專利名稱：半導(dǎo)體器件柵極結(jié)構(gòu)的形成方法及半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件柵極結(jié)構(gòu)的 形成方法及半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)的迅速發(fā)展，器件的集成度越來越高， 尺寸越來越小。當(dāng)器件尺寸縮小至次微米量級時，會相應(yīng)地產(chǎn)生許多問題， 如器件電阻值的相應(yīng)增加。為了克服此類問題，引入了一種自對準(zhǔn)的金屬硅 化物(Salicide)技術(shù)，該技術(shù)在襯底上沉積一層難熔金屬，該金屬會與柵極、 源/漏區(qū)等電連接處曝露的硅材料發(fā)生反應(yīng)，形成熱穩(wěn)定性較好、電阻率較低 的金屬硅化物，該金屬硅化物的形成可以顯著減小各電連接處的薄膜電阻和 接觸電阻。
但是，隨著器件尺寸不斷縮小，制作的柵極線寬也隨之減小，這一方面 會給柵極的光刻工藝帶來難度，另 一方面也對在其頂部形成低阻的金屬硅化 物不利。金屬硅化物的形成是與尺寸密切相關(guān)的，當(dāng)其形成的尺寸小到一定 程度后，其可能會產(chǎn)生所謂的線寬效應(yīng)(line width effect),此時，其生成的 產(chǎn)物是不穩(wěn)定的中間態(tài)產(chǎn)物，且該產(chǎn)物通常具有高阻特性，對器件的電性能 極為不利。
圖1A至1E為說明現(xiàn)有的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖1A所 示，先在硅襯底101上形成墊氧化硅層102 (Pad Oxide),再在其上沉積多晶 硅層103，并光刻出柵極圖形，將需要形成柵極的區(qū)域用光刻膠110保護(hù)起來； 接著，如圖1B所示，以光刻膠110為掩膜，刻蝕多晶硅層103和墊氧化層102， 形成多晶硅柵極；再接著，如圖1C所示，去除光刻膠110后，在該襯底101上 沉積一層側(cè)壁介質(zhì)層104;然后，如圖1D所示，對該側(cè)壁介質(zhì)層進(jìn)行干法刻蝕， 在各多晶硅柵極103的側(cè)壁上形成柵極側(cè)壁層，以實(shí)現(xiàn)對多晶硅柵極的良好保 護(hù)；至此，器件的柵極結(jié)構(gòu)(包括多晶硅柵極和柵極側(cè)壁層)制作完成。之 后，如圖1E所示，在曝露的硅材料表面(柵極頂部、源/漏區(qū))形成自對準(zhǔn)的 金屬硅化物120、 130。
上述現(xiàn)有的4冊才及結(jié)構(gòu)的形成方法中，由圖1B可以看出，光刻初^及時的尺 寸為圖中a所示，但在進(jìn)行刻蝕操作時，由于刻蝕的特性，形成的柵極底部的 尺寸b要遠(yuǎn)大于其頂端的尺寸a，而影響器件特性的為柵極底部的尺寸b。也就 是說，對于要求柵極尺寸為b的器件，其在光刻時要求達(dá)到的光刻尺寸a要更 小，這顯然增大了光刻工藝的難度。此外，由圖1E可以看出，在形成金屬硅 化物時，因柵極的頂部尺寸a較小(比要求器件達(dá)到的柵極尺寸b還要小)， 在其上形成的金屬硅化物易出現(xiàn)線寬效應(yīng)，生成高阻的中間態(tài)硅化物120，而 在源/漏區(qū)，因其尺寸較大，則可以生成質(zhì)量較好的低阻的硅化物130。可見， 現(xiàn)有的柵極制造方法不僅對光刻工藝的要求較為嚴(yán)格，而且還不利于在柵極 頂部形成高質(zhì)量的金屬硅化物，這一方面導(dǎo)致了生產(chǎn)時的成品率低下，另一 方面也影響了器件的性能。
為解決上述問題，申請?zhí)枮?00410071086.3的中國專利申請?zhí)岢隽艘环N可 縮小柵極線寬的方法，該方法先在襯底上形成了一尺寸較大的柵極結(jié)構(gòu)，并 在這一柵極結(jié)構(gòu)的頂部形成了金屬硅化物，因其尺寸較大，可以形成質(zhì)量較 好的低阻硅化物；然后，通過光刻的方法定義出一尺寸較小的柵極區(qū)域，再 利用刻蝕的方法去除位于該小尺寸區(qū)域以外的金屬硅化物和柵極結(jié)構(gòu)，該方 法可以在柵極線寬較小的情況下，改善柵極上硅化物的形成質(zhì)量。但是，該 方法有以下不足之處 一是，利用該方法形成的柵極結(jié)構(gòu)沒有側(cè)壁層的保護(hù)， 會影響器件的壽命及可靠性等參數(shù)；二是，其增加了光刻較小尺寸柵極區(qū)域 的步驟，不僅提高了生產(chǎn)成本，延長了生產(chǎn)周期，而且也未能避免光刻小尺 寸柵極所帶來的困難；三是，由于所增加的光刻小尺寸柵極的工藝不能利用 自對準(zhǔn)技術(shù)，所形成的器件柵極很可能未處于源/漏極的中間部位，對器件性 能反而不利。