改善功函数金属边界位移工艺的方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善功函数金属边界位移工艺的方法。


背景技术：

2.现有技术先进逻辑芯片工艺中，为了提高器件的性能，会把多晶硅栅极换成金属栅极。由于多种功函数金属层(work function)需要不同的tin厚度，例如nlvt(n-type low vt，n型低阈值电压)管没有tin，plvt(p-type low vt，p型低阈值电压)管中tin最厚，不同tin厚度是由光刻定义出需刻蚀的区域，通过湿法刻蚀将不需要的tin去除掉。但是湿法刻蚀会在底部抗反射涂层(barc)底部侧掏，将需要保留的tin也被去除掉(如图1所示)，从而影响器件的阈值电压，降低产品良率。
3.为解决上述问题，需要提出一种新型的改善功函数金属边界位移工艺的方法。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善功函数金属边界位移工艺的方法，用于解决现有技术中湿法刻蚀会在底部抗反射涂层底部侧掏，将需要保留的功函数金属层也被去除掉，导致影响器件的阈值电压，降低产品良率的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善功函数金属边界位移工艺的方法，包括：
6.步骤一、提供衬底，所述衬底上形成有鳍式结构，在所述衬底上形成覆盖所述鳍式结构的功函数金属层；
7.步骤二、利用至少一种预处理气体电离为等离子体轰击所述功函数金属层，使得所述功函数金属层与底部抗反射涂层结合的紧密度增加；
8.步骤三、形成覆盖所述功函数金属层的所述底部抗反射涂层以及位于所述底部抗反射涂层上的光刻胶层；
9.步骤四、光刻打开所述光刻胶层及其下方的所述底部抗反射涂层，使得其下方的所述功函数金属层裸露，之后刻蚀去除裸露的所述功函数金属层。
10.优选地，步骤一中的所述衬底为硅衬底。
11.优选地，步骤一中的所述鳍式结构为单晶硅层。
12.优选地，步骤一中的所述功函数金属层的材料为氮化钛。
13.优选地，步骤二中所述预处理气体为氮气与氢气的混合气体。
14.优选地，步骤二中所述氮气与所述氢气的体积比为5：1至7：3。
15.优选地，步骤二中所述氮气的与所述氢气的气体流量之比为500：100ml/min至700：300ml/min。
16.优选地，步骤二中利用所述氮气与所述氢气的混合气体电离为等离子体轰击所述功函数金属层30秒至5分钟。
17.优选地，步骤四中所述刻蚀的方法为湿法刻蚀。
18.优选地，步骤四中通过刻蚀去除裸露的所述功函数金属层定义出不同的阈值电压层。
19.如上所述，本发明的改善功函数金属边界位移工艺的方法，具有以下有益效果：
20.本发明在功函数金属层形成之后、底部抗反射层形成之前增加一道等离子体预处理工艺，可以使功函数金属层与底部抗反射层结合得更紧密，减少湿法刻蚀对底部抗反射层底部侧方向的损耗，这样可以减少功函数金属层损失，提高器件性能。
附图说明
21.图1显示为现有技术的需要保留的tin被去除掉示意图；
22.图2显示为本发明的工艺流程示意图；
23.图3显示为本发明的光刻示意图；
24.图4显示为本发明的去除功函数金属层示意图。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
26.请参阅图2，本发明提供一种改善功函数金属边界位移工艺的方法，包括：
27.步骤一，提供衬底101，衬底101上形成有鳍式结构102，在衬底101上形成覆盖鳍式结构102的功函数金属层103；
28.在本发明的实施例中，步骤一中的衬底101为硅衬底101，衬底101可以包括块状半导体衬底101或绝缘体上硅(soi)衬底101。soi衬底101包括位于作为soi衬底101的有源层的薄半导体层下方的绝缘体层。有源层的半导体和块状半导体通常包括晶体半导体材料硅，但也可以包括一种或多种其他半导体材料，诸如锗、硅锗合金、化合物半导体(例如，gaas、alas、inas、gan、aln等)或其合金(例如，gaxal1-xas、gaxal1-xn、inxga1-xas等)、氧化物半导体(例如，zno、sno2、tio2、ga2o3等)或其组合。半导体材料可以是掺杂的或未掺杂的。可以使用的其他衬底101包括多层衬底101、梯度衬底101或混合取向衬底101。
29.在本发明的实施例中，步骤一中的鳍式结构102为单晶硅层，，可通过光刻定义出单晶硅材料刻蚀的区域，再通过干法刻蚀的方法刻蚀单晶硅层形成鳍式结构102。在其它的实施方式中，也可以通过光刻定义出硅衬底101刻蚀的区域，再通过干法刻蚀的方法刻蚀硅衬底101形成鳍式结构102。
30.在本发明的实施例中，步骤一中的功函数金属层103的材料为氮化钛，通过可由原子层沉积的方法形成。
31.步骤二，利用至少一种预处理气体电离为等离子体轰击功函数金属层103，使得功函数金属层103与底部抗反射涂层104结合的紧密度增加；
32.在本发明的实施例中，步骤二中预处理气体为氮气与氢气的混合气体，即将氮气和氢气电离为等离子体。
33.在本发明的实施例中，步骤二中氮气与氢气的体积比为5：1至7：3。
34.在本发明的实施例中，步骤二中氮气的与氢气的气体流量之比为500：100ml/min至700：300ml/min。
35.在本发明的实施例中，步骤二中利用氮气与氢气的混合气体电离为等离子体轰击功函数金属层103 30秒至5分钟，可以使功函数金属层103与底部抗反射层结合得更紧密。
36.步骤三，形成覆盖功函数金属层103的底部抗反射涂层104以及位于底部抗反射涂层104上的光刻胶层；示例性地，衬底101上形成有n型标准阈值管区域和n型超低阈值电压管区域，底部抗反射涂层104覆盖n型标准阈值管区域和n型超低阈值电压管区域上的鳍式结构102。
37.步骤四，光刻打开光刻胶层及其下方的底部抗反射涂层104，使得其下方的功函数金属层103裸露，形成如图3所示的结构，之后刻蚀去除裸露的功函数金属层103，形成如图4所示的结构；示例性地，可打开n型超低阈值电压管区域上的光刻胶层和底部抗反射涂层104，可将n型超低阈值电压管区域上裸露的功函数金属层103去除。
38.在本发明的实施例中，步骤四中刻蚀的方法为湿法刻蚀，功函数金属层103与底部抗反射层结合得更紧密，减少湿法刻蚀对底部抗反射层底部侧方向的损耗，这样可以减少功函数金属层103损失，提高器件性能。
39.在本发明的实施例中，步骤四中通过刻蚀去除裸露的功函数金属层103定义出不同的阈值电压层，阈值电压层包括n型标准阈值电压层、n型超低阈值电压层、p型标准电压层、p型超低阈值电压层等。
40.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
41.综上所述，本发明在功函数金属层形成之后、底部抗反射层形成之前增加一道等离子体预处理工艺，可以使功函数金属层与底部抗反射层结合得更紧密，减少湿法刻蚀对底部抗反射层底部侧方向的损耗，这样可以减少功函数金属层损失，提高器件性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
42.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。