半導體結構的形成方法技術

一種半導體結構的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有高K介質材料層以及位于高K介質材料層上的偽柵材料層；在刻蝕腔內側壁表面形成第一硅氧氯層；在形成第一硅氧氯層后，將半導體襯底置于刻蝕腔中；在將半導體襯底置于刻蝕腔中后，刻蝕去除部分所述偽柵材料層，形成偽柵；在形成偽柵后，在所述刻蝕腔的內側壁表面以及偽柵的側壁表面形成第二硅氧氯層；在形成第二硅氧氯層后，以所述偽柵為掩膜，刻蝕所述高K介質材料層，在偽柵底部形成高K柵介質層。本發明專利技術的方法保證工藝穩定性的同時，防止刻蝕腔內側壁的損傷。

【技術實現步驟摘要】
半導體結構的形成方法
本專利技術涉及半導體制作領域，特別涉及一種半導體結構的形成方法。
技術介紹
金屬-氧化物-半導體晶體管(MOS晶體管)是構成集成電路尤其是超大規模集成電路的主要器件之一。自MOS晶體管專利技術以來，其幾何尺寸按照摩爾定律一直在不斷縮小，目前其特征尺寸已發展進入深亞微米以下。在此尺度下，器件的幾何尺寸按比例縮小變得越來越困難。另外，在MOS晶體管器件及其電路制造領域，最具挑戰性的是傳統CMOS工藝在器件按比例縮小過程中，由于二氧化硅柵介質層高度減小所帶來的從柵極向襯底的漏電流問題。為解決上述漏電問題，目前MOS晶體管工藝中，采用高K柵介質材料代替傳統的二氧化硅柵介質，并使用金屬作為柵電極，兩者配合使用以避免柵極損耗以及硼滲透所導致的漏電流問題。目前制備金屬柵極的工藝主要有兩種方法，分別是“先柵極”和“后柵極”。“后柵極”又稱為偽柵，使用該工藝時高介電常數柵介質層無需經過高溫步驟，所以閾值電壓VT偏移很小，芯片的可靠性更高。因此，后柵極工藝得到更廣泛的應用。現有技術提供了一種形成金屬柵極的方法，包括：提供半導體襯底；形成覆蓋所述半導體襯底表面的高K柵介質材料層；高K柵介質材料層上形成偽柵；以所述偽柵為掩膜刻蝕所述高K柵介質材料層，在所述偽柵底部形成高K柵介質層；形成覆蓋所述半導體襯底和偽柵側壁的層間介質層，層間介質層的表面與偽柵的頂部表面齊平；去除所述偽柵，形成凹槽；形成填充滿凹槽的金屬柵極。但是現有技術形成的金屬柵極的工藝穩定性仍有待提升。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是怎樣提高形成金屬柵極的工藝穩定性。為解決上述問題，本專利技術提供一種半導體結構的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有高K介質材料層以及位于高K介質材料層上的偽柵材料層；在刻蝕腔內側壁表面形成第一硅氧氯層；在形成第一硅氧氯層后，將半導體襯底置于刻蝕腔中；在將半導體襯底置于刻蝕腔中后，刻蝕去除部分所述偽柵材料層，形成偽柵；在形成偽柵后，在所述刻蝕腔的內側壁表面以及偽柵的側壁表面形成第二硅氧氯層；在形成第二硅氧氯層后，以所述偽柵為掩膜，刻蝕所述高K介質材料層，在偽柵底部形成高K柵介質層?？蛇x的，所述第一硅氧氯層的厚度為2nm～20nm，第一硅氧氯層的材料為SixOyClz，其中x＝1，y＝1～3，z＝1～3?？蛇x的，形成第一硅氧氯層采用的源氣體為SiCl4和O2，SiCl4的流量為10～100SCCM，O2的流量為20～200SCCM，刻蝕腔中源功率為100～1000W，刻蝕腔中偏置電壓0～50V，刻蝕腔壓力為2～50mtorr?？蛇x的，所述第二硅氧氯層的厚度為1～3nm，第二硅氧氯層材料為SixOyClz，其中x＝1，y＝1～3，z＝1～3?？