因此，該方法實(shí)際上并不能解決上述提出的現(xiàn)有柵極形成方法 中出現(xiàn)的問題，在器件的成品率和性能方面沒有得到真正的提高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，該方法可以降低光刻 柵極時的工藝要求，改善柵極頂部自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成質(zhì)量，提高了采 用該方法形成的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)成品率及器件性能。
本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，包括步驟
提供一襯底；
在所述襯底表面形成墊氧化層；
在所述墊氧化層上形成側(cè)壁介質(zhì)層；
刻蝕所述側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極孔；
在所述襯底上沉積多晶硅層，
以填充所述柵極孔；
平坦化所述多晶硅層；
刻蝕所述多晶硅層，在所述柵極孔內(nèi)形成柵極； 刻蝕所述側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極側(cè)壁層。
其中，形成的柵極的頂部為弧形，且所述弧度在30°至90°之間。
其中，所述側(cè)壁介質(zhì)層為氮化硅層或氮氧化硅層，且其厚度在500至 1500A之間。
本發(fā)明具有相同或相應(yīng)技術(shù)特征的另一種半導(dǎo)體器件柵極結(jié)構(gòu)的形成方 法，包括步驟
提供一襯底；
在所述襯底表面形成墊氧化層；
在所述墊氧化層上形成側(cè)壁介質(zhì)層；
在所述側(cè)壁介質(zhì)層上形成停止層；
在所述停止層上形成調(diào)節(jié)層；
刻蝕所述調(diào)節(jié)層、停止層和側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極孔； 去除所述調(diào)節(jié)層；
在所述襯底上沉積多晶硅層，以填充所述柵極孔； 平坦化所述多晶硅層；
刻蝕所述多晶硅層，在所述柵極孔內(nèi)形成柵極； 去除所述停止層；
刻蝕所述側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極側(cè)壁層。
其中，形成的柵極的頂部為弧形，且所述弧度在30。至90。之間。
其中，所述調(diào)節(jié)層的厚度由柵極的頂部與底部的尺寸差確定。
其中，所述側(cè)壁介質(zhì)層的厚度在500至1500A之間，所述停止層的厚度
在50至300A之間，所述調(diào)節(jié)層的厚度在100至500 A之間。
其中，所述側(cè)壁介質(zhì)層為氮化硅層或氮氧化硅層，所述停止層為氧化硅
層，所述調(diào)節(jié)層為氮化硅層、氧化硅層或氮氧化硅層。
本發(fā)明具有相同或相應(yīng)技術(shù)特征的一種半導(dǎo)體器件，該器件包括柵極結(jié) 構(gòu)，且該柵極結(jié)構(gòu)中的柵極的頂部尺寸不小于底部。
其中，所述柵極的頂部為弧形，且所述弧形的弧度在30。至90。之間。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，利用大馬士革方法制作柵極， 形成了頂部尺寸不小于底部的柵極結(jié)構(gòu)，因光刻時的精度要求是以柵極頂部 尺寸為準(zhǔn)，本發(fā)明的形成方法降低了光刻柵極時的工藝要求。此外，利用本 發(fā)明方法形成的柵極頂部尺寸較大，可以有效避免在形成金屬硅化物時出現(xiàn) 的線寬效應(yīng)，有利于形成高質(zhì)量的低阻金屬硅化物。本發(fā)明的形成方法降低 了 65nm以下技術(shù)的工藝難度，提高了生產(chǎn)的效率，不僅實(shí)現(xiàn)簡單、操作方便， 對生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期影響也不大。
