[发明专利]半导体器件及其金属栅极的形成方法

说明书

一种半导体器件及其金属栅极的形成方法，所述方法包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有凹槽，且在所述凹槽内形成有高K介质层以及位于所述高K介质层表面的功函数层；在所述功函数层的表面形成无定形硅；对所述无定形硅进行氧化处理，以在所述无定形硅的表面生成氧化层；在所述氧化层的保护下，对所述功函数层进行退火处理；在所述凹槽内填充金属，以形成所述金属栅极。本发明方案可以在高温退火的过程中，提高无定形硅对功函数层的保护作用。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体器件及其金属栅极的形成方法。

背景技术

在传统的MOS晶体管工艺中，通常采用重掺杂的多晶硅作为栅极材料。随着半导体器件的集成化和微型化的发展，容易出现漏电量增加和栅极损耗等问题。为解决上述的问题，金属栅极(Metal Gate)工艺得到广泛关注。

在现有的金属栅极的形成方法中，首先在半导体衬底上采用多晶硅形成伪栅结构，去除所述伪栅极结构以形成位于栅极侧墙之间的凹槽，在所述凹槽内形成高K介质层以及功函数层，在对功函数层进行退火处理之后，在凹槽内的功函数层的表面填充金属，以形成所述金属栅极。在具体实施中，通常预先在功函数层的表面形成一层无定形硅，从而在进行退火处理时对功函数层进行保护，然后在退火处理之后去除该无定形硅。

然而在现有技术中，当进行高温退火处理时，无定形硅容易发生凝聚及结晶现象，进而由于凝聚成团而露出部分功函数层，导致无定形硅对功函数层的保护作用降低。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种半导体器件及其金属栅极的形成方法，可以在高温退火的过程中，提高无定形硅对功函数层的保护作用。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种半导体器件的金属栅极的形成方法，包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有凹槽，且在所述凹槽内形成有高K介质层以及位于所述高K介质层表面的功函数层；在所述功函数层的表面形成无定形硅；对所述无定形硅进行氧化处理，以在所述无定形硅的表面生成氧化层；在所述氧化层的保护下，对所述功函数层进行退火处理；在所述凹槽内填充金属，以形成所述金属栅极。

可选的，在所述凹槽内填充金属栅极之前，所述半导体器件的金属栅极的形成方法还包括：去除所述无定形硅以及所述氧化层。

可选的，对所述无定形硅进行氧化处理，以在所述无定形硅的表面生成氧化层包括：采用O₂对所述无定形硅进行氧化处理，以在所述无定形硅的表面生成氧化层。

可选的，所述采用O₂对所述无定形硅进行氧化处理包括：在形成所述无定形硅的炉管内，采用O₂对所述无定形硅进行氧化处理。

可选的，采用O₂对所述无定形硅进行氧化处理的工艺参数包括：气体流速为1sccm至100sccm；氧化时间为1ms至100ms；氧化温度为0度至200度。

可选的，所述采用O₂对所述无定形硅进行氧化处理包括：在对所述功函数层进行退火处理之前，在退火处理的反应腔内，采用O₂对所述无定形硅进行氧化处理。

可选的，采用O₂对所述无定形硅进行氧化处理的工艺参数包括：气体流速为1sccm至100sccm；氧化时间为10s至20s；氧化温度为0度至200度。

可选的，对所述无定形硅进行氧化处理，以在所述无定形硅的表面生成氧化层包括：采用O₃对所述无定形硅进行氧化处理，以在所述无定形硅的表面生成氧化层。

可选的，采用O₃对所述无定形硅进行氧化处理包括：将所述半导体衬底浸入含有O₃的化学溶液，以对所述无定形硅进行氧化处理。