蛇x的，形成第二硅氧氯層采用的源氣體為SiCl4和O2，SiCl4的流量為10～100SCCM，O2的流量為20～200SCCM，刻蝕腔中源功率為100～1000W，刻蝕腔中偏置電壓0～50V，刻蝕腔壓力為2～50mtorr?？蛇x的，所述高K柵介質層的材料為HfO2、TiO2、HfZrO、HfSiNO、Ta2O5、ZrO2、ZrSiO2、Al2O3、SrTiO3或BaSrTiO。可選的，刻蝕所述高K柵介質層采用各向異性的干法刻蝕工藝?？蛇x的，所述各向異性的干法刻蝕工藝為等離子體刻蝕工藝，所述等離子體刻蝕工藝采用的刻蝕氣體為Cl2和BCl3，Cl2的流量為10～100sccm，BCl3的流量為10～100sccm，源功率為100～1000W，偏置電壓為50～200V,腔室壓力為2～30mtorr?？蛇x的，還包括：去除所述偽柵側壁表面的第二硅氧氯層?？蛇x的，去除所述第二硅氧氯層采用的工藝為濕法刻蝕?？蛇x的，濕法刻蝕采用的刻蝕溶液為稀釋氫氟酸。可選的，稀釋氫氟酸中水和氫氟酸的體積比為100:1～500:1?？蛇x的，形成覆蓋所述半導體襯底表面以及偽柵側壁表面的介質層；去除所述偽柵結構，形成凹槽；在所述凹槽中填充金屬，形成金屬柵極。與現有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下優點：本專利技術的半導體結構的形成方法，在對偽柵材料層進行刻蝕之前，在刻蝕腔的內側壁形成第一硅氧氯層，所述第一硅氧氯層防止刻蝕偽柵材料層時等離子體對刻蝕腔的內側壁造成刻蝕損傷；在形成偽柵后，在所述刻蝕腔的內側壁表面以及偽柵的側壁表面形成第二硅氧氯層，形成第二硅氧氯層的目的：一方面，前述刻蝕偽柵材料層時，刻蝕腔內側壁表面的第一硅氧氯層可能會損傷，如果直接進行后續高K介質材料層的刻蝕步驟，在刻蝕K介質材料層時，損傷的第一硅氧氯層碎片容易從刻蝕腔的內側壁上脫落，碎片掉落在半導體襯底上會形成顆粒缺陷，影響工藝的穩定性，并且第一硅氧氯層的損傷，在刻蝕高K介質材料層時，對刻蝕腔內側壁的保護性能會變弱；另一方面，在偽柵的側壁表面形成第二硅氧氯層，在后續刻蝕高K介質材料層時，使得偽柵被第二硅氧氯層保護，偽柵的尺寸不會減小，保證了工藝的穩定性。另外，形成第一硅氧氯層和第二硅氧氯層的步驟以及刻蝕偽柵材料層和高K介質材料層的步驟均是在同一刻蝕腔中進行，工藝步驟簡單，節省了整個工藝制程的時間，提高了工藝效率。附圖說明圖1～圖8為本專利技術實施例半導體結構的形成過程的結構示意圖。具體實施方式如
技術介紹
所言，現有形成金屬柵極工藝的穩定性仍有待提升。研究發現，在形成偽柵后，采用偽柵為掩膜刻蝕高K柵介質材料層時，偽柵的側壁也會被刻蝕，使得偽柵的尺寸會發生變化，后續去除偽柵形成凹槽時，使得凹槽的尺寸和凹槽中形成的金屬柵極的尺寸也會發生變化，不利于工藝穩定性的提升，另外，在刻蝕高K柵介質層時，刻蝕氣體對刻蝕腔的內側壁容易產生腐蝕，影響刻蝕設備的使用壽命。本專利技術實施例提供了一種半導體結構的形成方法，在對偽柵材料層進行刻蝕之前，在刻蝕腔的內側壁形成第一硅氧氯層，所述第一硅氧氯層防止刻蝕偽柵材料層時等離子體對刻蝕腔的內側壁造成刻蝕損傷；在形成偽柵后，在所述刻蝕腔的內側壁表面以及偽柵的側壁表面形成第二硅氧氯層，形成第二硅氧氯層的目的：一方面，前述刻蝕偽柵材料層時，刻蝕腔內側壁表面的第一硅氧氯層可能會損傷，如果直接進行后續高K介質材料層的刻蝕步驟，在刻蝕K介質材料層時，損傷的第一硅氧氯層碎片容易從刻蝕腔的內側壁上脫落，碎片掉落在半導體襯底上會形成顆粒缺陷，影響工藝的穩定性，并且第一硅氧氯層的損傷，在刻蝕高K介質材料層時，對刻蝕腔內側壁的保護性能會變弱；另一方面，在偽柵的側壁表面形成第二硅氧氯層，在后續刻蝕高K介質材料層時，使得偽柵被第二硅氧氯層保護，偽柵的尺寸不會減小，保證了工藝的穩定性。