本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬柵極及其制備方法。

背景技術(shù)：

在CMOS晶體管器件和電路制備中，隨著CMOS集成電路制造工藝的發(fā)展以及關(guān)鍵尺寸的縮小，由于SiO₂柵氧化層介質(zhì)厚度的減小使得柵極漏電流增加，同時(shí)為了避免多晶硅柵極的耗盡效應(yīng)，HKMG(high k metal gate)工藝成為主流，尤其是28nm以下工藝結(jié)點(diǎn)。

現(xiàn)在通常采用的HKMG工藝都是gate last，金屬柵極(metal gate)的形成過程一般為：在襯底上形成層疊的介電層、高k介質(zhì)層、阻擋層及多晶硅層組成，刻蝕多晶硅層、阻擋層、高k介質(zhì)層及介電層形成偽柵極，然后，在偽柵極側(cè)壁形成側(cè)墻，并形成層間介質(zhì)層，多晶硅層暴露在層間介質(zhì)層之外，去除多晶硅層形成溝槽，之后，在溝槽中填充金屬層，從而形成金屬柵極。然而，現(xiàn)有技術(shù)中由于刻蝕速率的不均勻，使得偽柵極的側(cè)壁不平整，從而影響器件的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供金屬柵極及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中偽柵極側(cè)壁不平整的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金屬柵極及其制備方法，包括：

提供半導(dǎo)體襯底，部分所述半導(dǎo)體襯底的表面具有偽柵極，所述偽柵極包括依次層疊的介電層、第一高k介質(zhì)層、阻擋層及多晶硅層；

回刻蝕所述阻擋層，在所述偽柵極的側(cè)壁形成凹槽；

沉積第二高k介質(zhì)層，所述第二高k介質(zhì)層覆蓋剩余的所述半導(dǎo)體襯底及所述偽柵極的側(cè)壁和頂壁，并填充所述凹槽；

刻蝕所述第二高k介質(zhì)層，所述第二高k介質(zhì)層在所述偽柵極的部分側(cè)壁形成緩沖層，所述緩沖層包圍所述介電層及部分所述多晶硅層；

形成側(cè)墻，所述側(cè)墻覆蓋所述緩沖層及所述偽柵極的側(cè)壁；

沉積層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層覆蓋所述半導(dǎo)體襯底及所述側(cè)墻，且所述多晶硅層暴露在所述層間介質(zhì)層之外；

去除所述多晶硅層，形成溝槽；

在所述溝槽中填充金屬層，形成金屬柵極。

可選的，所述介電層的材料為氧化硅，所述介電層的厚度為

可選的，所述第一高k介質(zhì)層的材料為氧化鉿、氧化鋁、氧化鑭、氧化鉺或氧化坦中的一種，所述第一高k介質(zhì)層的厚度為

可選的，所述阻擋層的材料為氮化鈦，所述阻擋層的厚度為

可選的，采用等離子體工藝刻蝕所述阻擋層，所述凹槽的寬度為

可選的，還包括：在剩余的所述半導(dǎo)體襯底的表面與所述第二高k介質(zhì)層之間形成另一介電層，所述另一介電層的材料為氧化硅，厚度為

可選的，所述第二高k介質(zhì)層的k值大于所述第一高k介質(zhì)層的k值。

可選的，所述第二高k介質(zhì)層的材料為氧化鉿、氧化鋁、氧化鑭、氧化鉺或氧化坦中的一種，所述第二高k介質(zhì)層的厚度為

可選的，采用等離子體工藝刻蝕所述第二高k介質(zhì)層，所述緩沖層的厚度為

可選的，所述層間介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮氧化硅或氮化硅中的一種，所述層間介質(zhì)層的厚度為

