半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
【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)及其形成方法。
【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)點在不斷減小，器件的 幾何尺寸也遵循摩爾定律不斷縮小。當半導(dǎo)體器件尺寸減小到一定程度時，由半導(dǎo)體器件 接近物理極限所帶來的各種問題相繼出現(xiàn)。在半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，最具挑戰(zhàn)性的難題是 如何解決器件可靠性下降的問題，運種現(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，同時采用金屬柵極替 代多晶娃柵極，可W有效提高半導(dǎo)體器件的可靠性，優(yōu)化電學(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，在所述襯底上形成有包括高k材料和金屬材料的柵介質(zhì)層；形成位于柵介質(zhì)層上的柵 極層；形成覆蓋所述柵介質(zhì)層和柵極層的層間介質(zhì)層；W所述柵極層為停止層，對所述層 間介質(zhì)層進行化學(xué)機械拋光；去除所述柵極層，形成溝槽；在所述溝槽中填充滿金屬，形成 金屬柵極。
[0004] 盡管包括高k材料及金屬材料的柵介質(zhì)層和金屬柵極的引入能夠改善半導(dǎo)體器 件的電學(xué)性能，但是在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于器件幾何尺寸的不斷縮小，制造工藝較復(fù)雜且 難W穩(wěn)定控制，容易導(dǎo)致器件失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問題是，通過離子注入改性或者等離子體改性，將位于淺溝槽隔離 結(jié)構(gòu)上方的部分金屬層改性處理轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo層，所述保護層對酸性物質(zhì)有較高的抵抗性， 當部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)被酸性物質(zhì)腐蝕之后，所述保護層將阻擋所述酸性物質(zhì)腐蝕位于有 源區(qū)結(jié)構(gòu)表面的柵介質(zhì)層，從而避免了器件的失效。
[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)體襯底包括有源區(qū)結(jié)構(gòu)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；所述半導(dǎo)體襯底表面形成有柵 極結(jié)構(gòu)和位于所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁的側(cè)墻，所述柵極結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底表面的柵介質(zhì) 層，所述柵介質(zhì)層包括位于半導(dǎo)體襯底表面的介質(zhì)層和位于所述介質(zhì)層表面的金屬層，部 分柵極結(jié)構(gòu)和部分側(cè)墻位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面；對位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方的部分柵介 質(zhì)層進行改性處理，使所述位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方的部分柵介質(zhì)層轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo層。
[0007] 可選的，所述保護層為Ti、TiN、TaN、Ta、TaC或者化SiN中任一種材料的娃化物， 所述保護層的厚度為10 A~20Λ。
[0008] 可選的，所述對位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方的部分柵介質(zhì)層進行改性處理的工藝為 離子注入，注入離子的種類為Si。
[0009] 可選的，所述離子注入的工藝，注入角度與垂直半導(dǎo)體襯底方向的夾角為2度~ 35度，離子的注入濃度為1 X I〇i4atom/cm3~5 X 10 i6atom/cm3,注入能量為化ev~lOKev。
[0010] 可選的，在所述離子注入之后還包括退火工藝，所述退火工藝為熱爐退火、尖峰退 火、快速熱退火、激光退火或者閃光退火。
[0011] 可選的，所述半導(dǎo)體襯底為娃襯底、錯襯底或絕緣體上娃襯底，所述淺溝槽隔離結(jié) 構(gòu)材料為氧化娃。
[0012] 可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括位于所述柵介質(zhì)層表面的柵極層和位于所述柵極層 表面的掩模層。 陽013] 可選的，所述介質(zhì)層包括位于半導(dǎo)體襯底表面的第一介質(zhì)層和位于第一介質(zhì)層表 面的第二介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層為厚度2λ~1ΟΛ的Si〇2或者SiON，所述第二介質(zhì)層為厚 度 5A~30Λ 的冊〇2、HfON、Zr〇2或者 ZrON。
[0014] 可選的，所述金屬層為Ti、TiN、TaN、Ta、TaC或者化SiN，金屬層的厚度為 10Α~20Λ。
[0015] 可選的，所述側(cè)墻為氮化娃、氮氧化娃或者碳氧化娃。
[0016] 本發(fā)明還提供了一種半導(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 襯底包括有源區(qū)結(jié)構(gòu)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；所述半導(dǎo)體襯底表面形成有柵極結(jié)構(gòu)和位于所述 柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁的側(cè)墻，所述柵極結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底表面的柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層 包括位于半導(dǎo)體襯底表面的介質(zhì)層和位于所述介質(zhì)層表面的金屬層，部分柵極結(jié)構(gòu)和部分 側(cè)墻位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方，且所述位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方的部分柵極結(jié)構(gòu)及側(cè)墻與 淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面分離；對位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方的部分金屬層進行改性處理，使所 述部分金屬層轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo層。 陽017] 可選的，所述保護層為Ti、TiN、TaN、Ta、TaC或者化SiN中任一種材料的娃化物， 所述保護層的厚度為10矣~20 A。
[0018] 可選的，所述對位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方的部分金屬層進行改性處理的工藝為等 離子體處理，所述等離子體處理可W采用射頻放電等離子體、微波等離子體或者解禪合等 離子體。
[0019] 可選的，所述射頻放電等離子體改性處理，采用SiH4氣體作為反應(yīng)氣體，氣體的壓 力為20Torr~50Torr，射頻功率為300W~2000W，偏壓為0V，溫度為40°C~80°C，工藝時 間為10分鐘~30分鐘。