另外，形成第一硅氧氯層和第二硅氧氯層的步驟以及刻蝕偽柵材料層和高K介質材料層的步驟均是在同一刻蝕腔中進行，工藝步驟簡單，節省了整個工藝制程的時間，提高了工藝效率。為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本專利技術的具體實施例做詳細的說明。在詳述本專利技術實施例時，為便于說明，示意圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本專利技術的保護范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖1～圖8為本專利技術實施例半導體結構的形成過程的結構示意圖。參考圖1，提供半導體襯底200，所述半導體襯底200上形成有高K介質材料層201本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體結構的形成方法，其特征在于，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有高K介質材料層以及位于高K介質材料層上的偽柵材料層；在刻蝕腔內側壁表面形成第一硅氧氯層；在形成第一硅氧氯層后，將半導體襯底置于刻蝕腔中；在將半導體襯底置于刻蝕腔中后，刻蝕去除部分所述偽柵材料層，形成偽柵；在形成偽柵后，在所述刻蝕腔的內側壁表面以及偽柵的側壁表面形成第二硅氧氯層；在形成第二硅氧氯層后，以所述偽柵為掩膜，刻蝕所述高K介質材料層，在偽柵底部形成高K柵介質層。

【技術特征摘要】
1.一種半導體結構的形成方法，其特征在于，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有高K介質材料層以及位于高K介質材料層上的偽柵材料層；在刻蝕腔內側壁表面形成第一硅氧氯層；在形成第一硅氧氯層后，將半導體襯底置于刻蝕腔中；在將半導體襯底置于刻蝕腔中后，刻蝕去除部分所述偽柵材料層，形成偽柵；在形成偽柵后，在所述刻蝕腔的內側壁表面以及偽柵的側壁表面形成第二硅氧氯層；在形成第二硅氧氯層后，以所述偽柵為掩膜，刻蝕所述高K介質材料層，在偽柵底部形成高K柵介質層。2.如權利要求1所述的半導體結構的形成方法，其特征在于，所述第一硅氧氯層的厚度為2nm～20nm，第一硅氧氯層的材料為SixOyClz，其中x＝1，y＝1～3，z＝1～3。3.如權利要求1或2所述的半導體結構的形成方法，其特征在于，形成第一硅氧氯層采用的源氣體為SiCl4和O2，SiCl4的流量為10～100SCCM，O2的流量為20～200SCCM，刻蝕腔中源功率為100～1000W，刻蝕腔中偏置電壓0～50V，刻蝕腔壓力為2～50mtorr。4.如權利要求1所述的半導體結構的形成方法，其特征在于，所述第二硅氧氯層的厚度為1～3nm，第二硅氧氯層材料為SixOyClz，其中x＝1，y＝1～3，z＝1～3。5.如權利要求1所述的半導體結構的形成方法，其特征在于，形成第二硅氧氯層采用的源氣體為SiCl4和O2，SiCl4的流量為10～100SCCM，O2的流量為20～200SCCM，刻蝕腔中源功率為100～1000...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓秋華，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，中芯國際集成電路制造北京有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31