可選的，所述金屬層的材料為鋁、鎢、銅中的一種，所述金屬層的厚度為

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種金屬柵極，包括：

半導(dǎo)體襯底；

依次層疊于部分所述半導(dǎo)體襯底上的介電層、第一高k介質(zhì)層、阻擋層及金屬層，所述阻擋層的兩側(cè)形成有凹槽；

緩沖層，所述緩沖層包圍所述介電層及部分所述金屬層，并填充所述凹槽；

包圍所述緩沖層及所述金屬層的側(cè)墻；

包圍所述側(cè)墻的層間介質(zhì)層，所述金屬層暴露在所述層間介質(zhì)層之外。。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的金屬柵極及其制備方法中，回刻蝕阻擋層形成凹槽，再沉積第二高k介質(zhì)層，第二高k介質(zhì)層覆蓋偽柵極的側(cè)壁及凹槽，之后，刻蝕第二高k介質(zhì)層，保留至少部分阻擋層側(cè)壁上的第二高k介質(zhì)層，在阻擋層的側(cè)壁形成緩沖層，緩沖層將阻擋層的部分側(cè)壁包圍，從而提高偽柵極側(cè)壁的平整度，改善器件的性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中金屬柵極制備方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中形成偽柵極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中形成凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中形成第二高k介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中形成緩沖層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明一實(shí)施例中形成側(cè)墻及層間介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明一實(shí)施例中形成溝槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明一實(shí)施例中金屬柵極的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的金屬柵極及其制備方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

本發(fā)明的核心思想在于，提供的金屬柵極的制備方法中，回刻蝕阻擋層形成凹槽，再沉積第二高k介質(zhì)層，第二高k介質(zhì)層覆蓋偽柵極的側(cè)壁及凹槽，之后，刻蝕第二高k介質(zhì)層，保留至少部分阻擋層側(cè)壁上的第二高k介質(zhì)層，在阻擋層的側(cè)壁形成緩沖層，緩沖層將阻擋層的部分側(cè)壁包圍，從而提高偽柵極側(cè)壁的平整度，改善器件的性能。

下文結(jié)合附圖對本發(fā)明的金屬柵極的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明，圖1為金屬柵極制備方法的流程圖，圖2～圖9為各步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖，具體的，金屬柵極的制備方法包括如下步驟：

首先，執(zhí)行步驟S1，參考圖2所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100可以為硅襯底、鍺硅襯底、碳硅襯底、SOI襯底等本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的襯底結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體襯底100中形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110，用于將半導(dǎo)體襯底100中的器件結(jié)構(gòu)隔離。接著，依次在所述半導(dǎo)體襯底100的表面形成層疊的介電層120、第一高k介質(zhì)層130、阻擋層140及多晶硅層150。其中，所述介電層120的材料為氮氧化硅，用于將半導(dǎo)體襯底100與金屬柵極之間形成隔離，所述介電層130的厚度為例如，等。所述第一高k介質(zhì)層130的材料為氧化鉿、氧化鋁、氧化鑭、氧化鉺或氧化坦中的一種，優(yōu)選為氧化鉿，第一高k介質(zhì)層130作為柵極介質(zhì)層，所述第一高k介質(zhì)層130的厚度為例如，等。所述阻擋層140的材料為氮化鈦，用于防止金屬柵極中的金屬向下擴(kuò)散，所述阻擋層140的厚度為例如，等。

之后，參考圖3所示，依次刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100上的介電層120、第一高k介質(zhì)層130、阻擋層140及多晶硅層150，將部分半導(dǎo)體襯底100暴露出來，剩余的介電層120、第一高k介質(zhì)層130、阻擋層140及多晶硅層150形成偽柵極。刻蝕介電層120、第一高k介質(zhì)層130、阻擋層140及多晶硅層150的工藝方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，在此不做贅述。

接著，執(zhí)行步驟S2，參考圖4所示，回刻蝕所述阻擋層140，使得偽柵極的側(cè)壁處形成凹槽141。本實(shí)施例中采用等離子體刻蝕工藝回刻蝕所述阻擋層140，例如，等離子體與偽柵極的側(cè)壁成一夾角，從而刻蝕阻擋層，去除部分阻擋層，形成凹槽，所述凹槽141的寬度為例如，等。

接著，執(zhí)行步驟S3，參考圖5所示，沉積第二高k介質(zhì)層130’，所述第二高k介質(zhì)層130’覆蓋剩余的所述半導(dǎo)體襯底100及所述偽柵極的側(cè)壁和頂壁，并且填充所述凹槽141。本實(shí)施例中，所述第二高k介質(zhì)層130’的介電常數(shù)大于所述第一高k介電層130的介電常數(shù)，所述第二高k介質(zhì)層130’的材料為氧化鉿、氧化鋁、氧化鑭、氧化鉺或氧化坦中的一種，例如優(yōu)選為介電常數(shù)大于氧化鉿的氧化鑭，所述第二高k介質(zhì)層130’的厚度為例如，厚度優(yōu)選為等。