[0020] 可選的，所述半導(dǎo)體襯底為娃襯底、錯襯底或絕緣體上娃襯底，所述淺溝槽隔離結(jié) 構(gòu)材料為氧化娃。
[0021] 可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括位于所述柵介質(zhì)層表面的柵極層和位于所述柵極層 表面的掩模層。
[0022] 可選的，所述介質(zhì)層包括位于半導(dǎo)體襯底表面的第一介質(zhì)層和位于第一介質(zhì)層表 面的第二介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層為厚度2A~1 0A的Si化或者SiON，所述第二介質(zhì)層為厚 度 5A~30A 的冊〇2、HfON、Zr〇2或者 ZrON。 W23] 可選的，所述金屬層為Ti、TiN、TaN、Ta、TaC或者化SiN，金屬層的厚度為 10 A~20 A。
[0024] 可選的，所述側(cè)墻為氮化娃、氮氧化娃或者碳氧化娃。
[00巧]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述任一實施例所述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo) 體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括有源區(qū)結(jié)構(gòu)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；位于所述半導(dǎo)體襯底表面的 柵極結(jié)構(gòu)和位于所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁的側(cè)墻，所述柵極結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底表面的介質(zhì) 層和位于所述介質(zhì)層表面的金屬層及保護層，所述金屬層位于有源區(qū)結(jié)構(gòu)上方，所述保護 層位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方，所述金屬層和保護層在平行半導(dǎo)體襯底方向上相鄰。
[00%]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：
[0027] 本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法實施例，通過離子注入改性或者等離子體改 性，將位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方的部分金屬層改性處理轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo層，所述保護層對酸性 物質(zhì)有較高的抵抗性，當部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)被酸性物質(zhì)腐蝕之后，所述保護層將阻擋所 述酸性物質(zhì)繼續(xù)腐蝕位于有源區(qū)結(jié)構(gòu)表面的柵介質(zhì)層，從而避免了器件的失效。
[0028] 進一步地，所述通過離子注入或者等離子體改性部分柵介質(zhì)層的方法，都采用了 Si作為改性離子，在改性形成保護層的同時，所述Si也會滲雜進入側(cè)墻W及柵介質(zhì)層表面 的部分柵極層，對氮化娃側(cè)墻的Si滲雜并不會影響到器件電學(xué)性能，而柵介質(zhì)層的材料為 多晶娃，且所述柵介質(zhì)層在后續(xù)工藝中會被去除，因此對部分柵介質(zhì)層的Si滲雜也不會對 器件性能和制造工藝帶來影響。
[0029] 進一步地，所述保護層僅位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方，并未覆蓋有源區(qū)結(jié)構(gòu)，因此在 起到阻擋酸性物質(zhì)腐蝕位于有源區(qū)結(jié)構(gòu)表面柵介質(zhì)層的同時，并不會對有源區(qū)結(jié)構(gòu)的電學(xué) 性能造成影響。
[0030] 本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實施例，包括半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體襯底中的有源區(qū)結(jié) 構(gòu)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)、位于半導(dǎo)體襯底表面的介質(zhì)層和位于所述介質(zhì)層表面的金屬層及保 護層，所述金屬層位于有源區(qū)結(jié)構(gòu)上方，所述保護層位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方。所述保護層 對酸性物質(zhì)有較高的抵抗性，當部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)被酸性物質(zhì)腐蝕之后，所述保護層將 阻擋所述酸性物質(zhì)繼續(xù)腐蝕位于有源區(qū)結(jié)構(gòu)表面的介質(zhì)層及金屬層，從而避免了器件的失 效。
【附圖說明】
[0031] 圖1至圖3為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖4至圖7為本發(fā)明另一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖8至圖11為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法示意圖；
[0034] 圖12至圖17為本發(fā)明另一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法示意圖；
[0035] 圖18至圖19為本發(fā)明再一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 由【背景技術(shù)】可知，在現(xiàn)有技術(shù)中，在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件制造中，制造工藝 較復(fù)雜且難W穩(wěn)定控制，容易導(dǎo)致器件失效。
[0037] 為了進一步說明，本發(fā)明提供了一個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的實施例。
[0038] 請參考圖1、圖2和圖3,提供半導(dǎo)體襯底10,所述半導(dǎo)體襯底10表面形成有柵極 結(jié)構(gòu)和位于所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁的側(cè)墻15,所述柵極結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底10表面的柵 介質(zhì)層、位于所述柵介質(zhì)層表面的柵極層13和位于所述柵極層13表面的掩模層14。其中， 圖1為所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2為圖1沿切割線AA'方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為 圖1沿切割線BB'方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 所述半導(dǎo)體襯底10包括有源區(qū)結(jié)構(gòu)10a和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)10b，在圖1中，所述有 源區(qū)結(jié)構(gòu)10a及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)1化的部分交界線被柵極結(jié)構(gòu)和側(cè)墻15覆蓋，因此用虛線 表不。
[0040] 所述柵介質(zhì)層包括位于半導(dǎo)體襯底10表面的介質(zhì)層11和位于所述介