[发明专利]一种金属栅填充的改善方法

说明书

本发明公开了一种在后栅工艺中，优化金属栅极填充的方法。先形成一伪栅层，再形成伪栅层侧墙；再沉积双层接触刻蚀停止层。沉积层间介质层氧化层后进行化学机械研磨露出伪栅极，然后对SiN部分进行回刻，形成台阶结构。去掉伪栅极得到凹槽，在凹槽内一次填充高介电层和金属栅极，多余的金属栅极部分通过化学机械研磨去除，形成金属栅极结构。此方法通过扩大凹槽开口降低深宽比来改善金属栅填充，金属栅的栅极宽度增大部分由后续的CMP去除，不影响金属栅最终的尺寸。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种金属栅填充的改善方法。

背景技术

业界在32nm以下的高介电常数金属栅极工艺(HKMG，High-K Metal Gate)中多采用后栅工艺，由于栅极尺寸变小，金属栅填充难度增加。由于工艺的改进，现有工艺中的栅极尺寸不断的缩小，在现有的金属栅电极的制作工艺中，由于栅极的长度较小，制作栅极的开口深宽比较大，因此，在将栅电极材料沉积到栅极开口较为困难。栅极开口顶部边缘处的沉积速率总是大于底部，而导致顶部边缘的栅电极材料过厚，很容易封住栅极开口，而在底部形成空洞，上述空洞将影响栅电极的电性能。因此有必要提供一种新的金属栅电极制作方法，以避免上述产生空洞的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题提出了一种能使填充的效果更佳的金属栅填充的改善方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属栅填充的改善方法，包括以下步骤：

S1提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上图案化形成一栅氧化层；

S2在所述栅氧化层上图案化形成一伪栅层和一高度低于所述伪栅层的伪栅层侧墙；

S3在所述伪栅层顶面和侧面、所述伪栅层侧墙外表面和所述半导体衬底裸露上表面形成一第一SiN层；

S4在所述第一SiN层上形成一湿法刻蚀速率小于第一SiN层的第二SiN层；

S5在所述第二SiN层上形成一氧化层；

S6化学机械研磨所述氧化层并停止于所述伪栅层中不低于所述伪栅层侧墙顶面高度的位置；

S7对所述第一SiN层和第二SiN层进行回刻至回刻停止在第一SiN层中不低于伪栅层侧墙顶面高度的位置；

S8去除所述伪栅层后形成第一复合结构；

S9在所述复合结构上表面形成高K介质层和金属栅层；

S10对所述金属栅层进行化学机械抛光并停止于所述伪栅层侧墙顶面高度的位置，并继续后续栅极工艺以形成金属栅极。

为了进一步优化上述技术方案，本发明所采取的技术措施为：

优选的，所述第一SiN层和所述第二SiN层为接触刻蚀停止层。

更优选的，所述接触刻蚀停止层至少为一层。

更优选的，所述接触刻蚀停止层设置多层，多层所述接触刻蚀停止层的湿法刻蚀速率沿伪栅层侧墙外表面向外叠层方向依次变小。

更优选的，所述接触刻蚀停止层为一层，所述接触刻蚀停止层的湿法刻蚀速率沿伪栅层侧墙外表面向外层方向依次变小。

优选的，所述第一SiN层和第二SiN层为拉应力SiN层。

更优选的，所述第一SiN层的拉应力大于第二SiN层的拉应力，并大于1GMPa。

更优选的，用低频功率(LF power，low frequency power)或掺杂的方法改变接触刻蚀停止层的材质中的硅氮比，从而改变所述接触刻蚀停止层的湿法刻蚀速率。