半导体器件及其形成方法技术

技术编号:19431311 阅读:20 留言:0更新日期:2018-11-14 11:49
本发明专利技术提供一种半导体器件及其形成方法,其中形成方法包括:提供衬底,所述衬底具有第一开口和第二开口,以第一图形化层为掩膜,去除所述第二开口内的第二保护层和第一保护层,暴露出所述第二开口底部的第一栅氧层;去除所述第二开口底部的第一栅氧层和所述第一开口内的第二保护层暴露出所述第一开口底部的第一保护层;在所述第二开口底部形成第二栅氧层。所述形成方法能够避免出现光刻胶残留,同时也防止刻蚀工艺对于核心区的膜层损伤,从而提高半导体器件的沟道区质量,减少漏电流,提高半导体器件的性能和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
,尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
技术介绍
晶体管作为最基本的半导体器件,目前正被广泛应用。随着半导体器件的元件密度和集成度的提高,栅极尺寸也越来越短,传统的晶体管对沟道电流的控制能力变弱,产生短沟道效应,最终影响半导体器件的电学性能。为了进一步缩小器件尺寸、提高器件密度,在半导体器件的基础上,引入了高K金属栅晶体管,即以高K介质材料作为栅介质层,以金属材料作为栅极;而且,为了改善高K介质材料的栅介质层与鳍部之间的结合状态,在所述高K介质材料的栅介质层与鳍部之间还需要形成栅氧层进行粘合。所述高K金属栅晶体管采用后栅(gatelast)工艺形成,其中一种后栅工艺是在去除多晶硅的伪栅极层并形成栅极沟槽之后,再于栅极沟槽的内壁表面形成高K介质材料的栅介质层。然而,随着半导体器件的密度提高,尺寸缩小,半导体器件的制造工艺难度提高,而所形成的半导体器件的性能变差,可靠性下降。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体器件及其形成方法,所形成的半导体器件的漏电流得到控制,驱动电流提高,功耗减小,稳定性改善。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:提供衬底,所述衬底包括核心区和外围区,所述衬底上具有介质结构,所述介质结构内具有第一开口和第二开口,所述第一开口位于外围区,所述第二开口位于核心区,所述第一开口和第二开口底部的衬底上分别具有第一栅氧层,所述第一栅氧层表面具有第一保护层;在所述核心区和所述外围区的介质结构上、第一开口的侧壁和底部、以及第二开口的侧壁和底部形成第二保护层;在所述第二保护层上形成第一图形化层,所述第一图形化层暴露出所述第二开口内的第二保护层;以第一图形化层为掩膜,去除所述第二开口内的第二保护层和第一保护层,暴露出所述第二开口底部的第一栅氧层;在去除所述第二开口内的第二保护层和第一保护层之后,去除所述第一图形化层;在去除所述第一图形化层之后,去除所述第二开口底部的第一栅氧层和所述第一开口内的第二保护层,暴露出所述第一开口底部的第一保护层;在去除所述第二开口底部的第一栅氧层和所述第一开口内的第二保护层之后,在所述第二开口底部形成第二栅氧层。可选的,所述衬底包括:基底以及位于基底上的隔离层。所述基底上具有鳍部;所述隔离层覆盖所述鳍部的部分侧壁,且所述隔离层的顶部低于所述鳍部的顶部。可选的,所述隔离层的材料为氧化硅。可选的,所述第一栅氧层和第一保护层的形成步骤包括:在形成介质结构、第一开口和第二开口之前,在所述衬底表面形成第一栅氧层;对所述第一栅氧层进行表面处理,在所述第一栅氧层表面形成第一保护层。可选的,所述第一栅氧层材料为氧化硅。可选的,所述第一栅氧层的形成工艺为原位蒸汽生成工艺。可选的,所述表面处理的步骤包括:对所述第一栅氧层表面进行解耦等离子体氮化工艺,在第一栅氧层表面形成初始保护层;对所述初始保护层进行退火工艺,形成第一保护层。可选的,所述介质结构内的所述第一开口和所述第二开口的形成步骤包括:分别在所述核心区和外围区的衬底上形成伪栅极结构,所述伪栅极结构包括伪栅层,所述伪栅层位于第一保护层上;形成源区和漏区,所述源区和漏区分别位于所述伪栅极结构两侧的衬底中;在所述衬底上形成介质结构,所述介质结构覆盖所述伪栅极结构的侧壁,且所述介质结构暴露出所述伪栅层顶部;去除所述伪栅层并暴露出所述第一保护层,在所述外围区的介质结构内形成第一开口,在所述核心区的介质结构内形成第二开口。