半導(dǎo)體器件的形成方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括：提供包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的襯底；形成覆蓋于所述襯底表面的氧化膜、以及覆蓋于氧化膜表面的氮氧化膜；對所述氮氧化膜表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理；在進(jìn)行所述氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理之后，在所述第一區(qū)域氮氧化膜表面形成光刻膠層；以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕去除第二區(qū)域氮氧化膜以及氧化膜；去除所述光刻膠層；在所述第一區(qū)域的氮氧化膜表面以及第二區(qū)域襯底表面形成柵介質(zhì)膜；在所述柵介質(zhì)膜表面形成柵導(dǎo)電膜。本發(fā)明在避免負(fù)偏壓不穩(wěn)定性效應(yīng)的同時(shí)，避免了光刻膠中毒問題，且滿足核心器件和周邊器件對柵介質(zhì)層厚度的不同要求，提高形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能及良率。
【專利說明】
半導(dǎo)體器件的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域技術(shù)，特別涉及一種半導(dǎo)體器件的形成方法。【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件按照功能區(qū)分可主要分為核心(Core)器件和周邊(I/O)器件(或稱為輸入/輸出器件)。按照半導(dǎo)體器件的電性類型區(qū)分，核心器件可分為核心NM0S器件和核心PM0S器件，輸入/輸出器件可分為輸入/輸出NM0S器件和輸入/輸出PM0S器件。
[0003]通常情況下，輸入/輸出器件的工作電壓比核心器件的工作電壓大的多，為防止電擊穿等問題，當(dāng)器件的工作電壓越大時(shí)，要求器件的柵介質(zhì)層的厚度越厚，因此，輸入/ 輸出器件的柵介質(zhì)層的厚度通常大于核心器件的柵介質(zhì)層的厚度。
[0004]而隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路朝向高器件密度、高集成度方向發(fā)展，核心器件和輸入/輸出器件中的柵介質(zhì)層的厚度不斷減小，柵介質(zhì)層的厚度的減小帶來漏電流增大的問題。
[0005]為解決漏電流增大的問題，當(dāng)前提出的解決方法是，采用高k柵介質(zhì)層材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)層材料，并使用金屬作為柵電極層材料，以避免高k柵介質(zhì)層材料與傳統(tǒng)柵電極層材料發(fā)生費(fèi)米能級釘扎效應(yīng)。
[0006]然而，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能仍有待提高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，改善形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括:提供包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的襯底；形成覆蓋于所述襯底表面的氧化膜、以及覆蓋于氧化膜表面的氮氧化膜；對所述氮氧化膜表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理；在進(jìn)行所述氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理之后，在所述第一區(qū)域氮氧化膜表面形成光刻膠層；以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕去除第二區(qū)域氮氧化膜以及氧化膜；去除所述光刻膠層；在所述第一區(qū)域的氮氧化膜表面以及第二區(qū)域襯底表面形成柵介質(zhì)膜；在所述柵介質(zhì)膜表面形成柵導(dǎo)電膜。
[0009]可選的，采用酸性溶液或堿性溶液對所述氮氧化膜表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理。
[0010]可選的，所述酸性溶液為氯化氫和過氧化氫的水溶液；所述堿性溶液為四甲基氫氧化銨溶液。
[0011]可選的，所述四甲基氫氧化銨溶液中，四甲基氫氧化銨的質(zhì)量百分比為2 %至 5%，氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理的時(shí)長為20秒至2分鐘。
[0012]可選的，所述氯化氫和過氧化氫的水溶液中，氯化氫、過氧化氫和水的體積比為1: A:B，其中，A為1至5, B為10至100,氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理的時(shí)長為20秒至2分鐘。
[0013]可選的，形成所述氧化膜以及氮氧化膜的工藝步驟包括:形成覆蓋于所述襯底表面的初始氧化膜；對所述初始氧化膜進(jìn)行氮化處理，將部分厚度的初始氧化膜轉(zhuǎn)化為氮氧化膜，剩余的初始氧化膜作為氧化膜。
[0014]可選的，所述氮化處理的工藝包括等離子體氮摻雜以及退火處理。
[0015]可選的，所述等離子體氮摻雜為解耦等離子體氮摻雜；所述解耦等離子體氮摻雜的工藝參數(shù)為:N2流量為60標(biāo)準(zhǔn)暈升/分至100標(biāo)準(zhǔn)暈升/分，H 2流量為100標(biāo)準(zhǔn)暈升/ 分至140標(biāo)準(zhǔn)毫升/分，腔室壓強(qiáng)為10毫托至20毫托，提供功率為800瓦至1000瓦，時(shí)間為30秒至200秒。
