柵極結構及其製造方法
2023-05-30 22:59:11
專利名稱：柵極結構及其製造方法
技術領域：
本發明涉及集成電路製造技術領域，特別涉及一種柵極結構及其制 造方法。
技術背景圖l為說明現有技術中柵極結構的結構示意圖，如圖1所示，現行的柵極結構通常通過在半導體基底10上首先形成柵氧化層11，進而在所述 柵氧化層上形成柵極13及環繞柵極的側牆12後形成。對於包含多個柵極 結構的半導體器件，相鄰柵極結構間存在線縫。當前的集成電路製造過 程中，通過在形成柵極結構後，交替沉積互連的層間介質層和金屬層形 成半導體器件。然而，實際生產發現，在形成柵極結構後沉積第一層間介質層，即 金屬前絕緣層(Pre-Metal Dielectric, PMD)時，PMD層在填充柵極結 構間線縫時易產生孔洞。此孔洞在經歷後續平整化過程後，易造成導電 材料對線縫的填充，進而易導致此導電材料向器件內部的擴散，此導電致使導電溝道內少數載流子發生越遷，最終導致器件漏電流過大；此導 電材料向淺溝槽隔離區的擴散易引發淺溝槽隔離區隔離失效，繼而增加 淺溝槽隔離區漏電流；更嚴重的是，導電材料對線縫的填充，極易造成 不同柵極結構間線縫的導通，繼而引發集成電路器件失效。分析認為，此孔洞是由於器件特徵尺寸的減小導致柵極結構間線縫 的深寬比增加，繼而導致現行沉積工藝的線縫填充能力受到限制造成的。 由此，如何降低柵極結構間線縫的深寬比以使PMD層無孔洞地填充柵極結構間線縫成為本領域技術人員面臨的主要問題。顯然，降低通孔的深寬比以對通孔進行無孔洞填充的方法對如何使 PMD層無孔洞地填充柵極結構間線縫能夠給予一定的技術啟示。當前，業
界普遍認同改變通孔結構，即擴大通孔開口的方法為解決通孔填充孔洞 問題的指導方向。專利號為"Z198105790.x"的中國專利中提供了 一種通過擴大通孔 開口以解決通孔填充孔洞問題的通孔刻蝕方法。將此方法應用於沉積PMD 層的過程中，即利用具有同步沉積-賊蝕能力的HDP沉積PMD層或利用沉積 -刻蝕-沉積工藝沉積PMD層時，隨著器件尺寸的逐漸減小，為保證PMD層 無孔洞地填充柵極結構間線縫，對沉積、賊蝕/刻蝕工藝參數的控制變得 更為嚴格，且愈發難以實現。由此，如何擴大柵極結構間線縫成為解決 PMD層線縫填充問題的關鍵。發明內容本發明提供了一種柵極結構製造方法，可獲得具有更大的線縫深寬 比的柵極結構；本發明提供了 一種柵極結構，可藉以擴大所述柵極結構 間線縫。本發明提供的一種柵極結構製造方法，包括 在半導體基底上形成第一介質層； 沉積柵層，所述柵層覆蓋所述第一介質層； 刻蝕所述柵層；沉積第二介質層，所述第二介質層覆蓋所述柵層；沉積第三介質層，所述第三介質層覆蓋所述第二介質層；刻蝕所述第三介質層；溼法刻蝕所述第二介質層；去除所述第三介質層。所述第一介質層材料為二氧化矽；所述柵層材料包含多晶矽或由多 晶矽與金屬矽化物組成的混合物；所述第二介質層材料包含摻雜鉿的二 氧化矽或二氧化鉿。
所述第一介質層材料包含摻雜鉿的二氧化矽或二氧化鉿；所述柵層 材料為金屬；所述第二介質層材料為二氧化矽。
所述第三介質層材料為氮化矽、氮氧化矽或氮化矽與氮氧化矽的組 合；刻蝕所述第二介質層的刻蝕溶液對所述第二介質層和所述第一介質 層具有高刻蝕選擇比。
本發明提供的一種柵極結構，包括位於半導體基底上的第一介質 層、位於所述第一介質層上的柵極及環繞所述柵極的第二介質層，所述 第二介質層覆蓋所述柵極側壁及部分第一介質層，所述第二介質層具有 L型剖面。
所述第一介質層材料為二氧化矽；所述柵層材料包含多晶矽或由多 晶矽與金屬矽化物組成的混合物；所述第二介質層材料包含摻雜鉿的二 氧化矽或二氧化鉿。
