半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路制造技術(shù)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體器件的技術(shù)節(jié)點(diǎn)在不斷減小，器件的 尺寸也遵循摩爾定律不斷縮小，由半導(dǎo)體器件接近物理極限所帶來的各種工藝?yán)щy也相繼 出現(xiàn)。在半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，如何解決晶體管漏電流和功耗增大成為了具有挑戰(zhàn)性的難 題，運(yùn)種現(xiàn)象主要是由傳統(tǒng)柵介質(zhì)層厚度不斷減小所造成的。現(xiàn)有技術(shù)提供的解決方法，W 高k柵介質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柵介質(zhì)材料，同時(shí)采用金屬柵極替代多晶娃柵極，可W有效降 低晶體管漏電流和功耗，優(yōu)化半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)提供了一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件制造方法，包括：提供半導(dǎo)體襯 底，在所述襯底上形成若干偽柵極，所述偽柵極包括位于半導(dǎo)體襯底表面的高k材料柵介 質(zhì)層和位于柵介質(zhì)層表面的偽柵層；形成覆蓋偽柵極和半導(dǎo)體襯底表面的層間介質(zhì)層；W 所述偽柵極為停止層，對(duì)所述層間介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光；去除所述偽柵極中的偽柵層， 形成偽柵開口；形成填充滿所述偽柵開口的金屬柵極，所述金屬柵極包括覆蓋偽柵開口側(cè) 面及底面的功能層和覆蓋功能層的金屬柵極層。
[0004] 在CMOS晶體管的制造中，因 PMOS晶體管和NMOS晶體管的不同性能，需要形成具 有不同功能層的金屬柵極，因此PMOS晶體管和NMOS晶體管的金屬柵極需要在不同的工藝 步驟中形成。常見的方法為先去除PMOS或者NMOS其中之一對(duì)應(yīng)的偽柵層W形成PMOS或 者NMOS其中之一的金屬柵極，之后去除另一偽柵極W形成另一金屬柵極，在去除另一偽柵 極至形成另一金屬柵極的過程中，采用的一些工藝步驟會(huì)對(duì)已形成的金屬柵極造成嚴(yán)重?fù)p 傷，致使半導(dǎo)體器件失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法，解決金屬柵極形成過程中對(duì) 金屬柵極損傷嚴(yán)重的問題。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯 底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有若干偽柵極，所述偽柵極包括位于半導(dǎo)體襯底表面的柵介 質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層表面的金屬層和位于金屬層表面的偽柵層，所述偽柵極包括第一偽柵 極和第二偽柵極；去除第一偽柵極的偽柵層，形成第一偽柵開口；形成填充滿所述第一偽 柵開口的第一侶柵極，所述第一侶柵極包括覆蓋第一偽柵開口側(cè)面及底面的第一功能層W 及覆蓋第一功能層的第一侶柵層；對(duì)所述第一侶柵層頂面進(jìn)行改性處理，形成侶柵極保護(hù) 層；去除第二偽柵極的偽柵層，形成第二偽柵開口；形成填充滿所述第二偽柵開口的第二 侶柵極，所述第二侶柵極包括覆蓋第二偽柵開口側(cè)面及底面的第二功能層W及覆蓋第二功 能層的第二侶柵層。
[0007] 可選的，在相鄰的第一偽柵極和第二偽柵極之間還形成有層間介質(zhì)層，所述層間 介質(zhì)層與第一偽柵極和第二偽柵極頂面齊平。
[000引可選的，所述侶柵極保護(hù)層為氮化侶，厚度為1OA~40 A。
[0009] 可選的，所述對(duì)第一侶柵層頂面進(jìn)行改性處理的工藝為離子注入或者氮源氣體氛 圍下的局溫退火。
[0010] 可選的，采用離子注入工藝對(duì)第一侶柵層頂面進(jìn)行改性處理的步驟包括：形成覆 蓋第二偽柵極頂面及部分層間介質(zhì)層頂面的圖形化的屏蔽掩模層；W所述屏蔽掩模層為掩 模，對(duì)第一侶柵層頂部進(jìn)行離子注入改性處理，形成侶柵極保護(hù)層；去除所述屏蔽掩模層。
