本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種高K(高介電常數(shù))金屬柵的形成方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)上在高K薄膜和金屬柵極的生長(zhǎng)均放在有源區(qū)活化熱退火工藝(S/D active anneal)之后的工藝集成中，偽柵極多晶硅和偽柵極氧化物最終都是被去除的。在去除偽柵極氧化物的過程中會(huì)導(dǎo)致溝道表面粗糙度變大，同時(shí)在刻蝕的過程中，無論是干法刻蝕還是濕法刻蝕，都會(huì)引入諸如F離子等之類的有害雜質(zhì)離子。這些離子擴(kuò)散到溝道中，對(duì)器件的可靠性造成嚴(yán)重影響。同時(shí)高K薄膜會(huì)在側(cè)壁沉積，柵極可填充的空隙差不多要減少4nm，大大增加了金屬空洞(metal void)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，希望能夠提供一種能夠改進(jìn)柵極可填充的關(guān)鍵尺寸，從而有利于消除金屬空洞的高K金屬柵形成方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠改進(jìn)柵極可填充的關(guān)鍵尺寸，從而有利于消除金屬空洞的高K金屬柵形成方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種高K金屬柵的形成方法，包括：第一步驟：在襯底上依次形成層間介質(zhì)層、TiO2薄膜層和多晶硅層；第二步驟：對(duì)層間介質(zhì)層、TiO2薄膜層和多晶硅層進(jìn)行圖案化以形成偽柵極結(jié)構(gòu)，并且在偽柵極結(jié)構(gòu)側(cè)邊形成柵極側(cè)墻；第三步驟：在偽柵極結(jié)構(gòu)周圍沉積層間電介質(zhì)材料，并對(duì)層間電介質(zhì)材料進(jìn)行平坦化；第四步驟：去除偽柵極結(jié)構(gòu)中的頂部多晶硅層以形成凹槽；第五步驟：對(duì)偽柵極結(jié)構(gòu)中的TiO2薄膜層進(jìn)行Hf離子注入，以形成HfTiO薄膜層；第六步驟：在凹槽中填充金屬材料以形成金屬柵極。

優(yōu)選地，層間介質(zhì)層為SiO2薄膜層。優(yōu)選地，層間介質(zhì)層的生長(zhǎng)方式可以為化學(xué)氣相沉積、原子層沉、熱氧化、低壓化學(xué)氣相沉積等，優(yōu)選爐管的熱氧化方法。優(yōu)選地，層間介質(zhì)層的厚度為0.5～1nm。

優(yōu)選地，TiO2薄膜層的生長(zhǎng)方式可以是化學(xué)氣相沉積、原子層沉、熱氧化、低壓化學(xué)氣相沉積等。優(yōu)選地，TiO2薄膜層的厚度為0.5～2nm。

優(yōu)選地，Hf離子注入的能量為1～10Kev。優(yōu)選地，Hf離子注入的入射角度為垂直入射。

優(yōu)選地，離子注入后的熱退火為800～1000℃的快速熱退火或者峰值退火。優(yōu)選地，離子注入后的所處的氣氛可以為N₂或者其他惰性氣體氣氛。

根據(jù)本發(fā)明的高K金屬柵的形成方法無需去除柵極氧化物，通過離子注入形成高K薄膜，因?yàn)閭?cè)壁沒有高K薄膜，因此增加了可填充的關(guān)鍵尺寸，有利于消除金屬空洞。

附圖說明

結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中：

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高K金屬柵的形成方法的第一步驟。

圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高K金屬柵的形成方法的第二步驟。

圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高K金屬柵的形成方法的第三步驟。

圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高K金屬柵的形成方法的第四步驟。

圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高K金屬柵的形成方法的第五步驟。

圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高K金屬柵的形成方法的第六步驟。

需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號(hào)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖1至圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高K金屬柵的形成方法的各個(gè)步驟。