所述第一介質層材料包含摻雜鉿的二氧化矽或二氧化鉿；所述柵層 材料為金屬；所述第二介質層材料為二氧化矽。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
1. 通過形成L型側牆，可在保證器件性能穩定的同時增大柵極結構 間線縫；
2. 利用千法、溼法混合的方法形成側牆，可不造成源漏形成前對柵 氧化層的損傷；
3. 通過選用不同的介質材料分別作為第一介質層及第二介質層，可 通過選擇對所述第 一介質層及第二介質層具有高刻蝕選擇比的刻蝕溶液 而實現用以形成側牆的介質層的分步去除，且不造成源漏形成前對柵氧 化層的損傷。
圖1為現有技術中柵極結構示意圖2A ~ 2H為說明本發明實施例的柵極結構製造流程示意圖。
具體實施例方式
儘管下面將參照附圖對本發明進行更詳細的描述，其中表示了本發 明的優選實施例，應當理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明 而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列的描述應當被理解為對於本 領域技術人員的廣泛教導，而並不作為對本發明的限制。
為了清楚，不描述實際實施例的全部特徵。在下列描述中，不詳細 描述公知的功能和結構，因為它們會使本發明由於不必要的細節而混 亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實 現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實 施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是複雜和
規工作。
在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下列 說明和權利要求書本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均 採用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助 說明本發明實施例的目的。
應用本發明方法製造柵極結構的步驟包括在半導體基底上形成第 一介質層；沉積柵層，所述柵層覆蓋所述第一介質層；刻蝕所述柵層； 沉積第二介質層，所述第二介質層覆蓋所述柵層；沉積第三介質層，所 述第三介質層覆蓋所述第二介質層；刻蝕所述第三介質層；溼法刻蝕所 述第二介質層；去除所述第三介質層。
圖2A - 2H為說明本發明實施例的柵極結構製造流程示意圖，如圖所 示，應用本發明方法製造柵極結構的具體步驟包括
步驟201:如圖2A所示，在半導體基底10上形成第一介質層20。
襯底。所述第一介質層為柵氧化層，所述柵氧化層材料包含二氧化矽
(Si02)、摻雜鉿(Hf)的二氧化矽或具有高介電常數的介質材料，如二 氧化鉿(Hf 02)等。所述形成第一介質層的方法選用熱氧化法或CVD方法。
步驟202:如圖2B所示，沉積柵層30，所述柵層覆蓋所述第一介質層20。
所述第一介質層材料為二氧化矽時，所述柵層優選地由多晶矽或由 多晶矽與金屬矽化物等材料組合而成；所述第一介質層材料為具有高介 電常數的介質材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧化矽時，所述柵層優 選地由金屬構成。
步驟203:如圖2C所示，刻蝕所述柵層30,以形成4冊極31。 步驟204:如圖2D所示，沉積第二介質層40，所述第二介質層覆蓋所 述柵層30。
