【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種半導體集成電路的制造方法，特別涉及一種金屬柵(metal?gate，mg)晶體管的制造方法。
技術介紹
1、由于mg中原子層沉積(ald)tin在沉積時是通過四氯化鈦(ticl4)與nh3反應，ald的tial是四氯化鈦與鋁反應，因此形成的金屬柵會含有cl元素，而cl元素的存在，對于金屬柵(metalgate)工藝流程(loop)的器件穩定性，會有很大的負面作用。在接觸孔(contact，ct)工藝的預清潔(preclean)工藝中，f會在等離子體(plasma)的作用下取代cl，使得cl到達mg表面，在經過鈦硅化物(tisix)形成所需的高溫制程作用后，mg中的cl會揮發至ct孔底部，與其中的ti反應并形成ti的cl化物即ticlx，反應物ticlx升華形成空洞(void)，這種缺陷(defect)會嚴重影響ct孔的導電電阻和mg的穩定性。
2、如圖1a至圖1e所示，是現有金屬柵晶體管的制造方法的各步驟中的器件結構示意圖；現有金屬柵晶體管的制造方法包括如下步驟：
3、如圖1a所示，完成金屬柵102工藝流程以形成金屬柵102，金屬柵102形成于位于第零層間膜之間的柵極溝槽中，圖1a中，第零層間膜包括氧化層104的部分厚度，在氧化層104的底部形成有氮化硅層103。金屬柵102中包括采用ald工藝形成的tin層，反應物包括ticl4和nh3，這樣ald?tin層中含cl，tin層能作為金屬柵中的底部阻擋層或頂部阻擋層的組成部分，也能作為p型金屬功函數層的組成部分。對于nmos，金屬柵102
4、形成層間膜，層間膜覆蓋金屬柵102和第零層間膜的頂部表面。圖1a中，層間膜包括氧化層104的頂部部分、氮化硅層105和氧化層106。
5、形成接觸孔109，包括如下分步驟：
6、如圖1a所示，進行圖形化刻蝕形成接觸孔開口107，接觸孔開口107穿過對應的層間膜或底部的第零層間膜。對應半導體器件來說，金屬柵102的兩側的半導體襯底101中形成有源區和漏區，金屬柵102、源區和漏區的頂部都形成有對應的接觸孔開口107，圖1a中僅顯示了金屬柵102頂部的接觸孔開口107。現有中，源區和漏區頂部的接觸孔開口107會將底部的半導體襯底101的表面暴露。半導體襯底101包括硅襯底。
7、如圖1b所示，采用含f的等離子體進行預清潔。預清潔如標記203對應的箭頭線所示。f在等離子體作用下會取代金屬柵102中的cl并使cl向接觸孔開口107的底部表面處擴散。圖1b中，f離子即f-用標記202標出。
8、如圖1c所示，沉積粘附(glue)阻擋層108，粘附阻擋層108包括依次疊加的ti層和tin層。圖1b中，ti用標記204標出。
9、如圖1d所示，進行金屬硅化反應使和硅接觸的ti層形成tisi。其中，源區和漏區頂部的接觸孔開口107中的ti層會和底部的半導體襯底101中的金屬硅反應形成tisi。
10、在金屬硅化反應中，金屬柵中的cl會向上擴散，ti層和cl接觸后會反應形成ti的cl化物即ticlx，ticlx通過高溫升華揮發后會形成空洞110。
11、如圖1e所示，在接觸孔開口107中填充金屬形成接觸孔109。
12、如圖2所示，是現有金屬柵晶體管的制造方法形成的金屬柵頂部的接觸孔的照片；可以看出，在接觸孔和金屬柵之間的區域110a中具有空洞。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是提供一種金屬柵晶體管的制造方法，能增加金屬柵的穩定性。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供的金屬柵晶體管的制造方法包括如下步驟：
3、完成金屬柵工藝流程以形成金屬柵，所述金屬柵中含有cl。
4、形成層間膜，所述層間膜覆蓋所述金屬柵和所述第零層間膜的頂部表面。
5、形成接觸孔，包括如下分步驟：
6、進行圖形化刻蝕形成接觸孔開口，所述接觸孔開口穿過對應的所述層間膜或底部的所述第零層間膜。
7、采用含f的等離子體進行預清潔，f在等離子體作用下會取代所述金屬柵中的cl并使cl向所述接觸孔開口的底部表面處擴散。
8、進行nh3等離子體處理以消耗所述金屬柵中的cl。
9、沉積粘附阻擋層，所述粘附阻擋層包括依次疊加的第一ti層和第二tin層。
10、進行金屬硅化反應使和硅接觸的所述第一ti層形成tisi，所述金屬柵中的cl含量減少到保證在所述金屬硅化反應中，所述金屬柵頂部的所述第一ti層不會在cl作用下形成空洞。
11、在所述接觸孔開口中填充金屬形成所述接觸孔。
12、進一步的改進是，所述金屬柵形成于位于第零層間膜之間的柵極溝槽中，所述金屬柵和半導體襯底的表面之間隔離有柵介質層；所述金屬柵包括底部阻擋層、金屬功函數層、頂部阻擋層和柵極導電材料層。
13、所述底部阻擋層中包括第一tin層，所述第一tin層采用ald工藝形成，形成所述第一tin層的反應物包括ticl4和nh3，所述第一tin層中含cl。
14、進一步的改進是，所述底部阻擋層還包括第一tan層且由所述第一tin層和所述第一tan層疊加形成所述底部阻擋層。
15、進一步的改進是，所述頂部阻擋層由第三tin層組成或者由第三tin和第二ti層疊加層；所述第三tin層也采用ald工藝形成并含有cl。
16、進一步的改進是，金屬柵晶體管包括nmos和pmos。