[0016]可選的，所述退火處理的工藝參數(shù)為:02流量為800sccm至lOOOsccm，腔室壓強(qiáng)為 0.3毫托至0.6毫托，退火溫度為1000攝氏度至1200攝氏度，時(shí)間為10秒至30秒。
[0017]可選的，所述初始氧化膜的材料為氧化硅；采用原位水汽氧化法或濕氧氧化法形成所述初始氧化膜。
[0018]可選的，形成所述光刻膠層的工藝步驟包括:形成覆蓋于第一區(qū)域和第二區(qū)域的氮氧化膜表面的光刻膠膜；對所述光刻膠膜進(jìn)行曝光處理、以及顯影處理，去除位于第二區(qū)域氮氧化膜表面的光刻膠膜，在第一區(qū)域氮氧化膜表面形成光刻膠層。
[0019]可選的，采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除第二區(qū)域的氮氧化膜以及氧化膜；采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除所述光刻膠層。
[0020]可選的，所述柵介質(zhì)膜的材料為高k介質(zhì)材料；所述柵導(dǎo)電膜的材料為金屬材料或多晶硅。
[0021]可選的，在形成所述柵介質(zhì)膜之前，還包括步驟:在所述第二區(qū)域襯底表面形成熱氧化層。
[0022]可選的，所述高 k 介質(zhì)材料為 Hf02、HfS1、HfS1N、HfTaO、HfT1、HfZrO、Zr02或 A1203;所述金屬材料為 TiN、TaN、TaSiN、TiSiN、TaAIN 或 TiAIN、A1、Cu、Ag、Au、Pt、N1、T1、 Ta、TaC、TaSiN、W、WN 或 WSi。
[0023]可選的，所述柵介質(zhì)膜的材料為氧化硅；所述柵導(dǎo)電膜的材料為多晶硅或摻雜的多晶娃。
[0024]可選的，在形成所述柵導(dǎo)電膜之后，還包括步驟:在所述柵導(dǎo)電膜表面形成圖形層；以所述圖形層為掩膜，刻蝕第一區(qū)域的柵導(dǎo)電膜、柵介質(zhì)膜、氮氧化膜以及氧化膜，形成位于第一區(qū)域襯底表面的第一柵極結(jié)構(gòu)；同時(shí)以所述圖形層為掩膜，刻蝕第二區(qū)域的柵導(dǎo)電膜以及柵介質(zhì)膜，形成位于第二區(qū)域襯底表面的第二柵極結(jié)構(gòu)。
[0025]可選的，所述第一柵極結(jié)構(gòu)包括氧化層、位于氧化層表面的氮氧化層、位于氮氧化層表面的第一柵介質(zhì)層、以及位于第一柵介質(zhì)層表面的第一柵導(dǎo)電層；所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括第二柵介質(zhì)層以及位于第二柵介質(zhì)層表面的第二柵導(dǎo)電層。
[0026]可選的，所述第一區(qū)域?yàn)榇纬奢斎牖蜉敵銎骷膮^(qū)域，所述第二區(qū)域?yàn)榇纬珊诵钠骷膮^(qū)域。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0028]本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件的形成方法的技術(shù)方案中，形成覆蓋于襯底表面的氧化膜、以及覆蓋于氧化膜表面的氮氧化膜，使得后續(xù)形成的周邊器件的柵介質(zhì)層中含有氮氧化層，所述氮氧化層有利于緩解負(fù)偏壓不穩(wěn)定性效應(yīng)問題；然后對氮氧化膜表面進(jìn)氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理，使氮氧化膜中的氮離子擴(kuò)散進(jìn)入光刻膠層的擴(kuò)散能力降低，避免了“光刻膠中毒”問題，使得本發(fā)明中形成的光刻膠層的圖形形貌好、圖形精確度高；然后以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕去除第二區(qū)域的氮氧化膜以及氧化膜，由于光刻膠層的圖形形貌好、 圖形精確度高，使得第二區(qū)域的氮氧化膜以及氧化膜被去除干凈，且避免對第二區(qū)域襯底造成過刻蝕問題，當(dāng)刻蝕完成后第二區(qū)域襯底表面平坦度好；在去除光刻膠層后，在第一區(qū)域的氮氧化膜表面以及第二區(qū)域襯底表面形成柵介質(zhì)膜，在柵介質(zhì)膜表面形成柵導(dǎo)電膜。 由于第二區(qū)域襯底表面平坦度好，因此第二區(qū)域的柵介質(zhì)膜頂部比表面平坦度好，相應(yīng)的第二區(qū)域柵導(dǎo)電膜的厚度均勻性高，從而提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。
[0029]同時(shí)，后續(xù)會在第一區(qū)域形成第一柵極結(jié)構(gòu)，在第二區(qū)域形成第二柵極結(jié)構(gòu)，其中，第一柵極結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)層的厚度為氧化膜的厚度、氮氧化膜的厚度與柵介質(zhì)膜的厚度之和，第二柵極結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)層的厚度為柵介質(zhì)膜的厚度，明顯第一柵極結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)層的厚度大于第二柵極結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)層的厚度，從而滿足不同器件對柵介質(zhì)層厚度的不同要求。