利用本發(fā)明的方法形成柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，可以在不增加工藝難度 的前提下將其柵極底部的尺寸作得較小，尤其對于65nm節(jié)點(diǎn)以下的器件，可 以大大降低其工藝制作的難度，使其生產(chǎn)的成品率得到明顯提高。并且，對 于利用本發(fā)明的方法形成的半導(dǎo)體器件，其柵極頂部的尺寸較大，能夠在其 柵極頂部形成質(zhì)量較好的低阻金屬硅化物，器件的電性能可以得到明顯改善。
圖1A至1E為說明現(xiàn)有的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的器件結(jié)構(gòu)剖面圖2A至2G為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的器件結(jié)構(gòu)剖 面圖3為本發(fā)明的第一實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖4A至4G為說明本發(fā)明第二實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的器件結(jié)構(gòu)剖 面圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。
本發(fā)明的處理方法可被廣泛地應(yīng)用到許多應(yīng)用中，并且可利用許多適當(dāng) 的材料制作，下面是通過較佳的實(shí)施例來加以說明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于 該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時，為 了便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此 作為對本發(fā)明的限定，此外，在實(shí)際的制作中，應(yīng)包含長度、寬度及深度的 三維空間尺寸。
利用現(xiàn)有的柵極形成方法制作的柵極為頂部小、底部大的結(jié)構(gòu)，即，實(shí) 際得到的柵極底部的尺寸要大于光刻時的尺寸，這對于器件尺寸日益縮小的 集成電路的光刻制作工藝極為不利。另外，由于其頂部尺寸較小，其頂部自 對準(zhǔn)方式形成的柵極金屬硅化物的形成質(zhì)量較差，通常會因線寬效應(yīng)形成不 穩(wěn)定的高阻硅化物，對器件性能不利。本發(fā)明的柵極形成方法，利用大馬士
革方法形成頂部大、底部小的柵極結(jié)構(gòu)，對于65nm節(jié)點(diǎn)以下的技術(shù)，降低了 光刻的要求，提高了柵極金屬硅化物的形成質(zhì)量。
圖2A至2G為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的器件結(jié)構(gòu)剖 面圖，圖3為本發(fā)明的第一實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖，下面結(jié)合 圖2A至2G和圖3對本發(fā)明的第一實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。
圖2A為形成側(cè)壁介質(zhì)層后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖2A所示，首先，提 供一襯底101(S301 )，然后，在該襯底101上形成一層墊氧化層102(S302), 接著再生長一層側(cè)壁介質(zhì)層201 (S303 )。其中，該墊氧化層102通常是利用 熱氧化法形成，其厚度與器件性能密切相關(guān)，不同的器件對該層厚度的具體 要求不同。在該墊氧化層102上生長的側(cè)壁介質(zhì)層201可以利用化學(xué)氣相沉 積或物理氣相沉積的方法形成，其通常可以由氮化硅或氮氧化硅材料組成， 厚度與最終形成的柵極的厚度大致相同，通?？稍O(shè)置在500至1500 A之間， 如800A、 1000 A或1200 A等。
圖2B為光刻柵極圖形后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖2B所示，利用光刻工 藝對襯底進(jìn)行圖形化處理，本步光刻工藝中，是將與柵極區(qū)域?qū)?yīng)的光刻膠 去除，去除區(qū)域的尺寸假設(shè)為al。