此外，本發(fā)明中，繼續(xù)參考圖5所示，在形成第二高k介質(zhì)層130’之前還包括：在剩余的所述半導(dǎo)體襯底100的表面與所述第二高k介質(zhì)層130’之間形成另一介電層120’，另一介電層120’用于防止后續(xù)刻蝕第二高k介質(zhì)層130’時(shí)，等離子體損傷半導(dǎo)體襯底100的表面，同樣的，所述另一介電層120’的材料為氧化硅，厚度為當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在本發(fā)明中的其他實(shí)施例中，還可以在形成偽柵極的過程中，刻蝕停止在介電層120上，之后直接在介電層120上形成第二高k介質(zhì)層130’，從而不必要再次形成另一介電層120’，簡化工藝流程。

之后，執(zhí)行步驟S4，參考圖6所示，刻蝕所述第二高k介質(zhì)層130’及另一介電層120’，保留偽柵極周圍的部分另一介電層和第二高k介質(zhì)層，并使得所述第二高k介質(zhì)層130’在至少部分所述偽柵極的側(cè)壁形成緩沖層131。本發(fā)明中，采用等離子體工藝刻蝕所述第二高k介質(zhì)層130’及另一介電層120’，所述緩沖層131的厚度為例如，等，并且，等離子體刻蝕第二高k介質(zhì)層130’及另一介電層120’時(shí)，可以使得等離子體的刻蝕方向與半導(dǎo)體襯底100表面之間呈一夾角，從而不必要形成光阻，并保留偽柵極側(cè)壁處的第二高k介質(zhì)層130’。本實(shí)施例中，所述緩沖層131優(yōu)選為填充所述凹槽141，并包圍部分所述多晶硅層150的側(cè)壁，緩沖層131將阻擋層140的側(cè)壁包圍，能夠提高偽柵極側(cè)壁的平整度，從而改善器件的性能。

再次，執(zhí)行步驟S5，參考圖7所示，形成側(cè)墻160，所述側(cè)墻160覆蓋所述緩沖層131及所述偽柵極的側(cè)壁。所述側(cè)傾160用于保護(hù)偽柵極，側(cè)墻160為氮化硅、氮化硅或氮氧化硅材料中的一種或其組合，側(cè)墻160的厚度為

接著，執(zhí)行步驟S6，繼續(xù)參考圖7所示，沉積層間介質(zhì)層170，所述層間介質(zhì)層170覆蓋所述半導(dǎo)體襯底100、所述側(cè)墻160及所述偽柵極，其中，所述層間介質(zhì)層170的材料為氧化硅、氮氧化硅或氮化硅中的一種，所述層間介質(zhì)層170的厚度為之后，化學(xué)機(jī)械研磨所述層間介質(zhì)層170，使得所述多晶硅層150暴露在所述層間介質(zhì)層170之外。

再次，執(zhí)行步驟S7，參考圖8所示，采用等離子體工藝刻蝕所述多晶硅層150，從而去除所述多晶硅層150，形成溝槽180。

最后，執(zhí)行步驟S8，參考圖9所示，在所述溝槽180中填充金屬層190，形成金屬柵極。其中，所述金屬層190的材料為鋁、鎢、銅中的一種或其組合，所述金屬層的厚度為

相應(yīng)的，本發(fā)明的另一方面還提供一種金屬柵極，參考圖8所示，所述金屬柵極包括：

半導(dǎo)體襯底100；

依次層疊于部分所述半導(dǎo)體襯底上的介電層120、第一高k介質(zhì)層130、阻擋層140及金屬層190，所述阻擋層140的兩側(cè)形成有凹槽141；

緩沖層131，所述緩沖層131包圍所述介電層120及部分所述金屬層190，并填充所述凹槽141；

包圍所述緩沖層131及所述金屬層190的側(cè)墻160；

包圍所述側(cè)墻160的層間介質(zhì)層170，所述金屬層190暴露在所述層間介質(zhì)層170之外。

綜上所述，本發(fā)明提供的金屬柵極及其制備方法中，回刻蝕阻擋層形成凹槽，再沉積第二高k介質(zhì)層，第二高k介質(zhì)層覆蓋偽柵極的側(cè)壁及凹槽，之后，刻蝕第二高k介質(zhì)層，保留至少部分阻擋層側(cè)壁上的第二高k介質(zhì)層，在阻擋層的側(cè)壁形成緩沖層，緩沖層將阻擋層的部分側(cè)壁包圍，從而提高偽柵極側(cè)壁的平整度，改善器件的性能。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。