[0030]進(jìn)一步，采用酸性溶液或堿性溶液對所述氮氧化膜表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理，僅將氮氧化膜表面的材料轉(zhuǎn)化為對光刻膠無害的材料，而氮氧化膜中的氧和氮含量幾乎保持不變。[0031 ] 進(jìn)一步，采用氯化氫和過氧化氫的水溶液、或者四甲基氫氧化銨溶液，對所述氮氧化膜表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理，避免在對氮氧化膜表面引入不必要的雜質(zhì)。
[0032]更進(jìn)一步，采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除第二區(qū)域的氮氧化膜以及氧化膜，避免了干法刻蝕工藝對第二區(qū)域襯底表面帶來的晶格損傷?！靖綀D說明】
[0033]圖1至圖10為本發(fā)明一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 【具體實(shí)施方式】
[0034]由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能有待提高。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)半導(dǎo)體器件包括核心器件以及周邊器件時(shí)，為了滿足核心器件和周邊器件對柵介質(zhì)層厚度的不同要求，形成半導(dǎo)體器件的工藝步驟包括:步驟S1、提供包括核心器件區(qū)和周邊器件區(qū)的基底，在所述基底表面形成氧化層；步驟S2、在所述周邊器件區(qū)的氧化層表面形成光刻膠層；步驟S3、以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕去除位于核心器件區(qū)的氧化層；然后去除光刻膠層；步驟S4、在周邊器件區(qū)的氧化層表面以及核心器件區(qū)的基底表面形成柵介質(zhì)膜，接著在柵介質(zhì)膜表面形成柵導(dǎo)電膜；步驟S5、圖形化核心器件區(qū)的柵導(dǎo)電膜以及柵介質(zhì)膜，形成第一柵極結(jié)構(gòu)，所述第一柵極結(jié)構(gòu)包括第一柵介質(zhì)層以及位于第一柵介質(zhì)層表面的第一柵極；步驟S6、圖形化周邊器件區(qū)的柵導(dǎo)電膜、柵介質(zhì)膜以及氧化膜，形成第二柵極結(jié)構(gòu)，所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括氧化層、位于氧化層表面的第二柵介質(zhì)層、以及位于第二柵介質(zhì)層表面的第二柵極。
[0036]然而采用上述方法形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能低下，主要體現(xiàn)在形成的周邊器件的負(fù)偏壓不穩(wěn)定性效應(yīng)(NBTI，Negative Bias Temperature Instability)顯著，周邊器件的柵極漏電流大、閾值電壓負(fù)向偏移、亞閾值斜率減小。
[0037]為了減小或避免負(fù)偏壓不穩(wěn)定性效應(yīng)，在形成光刻膠層之前，將部分厚度的氧化層轉(zhuǎn)化為氮氧化層，使得形成的周邊器件的柵介質(zhì)層中具有氮離子，氮離子的存在使得負(fù)偏壓不穩(wěn)定性效應(yīng)減小。然而，將部分厚度的氧化層轉(zhuǎn)化為氮氧化層之后，形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能仍有待提高，半導(dǎo)體器件的良率低。
[0038] 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)部分厚度的氧化層轉(zhuǎn)化為氮氧化層時(shí)，形成的光刻膠層與氮氧化層直接接觸。氮離子極易擴(kuò)散進(jìn)入光刻膠內(nèi)與光刻膠材料進(jìn)行反應(yīng)形成一種具有粘性的高分子化合物，這些化合物難以通過刻蝕、灰化或化學(xué)剝落的方法去除，使得在光刻膠層內(nèi)形成的圖案不再由曝光處理以及顯影處理確定，光刻膠層內(nèi)形成的圖案精確度差，即所謂的“光刻膠中毒”現(xiàn)象。當(dāng)以該具有“光刻膠中毒”的光刻膠層為掩膜，刻蝕去除位于核心器件區(qū)的氧化層時(shí)，容易造成部分核心器件區(qū)的氧化層去除不徹底，或者對部分核心器件區(qū)的襯底造成過刻蝕，或者對部分核心器件區(qū)的前溝槽隔離結(jié)構(gòu)造成過刻蝕，或者對周邊器件區(qū)的氮氧化層造成不必要的刻蝕，進(jìn)而導(dǎo)致形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能差、良率低。
[0039]為此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，提供包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的襯底；形成覆蓋于所述襯底表面的氧化膜、以及覆蓋于氧化膜表面的氮氧化膜；對所述氮氧化膜表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理，使氮氧化膜中的氮離子擴(kuò)散進(jìn)入光刻膠層的擴(kuò)散能力降低；在進(jìn)行所述氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理之后，在所述第一區(qū)域氮氧化膜表面形成光刻膠層；以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕去除第二區(qū)域氮氧化膜以及氧化膜；去除所述光刻膠層；在所述第一區(qū)域的氮氧化膜表面以及第二區(qū)域襯底表面形成柵介質(zhì)膜；在所述柵介質(zhì)膜表面形成柵導(dǎo)電膜。本發(fā)明在滿足核心器件和周邊器件對柵介質(zhì)層厚度的不同要求的同時(shí)，避免了光刻膠中毒問題，使得第二區(qū)域的氮氧化膜以及氧化膜被去除干凈，且避免了對第二區(qū)域襯底造成過刻蝕，從而使得形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能優(yōu)良。