[0011] 可選的，所述離子注入的注入離子為氮離子，氮離子的注入濃度為IX l〇i2atom/ cm3~5X 10 i5atom/cm3,注入能量為0. 5Kev~5Kev，離子注入的方向垂直于半導(dǎo)體襯底表 面。
[0012] 可選的，所述氮源氣體氛圍下的高溫退火，氮源氣體為成0或者畑3,退火溫度為 600°C~800°C，退火時(shí)間為2分鐘~5分鐘。
[0013] 可選的，在形成了第二偽柵開口后還包括對(duì)所述第二偽柵開口的清洗工藝，所述 清洗工藝采用氨氣酸水溶液，其中氨氣酸的質(zhì)量百分比濃度為0. 05%~0. 2%，溶液的溫 度為20°C~40°C，工藝時(shí)間為1分鐘~3分鐘。
[0014] 可選的，所述侶柵極保護(hù)層適于保護(hù)第一侶柵層不被氨氣酸水溶液腐蝕。
[0015] 可選的，所述柵介質(zhì)層還包括位于半導(dǎo)體襯底表面的第一柵介質(zhì)層和位于所述第 一柵介質(zhì)層表面的第二柵介質(zhì)層。
[0016] 可選的，所述第一柵介質(zhì)層為厚度2A~10蓋的Si化或者SiON,所述第二柵介質(zhì)層 為厚度5A~30A的Hf〇2、HfON、Zr〇2或者ZrON,所述金屬層為厚度:l〇A~20A的Ti、TiN、Ta 或者TaN,所述偽柵層為厚度500A~700A的多晶娃。
[0017] 可選的，去除所述第一偽柵極的偽柵層的步驟包括：形成覆蓋第二偽柵極頂面及 部分層間介質(zhì)層頂面的圖形化的第一掩模層；W所述第一掩模層為掩模，刻蝕第一偽柵極 的偽柵層，直至暴露出第一偽柵極的金屬層表面；去除所述第一掩模層。
[0018] 可選的，所述刻蝕第一偽柵極的偽柵層的工藝為干法刻蝕，刻蝕氣體包含皿r、 012、5。6、冊(cè)3、〇2、4'、胎、012。2和（：邸3中一種或幾種，刻蝕氣體的流量為5〇3(3畑1~50〇3(3畑1， 氣體壓力為2mtorr~20mtorr，電場偏壓為50V~450V，功率為200W~600W，溫度為 30°C ~60°C。
[0019] 可選的，所述第一功能層為厚度10某嗎40A的Ti、化、TiN、TaN、TiAl、hC、hSiN、 TiAlN中一種或幾種，第一侶柵層的材料為金屬侶。
[0020] 可選的，去除第二偽柵極的偽柵層的工藝為干法刻蝕，刻蝕氣體包含皿r、Cl2、SFe、 冊(cè)3、化、4'、胎、細(xì)2。2和(：邸3中一種或幾種，刻蝕氣體的流量為5〇3(3(3111~50〇3(3(3111，氣體壓力 為2mtorr~20mtorr，電場偏壓為50V~450V，功率為200W~600W，溫度為30°C~60°C。 陽02U 可選的，所述第二功能層為厚度IOA~50A的Ti、化、TiN、TaN、TiAl、hC、hSiN、 TiAlN中一種或幾種，第二侶柵層的材料為金屬侶。
[0022] 可選的，在形成第二侶柵極之后還包括對(duì)侶柵極保護(hù)層的化學(xué)機(jī)械拋光，適于去 除侶柵極保護(hù)層，暴露出未被改性的第一侶柵層頂面。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法實(shí)施例，通過在形成第一侶柵極之后，對(duì)第 一侶柵極中第一侶柵層頂面進(jìn)行改性處理，形成侶柵極保護(hù)層，避免后續(xù)工藝對(duì)第一侶柵 層的損傷，大大降低了半導(dǎo)體器件的失效幾率。
[0025] 進(jìn)一步地，所述侶柵極保護(hù)層為氮化侶，形成所述氮化侶的侶柵極保護(hù)層是通過 離子注入或者氮源氣體氛圍下的高溫退火，所述離子注入的注入離子為氮離子，所述氮源 氣體氛圍是成0或者NHs氣體氛圍，兩種工藝都為氮化侶的形成提供了氮源，有利于氮化侶 的侶柵極保護(hù)層穩(wěn)定形成，且不會(huì)對(duì)第二偽柵極和層間介質(zhì)層造成不利影響。
[00%] 進(jìn)一步地，在形成了第二偽柵開口后還包括對(duì)所述第二偽柵開口的清洗工藝，所 述清洗工藝采用的氨氣酸水溶液容易對(duì)第一侶柵層造成嚴(yán)重?fù)p傷，而氮化侶的侶柵極保護(hù) 層對(duì)氨氣酸水溶液有很高的抗腐蝕性，因此能夠保護(hù)第一侶柵層不受氨氣酸水溶液的腐蝕 損傷。
[0027] 進(jìn)一步地，通過所述離子注入或者氮源氣體氛圍下的高溫退火工藝形成的侶柵極 保護(hù)層厚度均勻、形成工藝可重復(fù)性高，也有利于后續(xù)去除侶柵極保護(hù)層的化學(xué)機(jī)械拋光 的工藝穩(wěn)定性。