17、在所述pmos的形成區域中，所述金屬柵的金屬功函數層采用p型金屬功函數層，所述p型金屬功函數層的材料包括tin，所述p型金屬功函數層的tin也采用ald工藝形成并含有cl。
18、進一步的改進是，在所述nmos的形成區域中，所述金屬柵的金屬功函數層采用n型金屬功函數層。
19、進一步的改進是，在所述pmos的形成區域中，所述金屬柵的金屬功函數層采用p型金屬功函數層。
20、進一步的改進是，所述n型金屬功函數層的材料包括tial。
21、所述n型金屬功函數層的tial也采用ald工藝形成，ti源采用ticl4，所述n型金屬功函數層中也含有cl。
22、進一步的改進是，在所述接觸孔開口中填充的金屬包括co。
23、進一步的改進是，在所述接觸孔開口中填充金屬形成所述接觸孔的分步驟包括：
24、形成co籽晶層。
25、進行電鍍工藝形成co主體層，所述co主體層將所述接觸孔開口內部完全填充并延伸到所述接觸孔開口外部表面上。
26、進行化學機械研磨工藝將所述接觸孔開口外部表面上的所述co主體層去除并使所述co主體層僅位于所述接觸孔開口中。
27、進一步的改進是，所述nh3等離子體本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：所述金屬柵形成于位于第零層間膜之間的柵極溝槽中，所述金屬柵和半導體襯底的表面之間隔離有柵介質層；所述金屬柵包括底部阻擋層、金屬功函數層、頂部阻擋層和柵極導電材料層；
3.如權利要求2所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：所述底部阻擋層還包括第一TaN層且由所述第一TiN層和所述第一TaN層疊加形成所述底部阻擋層。
4.如權利要求2所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：所述頂部阻擋層由第三TiN層組成或者由第三TiN和第二Ti層疊加層；所述第三TiN層也采用ALD工藝形成并含有Cl。
5.如權利要求2所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：金屬柵晶體管包括NMOS和PMOS；
6.如權利要求5所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：在所述NMOS的形成區域中，所述金屬柵的金屬功函數層采用N型金屬功函數層。
7.如權利要求6所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：在所述PMOS的形成
8.如權利要求6所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：所述N型金屬功函數層的材料包括TiAl；
9.如權利要求1所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：在所述接觸孔開口中填充的金屬包括Co。
10.如權利要求9所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：在所述接觸孔開口中填充金屬形成所述接觸孔的分步驟包括：
11.如權利要求1所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：所述NH3等離子體處理的機臺和生長所述第一Ti層和所述第二TiN層的機臺集成在同一機臺。
12.如權利要求11所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：所述NH3等離子體處理的機臺上還設置有加熱器，在所述NH3等離子體處理中所述加熱器加熱以增加去除Cl的效果。
...【技術特征摘要】
1.一種金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：所述金屬柵形成于位于第零層間膜之間的柵極溝槽中，所述金屬柵和半導體襯底的表面之間隔離有柵介質層；所述金屬柵包括底部阻擋層、金屬功函數層、頂部阻擋層和柵極導電材料層；
3.如權利要求2所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：所述底部阻擋層還包括第一tan層且由所述第一tin層和所述第一tan層疊加形成所述底部阻擋層。
4.如權利要求2所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：所述頂部阻擋層由第三tin層組成或者由第三tin和第二ti層疊加層；所述第三tin層也采用ald工藝形成并含有cl。
5.如權利要求2所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：金屬柵晶體管包括nmos和pmos；
6.如權利要求5所述的金屬柵晶體管的制造方法，其特征在于：在所述nmos的形成區域中，所述金屬柵的金屬...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫佳欣，
申請(專利權)人：上海華力集成電路制造有限公司，
類型：發明
國別省市：
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