半导体器件的制作方法技术

一种半导体器件的制作方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成介质层、位于介质层表面的阻挡层以及位于阻挡层表面的牺牲膜；依次刻蚀所述牺牲膜、阻挡层和介质层，在半导体衬底表面形成替代栅极结构，所述替代栅极结构包括：位于半导体衬底表面的栅介质层、位于栅介质层表面的刻蚀阻挡层和位于刻蚀阻挡层表面的牺牲层；对所述刻蚀阻挡层进行氮化处理。本发明专利技术降低了半导体器件的等效栅氧化层厚度，优化了半导体器件的电学性能，提高半导体器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成介质层、位于介质层表面的阻挡层以及位于阻挡层表面的牺牲膜；依次刻蚀所述牺牲膜、阻挡层和介质层，在半导体衬底表面形成替代栅极结构，所述替代栅极结构包括：位于半导体衬底表面的栅介质层、位于栅介质层表面的刻蚀阻挡层和位于刻蚀阻挡层表面的牺牲层；对所述刻蚀阻挡层进行氮化处理。本专利技术降低了半导体器件的等效栅氧化层厚度，优化了半导体器件的电学性能，提高半导体器件的可靠性。【专利说明】
本专利技术涉及半导体制作领域，特别涉及。
技术介绍
集成电路尤其超大规模集成电路的主要半导体器件是金属-氧化物-半导体场效应管(M0S晶体管)。随着集成电路制作技术的不断发展，半导体器件技术节点不断减小，半导体器件的几何尺寸遵循摩尔定律不断缩小。当半导体器件尺寸减小到一定程度时，各种因为半导体器件的物理极限所带来的二级效应相继出现，半导体器件的特征尺寸按比例缩小变得越来越困难。其中，在半导体器件以及半导体制作领域，最具挑战性的是如何解决半导体器件漏电流大的问题。半导体器件的漏电流大，主要是由传统栅介质层厚度不断减小所引起的。 当前提出的解决方法是，采用高k栅介质材料代替传统的二氧化硅栅介质材料，由于高k栅介质材料具有更低的等效栅氧化层厚度，对于给定的等效栅氧化层厚度，采用高k栅介质材料可以使得晶体管的漏电流减小几个数量级；使用高k材料作为栅介质层时，采用金属作为栅电极，以避免高k材料与传统栅电极材料发生费米能级钉扎效应以及硼渗透效应。高k金属栅的引入，减小了半导体器件的漏电流。 尽管高k金属栅极的引入一定程度上能够减小半导体器件的漏电流，但是，由于半导体器件的形成工艺难以控制，形成的半导体器件漏电流大以及可靠性差的问题仍然存在。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种优化的半导体器件的形成方法，使得半导体器件具有更低的等效栅氧化层厚度，减小半导体器件的漏电流，从而提高半导体器件的电学性能。 为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括:提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成介质层、位于介质层表面的阻挡层以及位于阻挡层表面的牺牲膜；依次刻蚀所述牺牲膜、阻挡层和介质层，在半导体衬底表面形成替代栅极结构，所述替代栅极结构包括:位于半导体衬底表面的栅介质层、位于栅介质层表面的刻蚀阻挡层和位于刻蚀阻挡层表面的牺牲层；对所述刻蚀阻挡层进行氮化处理。 可选的，所述氮化处理的具体工艺参数为:反应腔室内通入NH3，且NH3流量为50至5000sccm，反应腔室温度为200度至650度，反应腔室压强为I毫托至50托。 可选的，所述阻挡层的材料为氮化钛。 可选的，所述阻挡层的厚度为10埃至50埃。 可选的，对所述刻蚀阻挡层进行氮化处理后，还包括步骤:在所述半导体衬底表面形成偏移侧墙，且所述偏移侧墙位于替代栅极结构两侧。 可选的，所述偏移侧墙的材料为氮化硅。 可选的，所述偏移侧墙的形成过程为:形成覆盖半导体衬底表面及替代栅极结构的侧墙膜，对所述侧墙膜进行回刻蚀工艺，形成偏移侧墙，所述偏移侧墙位于半导体衬底表面且位于替代栅极结构两侧。 可选的，所述侧墙膜的形成和所述氮化处理在同一个反应腔室中进行。 可选的，采用化学气相沉积工艺形成所述侧墙膜。 可选的，所述化学气相沉积工艺的具体工艺参数为:向反应腔室内通入硅源气体和氮源气体，所述硅源气体为SiH4、SiH2Cl2或Si2Cl6，氮源气体为NH3，其中，硅源气体流量为1sccm至5000sccm,氮源气体流量为20sccm至15000sccm,反应腔室温度为200度至650度，反应腔室压强为I毫托至50托。 