[发明专利]高介电常数金属栅的制造方法

说明书

本发明公开了一种高介电常数金属栅的制造方法，包括：步骤一、在半导体衬底上沉积高介电常数层；步骤二、形成第一阻档层；步骤三、沉积非晶硅盖帽层；步骤四、预处理，控制预处理的温度和氧气的流量使非晶硅盖帽层的表面产生氧化；步骤五、进行尖峰退火处理以吸收高介电常数层中的氧元素，利用尖峰退火处理结合非晶硅盖帽层的表面被氧化的结构抑制在尖峰退火处理中出现硅成核以及硅晶长大，以有利于后续非晶硅盖帽层的去除；步骤六、对非晶硅盖帽层进行无硅残留的去除并同时避免损伤第一阻档层。本发明对高介电常数层的第一阻档层顶部的非晶硅盖帽层在吸氧后进行无硅残留去除，同时能避免损伤第一阻档层，最后能提高器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别涉及一种高介电常数金属栅(HKMG)的制造方法。

背景技术

HKMG具有高介电常数(HK)的栅介质层以及金属栅(MG)，故本领域中通常缩写为HKMG。HKMG通常应用于28nm以下工艺节点。随着器件关键尺寸的进一步等比例缩小，还会采用鳍体(Fin)，半导体器件形成于鳍体上，故形成于鳍体上的半导体器件也称为鳍式场效应晶体管(FinFET)。在FinFET中，栅极结构也会采用HKMG。

通常地，在鳍式场效应晶体管(FinFET)工艺中，会在高介电常数层形成后沉积一层无定型硅即非晶硅(amorphous silicon，α-Si)盖帽层，并通过退火吸收HK层里面氧元素，然后去除无定型硅盖帽层后进行金属栅沉积。通常在高介电常数层形成之后还会形成一层TiN作为阻档层，该阻档层位于金属栅的金属功函数层的底部，也通常称为底部阻档层(BBM)。但是在实际生产过程中，通常采用湿法刻蚀去除无定型硅盖帽层，在去除经过退火的无定型硅时容易形成硅残余缺陷。硅残余缺陷能通过延长湿法刻蚀时间去除，但是延长湿法刻蚀时间会损伤阻挡层TiN，从而影响器件可靠性；而不延长湿法刻蚀时间，又会形成硅残留缺陷。因此去除无定型硅残余缺陷成了FinFET的HKMG的形成工艺的技术难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高介电常数金属栅的制造方法，能避免去除用于对高介电常数层进行吸氧的非晶硅盖帽层时产生硅残留，从而能提升器件的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供的高介电常数金属栅的制造方法，包括如下步骤：

步骤一、在半导体衬底上沉积高介电常数层。

步骤二、在所述高介电常数层上形成第一阻档层。

步骤三、沉积非晶硅盖帽层。

步骤四、对所述非晶硅盖帽层进行预处理，所述预处理中通入氧气，控制所述预处理的温度和所述氧气的流量使所述非晶硅盖帽层的表面产生氧化。

步骤五、所述非晶硅盖帽层进行尖峰退火处理以吸收所述高介电常数层中的氧元素，利用所述尖峰退火处理结合所述非晶硅盖帽层的表面被氧化的结构抑制在所述尖峰退火处理中出现硅成核以及硅晶长大，以有利于后续所述非晶硅盖帽层的去除。

步骤六、对所述非晶硅盖帽层进行无硅残留的去除并同时避免损伤所述第一阻档层。

进一步的改进是，步骤一中，在沉积所述高介电常数层之前还包括：在所述半导体衬底上形成界面层。

进一步的改进是，所述半导体衬底包括硅衬底。

进一步的改进是，所述第一阻档层包括TiN层。

进一步的改进是，步骤四中，所述预处理采用快速热退火。

进一步的改进是，所述预处理的温度为400℃～550℃，所述氧气的流量为0.05slm～0.5slm，时间为5s～20s。

进一步的改进是，步骤五中，所述尖峰退火的稳定温度为550℃～650℃，峰值温度范围为950℃～1050℃，升温速率为150℃/s～220℃/s。