圖2C為形成柵極孔后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖2C所示，利用光刻膠圖 形210為掩膜對側(cè)壁介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成柵極孔220 (S304)。本步刻蝕工 藝可以利用千法刻蝕或濕法腐蝕方法來實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例中，采用的是干法刻 蝕方法，形成如圖中所示的柵極孔220,由于刻蝕工藝本身特性所致，其刻蝕 形成的柵極孔220的開口不會小于其底部，如圖中的al、 bl所示。另外，還 可以通過改變刻蝕工藝條件的方法來調(diào)整al與bl之間的尺寸差，但該調(diào)整 實(shí)際是通過改變刻蝕側(cè)壁的傾斜角度而實(shí)現(xiàn)，所能接受的調(diào)整范圍是有限的， 本實(shí)施例中，al與bl間的尺寸差可調(diào)整至5到20nm之間。
圖2D為形成多晶硅層后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖2D所示，形成柵極孔 后，去除襯底表面的光刻膠210,然后利用化學(xué)氣相沉積的方法形成一層多晶 硅層230 (S305 )，以填充4冊極孔。由于柵極孔的存在，在襯底上依形貌形成 的多晶硅層也呈現(xiàn)出凹凸不平的狀態(tài)，在填充完成后，需要對多晶硅層進(jìn)行 平坦化處理。
圖2E為平坦化多晶硅層后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖2E所示，本實(shí)施例 中，利用化學(xué)機(jī)械研磨方法(CMP )對多晶硅層230進(jìn)行了平坦化處理(S306 ), 平坦化處理后，在襯底的表面只留下一薄層多晶硅材料，而在柵極孔內(nèi)則留 下了較厚的多晶硅材料。
圖2F為刻蝕多晶硅層后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖2F所示，采用干法刻 蝕工藝或濕法腐蝕工藝刻蝕多晶硅層230，利用側(cè)壁介質(zhì)層201與多晶硅層 230間刻蝕速率的不同或利用多晶硅層厚度與刻蝕時間的關(guān)系，確定刻蝕終 點(diǎn)，確?？涛g停止在側(cè)壁介質(zhì)層201上。本步刻蝕完成后，側(cè)壁介質(zhì)層上的 多晶硅層被完全去除，只留下了在柵極孔內(nèi)填充的多晶硅，形成了多晶硅柵 極(S307)。因?yàn)榍懊婵涛g形成的柵極孔為口不小于底的形狀，本步工藝后也 就形成了頂部尺寸al不小于底部尺寸bl的多晶石圭4冊才及，即光刻時的4冊極尺 寸可以不小于實(shí)際實(shí)現(xiàn)的柵極尺寸，降低了對光刻柵極的關(guān)鍵尺寸的要求， 也就降低了工藝難度，減少了光刻返工率，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品成品率。
另外，因本發(fā)明方法形成的多晶硅柵極的頂部尺寸al不小于器件設(shè)計(jì)時 要求的柵極尺寸(底部尺寸bl)，在后面形成金屬硅化物時，在柵極頂部可以 提供更大尺寸的空間，有助于形成高質(zhì)量的低阻金屬硅化物，改善器件的電 性能。
本實(shí)施例中，選用的刻蝕氣體或腐蝕液對多晶硅的去除速率大于對氮化 硅的去除速率，這樣，柵極孔內(nèi)留下的多晶硅表面就會形成一弧狀的凹陷， 即形成的多晶硅柵極的頂部為弧形，該弧形的弧度可隨刻蝕條件的不同而不 同，通過調(diào)整刻蝕的工藝條件，如刻蝕氣體的流量、刻蝕時腔室的壓力大小、
腐蝕液的濃度、腐蝕的溫度等，可將該弧度調(diào)整在30°至90°之間，如為45° 或60°。這一弧狀的纟冊極頂表面，增大了柵極的表面積，為后面金屬硅化物的 形成提供了更大的空間，進(jìn)一步確保了柵極上的金屬硅化物的形成質(zhì)量。
圖2G為形成柵極側(cè)壁層后的器件剖面示意圖，如圖2G所示，對側(cè)壁介 質(zhì)層進(jìn)行干法刻蝕，僅保留位于柵極側(cè)壁處的側(cè)壁介質(zhì)層201,形成了可保護(hù) 對冊才及的4冊才及側(cè)壁層(S308 )。
