技術領域

本發明涉及半導體制作領域，特別涉及一種金屬柵極的形成方法。

背景技術

隨著集成電路制造技術的不斷發展，MOS晶體管的特征尺寸也越來越小，為了降低MOS晶體管柵極的寄生電容，提高器件速度，高K柵介電層與金屬柵極的柵極疊層結構被引入到MOS晶體管中。為了避免金屬柵極的金屬材料對晶體管其他結構的影響，所述金屬柵極與高K柵介電層的柵極疊層結構通常采用“后柵(gate?last)”工藝制作。

圖1～圖3為現有采用“后柵(gate?last)”工藝制作金屬柵極的剖面結構示意圖。

參考圖1，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100上形成有替代柵結構，所述替代柵結構包括位于半導體襯底100上的柵介質層103和位于柵介質層103上的替代柵102；在半導體襯底100上形成覆蓋所述替代柵結構的刻蝕停止層104(CESL，contact?etch?stop?layer)；在刻蝕停止層104表面形成介質層105。

所述刻蝕停止層104的材料為壓應力氮化硅(compressive?SiN)或拉應力氮化硅(tensile?SiN)，當待形成的金屬柵極為NMOS晶體管的金屬柵極時，所述刻蝕停止層104的材料為拉應力的氮化硅；當待形成的金屬柵極為PMOS晶體管的金屬柵極時，所述刻蝕停止層104的材料為壓應力的氮化硅。

參考圖2，化學機械研磨所述介質層105和刻蝕停止層104，以替代柵102的表面為停止層，使介質層105和刻蝕停止層104的表面與替代柵102表面平齊。

參考圖3，去除所述替代柵102(圖2所示)，形成凹槽(圖中未示出)；在所述凹槽內填充滿金屬層(圖中未示出)，化學機械研磨所述金屬層，以介質層105為停止層，形成金屬柵極106。

更多關于金屬柵極的形成方法請參考公開號為US2002/0064964A1的美國專利。

現有金屬柵極的形成方法，在以替代柵102的表面為停止層，化學機械研磨所述介質層105和刻蝕停止層104時，容易對刻蝕停止層104和介質層105造成過研磨，影響后續形成的金屬柵極的高度。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種金屬柵極的形成方法，能有效的控制金屬柵極的形成高度。

為解決上述問題，本發明提供一種金屬柵極的形成方法，包括：

提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有替代柵，所述替代柵的表面和側壁以及半導體襯底表面形成有刻蝕停止層；

在刻蝕停止層表面形成有機抗反射涂層，有機抗反射涂層的表面高于替代柵的表面；

刻蝕去除部分厚度的有機抗反射涂層和刻蝕停止層，暴露部分高度的替代柵；

去除剩余的有機抗反射涂層；

形成覆蓋刻蝕停止層表面以及替代柵的介質層，所述介質層表面與替代柵表面平齊；

去除所述替代柵，形成凹槽，在凹槽內填充滿金屬，形成金屬柵極。

可選的，所述形成有機抗反射涂層采用旋涂工藝。

可選的，所述刻蝕去除部分厚度的有機抗反射涂層和刻蝕停止層采用干法刻蝕工藝。

可選的，所述干法刻蝕工藝的壓力為3～100mtorr，采用的氣體為CH₂F₂、CH₃F和O₂的混合氣體，混合氣體的流量為5～300sccm。

可選的，所述暴露的替代柵的高度為替代柵總高度的1/10～9/10。

可選的，所述介質層的形成方法為：采用沉積工藝形成覆蓋刻蝕停止層表面以及替代柵的介質層；化學機械研磨所述介質層，以替代柵表面作為停止層，使介質層的表面與替代柵表面平齊。

可選的，所述去除剩余的抗反射涂層的工藝為灰化工藝。

可選的，所述灰化工藝采用的氣體為氧氣。

可選的，所述刻蝕停止層的材料為壓應力氮化硅或拉應力的氮化硅。

可選的，所述替代柵和半導體襯底之間還形成有柵介質層。

可選的，所述柵介質層的材料為氧化硅、氮氧化硅或高K介質材料。

可選的，所述金屬柵極的材料為Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni其中一種或幾種。

可選的，所述在形成金屬柵極之前，還包括步驟：在凹槽的側壁和底部形成擴散阻擋層。

可選的，所述擴散阻擋層的材料為TiN或TaN。

可選的，在所述擴散阻擋層表面形成功能層。

可選的，所述功能層的材料為Ti、Ta、TiN、TaN、TiAl、TaC、TaSiN其中一種或幾種。