[0040]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0041]圖1至圖10為本發(fā)明一實(shí)施例提供過的半導(dǎo)體器件形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]參考圖1，提供包括第一區(qū)域I和第二區(qū)域II的襯底100。
[0043] 所述襯底100的材料為硅、鍺、鍺化硅、碳化硅、砷化鎵或鎵化銦；所述襯底100也可以為絕緣體上的硅襯底或絕緣體上的鍺襯底；所述襯底100表面還可以形成若干外延界面層或應(yīng)變層以提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。
[0044] 本實(shí)施例中，所述襯底100為硅襯底；所述第一區(qū)域I為待形成輸入/輸出器件的區(qū)域，所述第二區(qū)域II為待形成核心器件的區(qū)域；所述第一區(qū)域I和第二區(qū)域II可以相應(yīng)也可以相隔。還可以對襯底100進(jìn)行摻雜形成阱區(qū)，所述阱區(qū)的摻雜類型為P型摻雜或N型慘雜。
[0045]在所述襯底100內(nèi)還可以形成隔離結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的隔離結(jié)構(gòu)通常采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的填充材料可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或幾種，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)主要用于隔離第一區(qū)域I和第二區(qū)域II，防止不同半導(dǎo)體器件之間電學(xué)連接。
[0046]繼續(xù)參考圖1，在所述襯底100表面形成初始氧化膜101。
[0047] 所述初始氧化膜101的材料為氧化娃，采用原位現(xiàn)場水汽(ISSG，In-situ Steam generat1n)氧化法或濕氧(wet oxide)氧化法形成所述初始氧化膜101。
[0048] 位于第一區(qū)域I部分襯底100表面的初始氧化膜101后續(xù)會作為輸入/輸出器件的柵介質(zhì)層的一部分，采用原位現(xiàn)場水汽氧化法或濕氧氧化法形成初始氧化膜101時(shí)，所述初始氧化膜101與襯底100表面緊密接觸，使得初始氧化膜101與襯底100之間的界面缺陷少，有利于改善NBTI問題。
[0049]在原位水汽氧化法形成初始氧化膜101的過程中，反應(yīng)氣體氏和0 2直接與襯底 100表面的硅材料發(fā)生反應(yīng)而形成初始氧化膜101，反應(yīng)中產(chǎn)生大量具有氧化性的氣相活性自由基，這些自由基包括活性氧原子、水分子以及0H基團(tuán)等，由于活性氧原子具有極強(qiáng)的氧化作用，使得最終得到的初始氧化膜101的缺陷減少，襯底100與初始氧化膜101之間的界面處的電荷和界面態(tài)減少，因此能夠改善半導(dǎo)體器件的NBTI問題。
[0050]參考圖2,對所述初始氧化膜101 (參考圖1)進(jìn)行氮化處理，將部分厚度的初始氧化膜101轉(zhuǎn)化為氮氧化膜102。[0051 ]本實(shí)施例中，所述初始氧化膜101的材料為氧化硅，相應(yīng)形成的氮氧化膜102的材料為氮氧化硅，剩余的初始氧化膜101作為氧化膜l〇la。
[0052]對所述初始氧化膜101進(jìn)行氮化處理的好處在于:后續(xù)第一區(qū)域I的部分氮氧化膜102為柵介質(zhì)層的一部分，且后續(xù)會在柵介質(zhì)層表面形成柵極層，其中柵極層內(nèi)摻雜有P 型離子或N型離子，所述氮離子具有捕捉P型離子或N型離子的作用，使得P型離子或N型離子不能進(jìn)入襯底1〇〇內(nèi)，從而使得柵介質(zhì)層起到更好的絕緣作用；同時(shí)，將部分厚度的初始氧化膜101轉(zhuǎn)化為氮氧化膜102后，使得氧化膜101a與襯底100界面處形成穩(wěn)定的S1-N 鍵、S1-N-H鍵，使氧化膜101a與襯底100界面處的硅懸掛鍵減少，從而有利于改善后續(xù)在第一區(qū)域I形成的輸入/輸出器件的NBTI問題。
[0053]所述氮化處理工藝包括等離子體氮摻雜以及退火處理。
[0054]本實(shí)施例中，所述等離子體氮摻雜工藝為解親等離子體氮摻雜(DPN，Decoupled Plasma Nitridat1n)，所述解親等離子體氮摻雜的工藝參數(shù)為:N2流量為60標(biāo)準(zhǔn)毫升/分至100標(biāo)準(zhǔn)毫升/分，H2流量為100標(biāo)準(zhǔn)毫升/分至140標(biāo)準(zhǔn)毫升/分，腔室壓強(qiáng)為10毫托至20毫托，提供功率為800瓦至1000瓦，時(shí)間為30秒至200秒。
[0055]采用解耦等離子體氮摻雜形成所述氮氧化膜102時(shí)，等離子體氮對襯底100的損傷小，且有效的防止等離子體氮對襯底100的正面轟擊，優(yōu)化了氮離子在氮氧化膜102以及氧化膜l〇la內(nèi)的濃度分布。
[0056]在進(jìn)行等離子體氮摻雜之后，進(jìn)行退火處理(PNA，Post Nitridat1n Anneal)，所述退火處理一方面能夠修復(fù)等離子體氮摻雜形成的晶格損傷，另一方面還能夠及時(shí)固化氮氧化層102中的氮離子，使N原子與Si02*子鍵合，形成S1-N-0穩(wěn)定的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)。