本發(fā)明的第一實(shí)施例中，采用了先生長側(cè)壁介質(zhì)層，再刻蝕形成柵極孔， 然后填充形成柵極的方法，制成了頂部尺寸不小于底部尺寸的柵極結(jié)構(gòu)，不 僅實(shí)現(xiàn)了光刻尺寸的放大，降低了工藝難度；也有利于形成高質(zhì)量的柵極金 屬硅化物，提高器件性能。但是，因側(cè)壁介質(zhì)層的厚度是要受器件尺寸大小 的限制，利用第一實(shí)施例方法實(shí)現(xiàn)的柵極結(jié)構(gòu)的頂部(光刻柵極尺寸)與底 部間的尺寸差較小，可調(diào)節(jié)的余地不大，對于更小節(jié)點(diǎn)的器件柵極的制作仍 不能很好地滿足。本發(fā)明的第二實(shí)施例，通過增加一層調(diào)節(jié)層和一層停止層， 進(jìn)一步加大了柵極光刻尺寸與底部之間的尺寸差，增大了器件制作的尺寸調(diào) 節(jié)范圍，工藝實(shí)現(xiàn)上具有更大的靈活性。
圖4A至4G為本發(fā)明第二實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的器件結(jié)構(gòu)剖面 圖，圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖，下面結(jié)合圖 4A至4G和圖5對本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。
圖4A為形成調(diào)節(jié)層后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖4A所示，首先，提供一 襯底IOI (S501)，然后，在該襯底101上形成一層墊氧化層102 (S502), 接著再生長一層側(cè)壁介質(zhì)層201 ( S503 )。該側(cè)壁介質(zhì)層201可以是利用化學(xué) 氣相沉積或物理氣相沉積的方法形成的氮化硅或氮氧化硅材料，厚度與最終 形成的柵極的厚度大致相同，通?？稍O(shè)置在500至1500 A之間，如800 A、iooo A或1200 A等。
形成側(cè)壁介質(zhì)層后，在其上再形成一層停止層401 (S504)，其同樣可以 利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積的方法形成。另外，因?yàn)橐笤撏Ｖ箤拥?去除速率與其上的調(diào)節(jié)層、其下的側(cè)壁介質(zhì)層以及形成柵極的多晶硅層均有 明顯不同，通常該停止層會選用氧化硅材料制成，或者是選用去除速率與三 者均明顯不同的某 一組份的氮氧化硅層(組份既不同于其下的側(cè)壁層材料， 也不同于其上的調(diào)節(jié)層材料)制成。為確保刻蝕柵極孔的質(zhì)量，該層的厚度不應(yīng)過大，可以-沒置在50至300A之間，如為100A或200A。
在該停止層401上，再形成一層調(diào)節(jié)層(S505 ),該調(diào)節(jié)層材料的選取較 為靈活，只要選用在刻蝕速率上與停止層有明顯不同的材料即可，如可以是 利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積的方法形成的氮化硅層或組份與停止層不 同的氮氧化硅層等。該調(diào)節(jié)層的厚度由后面形成的多晶硅柵極的頂部與底部 間的尺寸差確定。注意，該調(diào)節(jié)層的厚度如果過大，會造成刻蝕時間過長， 刻蝕質(zhì)量下降，因而該層的生長厚度與希望達(dá)到的尺寸差之間最好取一較優(yōu) 的折衷值，本實(shí)施例中，該層厚度的設(shè)置在了 100至50()A之間，如為300 A。
圖4B為光刻柵極圖形后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖4B所示，利用光刻工 藝對襯底進(jìn)行圖形化處理，本步光刻工藝中，將需要形成柵極的區(qū)域的光刻 膠去除。
圖4C為形成柵極孔后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖4C所示，利用光刻膠圖 形210為掩膜對調(diào)節(jié)層、停止層和側(cè)壁介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成柵極孔420
(5506) 。本步刻蝕工藝可以利用干法刻蝕或濕法腐蝕，本實(shí)施例中，采用的 是干法刻蝕工藝，形成如圖中所示的柵極孔420，由于本實(shí)施例中加入了調(diào)節(jié) 層，刻蝕厚度有明顯增加，即使采用相同的刻蝕工藝條件，刻蝕的側(cè)壁的傾 斜角相同，其頂部光刻開口的尺寸a2與形成的柵極孔的底部尺寸b2間的尺 寸差也會明顯增大。本實(shí)施例中，當(dāng)側(cè)壁介質(zhì)層厚度為IOOOA,停止層厚度 為150A,調(diào)節(jié)層厚度為300A，光刻時的4冊才及尺寸a2為90nm時，刻蝕后得 到的柵極孔的底部尺寸b2 (即實(shí)際器件的柵極尺寸)，約為20nm左右。因此， 本實(shí)施例的柵極形成方法，可以在不增加工藝難度的情況下制出光刻與實(shí)際 尺寸差很大的柵極，并且通常改變調(diào)節(jié)層的厚度，就可以調(diào)節(jié)這一尺寸差的 大小，即光刻尺寸的放大情況，實(shí)現(xiàn)起來方便靈活，對制作極小尺寸的器件 尤為有利。
