半导体器件及其形成方法技术

一种半导体器件及其形成方法，其中方法包括：提供基底，基底表面具有多个分立的初始金属栅电极、位于所述初始金属栅电极侧壁的侧墙，以及覆盖所述基底表面、侧墙侧壁的第一层间介质层，所述第一层间介质层的顶部表面与所述初始金属栅电极的顶部表面齐平；刻蚀所述初始金属栅电极，形成目标金属栅电极，所述目标金属栅电极的中间部分高于边缘部分；形成覆盖所述目标金属栅电极的保护层，所述保护层的表面与所述第一层间介质层的顶部表面齐平；形成覆盖所述第一层间介质层、侧墙和保护层的第二层间介质层；在相邻的目标金属栅电极之间形成贯穿所述第一层间介质层和第二层间介质层厚度的自对准接触孔。所述方法提高了半导体器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
技术介绍
MOS(金属-氧化物-半导体)晶体管是一种重要的半导体器件，MOS晶体管的基本结构包括：半导体衬底；位于半导体衬底表面的栅极结构；位于栅极结构一侧的半导体衬底中的源区和栅极结构另一侧的半导体衬底中的漏区。随着特征尺寸的进一步减小，相邻栅极结构之间的距离减小，使得在上述栅极结构之间的间隙中形成用以连接源区、漏区和上层金属线的接触孔的工艺变得较为困难，故引入了自对准接触孔的形成工艺。目前，较为常见的自对准接触孔的制备方法包括：在半导体衬底表面形成栅极结构；在栅极结构侧壁表面形成侧墙；在栅极结构顶部表面形成保护层；形成覆盖半导体衬底和保护层、侧墙的层间介质层；在层间介质层中形成贯穿层间介质层厚度的接触孔，所述接触孔位于相邻的栅极结构之间。然而，现有技术中形成的半导体器件的性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是在形成自对准接触孔的过程中，提高对目标金属栅电极的保护作用，从而提高半导体器件的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底，所述基底表面具有多个分立的初始金属栅电极、位于所述初始金属栅电极侧壁的侧墙，以及覆盖所述基底表面、侧墙侧壁的第一层间介质层，所述第一层间介质层的顶部表面与所述初始金属栅电极的顶部表面齐平；刻蚀所述初始金属栅电极，形成目标金属栅电极，所述目标金属栅电极的中间部分高于边缘部分；形成覆盖所述目标金属栅电极的保护层，所述保护层的表面与所述第一层间介质层的顶部表面齐平；形成覆盖所述第一层间介质层、侧墙和保护层的第二层间介质层；形成贯穿所述第一层间介质层和第二层间介质层厚度的自对准接触孔，所述自对准接触孔位于相邻的目标金属栅电极之间。可选的，形成所述目标金属栅电极的工艺为：去除部分厚度的初始金属栅电极，形成过渡金属栅电极和位于所述过渡金属栅电极顶部的沟槽；在所述沟槽侧壁表面形成第一牺牲层后，向所述沟槽内填充满第二牺牲层；以所述第二牺牲层为掩膜，去除所述第一牺牲层；以所述第二牺牲层为掩膜，刻蚀部分厚度的过渡金属栅电极；刻蚀部分厚度的过渡金属栅电极后，去除所述第二牺牲层。可选的，所述第一牺牲层的材料为不定型碳或硅。可选的，所述第二牺牲层的材料为不定型碳或硅，且所述第二牺牲层的材料不同于第一牺牲层的材料。可选的，所述目标金属栅电极的材料为Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN或WSi。可选的，所述保护层的材料为SiN、SiON或SiCN。可选的，形成所述保护层的工艺为原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺。可选的，所述保护层为单层结构或叠层结构。可选的，所述第一层间介质层的材料为SiO2或SiOC。可选的，所述第二层间介质层的材料为SiO2或SiOC。本专利技术还提供一种半导体器件，包括：基底；第一层间介质层，位于所述基底表面；多个分立的目标金属栅电极，位于所述第一层间介质层内，且位于所述基底表面，所述目标金属栅电极的中间部分高于边缘部分，且所述目标金属栅电极中间部分的顶部表面低于所述第一层间介质层的顶部表面；保护层，覆盖所述目标金属栅电极表面，且所述保护层的表面与第一层间介质层的顶部表面齐平；侧墙，位于所述第一层间介质层内，且位于所述目标金属栅电极和所述保护层的侧壁；第二层间介质层，覆盖所述第一层间介质层、侧墙和保护层；自对准接触孔，位于相邻的目标金属栅电极之间，所述自对准接触孔贯穿所述第一层间介质层和所述第二层间介质层的厚度。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：由于对所述初始金属栅电极进行刻蚀后，形成了目标金属栅电极，所述目标金属栅电极的中间部分高于边缘部分，且目标金属栅电极的顶部表面低于第一层间介质层的顶部表面，在目标金属栅电极表面形成所述保护层后，所述目标金属栅电极侧壁的顶部覆盖有侧墙和保护层，覆盖所述目标金属栅电极侧壁顶部的侧墙和保护层的厚度较厚，对所述目标金属栅电极的保护作用增强，使得在形成自对准接触孔的过程中，当进一步扩大形成自对准接触孔工艺窗口时，即使对目标金属栅电极侧壁顶部覆盖有的侧墙和保护层的刻蚀程度增加，也不会刻蚀损伤到所述目标金属栅电极，从而提高了半导体器件的性能。附图说明图1至图3为现有技术中半导体器件形成过程的结构示意图；图4至图17为本专利技术一实施例中半导体器件形成过程的结构示意图。