一种半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件的制造方法。所述方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成介质层及位于所述介质层中的沟槽；在所述介质层上和所述沟槽中形成功函数层；对所述功函数层进行改性处理；在所述沟槽中填充金属，并进行化学机械研磨以露出所述介质层。根据本发明专利技术的半导体器件的制造方法，对形成有功函数层的半导体衬底进行氧处理，从而在功函数层中引入氧，以对功函数层改性处理，使得后续在功函数层上生长形成的金属材料层的晶粒尺寸相对于未进行氧处理而生长形成的金属材料层的晶粒尺寸小，可改善化学机械研磨过程中的研磨均匀性。

Method for manufacturing semiconductor device

The invention provides a manufacturing method for semiconductor devices. The method comprises providing a semiconductor substrate, forming a dielectric layer on the semiconductor substrate and a groove located in the dielectric layer, forming a work function layer on the dielectric layer and in the groove, modifying the work function layer, filling a metal in the groove and performing a chemical mechanical abrasion to expose it. The dielectric layer. According to the fabrication method of the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor substrate forming the active function layer is oxygen treated, thereby oxygen is introduced into the work function layer to modify the work function layer, so that the grain size of the metal material layer formed subsequently on the work function layer is formed relative to the grain size of the metal material layer formed without oxygen treatment. The grain size of the metal material layer is small, which can improve the grinding uniformity in the chemical mechanical attrition process.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件的制造方法
本专利技术涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种半导体器件的制造方法。
技术介绍
随着半导体集成电路(IC)工业的迅速发展，高K金属栅极(HKMG)技术已成为半导体领域的重要技术之一。随着半导体器件尺寸的不断缩减，高K金属栅极(HKMG)工艺的发展中，对于具有较小数值工艺节点的CMOS而言，所述高k-金属栅极工艺越来越多的应用“后栅(Gate-last)”工艺，后栅工艺是在对半导体衬底进行漏/源区离子注入操作以及随后的高温退火工艺完成之后再形成金属栅极的过程。一个典型的实施过程包括：在半导体衬底上形成伪栅极结构，所述伪栅极结构由自下而上层叠的栅极介电层和伪栅极材料层构成；在伪栅极结构的两侧形成侧壁结构，之后去除伪栅极结构中的栅极介电层和伪栅极材料层，在侧壁结构之间留下的沟槽内依次形成相关界面层、功函数金属层和金属栅极材料(通常为铝)的填充，以及对填充后的半导体沉底进行化学机械研磨形成最终的金属栅极结构。然而，在完成金属栅极填充金属工艺后的化学机械研磨过程中常常发生晶圆边缘较中心高，从而导致晶圆之间厚度均匀性差以及晶圆内部厚度差异大的问题。因此，为解决以上问题，有必要提出一种新的半导体器件的制造方法。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成介质层及位于所述介质层中的沟槽；在所述介质层上和所述沟槽中形成功函数层；对所述功函数层进行改性处理；在所述沟槽中填充金属，并进行化学机械研磨以露出所述介质层。示例性地，所述改性处理包括氧处理。示例性地，所述氧处理包括氧离子注入。示例性地，所述氧处理采用将所述半导体衬底暴露在空气中的方法。示例性地，在所述介质层中形成沟槽的步骤包括：在形成所述介质层之前形成包括伪栅极材料层的伪栅极结构；形成覆盖所述伪栅极结构侧壁的所述介质层；以及，去除所述伪栅极结构中的伪栅极材料层，以形成所述沟槽。示例性地，所述伪栅极结构还包括位于所述伪栅极材料层下方的高k介电层，和/或形成于所述半导体衬底和所述高k介电层之间的界面层，和/或形成于所述高k介电层与所述伪栅极材料层之间的覆盖层。示例性地，在所述沟槽中形成所述功函数层之前还包括在所述沟槽中形成高k介电层以覆盖所述沟槽侧壁和底部的步骤。