所述第一介質層材料為二氧化矽時，所述第二介質層材料為具有高 介電常數的介質材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧化矽；所述第一介 質層材料為具有高介電常數的介質材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧 化矽時，所述第二介質層材料為二氧化矽。
通過選用不同的介質材料分別作為第一介質層及第二介質層，可通 過選擇對所述第一介質層及第二介質層具有高刻蝕選擇比的刻蝕溶液而 實現用以形成側牆的介質層的分步去除，且不造成源漏形成前對柵氧化 層的損傷。
步驟205:如圖2E所示，沉積第三介質層50,所述第三介質層50覆蓋 所述第二介質層40。
所述第一介質層材料為二氧化矽時，所述第三介質層材料為氮化矽、 氮氧化矽中的一種或其組合；所述第一介質層材料為具有高介電常數的 介質材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧化矽時，所述第三介質層材料 為氮化矽、氮氧化矽或氮化矽與氮氧化矽的組合。
步驟206:如圖2F所示，刻蝕所述第三介質層50。
所述刻蝕方法可選用千法刻蝕工藝，所述刻蝕後的第三介質層用以 形成後續刻蝕所述第二介質層以形成環繞所述柵極的側牆時所需的硬掩膜。
步驟207:如圖2G所示，溼法刻蝕所述第二介質層40。
所述第 一介質層材料為二氧化矽時，所述刻蝕工藝利用第 一刻蝕溶 液進行，所述第一刻蝕溶液選用稀釋的氬氟酸溶液，所述第一刻蝕溶液 對所述第二介質層和所述第一介質層具有高刻蝕選擇比，如25: 1。顯然， 所述第一刻蝕溶液對所述第三介質層材料同樣具有高的刻蝕選擇比，使 得在溼法刻蝕所述第二介質層時，所述第一介質層及第三介質層材料表 面所受的損傷可忽略不計。
所述第一介質層材料為具有高介電常數的介質材料，如二氧化鉿等 或摻雜鉿的二氧化矽時，所述刻蝕工藝利用第二刻蝕溶液進行，所述第 二刻蝕溶液選用稀釋的氬氟酸溶液，所述第二刻蝕溶液對所述第二介質 層和所述第一介質層具有高刻蝕選擇比，如100: 1。顯然，所述第一刻 蝕溶液對所述第三介質層材料同樣具有高的刻蝕選擇比，使得在溼法刻 蝕所述第二介質層時，所述第一介質層及第三介質層材料表面所受的損 傷可忽略不計。
步驟208:如圖2H所示，去除所述第三介質層50。
所述去除所述第三介質層工藝利用第四刻蝕溶液進行，所述第四刻 蝕溶液選用熱磷酸。反應溫度範圍為150~170攝氏度，優選為160攝氏 度；所述刻蝕溶液百分比濃度小於或等於5%;刻蝕速率及刻蝕反應時間 根據產品要求及工藝條件確定。
應用本發明提供的方法可製造具有L型側牆的柵極結構，通過形成L 型側牆，可在保證器件性能穩定的同時增大柵極結構間線縫。
應用本發明提供的方法製造的柵極結構，至少包括位於半導體基 底上的第一介質層、位於所述第一介質層上的柵極及環繞所述柵極的第
二介質層，所述第二介質層覆蓋所述柵極側壁及部分第一介質層，所述 第二介質層具有L型剖面。
所述半導體基底為已定義器件有源區並已完成淺溝槽隔離的半導體 襯底。所述第一介質層材料包含二氧化矽、摻雜鉿的二氧化矽或具有高 介電常數的介質材料，如二氧化鉿等。
所述第一介質層材料為二氧化矽時，所述柵層優選地由多晶矽或由
多晶矽與金屬矽化物等材料組合而成；所述第二介質層材料為具有高介 電常數的介質材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧化矽；所述第三介質 層材料為氮化矽、氮氧化矽中的一種或其組合。
所述第一介質層材料為具有高介電常數的介質材料，如二氧化鉿等 或摻雜鉿的二氧化矽時，所述柵層優選地由金屬構成；所述第二介質層 材料為二氧化矽；所述第三介質層材料為氮化矽、氮氧化矽或氮化矽與 氮氧化矽的組合。