具体实施方式随着特征尺寸的进一步减小，现有技术中形成的半导体器件的性能较差。图1至图3为现有技术中半导体器件形成过程的结构示意图。参考图1，提供半导体衬底100，半导体衬底100表面具有鳍部120和横跨鳍部120的金属栅极结构，所述金属栅极结构覆盖部分鳍部120的顶部表面和侧壁，所述金属栅极结构包括横跨鳍部120的栅介质层131和覆盖栅介质层131的初始金属栅电极132，所述金属栅极结构两侧侧壁表面具有侧墙140；半导体衬底100和鳍部120表面具有覆盖侧墙140侧壁的第一层间介质层150，第一层间介质层150的顶部表面与初始金属栅电极132的顶部表面齐平。参考图2，刻蚀去除部分厚度的初始金属栅电极132(参考图1)，形成目标金属栅电极133；形成覆盖目标金属栅电极133的保护层160，所述保护层160的表面与第一层间介质层150的顶部表面齐平；形成覆盖第一层间介质层150、侧墙140和保护层160的第二层间介质层170。参考图3，形成贯穿第一层间介质层150和第二层间介质层170厚度的自对准接触孔180，所述自对准接触孔180位于相邻目标金属栅电极133之间。研究发现，上述方法形成的半导体器件依然存在性能差的原因在于：在形成贯穿所述第一层间介质层和第二层间介质层厚度的自对准接触孔的过程中，需要扩大形成自对准接触孔的工艺窗口，以避免受到曝光工艺极限的限制。但是若扩大形成自对准接触孔的工艺窗口，在形成所述自对准接触孔的过程中，会对目标金属栅电极两侧顶角的位置的刻蚀程度增加，使得所述保护层和侧墙对目标金属栅电极两侧顶角位置的保护作用降低，容易暴露出部分目标金属栅电极(参照图3中虚线标记位置)，从而降低了半导体器件的性能。在此基础上，本专利技术一实施例提供一种半导体器件的形成方法，通过对初始金属栅电极进行刻蚀，形成目标金属栅电极，所述目标金属栅电极的中间部分高于边缘部分，然后在所述目标金属栅电极表面形成保护层，使得目标金属栅电极侧壁的顶部覆盖有的侧墙和保护层的总厚度较厚，所述侧墙和保护层对目标金属栅电极的保护作用增强。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。图4至图17为本专利技术一实施例提供的半导体器件形成过程的结构示意图。所述半导体器件以鳍式场效应晶体管为例进行说明。结合参考图4和图5，其中，图5为沿着图4中鳍部延伸方向(A-A1切割线)的剖面图，提供基底，所述基底表面具有多个伪栅极结构230，所述伪栅极结构230包括基底表面的栅介质层231和位于栅介质层231表面的伪栅电极232。本实施例中，所述基底包括半导体衬底200和位于半导体衬底200表面的鳍部220。所述半导体衬底200为后续形成半导体器件提供工艺平台。所述半导体衬底200可以是单晶硅，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底表面具有多个分立的初始金属栅电极、位于所述初始金属栅电极侧壁的侧墙，以及覆盖所述基底表面、侧墙侧壁的第一层间介质层，所述第一层间介质层的顶部表面与所述初始金属栅电极的顶部表面齐平；刻蚀所述初始金属栅电极，形成目标金属栅电极，所述目标金属栅电极的中间部分高于边缘部分；形成覆盖所述目标金属栅电极的保护层，所述保护层的表面与所述第一层间介质层的顶部表面齐平；形成覆盖所述第一层间介质层、侧墙和保护层的第二层间介质层；形成贯穿所述第一层间介质层和第二层间介质层厚度的自对准接触孔，所述自对准接触孔位于相邻的目标金属栅电极之间。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底表面具有多个分立的初始金属栅电极、位于所述初始金属栅电极侧壁的侧墙，以及覆盖所述基底表面、侧墙侧壁的第一层间介质层，所述第一层间介质层的顶部表面与所述初始金属栅电极的顶部表面齐平；刻蚀所述初始金属栅电极，形成目标金属栅电极，所述目标金属栅电极的中间部分高于边缘部分；形成覆盖所述目标金属栅电极的保护层，所述保护层的表面与所述第一层间介质层的顶部表面齐平；形成覆盖所述第一层间介质层、侧墙和保护层的第二层间介质层；形成贯穿所述第一层间介质层和第二层间介质层厚度的自对准接触孔，所述自对准接触孔位于相邻的目标金属栅电极之间。2.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，形成所述目标金属栅电极的工艺为：去除部分厚度的初始金属栅电极，形成过渡金属栅电极和位于所述过渡金属栅电极顶部的沟槽；在所述沟槽侧壁表面形成第一牺牲层后，向所述沟槽内填充满第二牺牲层；以所述第二牺牲层为掩膜，去除所述第一牺牲层；以所述第二牺牲层为掩膜，刻蚀部分厚度的过渡金属栅电极；刻蚀部分厚度的过渡金属栅电极后，去除所述第二牺牲层。3.根据权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一牺牲层的材料为不定型碳或硅。4.根据权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第二牺牲层的材料为不定型碳或硅，且所述第二牺牲层的材料不同于第一牺牲层的材料。5.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张城龙，何其暘，张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31