示例性地，在形成所述高k介电层之前还包括在所述沟槽底部形成界面层，和/或在形成所述高k介电层之后在所述高k介电层上形成覆盖层的步骤。示例性地，在形成所述功函数层之后、在形成所述金属之前，还包括在所述沟槽内形成阻挡层。示例性地，在形成所述阻挡层之后、在形成所述金属之前，还包括在所述沟槽内形成浸润层。示例性地，所述功函数层为NMOS功函数层。根据本专利技术的半导体器件制造方法，对半导体衬底上的功函数层进行改性处理，使得后续在功函数层上生长形成的金属材料层的晶粒尺寸相对于未进行改性处理而生长形成的金属材料层的晶粒尺寸小，一方面，小晶粒尺寸的金属材料层具有较大的晶粒边界比例，使得金属材料性质类似于非晶态或无定型状态，而展现出各向异性，这种各向异性有效改善化学机械研磨过程中的研磨均匀性；另一方面，晶粒尺寸小，也可以增加金属材料的硬度，从而进一步减小化学机械研磨过程中的金属材料移除速率，改善化学机械研磨过程中的研磨均匀性。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。附图中：图1为现有技术中一种半导体器件制造方法的示意性流程图；图2为根据本专利技术的一个实施例的半导体器件的制造方法的示意性流程图；图3A～3F根据本专利技术的一个实施例的半导体器件制造过程中的半导体器件的截面示意图。图4A～4F根据本专利技术的另一个实施例的半导体器件制造过程中的半导体器件的截面示意图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本专利技术所述化学机械研磨方法。显然，本专利技术的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。现在，将参照附图更详细地描述根据本专利技术的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本专利技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。下面将以NMOS器件的形成过程为具体实施例来解释本专利技术所涉及的原理。需要理解的是，实施例以NMOS器件的形成过程为示例，其并不是要对本专利技术的技术方案进行限定，显然本专利技术的技术方案还可以应用于其它需要形成功函数层和金属栅极的半导体器件的工艺过程中。在现有NMOS器件的金属栅极的形成过程中，常采用后金属栅极工艺形成金属栅极。如图1示出了现有技术中形成金属栅极的具体工艺流程图，首先执行步骤S101，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成层间介质层及位于所述层间介质层中的沟槽；接着，执行步骤S102，在所述层间介质层上和所述沟槽中形成功函数层；最后，执行步骤S103，在所述沟槽中填充金属，并进行化学机械研磨以露出所述介质层。然而现有金属栅极形成工艺进行金属栅极的金属填充后，在化学机械研磨过程中常常发生晶圆边缘较中心高，从而导致晶圆级厚度均匀性差以及晶圆内部厚度差异大。为此，有必要引入半导体器件制造方法，从而改善金属栅极形成过程中引起的化学机械研磨不均匀的问题。本专利技术提供了一种化学机械研磨方法，所述方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成介质层及位于所述介质层中的沟槽；在所述介质层上和所述沟槽中形成功函数层；对所述功函数层进行改性处理；在所述沟槽中填充金属，并进行化学机械研磨以露出所述介质层。根据本专利技术的半导体器件制造方法，对半导体衬底上的功函数层进行改性处理，使得后续在功函数层上生长形成的金属材料层的晶粒尺寸相对于未进行改性处理而生长形成的金属材料层的晶粒尺寸小，一方面，小晶粒尺寸的金属材料层具有较大的晶粒边界比例，使得金属材料性质类似于非晶态或无定型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成介质层及位于所述介质层中的沟槽；在所述介质层上和所述沟槽中形成功函数层；对所述功函数层进行改性处理；在所述沟槽中填充金属，并进行化学机械研磨以露出所述介质层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成介质层及位于所述介质层中的沟槽；在所述介质层上和所述沟槽中形成功函数层；对所述功函数层进行改性处理；在所述沟槽中填充金属，并进行化学机械研磨以露出所述介质层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性处理包括氧处理。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧处理包括氧离子注入。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧处理采用将所述半导体衬底暴露在空气中的方法。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述介质层中形成沟槽的步骤包括：在形成所述介质层之前形成包括伪栅极材料层的伪栅极结构；形成覆盖所述伪栅极结构侧壁的所述介质层；以及，去除所述伪栅极结构中的伪栅极材料层，以形成所述沟槽。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述伪栅极结构还包括位...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓银屏，周真，徐俊，
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