可选的，所述栅介质层为单层结构或多层结构。 可选的，所述栅介质层为单层结构时，所述栅介质层包括位于半导体衬底表面的栅氧化层；所述栅介质层为多层结构时，所述栅介质层包括:位于半导体衬底表面的界面层以及位于界面层表面的栅氧化层。 可选的，所述栅氧化层的材料为氧化硅或高k介质材料。 可选的，所述高k 介质材料为 Hf02、HfS1, HfS1N, HfTaO, HfT1, HfZrO, ZrO2 或 Al2O3U 可选的，所述栅导电层的材料为多晶硅或金属。 可选的，所述替代栅极结构的形成过程为:在所述牺牲膜表面依次形成掩膜层以及位于掩膜层表面的光刻胶层，所述光刻胶层具有对应替代栅极结构的图形，以所述光刻胶层为掩膜，依次刻蚀掩膜层、牺牲膜、阻挡层和介质层，形成替代栅极结构，去除光刻胶层。 可选的，采用灰化工艺或湿法清洗工艺去除所述光刻胶层。 与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点: 本专利技术提供的技术方案，在替代栅极结构形成后，对刻蚀阻挡层进行氮化处理，增加了刻蚀阻挡层侧壁区域氮原子的含量，所述氮原子含量的增加，有利于增大刻蚀阻挡层的介电常数，而等效栅氧化层厚度与介电常数成反比，因此半导体器件等效栅氧化层厚度得到减小，从而提高半导体器件的可靠性，减小半导体器件的漏电流。 进一步，本专利技术实施例中，采用了优化的工艺:向反应腔室内通入NH3 ;所述順3不仅提高了刻蚀阻挡层中氮原子含量，提高刻蚀阻挡层的介电常数，减小半导体器件的等效栅氧化层厚度；所述NH3中的氢原子也对刻蚀阻挡层进行了还原处理，氢原子与刻蚀阻挡层中的氧原子反应，使得氧原子脱离刻蚀阻挡层，进一步提高刻蚀阻挡层的介电常数，进一步减小了半导体器件的等效栅氧化层厚度。等效栅氧化层厚度的减小，有利于减小半导体器件的漏电流，改善半导体器件的电学性能。 更进一步的，在所述半导体衬底表面形成有偏移侧墙，所述偏移侧墙位于栅极结构两侧；所述偏移侧墙的形成有利于抑制半导体器件的短沟道效应，所述偏移侧墙还可以保护刻蚀阻挡层不被后续工艺所述氧化，提供半导体器件的可靠性；且所述偏移侧墙形成过程中，侧墙膜牺牲膜与氮化处理在同一个反应腔室内进行，避免了刻蚀阻挡层被反应腔室外环境中的氧气所氧化，且减少了半导体器件进出反应腔室的时间，提高了半导体器件制作效率。 【专利附图】【附图说明】 图1为前栅工艺形成半导体器件的流程示意图； 图2为后栅工艺形成半导体器件的流程示意图； 图3至图9为本专利技术一实施例半导体器件制作过程的剖面结构示意图。 【具体实施方式】 由
技术介绍
可知，现有技术形成的半导体器件仍存在漏电流大以及可靠性差的问题。 为此，针对半导体器件的形成工艺进行研究，发现半导体器件的形成工艺分为前棚工艺(Gate First)和后棚工艺(Replacement Gate)。 采用前栅工艺形成半导体器件包括如下步骤，请参考图1:步骤S11、提供半导体衬底；步骤S12、在所述半导体衬底表面依次形成介质层和导电层；步骤S13、在所述导电层表面形成图形化的掩膜层；步骤S14、以所述掩膜层为掩膜，依次刻蚀导电层和介质层，在所述半导体衬底表面形成栅极结构，所述栅极结构包括:位于半导体衬底表面的栅介质层以及位于栅介质层表面的栅导电层；步骤S15、在所述半导体衬底表面形成偏移侧墙，所述偏移侧墙位于栅极结构两侧；步骤S16、以所述偏移侧墙为掩膜，对栅极结构两侧的半导体衬底进行掺杂，形成扩展区；步骤S17、在所述半导体衬底表面形成侧墙，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制作方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成介质层、位于介质层表面的阻挡层以及位于阻挡层表面的牺牲膜；依次刻蚀所述牺牲膜、阻挡层和介质层，在半导体衬底表面形成替代栅极结构，所述替代栅极结构包括：位于半导体衬底表面的栅介质层、位于栅介质层表面的刻蚀阻挡层和位于刻蚀阻挡层表面的牺牲层；对所述刻蚀阻挡层进行氮化处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何有丰，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31