[发明专利]铝金属栅极的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造工艺技术领域，特别涉及一种铝金属栅极的形成方法。

背景技术

为了控制短沟道效应，更小特征尺寸的半导体器件要求进一步提高栅电极电容，这能够通过不断减薄栅氧化层的厚度来实现，但随之而来的是栅电极漏电流的提升。特别的，当二氧化硅作为栅氧化层，厚度低于3.0纳米时，漏电流就变得无法忍受了。

为了解决上述问题，高介电常数绝缘材料被用来取代二氧化硅，高介电常数绝缘材料可以为铪硅酸盐、铪硅氧氮化合物、铪氧化物等，介电常数一般都大于15。采用这种材料能够进一步提高栅电极电容，同时，栅电极漏电流又能够得到明显的改善。对于相同的栅氧化层厚度，将高介电常数绝缘材料与金属栅极搭配，其栅电极漏电流将减少几个指数量级，而且用金属栅极取代多晶硅栅电极解决了高介电常数绝缘材料与多晶硅之间不兼容的问题。

请参考图1a~1c，其为现有的铝金属栅极的形成方法中所形成的器件剖面示意图。

如图1a所示，提供半导体结构10，所述半导体结构10包括半导体衬底11、层间介质层12及浸润层13，其中，所述层间介质层12位于所述半导体衬底11上且所述层间介质层12具有沟槽100，所述沟槽100露出部分半导体衬底11，所述浸润层13覆盖所述层间介质层12及露出的部分半导体衬底11。

如图1b所示，沉积铝种子层14，所述铝种子层14覆盖所述浸润层13，同时填充部分沟槽100。

如图1c所示，沉积铝体层15，所述铝体层15覆盖所述铝种子层14，同时填满所述沟槽100。

接着，可执行化学机械研磨（CMP）工艺，去除所述层间介质层12表面的浸润层13、铝种子层14及铝体层15，形成铝金属栅极。在整个铝金属栅极的形成过程中，沉积铝金属层16（包括沉积铝种子层14及铝体层15）是关键，若能够形成均匀的铝金属层16填满沟槽100，则最终形成的铝金属栅极的质量也便能够得到保障。

正因为此，现有工艺中先形成一浸润层13，同时又分成两步形成铝金属层16，其目的均是为了形成均匀的铝金属层16。但即使在这样的情况下，填充沟槽100的铝金属层16仍经常会出现空洞101，从而导致最终形成的金属栅极的质量下降。究其原因在于，在沉积铝种子层14的过程中，铝种子层14会在沟槽100的开口处102积聚，从而导致沟槽100的开口变小；由此，后续沉积铝体层15时，难以充分、均匀地将沟槽100填满，从而导致空洞101的产生，进而降低金属栅极的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝金属栅极的形成方法，以解决现有技术中，形成铝金属栅极的铝金属层中易于产生空洞，从而造成所形成的铝金属栅极可靠性低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种铝金属栅极的形成方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介质层，所述层间介质层具有沟槽，所述沟槽露出部分半导体衬底；

形成浸润层，所述浸润层覆盖所述层间介质层，同时填充所述沟槽，其中，位于所述沟槽开口处的浸润层排斥铝的化学气相沉积工艺；

利用化学气相沉积工艺形成铝种子层，所述铝种子层填充所述沟槽；

沉积铝体层，所述铝体层填满所述沟槽。

可选的，在所述的铝金属栅极的形成方法中，位于所述沟槽开口处的浸润层的材料为氮化钛。

可选的，在所述的铝金属栅极的形成方法中，形成浸润层的工艺包括如下步骤：

形成初始浸润层，所述初始浸润层的材料为钛；

对所述初始浸润层执行氮离子注入工艺，形成浸润层，其中，位于沟槽开口处的浸润层的材料为氮化钛，位于沟槽内的浸润层的材料为钛。

可选的，在所述的铝金属栅极的形成方法中，利用氮气对所述初始浸润层执行氮离子注入工艺。

可选的，在所述的铝金属栅极的形成方法中，对所述初始浸润层执行氮离子注入工艺的工艺条件为：

注入角度：5°~15°；

注入能量：1keV~30keV；

注入剂量：10¹⁴/cm²~10¹⁵/cm²。

可选的，在所述的铝金属栅极的形成方法中，所述浸润层的厚度为4nm～15nm。

可选的，在所述的铝金属栅极的形成方法中，利用AlH₂（BH₄）和N（CH₃）₃执行化学气相沉积工艺形成铝种子层。