專利名稱：柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柵極結(jié)構(gòu)及其制 造方法。
技術(shù)背景圖l為說明現(xiàn)有技術(shù)中柵極結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，現(xiàn)行的柵極結(jié)構(gòu)通常通過在半導(dǎo)體基底10上首先形成柵氧化層11，進(jìn)而在所述 柵氧化層上形成柵極13及環(huán)繞柵極的側(cè)墻12后形成。對于包含多個柵極 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，相鄰柵極結(jié)構(gòu)間存在線縫。當(dāng)前的集成電路制造過 程中，通過在形成柵極結(jié)構(gòu)后，交替沉積互連的層間介質(zhì)層和金屬層形 成半導(dǎo)體器件。然而，實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，在形成柵極結(jié)構(gòu)后沉積第一層間介質(zhì)層，即 金屬前絕緣層(Pre-Metal Dielectric, PMD)時，PMD層在填充柵極結(jié) 構(gòu)間線縫時易產(chǎn)生孔洞。此孔洞在經(jīng)歷后續(xù)平整化過程后，易造成導(dǎo)電 材料對線縫的填充，進(jìn)而易導(dǎo)致此導(dǎo)電材料向器件內(nèi)部的擴(kuò)散，此導(dǎo)電致使導(dǎo)電溝道內(nèi)少數(shù)載流子發(fā)生越遷，最終導(dǎo)致器件漏電流過大；此導(dǎo) 電材料向淺溝槽隔離區(qū)的擴(kuò)散易引發(fā)淺溝槽隔離區(qū)隔離失效，繼而增加 淺溝槽隔離區(qū)漏電流；更嚴(yán)重的是，導(dǎo)電材料對線縫的填充，極易造成 不同柵極結(jié)構(gòu)間線縫的導(dǎo)通，繼而引發(fā)集成電路器件失效。分析認(rèn)為，此孔洞是由于器件特征尺寸的減小導(dǎo)致柵極結(jié)構(gòu)間線縫 的深寬比增加，繼而導(dǎo)致現(xiàn)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(jié)構(gòu)間線縫的深寬比以使PMD層無孔洞地填充柵極結(jié)構(gòu)間線縫成為本領(lǐng)域技術(shù)人員面臨的主要問題。顯然，降低通孔的深寬比以對通孔進(jìn)行無孔洞填充的方法對如何使 PMD層無孔洞地填充柵極結(jié)構(gòu)間線縫能夠給予一定的技術(shù)啟示。當(dāng)前，業(yè)
界普遍認(rèn)同改變通孔結(jié)構(gòu)，即擴(kuò)大通孔開口的方法為解決通孔填充孔洞 問題的指導(dǎo)方向。專利號為"Z198105790.x"的中國專利中提供了 一種通過擴(kuò)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(yīng)用于沉積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(jié)構(gòu)間線縫，對沉積、賊蝕/刻蝕工藝參數(shù)的控制變得 更為嚴(yán)格，且愈發(fā)難以實(shí)現(xiàn)。由此，如何擴(kuò)大柵極結(jié)構(gòu)間線縫成為解決 PMD層線縫填充問題的關(guān)鍵。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種柵極結(jié)構(gòu)制造方法，可獲得具有更大的線縫深寬 比的柵極結(jié)構(gòu)；本發(fā)明提供了 一種柵極結(jié)構(gòu)，可借以擴(kuò)大所述柵極結(jié)構(gòu) 間線縫。本發(fā)明提供的一種柵極結(jié)構(gòu)制造方法，包括 在半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層； 沉積柵層，所述柵層覆蓋所述第一介質(zhì)層； 刻蝕所述柵層；沉積第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層覆蓋所述柵層；沉積第三介質(zhì)層，所述第三介質(zhì)層覆蓋所述第二介質(zhì)層；刻蝕所述第三介質(zhì)層；濕法刻蝕所述第二介質(zhì)層；去除所述第三介質(zhì)層。所述第一介質(zhì)層材料為二氧化硅；所述柵層材料包含多晶硅或由多 晶硅與金屬硅化物組成的混合物；所述第二介質(zhì)層材料包含摻雜鉿的二 氧化硅或二氧化鉿。
所述第一介質(zhì)層材料包含摻雜鉿的二氧化硅或二氧化鉿；所述柵層 材料為金屬；所述第二介質(zhì)層材料為二氧化硅。
所述第三介質(zhì)層材料為氮化硅、氮氧化硅或氮化硅與氮氧化硅的組 合；刻蝕所述第二介質(zhì)層的刻蝕溶液對所述第二介質(zhì)層和所述第一介質(zhì) 層具有高刻蝕選擇比。
本發(fā)明提供的一種柵極結(jié)構(gòu)，包括位于半導(dǎo)體基底上的第一介質(zhì) 層、位于所述第一介質(zhì)層上的柵極及環(huán)繞所述柵極的第二介質(zhì)層，所述 第二介質(zhì)層覆蓋所述柵極側(cè)壁及部分第一介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層具有 L型剖面。
