜层208。
[0064]本实施例中,第一金属层211的材料为招,形成第一金属层211的方法为沉积。其他实施例中,第一金属层也可以为本领域技术人员熟知的其他金属材料,例如钨、铜、银和金。
[0065]接着,参考图14,去除高于介质层205的第一金属层211、第二掩膜层208,形成第一金属栅极212和第三金属栅极213。
[0066]本实施例中,去除高于介质层205的第一金属层211的方法为化学机械研磨。其中,化学机械研磨液的主要成分为氧化铝。去除高于介质层205的第一金属层211的过程中会将第二掩膜层208同时去除。
[0067]本实施例中,化学机械研磨至介质层205时,由于第四伪栅极204的特征尺寸小于0.1微米,化学机械研磨液对第四伪栅极204的过研磨不明显。而第二伪栅极202的特征尺寸大于或等于0.1微米,化学机械研磨液对第二伪栅极202的过研磨现象非常严重。相对于多晶硅层与化学研磨液的研磨选择比,保护层207与化学机械研磨液的研磨选择比大很多,保护层207可以保护其下的第二伪栅极202不被化学机械研磨液接触,避免第二伪栅极202产生严重的过研磨,避免形成过研磨凹坑。
[0068]其他实施例中,保护层也可以为与上述化学机械研磨液刻蚀选择比高的其他材料。
[0069]接着,参考图14和图15,形成第一金属栅极212和第三金属栅极213后,去除保护层207、剩余的第二伪栅极202和第四伪栅极204,在第二区域的介质层205中形成第二栅极凹槽214和第四栅极凹槽215。第二栅极凹槽214和第四栅极凹槽215的底部分别露出高k栅介质层。
[0070]去除保护层207、剩余的第二伪栅极202和第四伪栅极204的方法为等离子干法刻蚀。具体工艺条件为:射频源脉冲功率为350?450w,刻蚀气体包括Cl2、HBr, He、O2或Ar的混合气体。Cl2的流量为10?20sccm,HBr的流量为90?120sccm,He的流量为8?12sccm, O2的流量为4?5sccm, Ar的流量为120?140sccm,刻蚀时间为8?10s。
[0071]采用上述方法能够将保护层208、剩余的第二伪栅极202和第四伪栅极204—起去除,并且还能去除干净。相对于现有技术来讲,可以不用先刻蚀去除保护层,再刻蚀去除剩余的第二伪栅极202和第四伪栅极204,从而节省了工艺步骤。
[0072]其他实施例中,所述干法刻蚀的气体还可以包括含氟气体,例如,为CF4、CHF3,CH2F2中的一种、两种或三种气体、稀释气体可以为He、N2或O2中的一种或两种。
[0073]需要说明的是,本实施例中的保护层207的厚度为10?200埃。保护层207过厚,很难将保护层下面的第二伪栅极去除,无法形成第二栅极凹槽;保护层207的厚度如果太薄,在研磨第一金属层的时,无法保护下面的第二伪栅极不被严重的过研磨。
[0074]接着,参考图15至图17,在所述第二栅极凹槽214(参考图15)内填充满第二金属层216,形成第二金属栅极217。在第四栅极凹槽215 (参考图15)内填充满第二金属层216,形成第四金属栅极218。
[0075]本实施例中,第二金属层216的材料也为铝。形成第二金属层216的方法为沉积。其他实施例中,第二金属层也可以为钨、银、铜、金等。
[0076]接着,参考图16和图17,去除高于介质层205的第二金属层216,形成第二金属栅极217和第四金属栅极218。
[0077]本实施例中,去除高于介质层205的第二金属层216的方法也为化学机械研磨。
[0078]本实施例中,去除高于介质层的第一金属层形成第一金属栅极、第三金属栅极的过程中,氧化第二伪栅极顶部而形成的保护层保护其下的第二伪栅极,使其受损程度大大减小。这样,相对于第一区域的第一金属栅极、第三金属栅极及其周围介质层的高度来说,第二区域的第二伪栅极的高度几乎不变,第二伪栅极周围的介质层的高度几乎等于第一区域的介质层的高度。后续去除高于介质层的第二金属层形成第二金属栅极的过程中,避免在第二区域的介质层上残留有第二金属层,从而可以提高第二区域的后续形成的晶体管的性能,进而可以提高后续形成的半导体器件的性能。例如,当第二区域具有多个第二伪栅极时,采用本实施例的方法可以避免后续形成的多个第二金属栅极中的相邻两个第二金属栅极发生短路现象。
[0079]需要说明的是,本实施例中,参考图12和图13,在第一栅极凹槽209和第三栅极凹槽210内填充满第一金属层211之前还包括在第一栅极凹槽209和第三栅极凹槽210内形成第一功函数层(图未示)。参考图13和图14,在第二栅极凹槽214和第四栅极凹槽215内填充满第二金属层216之前还包括在第二栅极凹槽214内和第四栅极凹槽215内形成第二功函数层(图未示)。第一功函数层的作用为:调节后续形成的PMOS晶体管的阈值电压。对于PMOS晶体管的功函数层,其功函数越低,所述PMOS晶体管的阈值电压越低。第二功函数层的作用为:调节后续形成的NMOS晶体管的阈值电压。对于NMOS晶体管的功函数层,其功函数越高,所述NMOS晶体管的阈值电压越低。因此,第一功函数层的材料与第二功函数的材料不同。第一功函数的材料为TiN、TiAlN或TiSiN。第二功函数的材料为Ti,TiAl, Pt、W、Go 或 Ru。
[0080]第一功函数、第二功函数的材料和厚度需要精确控制,才能够分别对PMOS、NMOS晶体管的阈值电压精确控制。对于特征尺寸都小于或等于2微米的第一伪栅极至第四伪栅极来说,需要先在PMOS区域的第一栅极凹槽和第三栅极凹槽内形
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