[0057]在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述退火處理的工藝參數(shù)為:02流量為800sccm至 lOOOsccm，腔室壓強(qiáng)為0.3毫托至0.6毫托，退火溫度為1000攝氏度至1200攝氏度，時(shí)間為10秒至30秒。
[0058]本實(shí)施例中，采用將部分厚度的初始氧化膜101轉(zhuǎn)化為氮氧化膜102的方法，形成覆蓋于所述襯底1〇〇表面的氧化膜l〇la、以及覆蓋于氧化膜101a表面的氮氧化膜102。在其他實(shí)施例中，也可以先形成覆蓋于襯底表面的氧化膜，然后在氧化膜表面沉積氮氧化膜。
[0059]參考圖3,對所述氮氧化膜102表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理處理200,使氮氧化膜102表面材料轉(zhuǎn)化為對光刻膠無害的材料。
[0060]由于氮氧化膜102中具有氮離子，特別的在氮氧化膜102表面材料也將為含氮材料；若后續(xù)直接在氮氧化膜102表面形成光刻膠膜，那么氮氧化膜102表面的氮離子將擴(kuò)散進(jìn)入光刻膠膜內(nèi)，引起光刻膠中毒問題，進(jìn)而造成在曝光顯影后形成的光刻膠層圖形形貌差，后續(xù)容易對第二區(qū)域II襯底100造成過刻蝕、或者導(dǎo)致第二區(qū)域II的氮氧化膜102以及氧化膜l〇la難以去除干凈。即使在氮氧化膜102與光刻膠膜之間形成底部抗反射涂層， 底部抗反射涂層也無法完全阻擋氮氧化膜102內(nèi)的氮離子擴(kuò)散至光刻膠膜內(nèi)。
[0061]為此，本實(shí)施例中在形成光刻膠層之前，對氮氧化膜102表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理200,使氮氧化膜102表面材料轉(zhuǎn)化為對光刻膠無害的材料。本實(shí)施例中，氮氧化膜102的材料為氮氧化硅，作為一種解釋，可以認(rèn)為在進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理200 后，氮氧化膜102內(nèi)的氮離子擴(kuò)散進(jìn)入后續(xù)形成的光刻膠膜內(nèi)的擴(kuò)散能力變?nèi)酰瑥亩苊饬说x子進(jìn)入光刻膠膜內(nèi)的問題，防止光刻膠中毒，使得后續(xù)形成的光刻膠層的圖形精確度高。
[0062]本實(shí)施例中采用酸性溶液或堿性溶液對所述氮氧化膜102表面進(jìn)行所述氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理200,其中，酸性溶液為氯化氫和過氧化氫的水溶液，堿性溶液為四甲基氫氧化銨溶液。
[0063]在一個(gè)實(shí)施例中，采用四甲基氫氧化銨溶液對氮氧化膜102表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理時(shí)，四甲基氫氧化銨溶液中，四甲基氫氧化銨的質(zhì)量百分比為2%至5%，例如為2.1 %、2.38 %、3 %、3.5 %或4%，氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理的時(shí)長為20秒至2分鐘。
[0064]在另一實(shí)施例中，采用氯化氫和過氧化氫的水溶液對氮氧化膜102表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理時(shí)，氯化氫和過氧化氫的水溶液中，氯化氫、過氧化氫和水的體積比為 1:A:B，其中，A為1至5, B為10至100,氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理的時(shí)長為20秒至2分鐘。
[0065]采用氯化氫和過氧化氫的水溶液、或者四甲基氫氧化銨溶液對氮氧化膜102進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理200時(shí)，其好處在于:化學(xué)藥劑成本低，且效果明顯，工藝簡單易行；并且，本實(shí)施例中氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理200未向氮氧化膜102內(nèi)引入雜質(zhì)，且氮氧化膜102中的氮離子含量和氧離子含量保持不變。
[0066]參考圖4,在進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理之后，形成覆蓋于第一區(qū)域I和第二區(qū)域II的氮氧化膜102表面的光刻膠膜103。
[0067]在形成光刻膠膜103之前，還可以在第一區(qū)域I和第二區(qū)域II的氮氧化膜102表面形成底部抗反射涂層。
[0068]本實(shí)施例中，由于對氮氧化膜102表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理，與直接未進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理的氮氧化膜表面形成光刻膠膜相比，在進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理之后，氮氧化膜102中的氮離子擴(kuò)散至光刻膠膜103內(nèi)的擴(kuò)散能力變?nèi)?，避免了氮離子擴(kuò)散進(jìn)入光刻膠膜103中，因此不再具有“光刻膠中毒”問題。
[0069]參考圖5,對所述光刻膠膜103 (參考圖4)進(jìn)行曝光處理以及顯影處理，去除位于第二區(qū)域II氮氧化膜102表面的光刻膠膜103,在所述第一區(qū)域I氮氧化膜102表面形成光刻膠層104。
[0070]與進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理之前相比，進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理之后氮氧化膜102中的氮離子擴(kuò)散至光刻膠層104內(nèi)的擴(kuò)散能力變?nèi)?。由于本?shí)施例避免了“光刻膠中毒”問題，因此形成的光刻膠層104的圖形形貌好，光刻膠層104的圖形精度高。