所述第一介質(zhì)層材料為二氧化硅；所述柵層材料包含多晶硅或由多 晶硅與金屬硅化物組成的混合物；所述第二介質(zhì)層材料包含摻雜鉿的二 氧化硅或二氧化鉿。
所述第一介質(zhì)層材料包含摻雜鉿的二氧化硅或二氧化鉿；所述柵層 材料為金屬；所述第二介質(zhì)層材料為二氧化硅。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 通過形成L型側(cè)墻，可在保證器件性能穩(wěn)定的同時增大柵極結(jié)構(gòu) 間線縫；
2. 利用千法、濕法混合的方法形成側(cè)墻，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(zhì)材料分別作為第一介質(zhì)層及第二介質(zhì)層，可 通過選擇對所述第 一介質(zhì)層及第二介質(zhì)層具有高刻蝕選擇比的刻蝕溶液 而實(shí)現(xiàn)用以形成側(cè)墻的介質(zhì)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(xiàn)有技術(shù)中柵極結(jié)構(gòu)示意圖2A ~ 2H為說明本發(fā)明實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)制造流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
盡管下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明 而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對本發(fā)明的限制。
為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì) 描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠贡景l(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混 亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí) 現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實(shí) 施例改變?yōu)榱硪粋€實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和
規(guī)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(fā)明。根據(jù)下列 說明和權(quán)利要求書本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均 采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助 說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
應(yīng)用本發(fā)明方法制造柵極結(jié)構(gòu)的步驟包括在半導(dǎo)體基底上形成第 一介質(zhì)層；沉積柵層，所述柵層覆蓋所述第一介質(zhì)層；刻蝕所述柵層； 沉積第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層覆蓋所述柵層；沉積第三介質(zhì)層，所 述第三介質(zhì)層覆蓋所述第二介質(zhì)層；刻蝕所述第三介質(zhì)層；濕法刻蝕所 述第二介質(zhì)層；去除所述第三介質(zhì)層。
圖2A - 2H為說明本發(fā)明實(shí)施例的柵極結(jié)構(gòu)制造流程示意圖，如圖所 示，應(yīng)用本發(fā)明方法制造柵極結(jié)構(gòu)的具體步驟包括
步驟201:如圖2A所示，在半導(dǎo)體基底10上形成第一介質(zhì)層20。
襯底。所述第一介質(zhì)層為柵氧化層，所述柵氧化層材料包含二氧化硅
(Si02)、摻雜鉿(Hf)的二氧化硅或具有高介電常數(shù)的介質(zhì)材料，如二 氧化鉿(Hf 02)等。所述形成第一介質(zhì)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(zhì)層20。
所述第一介質(zhì)層材料為二氧化硅時，所述柵層優(yōu)選地由多晶硅或由 多晶硅與金屬硅化物等材料組合而成；所述第一介質(zhì)層材料為具有高介 電常數(shù)的介質(zhì)材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧化硅時，所述柵層優(yōu) 選地由金屬構(gòu)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(zhì)層40，所述第二介質(zhì)層覆蓋所 述柵層30。