可选的,所述伪栅极结构还包括:位于所述伪栅层侧壁的侧墙。可选的,第一介质层以及位于第一介质层上的第二介质层。可选的,所述第二介质层的硬度高于所述第一介质层的硬度。可选的,去除伪栅层的工艺为湿法刻蚀工艺和干法刻蚀工艺中的一种或两种组合。可选的,所述以第一图形化层为掩膜,去除所述第二开口内的第二保护层和第一保护层的步骤包括:所述第一图形化层填充满所述第一开口,且所述第一图形化层还位于所述外围区的介质结构之上;以第一图形化层为掩膜,去除所述核心区的的第二保护层,直至暴露出所述第二开口的所述第一保护层为止;在去除所述核心区的第二保护层之后,去除所述第二开口内的所述第一保护层,直至暴露出所述第二开口的所述衬底上的所述第一栅氧层为止;在去除第二开口内的第一保护层之后,去除第一图形化层。可选的,所述第一保护层材质为氮氧化硅。可选的,所述第二保护层的材料为氧化硅。可选的,所述第二保护层的形成工艺为原子层沉积工艺。可选的,去除所述第二保护层的工艺为湿法刻蚀工艺,所述湿法刻蚀工艺的工艺参数包括:氢氟酸与水的质量百分比为1:500~1:2000,刻蚀时间5秒~1000秒,过刻量50%~300%。可选的,去除所述第一保护层的工艺为干法刻蚀工艺,所述干法刻蚀工艺的工艺参数包括:He的气体流量为600sccm~2000sccm,NH3的气体流量为200sccm~500sccm,NF3的气体流量为20sccm~200sccm;压强为2torr~10torr,刻蚀时间5秒~100秒,过刻量50%~100%。可选的,在所述外围区的第一保护层表面形成填充所述第一开口的第一栅极结构;在所述核心区的第二栅氧层表面形成填充所述第二开口的第二栅极结构。本专利技术还提供一种采用上述任意一项方法形成的半导体器件。与现有技术相比,本专利技术的技术方案具有以下优点:本专利技术技术方案提供的形成方法中,在去除所述核心区的第二保护层和第一保护层之后,此时衬底表面暴露出核心区的第一栅氧层和所述外围区的第二保护层,由于所述第一栅氧层和第二保护层的材料均为氧化硅,因此在去除外围区的第二保护层的同时,可将所述核心区的第一栅氧层去除,降低了核心区鳍部暴露在刻蚀环境中的风险,从而提高半导体器件的沟道区质量,减少漏电流,提高半导体器件的性能和可靠性。进一步,所述核心区的第一保护层和第二保护层分两步进行去除。先通过湿法刻蚀工艺,去除材质为氧化硅的所述第二保护层;再通过干法刻蚀工艺去除材质为氮氧化硅的所述第一保护层。由于干法刻蚀为各向异性的等离子刻蚀工艺,对于不同材料间的刻蚀选择比较高,因此,在刻蚀材质为氮氧化硅的所述第一保护层时,对于材质为氧化硅的所述第一栅氧层不会产生影响,确保在后续对核心区的所述第一栅氧层进行去除时,不会有过刻蚀的风险,提高半导体器件的电学可靠性。附图说明图1至图4是一种半导体器件的形成过程的剖面结构示意图;图5至图17是本专利技术实施例的半导体器件的形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
所述,随着半导体器件的密度提高,尺寸缩小,所形成的半导体器件的性能变差,可靠性下降。对于外围的半导体器件来说,由于栅氧层在形成伪栅极层之前形成,则去除所述伪栅极层的工艺会损伤所述栅氧层。随着半导体器件的尺寸愈小,所述栅氧层的损伤对器件性能的影响更明显。以下将结合附图进行说明。图1至图4是一种半导体器件的形成过程的剖面结构示意图。