射工艺将Al填入第二沟槽，工艺温度一般控制在450°C以上，达到最终的金属厚度，一般金属铝控制在250纳米以内。
[0061]步骤11:采用平坦化工艺研磨第二填充金属、第一填充金属、第一金属电极层、第二金属电极层、金属覆盖层和高K介质层，从而在第一沟槽区域形成第一金属栅极，在第二沟槽区域形成第二金属栅极，且第一金属栅极的顶部与第二金属栅极的顶部齐平。
[0062]具体的，请再次参阅图11，硅衬底00上的部分金属膜层从上往下包括第二填充金属16、第二粘附层(未示出)、第二阻挡层(未示出)、第二金属电极层15、第一金属电极层13、第一填充金属14、金属覆盖层11和高K介质层10，还可能包含很薄的阻挡层，如TaN;首先，根据填充金属的种类，选择合适的研磨液，采用化学机械抛光工艺将第二填充金属16减薄至第二阻挡层表面;然后，改变研磨液分别研磨第二阻挡层、第二金属电极层15、第一填充金属14、第一金属电极层13、金属覆盖层11和高K介质层10，直至暴露出金属前介质层05的表面。通过最后的抛光工艺来控制对金属前介质层05的过抛光量，形成如图12所示的结构。
[0063]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【主权项】
1.一种双金属栅的制备方法，其特征在于，包括: 步骤01:提供已经完成前道工艺集成的硅衬底;硅衬底包括具有第一栅极的第一栅极区和具有第二栅极的第二栅极区、以及覆盖于整个硅片上的金属前介质层； 步骤02:减薄所述金属前介质层，直至暴露出所述第一栅极和所述第二栅极的表面；步骤03:刻蚀去除所述第一栅极和所述第二栅极，在所述第一栅极和所述第二栅极的位置分别形成第一沟槽和第二沟槽； 步骤04:在完成所述步骤03的硅衬底上依次沉积高K介质层和金属覆盖层； 步骤05:在完成所述步骤04的硅衬底上覆盖一层介质薄膜，所述介质薄膜将所述第一沟槽和所述第二沟槽顶部封住，从而在所述第一沟槽内和所述第二沟槽内形成空气隙；步骤06:去除位于所述第一栅极区的介质薄膜，并且保留所述第二栅极区的介质薄膜；步骤07:在完成所述步骤06的所述硅衬底上依次沉积第一金属电极层和第一填充金属;其中，所述第一填充金属将所述第一沟槽填满； 步骤08:研磨所述第一填充金属和所述第一金属电极层，并且停止于所述第二栅极区的所述介质薄膜，保留所述第二沟槽内的空气隙； 步骤09:去除位于所述第二栅极区的介质薄膜； 步骤10:在完成所述步骤09的硅衬底上依次沉积第二金属电极层和第二填充金属；其中，所述第二填充金属将所述第二沟槽填满； 步骤11:采用平坦化工艺研磨所述第二填充金属、所述第一填充金属、所述第二金属电极层、所述第一金属电极层、所述金属覆盖层和所述高K介质层，从而在所述第一沟槽区域形成第一金属栅极，在所述第二沟槽区域形成第二金属栅极，且所述第一金属栅极的顶部与所述第二金属栅极的顶部齐平。2.根据权利要求1所述的双金属栅的制备方法，其特征在于，所述步骤02中，采用化学机械抛光工艺来减薄所述金属前介质层。3.根据权利要求1所述的双金属栅的制备方法，其特征在于，所述第一栅极和所述第二栅极均具有多晶硅电极和位于所述多晶硅电极底部的栅氧层;所述步骤03中，首先，采用干法刻蚀工艺去除所述第一栅极的多晶硅电极和所述第二栅极的多晶硅电极;然后，采用湿法刻蚀工艺将刻蚀残留物和所述栅氧层去除。4.根据权利要求3所述的双金属栅的制备方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺中，采用气态氢氟酸作为刻蚀剂。5.根据权利要求1所述的双金属栅的制备方法，其特征在于，所述步骤04中，采用原子层沉积工艺来制备所述高K介质层;所述高K介质层的厚度大于零且不大于1nm;采用原子层沉积工艺来制备所述金属覆盖层。6.根据权利要求1所述的双金属栅的制备方法，其特征在于，所述步骤05中，采用等离子增强化学气相沉积工艺来沉积所述介质薄膜，所采用的温度为300?400°C，射频偏压功率为300?1500W，沉积速率为1?1000nm/min。7.根据权利要求1所述的双金属栅的制备方法，其特征在于，所述步骤06中，包括:首先，在所述硅衬底上涂覆光刻胶，经光刻工艺，在光刻胶中暴露出所述第一栅极区，并且保留所述第二栅极区的光刻胶;然后，采用干法刻蚀工艺将所述第一栅极区的所述介质薄膜去除；当所述介质薄膜的材料为S12时，采用不大于500W的刻蚀工艺以及采用含氟刻蚀气体来刻蚀所述介质薄膜，且停止于所述第一栅极区的所述金属覆盖层表面;最后，采用去胶工艺将剩余的光刻胶和所述硅衬底表面的残留有机物去除;所述去胶工艺采用O2刻蚀气体且刻蚀功率不大于50W。8.根据权利要求1所述的双金属栅的制备方法，其特征在于，所述第一金属电极层和所述第二金属电极层的沉积采用磁控溅射工艺或原子层沉积工艺;所述第一填充金属和所述第二填充金属的沉积采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。9.根据权利要求1所述的双金属栅的制备方法，其特征在于，所述步骤07中，从所述第一金属电极层到所述第一填充金属之间依次具有第一粘附层和第一阻挡层，所述步骤08中，首先，采用化学机械抛光工艺将所述第一填充金属减薄至所述第一阻挡层;然后，改变研磨液分别研磨所述第一阻挡层和所述第一金属电极层，并且停止于所述第二栅极区的所述介质薄膜，并且保留所述第二沟槽内的空气隙。10.根据权利要求1所述的双金属栅的制备方法，其特征在于，所述步骤10中，从所述第二金属电极层到所述第二填充金属之间依次具有第二粘附层和第二阻挡层，所述步骤11中，首先，采用化学机械抛光工艺将所述第二填充金属减薄至所述第二阻挡层;然后，改变研磨液分别研磨所述第二阻挡层、所述第二金属电极层、所述第一金属电极层、所述第一填充金属、所述金属覆盖层和所述高K介质层，直至暴露出所述金属前介质层的表面。
【专利摘要】本发明提供了一种双金属栅的制备方法，在第一栅极区和第二栅极区同时完成多晶硅的去除工艺、高介电常数介质的沉积工艺和金属覆盖层的沉积工艺，减少了重复的工艺步骤，而且保证了栅极尺寸、栅极形貌和栅极氧化层的一致性；此外，采用空气隙技术沉积一层介质薄膜将第二栅极沟槽保护起来，并完成第一栅极区的金属电极工艺；再将第二栅极区的沉积介质去除，并且完成第二栅极区的金属电极工艺；该技术方案金属填充工艺窗口较大，且对栅极形貌、高K介质和金属的负面影响很小。本发明对现有的双金属栅极集成方案进行了优化，减少工艺步骤，降低成本，且工艺集成难度较低，容易实现量产。
【IPC分类】H01L21/28, H01L21/288, H01L21/8238
【公开号】CN105655247
【申请号】
【发明人】林宏
【申请人】上海集成电路研发中心有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月31日