所述第一介質(zhì)層材料為二氧化硅時，所述第二介質(zhì)層材料為具有高 介電常數(shù)的介質(zhì)材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧化硅；所述第一介 質(zhì)層材料為具有高介電常數(shù)的介質(zhì)材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧 化硅時，所述第二介質(zhì)層材料為二氧化硅。
通過選用不同的介質(zhì)材料分別作為第一介質(zhì)層及第二介質(zhì)層，可通 過選擇對所述第一介質(zhì)層及第二介質(zhì)層具有高刻蝕選擇比的刻蝕溶液而 實(shí)現(xiàn)用以形成側(cè)墻的介質(zhì)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(zhì)層50,所述第三介質(zhì)層50覆蓋 所述第二介質(zhì)層40。
所述第一介質(zhì)層材料為二氧化硅時，所述第三介質(zhì)層材料為氮化硅、 氮氧化硅中的一種或其組合；所述第一介質(zhì)層材料為具有高介電常數(shù)的 介質(zhì)材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧化硅時，所述第三介質(zhì)層材料 為氮化硅、氮氧化硅或氮化硅與氮氧化硅的組合。
步驟206:如圖2F所示，刻蝕所述第三介質(zhì)層50。
所述刻蝕方法可選用千法刻蝕工藝，所述刻蝕后的第三介質(zhì)層用以 形成后續(xù)刻蝕所述第二介質(zhì)層以形成環(huán)繞所述柵極的側(cè)墻時所需的硬掩膜。
步驟207:如圖2G所示，濕法刻蝕所述第二介質(zhì)層40。
所述第 一介質(zhì)層材料為二氧化硅時，所述刻蝕工藝?yán)玫?一刻蝕溶 液進(jìn)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(zhì)層和所述第一介質(zhì)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(zhì)層材料同樣具有高的刻蝕選擇比，使 得在濕法刻蝕所述第二介質(zhì)層時，所述第一介質(zhì)層及第三介質(zhì)層材料表 面所受的損傷可忽略不計。
所述第一介質(zhì)層材料為具有高介電常數(shù)的介質(zhì)材料，如二氧化鉿等 或摻雜鉿的二氧化硅時，所述刻蝕工藝?yán)玫诙涛g溶液進(jìn)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(zhì) 層和所述第一介質(zhì)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(zhì)層材料同樣具有高的刻蝕選擇比，使得在濕法刻 蝕所述第二介質(zhì)層時，所述第一介質(zhì)層及第三介質(zhì)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(zhì)層50。
所述去除所述第三介質(zhì)層工藝?yán)玫谒目涛g溶液進(jìn)行，所述第四刻 蝕溶液選用熱磷酸。反應(yīng)溫度范圍為150~170攝氏度，優(yōu)選為160攝氏 度；所述刻蝕溶液百分比濃度小于或等于5%;刻蝕速率及刻蝕反應(yīng)時間 根據(jù)產(chǎn)品要求及工藝條件確定。
應(yīng)用本發(fā)明提供的方法可制造具有L型側(cè)墻的柵極結(jié)構(gòu)，通過形成L 型側(cè)墻，可在保證器件性能穩(wěn)定的同時增大柵極結(jié)構(gòu)間線縫。
應(yīng)用本發(fā)明提供的方法制造的柵極結(jié)構(gòu)，至少包括位于半導(dǎo)體基 底上的第一介質(zhì)層、位于所述第一介質(zhì)層上的柵極及環(huán)繞所述柵極的第
二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層覆蓋所述柵極側(cè)壁及部分第一介質(zhì)層，所述 第二介質(zhì)層具有L型剖面。
所述半導(dǎo)體基底為已定義器件有源區(qū)并已完成淺溝槽隔離的半導(dǎo)體 襯底。所述第一介質(zhì)層材料包含二氧化硅、摻雜鉿的二氧化硅或具有高 介電常數(shù)的介質(zhì)材料，如二氧化鉿等。
所述第一介質(zhì)層材料為二氧化硅時，所述柵層優(yōu)選地由多晶硅或由
多晶硅與金屬硅化物等材料組合而成；所述第二介質(zhì)層材料為具有高介 電常數(shù)的介質(zhì)材料，如二氧化鉿等或摻雜鉿的二氧化硅；所述第三介質(zhì) 層材料為氮化硅、氮氧化硅中的一種或其組合。
所述第一介質(zhì)層材料為具有高介電常數(shù)的介質(zhì)材料，如二氧化鉿等 或摻雜鉿的二氧化硅時，所述柵層優(yōu)選地由金屬構(gòu)成；所述第二介質(zhì)層 材料為二氧化硅；所述第三介質(zhì)層材料為氮化硅、氮氧化硅或氮化硅與 氮氧化硅的組合。
通過形成L型側(cè)墻，可在保證器件性能穩(wěn)定的同時增大柵極結(jié)構(gòu)間線縫。