请参考图1,提供衬底100,所述衬底100包括外围区110和核心区120,所述外围区110和核心区120的衬底100表面分别具有鳍部101;在所述衬底100表面形成隔离层102;在所述隔离层102和鳍部101上形成介质层103,所述外围区110的介质层内具有第一开口111,所述核心区120本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种半导体器件的形成方法,其特征在于,包括:提供衬底,所述衬底包括核心区和外围区,所述衬底上具有介质结构,所述介质结构内具有第一开口和第二开口,所述第一开口位于外围区,所述第二开口位于核心区,所述第一开口和第二开口底部的衬底上分别具有第一栅氧层,所述第一栅氧层表面具有第一保护层;在所述核心区和所述外围区的介质结构上、第一开口的侧壁和底部、以及第二开口的侧壁和底部形成第二保护层;在所述第二保护层上形成第一图形化层,所述第一图形化层暴露出所述第二开口内的第二保护层;以第一图形化层为掩膜,去除所述第二开口内的第二保护层和第一保护层,暴露出所述第二开口底部的第一栅氧层;在去除所述第二开口内的第二保护层和第一保护层之后,去除所述第一图形化层;在去除所述第一图形化层之后,去除所述第二开口底部的第一栅氧层和所述第一开口内的第二保护层,暴露出所述第一开口底部的第一保护层;在去除所述第二开口底部的第一栅氧层和所述第一开口内的第二保护层之后,在所述第二开口底部形成第二栅氧层。

【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:提供衬底,所述衬底包括核心区和外围区,所述衬底上具有介质结构,所述介质结构内具有第一开口和第二开口,所述第一开口位于外围区,所述第二开口位于核心区,所述第一开口和第二开口底部的衬底上分别具有第一栅氧层,所述第一栅氧层表面具有第一保护层;在所述核心区和所述外围区的介质结构上、第一开口的侧壁和底部、以及第二开口的侧壁和底部形成第二保护层;在所述第二保护层上形成第一图形化层,所述第一图形化层暴露出所述第二开口内的第二保护层;以第一图形化层为掩膜,去除所述第二开口内的第二保护层和第一保护层,暴露出所述第二开口底部的第一栅氧层;在去除所述第二开口内的第二保护层和第一保护层之后,去除所述第一图形化层;在去除所述第一图形化层之后,去除所述第二开口底部的第一栅氧层和所述第一开口内的第二保护层,暴露出所述第一开口底部的第一保护层;在去除所述第二开口底部的第一栅氧层和所述第一开口内的第二保护层之后,在所述第二开口底部形成第二栅氧层。2.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法,其特征在于,所述衬底包括:基底以及位于基底上的隔离层,所述基底上具有鳍部,所述隔离层覆盖所述鳍部的部分侧壁,且所述隔离层的顶部低于所述鳍部的顶部。3.如权利要求2所述的半导体器件的形成方法,其特征在于,所述隔离层的材料为氧化硅。4.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法,其特征在于,所述第一栅氧层和第一保护层的形成步骤包括:在形成介质结构、第一开口和第二开口之前,在所述衬底表面形成初始第一栅氧层;对所述初始第一栅氧层进行表面处理,形成第一栅氧层以及位于第一栅氧层表面的第一保护层。5.如权利要求4所述的半导体器件的形成方法,其特征在于,所述第一栅氧层材料为氧化硅。6.如权利要求5所述的半导体器件的形成方法,其特征在于,所述第一栅氧层的形成工艺为原位蒸汽生成工艺。7.如权利要求6所述的半导体器件的形成方法,其特征在于,所述表面处理的步骤包括:对所述第一栅氧层表面进行解耦等离子体氮化工艺,在第一栅氧层表面形成初始保护层;对所述初始保护层进行退火工艺,形成第一保护层。8.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法,其特征在于,所述介质结构内的所述第一开口和所述第二开口的形成步骤包括:分别在所述核心区和外围区的衬底上形成伪栅极结构,所述伪栅极结构包括伪栅层,所述伪栅层位于第一保护层上;形成源区和漏区,所述源区和漏区分别位于所述伪栅极结构两侧的衬底中;在所述衬底上形成介质结构,所述介质结构覆盖所述伪栅极结构的侧壁,且所述介质结构暴露出所述伪栅层顶部;去除所...

【专利技术属性】
技术研发人员:周飞
申请(专利权)人:中芯国际集成电路制造北京有限公司中芯国际集成电路制造上海有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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