圖4D為去除調(diào)節(jié)層后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖4D所示，形成柵極孔后， 去除襯底表面的光刻膠210，然后利用濕法腐蝕的方法將表面的調(diào)節(jié)層去除
(5507) ，如調(diào)節(jié)層為氮化硅時，可用熱磷酸溶液腐蝕去除，因?yàn)橥Ｖ箤?01 選用的材料與調(diào)節(jié)層的不同，如為氧化硅，二者間的腐蝕選擇比較高，所以 在該步腐蝕工藝中，該停止層401可以作為腐蝕停止層使用，以精確控制腐 蝕終點(diǎn)。
圖4E為平坦化多晶硅層后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖4E所示，去除調(diào)節(jié) 層后，利用化學(xué)氣相沉積的方法形成一層多晶硅層430 (S508 )，以填充柵極 孔，然后再對其進(jìn)行平坦化處理(S509),本實(shí)施例中，該步平坦化處理是利 用化學(xué)機(jī)械研磨方法實(shí)現(xiàn)的。
圖4F為刻蝕多晶硅層后的器件結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖4F所示，采用干法刻 蝕工藝或濕法腐蝕工藝刻蝕多晶硅層430，利用停止層401的刻蝕速率與多晶 硅的不同或者利用刻蝕時間，確定刻蝕終點(diǎn)，確?？涛g停止在停止層401上。 本實(shí)施例中選用的停止層為氧化硅層，其與多晶硅材料的刻蝕速率相差較遠(yuǎn)， 因而利用兩層刻蝕速率的不現(xiàn)來確定本步刻蝕的終點(diǎn)較為容易，工藝實(shí)現(xiàn)上 較為簡單。本步刻蝕后只留下了在柵極孔內(nèi)填充的多晶硅，其形成了多晶硅 柵極(S510)。該多晶硅柵極的頂部尺寸不小于底部，且其底部的尺寸要比光 刻尺寸小得多，這意味著光刻時，可將柵極尺寸進(jìn)行放大，降低了光刻時對 關(guān)鍵尺寸的要求，降低了工藝難度。
另外，因形成的多晶硅柵極的頂部尺寸不小于底部尺寸，與傳統(tǒng)的頂小 底大的柵極結(jié)構(gòu)相比，在這一大尺寸的柵極頂部形成的金屬硅化物穩(wěn)定性較 好，電阻率較低，可以改善器件的性能。
另外，本實(shí)施例中也可以選用對多晶硅的去除速率要大于對停止層的去 除速率的刻蝕氣體或腐蝕液，這樣，柵極孔內(nèi)留下的多晶硅表面就會形成一 弧狀的凹陷，即形成的多晶硅柵極的頂部為弧形，該弧形的弧度可隨去除條 件的不同而不同，通過調(diào)整刻蝕的工藝條件，如刻蝕氣體的流量、刻蝕時腔 室的壓力大小、腐蝕液的濃度、腐蝕的溫度等，可將該弧度調(diào)整在30°至90° 之間，如為45°或60°。這一弧狀的柵極頂表面，增大了柵極的表面積，為后 面金屬硅化物的形成提供了更大的空間，進(jìn)一步確保了柵極上的金屬硅化物 的形成質(zhì)量。
圖4G為形成柵極側(cè)壁層后的器件剖面示意圖，如圖4G所示，形成多晶 硅柵極后，利用濕法腐蝕的方法去除停止層(S511 ),對于氧化硅停止層，可 以利用HF酸溶液將其去除，而不會對側(cè)壁介質(zhì)層和多晶硅柵極有所影響。然 后，再對側(cè)壁介質(zhì)層進(jìn)行干法刻蝕，僅保留了位于柵極側(cè)壁處的側(cè)壁介質(zhì)層 201，形成了可保護(hù)柵極的柵極側(cè)壁層(S512)。
本實(shí)施例中，加入了一調(diào)節(jié)層和停止層，可以在不改變刻蝕傾斜角度的情況下，通過改變調(diào)節(jié)層的厚度，更方便靈活地調(diào)整光刻柵極尺寸與形成的 柵極底部尺寸之間的差值，光刻時器件的尺寸可以進(jìn)一步放大，對于小尺寸 器件的柵極制作非常有利。
本發(fā)明的第二實(shí)施例中，采用了側(cè)壁介質(zhì)層、停止層和調(diào)節(jié)層三層結(jié)構(gòu)， 在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，還可以采用由側(cè)壁介質(zhì)層和調(diào)節(jié)層組成的兩層結(jié)