[0071]參考圖6,以所述光刻膠層104為掩膜，刻蝕去除第二區(qū)域II氮氧化膜102以及氧化膜101a。
[0072]本實(shí)施例中，采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除所述第二區(qū)域II氮氧化膜102以及氧化膜l〇la，能夠避免干法刻蝕工藝對第二區(qū)域II襯底100造成刻蝕損傷。
[0073]在一個(gè)實(shí)施例中，采用氫氟酸溶液刻蝕去除第二區(qū)域II氮氧化膜102以及氧化膜 101a，其中，氫氟酸溶液中氫氟酸與去離子水的體積比為1:100至1:700。
[0074]由于本實(shí)施例中形成的光刻膠層104圖形精確度高、側(cè)壁形貌好，因此第二區(qū)域 II的氮氧化膜102以及氧化膜101a被徹底去除，且不會對第二區(qū)域II襯底100表面造成過刻蝕，同樣的也不會對第二區(qū)域II淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)造成過刻蝕，從而提高刻蝕后的第二區(qū)域II襯底1〇〇表面平坦度，提高刻蝕后的第二區(qū)域II淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面平坦度。
[0075]參考圖7,去除所述光刻膠層104 (參考圖6)。
[0076]為了避免干法刻蝕工藝對第二區(qū)域II襯底100,避免干法刻蝕工藝對第一區(qū)域I 氮氧化膜102造成不良影響，本實(shí)施例中，采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除光刻膠層104。
[0077]在一個(gè)實(shí)施例中，刻蝕去除光刻膠層104的刻蝕液體為硫酸和雙氧水的混合溶液，接著，采用氨水和雙氧水的混合溶液對第二區(qū)域II襯底100表面以及第一區(qū)域I氮氧化膜102表面進(jìn)行清洗處理。
[0078]參考圖8,在所述第一區(qū)域I的氮氧化膜102表面以及第二區(qū)域II襯底100上形成柵介質(zhì)膜105 ;在所述柵介質(zhì)膜105表面形成柵導(dǎo)電膜106。
[0079]本實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)膜105的材料為高k介質(zhì)材料，其中，高k介質(zhì)材料指的是相對介電常數(shù)大于氧化硅相對介電常數(shù)的材料。所述高k介質(zhì)材料為Hf02、HfS1、 HfS1N、HfTaO、HfT1、HfZrO、Zr02S A1 203。
[0080]為了提高柵介質(zhì)膜105與襯底100之間的界面性能，本實(shí)施例在形成所述柵介質(zhì)膜105之前，還包括步驟:在所述第二區(qū)域II襯底100表面形成熱氧化層107,所述熱氧化層107的厚度小于第一區(qū)域I氧化膜101a和氮氧化膜102的厚度之和。所述氧化層107 的材料為氧化硅，采用熱氧化工藝形成所述熱氧化層107,使得熱氧化層107與襯底100緊密接觸，兩者之間具有良好的界面性能，防止界面缺陷的產(chǎn)生。
[0081]由于本實(shí)施例中第二區(qū)域II襯底100表面平坦度高，因此位于第二區(qū)域II的柵介質(zhì)膜105表面平坦度高，相應(yīng)第二區(qū)域II的柵導(dǎo)電膜106的厚度均勻性高，從而使得后續(xù)在第二區(qū)域II形成的第二柵極結(jié)構(gòu)的性能良好，進(jìn)而使得形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能優(yōu)良。
[0082]本實(shí)施例以先形成高k柵介質(zhì)層、先形成金屬柵極(high k first metal gate first)的工藝為例，柵介質(zhì)膜105的材料為高k介質(zhì)材料，相應(yīng)柵導(dǎo)電膜106的材料為金屬材料，柵導(dǎo)電膜 106 的材料為 TiN、TaN、TaSiN、TiSiN、TaAIN 或 TiAIN、Al、Cu、Ag、Au、Pt、 N1、T1、Ta、TaC、TaSiN、W、WN 或 WSi 〇
[0083]在其他實(shí)施例中，采用先形成高k柵介質(zhì)層、后形成金屬柵極(high k first metal gate last)的工藝時(shí)，則柵介質(zhì)膜的材料為高k介質(zhì)材料，相應(yīng)柵導(dǎo)電膜的材料為多晶硅、氮化硅或非晶碳。后續(xù)在形成半導(dǎo)體器件的源區(qū)和漏區(qū)之后，刻蝕去除柵導(dǎo)電膜，然后形成金屬柵導(dǎo)電層。
[0084]在其他實(shí)施例中，采用后形成高k柵介質(zhì)層、后形成金屬柵極(high k last metal gate last)的工藝時(shí)，則柵介質(zhì)膜的材料為氧化娃，相應(yīng)柵導(dǎo)電膜的材料為多晶娃、氮化娃或非晶碳。后續(xù)在形成半導(dǎo)體器件的源區(qū)和漏區(qū)之后，刻蝕去除柵導(dǎo)電膜，然后形成高k柵介質(zhì)層、以及位于高k柵介質(zhì)層表面的金屬柵導(dǎo)電層。
[0085]在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)膜105的材料為Hf02，所述柵導(dǎo)電膜106的材料為Al〇
[0086]在其他實(shí)施例中，柵介質(zhì)膜的材料也可以為氧化硅，相應(yīng)柵導(dǎo)電膜的材料為多晶硅或摻雜的多晶硅。
[0087]參考圖9,在所述柵導(dǎo)電膜106表面形成圖形層108。
