[发明专利]金属栅极形成方法

说明书

                        技术领域

本发明涉及适用于高集成半导体器件中的金属栅极的制造方法，具体地说，是涉及形成可容易地去除伪多晶硅膜的高集成MOS晶体管的锒嵌栅极的方法。

                        背景技术

以前，在这种半导体器件中，使用多晶硅栅极和多硅酸盐(ポリサィド)栅极等作为栅极，多晶硅栅极存在以下问题：因栅极损耗现象引起的栅极绝缘膜的有效厚度增加，因搀杂物从p+或n+多晶硅栅极渗透到衬底的现象和搀杂物分布变化引起的阈值电压的变化等。

利用现有的多晶硅的栅极还存在所谓的在宽度很细小的线上无法实现低电阻值的问题。

因此，需要开发可代替利用现有的多晶硅的栅极的新物质和新结构的栅极。

对应于该要求进行了积极的金属栅极的开发，通过在制造金属栅极时不使用搀杂物，不仅解决了因现有的多晶硅栅极产生的问题，而且，作为金属栅极，通过使功函数位于硅的中间能带隙的金属，可形成在NMOS晶体管和PMOS晶体管区域中对称地形成阈电压的单一栅极。此时，在金属栅极的物质中可使用W、WN、Ti、TiN、Mo和Ta等。

在通常利用多晶硅栅极的半导体器件的制造方法来制造利用金属栅极的半导体器件时，会产生以下严重的问题：金属栅极难以形成图形，在源极/漏极的离子注入时等离子体产生损伤，以及离子注入后，因热处理工序而产生热损伤。

为了解决上述伴随着金属栅极的使用而产生的工序上的问题，而提出形成金属栅极的新的工序，即锒嵌金属栅极的制造工序。该锒嵌金属栅极的制造工序如下：在将多晶硅栅极形成为伪栅极时形成源极/漏极区域，以制造半导体器件，在去除形成于所述伪栅极中的多晶硅栅极时，在锒嵌工序中形成金属栅极。

参照图1至图6来说明现有的锒嵌金属栅极的制造工序。

如图1所示，在晶片10、即由硅衬底构成的半导体衬底上形成通常的多晶硅栅极的方法中，在形成硅氧化膜和多晶硅膜后，以制成图形的方式形成伪栅极绝缘膜11和伪栅极12。

接着，在进行通常的离子注入工序后形成源极/漏极区域13时，在伪栅极绝缘膜11和伪栅极12的侧壁上形成衬垫14。此时，源极/漏极区域13也可形成为LDD(Lightly Doped Drain)结构，首先，形成伪栅极12，之后形成低浓度的源极/漏极区域13，在形成侧壁衬垫14后，形成高浓度的源极/漏极区域。

如图2所示，在半导体衬底10的整个表面上形成夹层绝缘膜15时，如图3所示，进行CMP(chemical mechanical polishing)工序，抛光夹层绝缘膜15，以便露出伪栅极12。

如图4所示，以选择蚀刻方法来去除露出的伪栅极12和其下部的露出的伪栅极绝缘膜11，从而露出半导体衬底10。由此，在去除伪栅极12和伪栅极绝缘膜11的部位上形成沟槽16。

如图5所示，在包括沟槽16的夹层绝缘膜15上形成薄膜绝缘膜17和钨等金属膜18时，进行CMP工序，露出夹层绝缘膜15。因此，如图6所示，形成锒嵌栅极绝缘膜19和锒嵌金属栅极20。

因为上述形成现有的锒嵌金属栅极20的方法在晶体管的源极/漏极的形成工序后形成锒嵌金属栅极20，所以解决了以前的金属栅极难以形成图形、在源极/漏极用的离子注入时等离子体产生损伤、以及离子注入后因热处理工序而产生热损伤等的问题。

在形成这种锒嵌金属栅极时，其中最重要的一个工序是如图1至图4所述的选择去除作为伪栅极12的物质的多晶硅膜的工序。该工序防止了去除伪栅极用多晶硅膜时由氮化膜构成的侧壁衬垫14和由CVD氧化膜构成的夹层绝缘膜15的损伤，特别是必须防止晶片、即硅衬底10的损伤。多晶硅膜的残留物(residue)不会残留在沟槽16内。

图7(A)、(B)表示现有的去除用于伪栅极中的伪多晶硅膜的方法。

图7(A)表示现有的通过干蚀刻工序去除伪多晶硅膜的工序，图7(B)表示现有的通过湿蚀刻工序去除伪多晶硅膜的工序。

图7(A)所示的干蚀刻工序利用等离子体P深腐蚀去除伪多晶硅膜，图7(B)所示的湿蚀刻工序是在湿电解槽21的湿蚀刻溶液(Wet chemical)23中通过上述方法将形成伪多晶硅膜的晶片22浸渍规定时间以去除伪多晶硅膜的静(static)蚀刻方法。

但是，上述现有的去除伪多晶硅膜的工序存在如下问题。