構(gòu)，其制作過程如下
先在墊氧化層上順序生長側(cè)壁介質(zhì)層和調(diào)節(jié)層，再光刻、刻蝕形成柵極 孔，然后，去除調(diào)節(jié)層，為了在去除調(diào)節(jié)層時不會損傷側(cè)壁介質(zhì)層，確保柵 極高度的可控性，兩層結(jié)構(gòu)可以分別采用不同的材料，如側(cè)壁介質(zhì)層為氮化 硅層，調(diào)節(jié)層為氧化硅層。這樣，在去除調(diào)節(jié)層時，可用HF酸溶液去除作為 調(diào)節(jié)層的氧化硅材料，而不會向下腐蝕作為側(cè)壁介質(zhì)層的氮化硅材料。接著， 沉積柵極材料填充柵極孔，并進(jìn)行平坦化處理。再接著，刻獨(dú)柵極材料，在 柵極孔內(nèi)形成柵極，此步刻蝕終點(diǎn)的確定是利用側(cè)壁介質(zhì)層材料與柵極材料 之間的刻蝕速率差實(shí)現(xiàn)的，如氮化硅材料和多晶硅材料間的刻蝕速率差。然 后，對側(cè)壁介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成柵極側(cè)壁層。
本實(shí)施例中，同樣可以利用對調(diào)節(jié)層厚度的調(diào)整，在不改變刻蝕傾斜角 度的情況下，更方便靈活地改變光刻柵極尺寸與形成的柵極底部尺寸之間的 差值，光刻時器件的尺寸可以進(jìn)一步放大，對于小尺寸器件的柵極制作非常 有利。
本實(shí)施例中，選用的刻蝕氣體或腐蝕液對多晶硅的去除速率大于對氮化 硅的去除速率，這樣，柵極孔內(nèi)留下的多晶硅表面就會形成一弧狀的凹陷， 即形成的多晶硅柵極的頂部為弧形，該弧形的弧度可隨刻蝕條件的不同而不 同，通過調(diào)整刻蝕的工藝條件，可將該弧度調(diào)整在30°至90°之間，如為45° 或60°。這一弧狀的柵極頂表面，增大了柵極的表面積，為后面金屬硅化物的 形成提供了更大的空間，進(jìn)一步確保了柵極上的金屬硅化物的形成質(zhì)量。本 實(shí)施例的制作方法與第二實(shí)施例相比，去掉了位于側(cè)壁介質(zhì)層與調(diào)節(jié)層間的 停止層，使得在刻蝕柵極時是以氮化硅與多晶硅材料間的刻蝕速率差來確定 刻蝕終點(diǎn)，因二者間的刻蝕速率差沒有氧化硅與多晶硅間的刻蝕速率差大， 故第三實(shí)施例中對多晶硅刻蝕工藝的控制要求更為嚴(yán)格，且柵極頂部的弧度 調(diào)整范圍也較小。
此外，利用本發(fā)明方法形成柵極的半導(dǎo)體器件，形成的多晶硅柵極的頂 部不小于底部，克服了傳統(tǒng)方法形成的柵極頂部尺寸過小所引起的光刻難度 大，金屬硅化物形成質(zhì)量差的問題，提高了其制作時的成品率及器件性能。
另外，通過對多晶硅刻蝕條件的調(diào)節(jié)，可以形成頂部為弧形的柵極結(jié)構(gòu)，
該弧形的弧度可以調(diào)整至在30°至90。之間，這一弧形的出現(xiàn)進(jìn)一步增大了柵 極頂部的表面積，擴(kuò)大了在其上的金屬硅化物的形成空間，更有利于形成高 質(zhì)量的金屬硅化物，進(jìn)而改善了半導(dǎo)體器件的性能。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和 修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體器件柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，包括步驟提供一襯底；在所述襯底表面形成墊氧化層；在所述墊氧化層上形成側(cè)壁介質(zhì)層；刻蝕所述側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極孔；在所述襯底上沉積多晶硅層，以填充所述柵極孔；平坦化所述多晶硅層；刻蝕所述多晶硅層，在所述柵極孔內(nèi)形成柵極；刻蝕所述側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極側(cè)壁層。
2、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于形成的柵極的頂部為弧形。
3、 如權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述弧度在30°至90° 之間。