具體地，如圖1至圖6所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高K金屬柵的形成方法包括：

第一步驟：在襯底100上依次形成層間介質(zhì)層10、TiO2薄膜層20和多晶硅層30；

優(yōu)選地，層間介質(zhì)層10為SiO2薄膜層。優(yōu)選地，層間介質(zhì)層10的生長(zhǎng)方式可以為化學(xué)氣相沉積、原子層沉、熱氧化、低壓化學(xué)氣相沉積等，優(yōu)選爐管的熱氧化方法。優(yōu)選地，層間介質(zhì)層10的厚度為0.5～1nm。

優(yōu)選地，TiO2薄膜層20的生長(zhǎng)方式可以是化學(xué)氣相沉積、原子層沉、熱氧化、低壓化學(xué)氣相沉積等。優(yōu)選地，TiO2薄膜層20的厚度為0.5～2nm。

第二步驟：對(duì)層間介質(zhì)層10、TiO2薄膜層20和多晶硅層30進(jìn)行圖案化以形成偽柵極結(jié)構(gòu)40，并且在偽柵極結(jié)構(gòu)40側(cè)邊形成柵極側(cè)墻41；

第三步驟：在偽柵極結(jié)構(gòu)40周圍沉積層間電介質(zhì)材料50，并對(duì)層間電介質(zhì)材料50進(jìn)行平坦化；

第四步驟：去除偽柵極結(jié)構(gòu)40中的頂部多晶硅層以形成凹槽31；

第五步驟：對(duì)偽柵極結(jié)構(gòu)40中的TiO2薄膜層20進(jìn)行Hf離子注入，以形成HfTiO薄膜層21；優(yōu)選地，在第五步驟進(jìn)一步對(duì)HfTiO薄膜層21實(shí)施熱退火處理。

優(yōu)選地，Hf離子注入的能量為1～10Kev。優(yōu)選地，Hf離子注入的入射角度為垂直入射。

優(yōu)選地，離子注入后的熱退火為800～1000℃的快速熱退火或者峰值退火(spike anneal)。優(yōu)選地，離子注入后的所處的氣氛可以為N₂或者其他惰性氣體氣氛。

第六步驟：在凹槽31中填充金屬材料以形成金屬柵極60。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高K金屬柵的形成方法無需去除柵極氧化物，通過離子注入形成高K薄膜，因?yàn)閭?cè)壁沒有高K薄膜，因此增加了可填充的關(guān)鍵尺寸，有利于消除金屬空洞。

此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個(gè)組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個(gè)組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。

可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。

而且還應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于此處描述的特定的方法、化合物、材料、制造技術(shù)、用法和應(yīng)用，它們可以變化。還應(yīng)該理解的是，此處描述的術(shù)語僅僅用來描述特定實(shí)施例，而不是用來限制本發(fā)明的范圍。必須注意的是，此處的以及所附權(quán)利要求中使用的單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”以及“該”包括復(fù)數(shù)基準(zhǔn)，除非上下文明確表示相反意思。因此，例如，對(duì)“一個(gè)元素”的引述意味著對(duì)一個(gè)或多個(gè)元素的引述，并且包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的它的等價(jià)物。類似地，作為另一示例，對(duì)“一個(gè)步驟”或“一個(gè)裝置”的引述意味著對(duì)一個(gè)或多個(gè)步驟或裝置的引述，并且可能包括次級(jí)步驟以及次級(jí)裝置。應(yīng)該以最廣義的含義來理解使用的所有連詞。因此，詞語“或”應(yīng)該被理解為具有邏輯“或”的定義，而不是邏輯“異或”的定義，除非上下文明確表示相反意思。此處描述的結(jié)構(gòu)將被理解為還引述該結(jié)構(gòu)的功能等效物?？杀唤忉尀榻频恼Z言應(yīng)該被那樣理解，除非上下文明確表示相反意思。

而且，本發(fā)明實(shí)施例的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可包括手動(dòng)、自動(dòng)或組合地執(zhí)行所選任務(wù)。而且，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施例的實(shí)際器械和設(shè)備，可利用操作系統(tǒng)通過硬件、軟件或其組合實(shí)現(xiàn)幾個(gè)所選任務(wù)。