通過形成L型側牆，可在保證器件性能穩定的同時增大柵極結構間線縫。
儘管通過在此的實施例描述說明了本發明，和儘管已經足夠詳細地 描述了實施例，申請人不希望以任何方式將權利要求書的範圍限制在這 種細節上。對於本領域技術人員來說另外的優勢和改進是顯而易見的。 因此，在較寬範圍的本發明不限於表示和描述的特定細節、表達的設備 和方法和說明性例子。因此，可以偏離這些細節而不脫離申請人總的發 明概念的精神和範圍。
權利要求
1. 一種柵極結構製造方法，包括在半導體基底上形成第一介質層；沉積柵層，所述柵層覆蓋所述第一介質層；刻蝕所述柵層；沉積第二介質層，所述第二介質層覆蓋所述柵層；沉積第三介質層，所述第三介質層覆蓋所述第二介質層；刻蝕所述第三介質層；溼法刻蝕所述第二介質層；去除所述第三介質層。
2. 根據權利要求1所述的柵極結構製造方法，其特徵在於所述 第 一介質層材料為二氧化矽。
3. 根據權利要求2所述的柵極結構製造方法，其特徵在於所述 柵層材料包含多晶矽或由多晶矽與金屬矽化物組成的混合物。
4. 根據權利要求3所述的柵極結構製造方法，其特徵在於所述 第二介質層材料包含摻雜鉿的二氧化矽或二氧化鉿。
5. 根據權利要求1所述的柵極結構製造方法，其特徵在於所述 第一介質層材料包含摻雜鉿的二氧化矽或二氧化鉿。
6. 根據權利要求5所述的柵極結構製造方法，其特徵在於所述 柵層材料為金屬。
7. 根據權利要求6所述的柵極結構製造方法，其特徵在於所述 第二介質層材料為二氧化矽。
8. 根據權利要求4或7所述的柵極結構製造方法，其特徵在於 所述第三介質層材料為氮化矽、氮氧化矽或氮化矽與氮氧化矽的組合。
9. 根據權利要求8所述的柵極結構製造方法，其特徵在於刻蝕 所述第二介質層的刻蝕溶液對所述第二介質層和所述第一介質層具有高刻蝕選擇比。
10. —種柵極結構，至少包括位於半導體基底上的第一介質層、 位於所述第一介質層上的柵極及環繞所述柵極的第二介質層，所述第二 介質層覆蓋所述柵極側壁及部分第一介質層，所述第二介質層具有L型 剖面。
11. 根據權利要求10所述的柵極結構，其特徵在於所述第一介 質層材料為二氧化矽。
12. 根據權利要求11所述的柵極結構，其特徵在於所述柵層材 料包含多晶矽或由多晶矽與金屬矽化物組成的混合物。
13. 根據權利要求12所述的柵極結構，其特徵在於所述第二介 質層材料包含摻雜鉿的二氧化矽或二氧化鉿。
14. 根據權利要求10所述的柵極結構，其特徵在於所述第一介 質層材料包含摻雜鉿的二氧化矽或二氧化鉿。
15. 根據權利要求14所述的柵極結構，其特徵在於所述柵層材 料為金屬。
16. 根據權利要求15所述的柵極結構，其特徵在於所述第二介 質層材料為二氧化矽。
全文摘要
一種柵極結構製造方法，包括在半導體基底上形成第一介質層；沉積柵層，所述柵層覆蓋所述第一介質層；刻蝕所述柵層；沉積第二介質層，所述第二介質層覆蓋所述柵層；沉積第三介質層，所述第三介質層覆蓋所述第二介質層；刻蝕所述第三介質層；溼法刻蝕所述第二介質層；去除所述第三介質層。利用幹法、溼法混合的方法形成側牆，且通過選用不同的介質材料分別作為第一介質層及第二介質層，可通過選擇對所述第一介質層及第二介質層具有高刻蝕選擇比的刻蝕溶液而實現用以形成側牆的介質層的分步去除，可不造成源漏形成前對柵氧化層的損傷。
文檔編號H01L21/28GK101211769SQ20061014824
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月28日 優先權日2006年12月28日
發明者乒 劉, 張世謀, 張海洋, 馬擎天 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司