[0088]所述圖形層108定義出后續(xù)在第一區(qū)域I形成的周邊器件的第一柵極結(jié)構(gòu)的位置和尺寸，所述圖形層108還定義出后續(xù)在第二區(qū)域II形成的核心器件的第二柵極結(jié)構(gòu)的位置和尺寸。
[0089]所述圖形層108的材料為光刻膠材料、氧化硅或氮化硅。
[0090]參考圖10,以所述圖形層108 (參考圖9)為掩膜，刻蝕第一區(qū)域I的柵導(dǎo)電膜106(參考圖9)、柵介質(zhì)膜105 (參考圖9)、氮氧化膜102 (參考圖9)以及氧化膜101a (參考圖9)，形成位于第一區(qū)域I襯底100表面的第一柵極結(jié)構(gòu)；同時(shí)以所述圖形層108為掩膜，刻蝕第二區(qū)域II的柵導(dǎo)電膜106 (參考圖9)、柵介質(zhì)膜105 (參考圖9)以及熱氧化膜107(參考圖9)，形成位于第二區(qū)域II襯底100表面的第二柵極結(jié)構(gòu)。
[0091]采用干法刻蝕工藝，刻蝕形成所述第一柵極結(jié)構(gòu)以及第二柵極結(jié)構(gòu)。
[0092]第一柵極結(jié)構(gòu)包括氧化層141、位于氧化層141表面的氮氧化層142、位于氮氧化層142表面的第一柵介質(zhì)層145、以及位于第一柵介質(zhì)層145表面的第一柵導(dǎo)電層146。第二柵極結(jié)構(gòu)包括熱氧化層127、第二柵介質(zhì)層125、以及位于第二柵介質(zhì)層125表面的第二柵導(dǎo)電層126。
[0093]對于周邊器件而言，柵介質(zhì)層的厚度等于氧化層141的厚度、氮氧化層142的厚度、以及第一柵介質(zhì)層145的厚度之和；對于核心器件而言，柵介質(zhì)層的厚度等于熱氧化層 127的厚度與第二柵介質(zhì)層125的厚度之和。由于第一柵介質(zhì)層145的厚度與第二柵介質(zhì)層125的厚度相同，熱氧化層127的厚度小于氧化層141的厚度，因此本實(shí)施例中周邊器件的柵介質(zhì)層的厚度大于核心器件的柵介質(zhì)層的厚度，從而滿足周邊器件和核心器件對柵介質(zhì)層的厚度的不同要求。
[0094]并且，由于前述在刻蝕去除第二區(qū)域II的氮氧化膜以及氧化膜之后，第二區(qū)域II 襯底100表面平坦度高，避免了對第二區(qū)域II襯底100造成過刻蝕，使得位于第二區(qū)域II 的柵介質(zhì)層表面平坦度好，第二柵導(dǎo)電層126的厚度均勻性好，從而提高了形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。
[0095]本實(shí)施例以第一柵極結(jié)構(gòu)為周邊器件最終的柵極結(jié)構(gòu)、第二柵極結(jié)構(gòu)為核心器件最終的柵極結(jié)構(gòu)為例。在其他實(shí)施例中，第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)也可以為偽柵結(jié)構(gòu)， 采用先高k柵介質(zhì)層、后金屬柵極的工藝，相應(yīng)后續(xù)在形成周邊器件的源區(qū)和漏區(qū)之后，去除第一柵極結(jié)構(gòu)的第一柵導(dǎo)電層146,在第一柵介質(zhì)層145表面形成第一金屬柵極，去除第二柵極結(jié)構(gòu)的第二柵導(dǎo)電層126,在第二柵介質(zhì)層125表面形成第二金屬柵極。
[0096]在形成第一柵極結(jié)構(gòu)以及第二柵極結(jié)構(gòu)之后，去除所述圖形層108。
[0097]后續(xù)的工藝還包括:對第一柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底100進(jìn)行摻雜，形成第一源區(qū)和第一漏區(qū)；對第二柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底100進(jìn)行摻雜，形成第二源區(qū)和第二漏區(qū)；在所述襯底100表面形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層還覆蓋于第一柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面、以及第二柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面，所述層間介質(zhì)層頂部與第一柵極結(jié)構(gòu)頂部、第二柵極結(jié)構(gòu)頂部齊平。
[0098] 雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，包括:提供包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的襯底；形成覆蓋于所述襯底表面的氧化膜、以及覆蓋于氧化膜表面的氮氧化膜；對所述氮氧化膜表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理；在進(jìn)行所述氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理之后，在所述第一區(qū)域氮氧化膜表面形成光刻膠 層；以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕去除第二區(qū)域氮氧化膜以及氧化膜；去除所述光刻膠層；在所述第一區(qū)域的氮氧化膜表面以及第二區(qū)域襯底表面形成柵介質(zhì)膜；在所述柵介質(zhì)膜表面形成柵導(dǎo)電膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，采用酸性溶液或堿性 溶液對所述氮氧化膜表面進(jìn)行氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述酸性溶液為氯化 氫和過氧化氫的水溶液；所述堿性溶液為四甲基氫氧化銨溶液。