4、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述側(cè)壁介質(zhì)層為氮化 硅層或氮氧化硅層。
5、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述側(cè)壁介質(zhì)層的厚度 在500至1500A之間。
6、 一種半導(dǎo)體器件柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，包括步驟 提供一襯底；在所述襯底表面形成墊氧化層； 在所述墊氧化層上形成側(cè)壁介質(zhì)層； 在所述側(cè)壁介質(zhì)層上形成停止層； 在所述停止層上形成調(diào)節(jié)層；刻蝕所述調(diào)節(jié)層、停止層和側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極孔； 去除所述調(diào)節(jié)層；在所述襯底上沉積多晶硅層，以填充所述柵極孔； 平坦化所述多晶硅層；刻蝕所述多晶硅層，在所述柵極孔內(nèi)形成柵極； 去除所述停止層；刻蝕所述側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極側(cè)壁層。
7、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于形成的柵極的頂部為弧形。
8、 如權(quán)利要求7所述的形成方法，其特征在于所述弧度在30°至90° 之間。
9、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述調(diào)節(jié)層的厚度由柵 極的頂部與底部的尺寸差確定。
10、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述側(cè)壁介質(zhì)層的厚 度在500至1500A之間，所述停止層的厚度在50至300A之間，所述調(diào)節(jié)層 的厚度在100至500 A之間。
11、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述側(cè)壁介質(zhì)層為氮 化硅層或氮氧化硅層。
12、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述停止層為氧化硅層。
13、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述調(diào)節(jié)層為氮化硅 層、氧化硅層或氮氧化硅層。
14、 一種半導(dǎo)體器件，包括柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柵極結(jié)構(gòu)中的多晶硅柵極的頂部尺寸不小于底部。
15、 如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述柵極的頂部為 弧形。
16、 如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述弧形的弧度在 30°至90°之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件柵極結(jié)構(gòu)的形成方法及半導(dǎo)體器件，柵極形成方法包括步驟提供一襯底；在所述襯底表面形成墊氧化層；在所述墊氧化層上形成側(cè)壁介質(zhì)層；刻蝕所述側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極孔；在所述襯底上沉積多晶硅層，以填充所述柵極孔；平坦化所述多晶硅層；刻蝕所述多晶硅層，在所述柵極孔內(nèi)形成柵極；刻蝕所述側(cè)壁介質(zhì)層，形成柵極側(cè)壁層。本發(fā)明的柵極形成方法可以放大光刻柵極的尺寸，降低工藝難度。利用本發(fā)明的方法形成柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，因其柵極頂部尺寸較大，可以在其上形成質(zhì)量較好的低阻金屬硅化物，其電性能可以得到改善。
文檔編號H01L21/28GK101197261SQ20061011905
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者張海洋, 陳海華, 馬擎天, 怡 黃 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司