盡管通過在此的實(shí)施例描述說明了本發(fā)明，和盡管已經(jīng)足夠詳細(xì)地 描述了實(shí)施例，申請人不希望以任何方式將權(quán)利要求書的范圍限制在這 種細(xì)節(jié)上。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說另外的優(yōu)勢和改進(jìn)是顯而易見的。 因此，在較寬范圍的本發(fā)明不限于表示和描述的特定細(xì)節(jié)、表達(dá)的設(shè)備 和方法和說明性例子。因此，可以偏離這些細(xì)節(jié)而不脫離申請人總的發(fā) 明概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種柵極結(jié)構(gòu)制造方法，包括在半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層；沉積柵層，所述柵層覆蓋所述第一介質(zhì)層；刻蝕所述柵層；沉積第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層覆蓋所述柵層；沉積第三介質(zhì)層，所述第三介質(zhì)層覆蓋所述第二介質(zhì)層；刻蝕所述第三介質(zhì)層；濕法刻蝕所述第二介質(zhì)層；去除所述第三介質(zhì)層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于所述 第 一介質(zhì)層材料為二氧化硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于所述 柵層材料包含多晶硅或由多晶硅與金屬硅化物組成的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于所述 第二介質(zhì)層材料包含摻雜鉿的二氧化硅或二氧化鉿。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于所述 第一介質(zhì)層材料包含摻雜鉿的二氧化硅或二氧化鉿。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于所述 柵層材料為金屬。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于所述 第二介質(zhì)層材料為二氧化硅。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于 所述第三介質(zhì)層材料為氮化硅、氮氧化硅或氮化硅與氮氧化硅的組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于刻蝕 所述第二介質(zhì)層的刻蝕溶液對所述第二介質(zhì)層和所述第一介質(zhì)層具有高刻蝕選擇比。
10. —種柵極結(jié)構(gòu)，至少包括位于半導(dǎo)體基底上的第一介質(zhì)層、 位于所述第一介質(zhì)層上的柵極及環(huán)繞所述柵極的第二介質(zhì)層，所述第二 介質(zhì)層覆蓋所述柵極側(cè)壁及部分第一介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層具有L型 剖面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一介 質(zhì)層材料為二氧化硅。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柵層材 料包含多晶硅或由多晶硅與金屬硅化物組成的混合物。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二介 質(zhì)層材料包含摻雜鉿的二氧化硅或二氧化鉿。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一介 質(zhì)層材料包含摻雜鉿的二氧化硅或二氧化鉿。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柵層材 料為金屬。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二介 質(zhì)層材料為二氧化硅。
全文摘要
一種柵極結(jié)構(gòu)制造方法，包括在半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層；沉積柵層，所述柵層覆蓋所述第一介質(zhì)層；刻蝕所述柵層；沉積第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層覆蓋所述柵層；沉積第三介質(zhì)層，所述第三介質(zhì)層覆蓋所述第二介質(zhì)層；刻蝕所述第三介質(zhì)層；濕法刻蝕所述第二介質(zhì)層；去除所述第三介質(zhì)層。利用干法、濕法混合的方法形成側(cè)墻，且通過選用不同的介質(zhì)材料分別作為第一介質(zhì)層及第二介質(zhì)層，可通過選擇對所述第一介質(zhì)層及第二介質(zhì)層具有高刻蝕選擇比的刻蝕溶液而實(shí)現(xiàn)用以形成側(cè)墻的介質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者乒 劉, 張世謀, 張海洋, 馬擎天 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司