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述四甲基氫氧化銨 溶液中，四甲基氫氧化銨的質(zhì)量百分比為2%至5%，氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理的時(shí)長為20 秒至2分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述氯化氫和過氧化 氫的水溶液中，氯化氫、過氧化氫和水的體積比為1:A:B，其中，A為1至5, B為10至100， 氮離子擴(kuò)散弱化化學(xué)處理的時(shí)長為20秒至2分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，形成所述氧化膜以及 氮氧化膜的工藝步驟包括:形成覆蓋于所述襯底表面的初始氧化膜；對所述初始氧化膜進(jìn) 行氮化處理，將部分厚度的初始氧化膜轉(zhuǎn)化為氮氧化膜，剩余的初始氧化膜作為氧化膜。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述氮化處理的工藝 包括等離子體氮摻雜以及退火處理。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述等離子體氮摻雜 為解耦等離子體氮摻雜；所述解耦等離子體氮摻雜的工藝參數(shù)為:N2流量為60標(biāo)準(zhǔn)毫升/ 分至100標(biāo)準(zhǔn)毫升/分，H2流量為100標(biāo)準(zhǔn)毫升/分至140標(biāo)準(zhǔn)毫升/分，腔室壓強(qiáng)為10 毫托至20毫托，提供功率為800瓦至1000瓦，時(shí)間為30秒至200秒。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述退火處理的工藝 參數(shù)為:〇2流量為800sccm至lOOOsccm，腔室壓強(qiáng)為0.3毫托至0.6毫托，退火溫度為1000 攝氏度至1200攝氏度，時(shí)間為10秒至30秒。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述初始氧化膜的材 料為氧化硅；采用原位水汽氧化法或濕氧氧化法形成所述初始氧化膜。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，形成所述光刻膠層的 工藝步驟包括:形成覆蓋于第一區(qū)域和第二區(qū)域的氮氧化膜表面的光刻膠膜；對所述光刻 膠膜進(jìn)行曝光處理、以及顯影處理，去除位于第二區(qū)域氮氧化膜表面的光刻膠膜，在第一區(qū) 域氮氧化膜表面形成光刻膠層。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除第二區(qū)域的氮氧化膜以及氧化膜；采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除所述光刻膠層。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)膜的材料 為高k介質(zhì)材料；所述柵導(dǎo)電膜的材料為金屬材料或多晶硅。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，在形成所述柵介質(zhì) 膜之前，還包括步驟:在所述第二區(qū)域襯底表面形成熱氧化層。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述高k介質(zhì)材料為 Hf02、HfS1、HfS1N、HfTaO、HfT1、HfZrO、Zr02S A1 203;所述金屬材料為 TiN、TaN、TaSiN、 TiSiN、TaAIN 或 TiAIN、A1、Cu、Ag、Au、Pt、N1、T1、Ta、TaC、TaSiN、W、WN 或 WSi。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)膜的材料 為氧化硅；所述柵導(dǎo)電膜的材料為多晶硅或摻雜的多晶硅。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，在形成所述柵導(dǎo)電 膜之后，還包括步驟:在所述柵導(dǎo)電膜表面形成圖形層；以所述圖形層為掩膜，刻蝕第一區(qū) 域的柵導(dǎo)電膜、柵介質(zhì)膜、氮氧化膜以及氧化膜，形成位于第一區(qū)域襯底表面的第一柵極結(jié) 構(gòu)；同時(shí)以所述圖形層為掩膜，刻蝕第二區(qū)域的柵導(dǎo)電膜以及柵介質(zhì)膜，形成位于第二區(qū)域 襯底表面的第二柵極結(jié)構(gòu)。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第一柵極結(jié)構(gòu) 包括氧化層、位于氧化層表面的氮氧化層、位于氮氧化層表面的第一柵介質(zhì)層、以及位于第 一柵介質(zhì)層表面的第一柵導(dǎo)電層；所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括第二柵介質(zhì)層以及位于第二柵介 質(zhì)層表面的第二柵導(dǎo)電層。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第一區(qū)域?yàn)榇?成輸入或輸出器件的區(qū)域，所述第二區(qū)域?yàn)榇纬珊诵钠骷膮^(qū)域。
【文檔編號】H01L21/8238GK105990234SQ201510051610
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發(fā)明人】劉煥新, 楊志勇
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司