[发明专利]一种含金属栅极的半导体器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种含金属栅极的半导体器件及其制备方法。

背景技术

在集成电路制造领域，随着MOS晶体管的不断缩小，尤其是在32nm以下的工艺中，各种因为器件的物理极限所带来的二级效应不可避免，器件的特征尺寸按比例缩小变得困难，其中MOS晶体管器件及其电路制造领域容易出现从栅极向衬底的漏电问题。

当前工艺的解决方法是采用高K栅极材料和金属栅的方法，目前金属栅的形成过程为首先在半导体衬底100上形成栅极介电层101，在栅极介电层101上形成栅极堆栈结构的TiN覆盖层102，在TiN层102上沉积扩散阻挡层103。蚀刻形成金属栅极，所述金属栅极包括函数金属层，阻挡层和金属材料层。然后对所述栅极以及源漏形成电连接，具体地为：在所述金属材料层107（金属铝）上沉积接触孔蚀刻停止层104，在所述接触孔蚀刻停止层上形成氧化物层106，蚀刻所述氧化物层106以及接触孔蚀刻停止层，以在所述栅极上方以及两侧源漏形成接触孔，进而形成接触塞105，但是由于所述金属材料层107金属铝与所述接触孔蚀刻停止层SiN层之间的粘附力很小，在进行蚀刻形成接触孔以及对所述金属栅进行湿法清洗的过程中很容易造成所述金属材料层107的脱落和碎裂，使所述器件损坏。

目前金属栅的制备过程中大都选用金属铝作为导电层，存在上述所述容易发生脱落以及碎裂的问题，目前的制备方法并不能解决所述问题，因此需要对技术或者工艺过程进行改进。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种含金属栅极的半导体器件的制备方法，包括：

提供一包含金属栅极的半导体衬底，所述金属栅极的最上层为金属材料层；

以所述金属材料层为阳极，在电解液中进行电解，在所述金属材料层表面形成具有微孔的金属氧化物材料层，以增强所述金属材料层与其上方将形成的接触孔蚀刻停止层之间的粘附性能。

作为优选，所述金属材料层为铝材料层。

作为优选，所述接触孔蚀刻停止层为氮化硅层。

作为优选，所述电解液为草酸和NaCl的混合溶液。

作为优选，所述电解液中草酸的浓度为0.5-3mol/L。

作为优选，所述电解液中NaCl的浓度为0.1-1mol/L。

作为优选，所述电解电压为1-30伏。

作为优选，所述电解的电流密度为1-100A/m²。

作为优选，所述电解时间为1-10分钟。

作为优选，所述微孔均匀分布于所述金属氧化物材料层上，所述微孔的直径为100nm-200nm。

作为优选，所述微孔之间的间隔为300nm-500nm。

作为优选，所述金属栅极的形成方法为：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成栅堆栈层，包括依次层叠的高K介电层、TiN覆盖层、多晶硅层，以及位于所述TiN覆盖层和多晶硅层之间的阻挡层；

蚀刻所述栅堆栈层以在所述衬底上形成虚设栅极结构；

去除所述虚设栅极结构的所述多晶硅层；

在所述阻挡层上形成金属栅极。

作为优选，所述阻挡层为TaN或AlN层，所述阻挡层的厚度为10-50埃。

作为优选，所述金属栅极由依次层叠的功函数金属层、阻挡层和金属材料层组成。

作为优选，在形成所述具有微孔氧化铝材料层后，进一步包含以下步骤：

在所述氧化铝材料层上形成接触孔蚀刻停止层；

在所述接触孔蚀刻停止层上形成层间介电层；

蚀刻所述层间介电层和所述接触孔蚀刻停止层形成接触孔，露出所述金属氧化物材料层；

采用金属导电材料填充所述接触孔，形成接触塞，以形成电连接。

作为优选，所述接触孔蚀刻停止层为金属氮化物层。

作为优选，所述层间介电层为氧化物层。

本发明还提供了一种上述方法制备得到的半导体器件。