半导体器件的形成方法技术

一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底，第一区域部分基底上形成有第一伪栅，第二区域部分基底上形成有第二金属栅极，所述第一区域和第二区域基底表面形成有层间介质层；将部分厚度的第二金属栅极转化为金属氮化层，且在氮化处理过程中，部分第一伪栅转化为半导体氮化层；在第三区域基底上形成硬掩膜层；以硬掩膜层为掩膜，采用含氟气体和H2刻蚀去除半导体氮化层以及剩余第一伪栅，在第一区域层间介质层内形成第一开口；形成填充满第一开口的第一金属栅极。本发明专利技术在刻蚀半导体氮化层时层间介质层的损失量小，从而提高半导体器件的电学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制作领域技术，特别涉及一种半导体器件的形成方法。
技术介绍
目前，在半导体器件的制造工艺中，P型金属氧化物半导体(PMOS，PtypeMetalOxideSemiconductor)管、N型金属氧化物半导体(NMOS，NtypeMetalOxideSemiconductor)管、或者由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型金属氧化物半导体(CMOS，ComplementaryMetalOxideSemiconductor)管是构成芯片的主要器件。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，器件的几何尺寸遵循摩尔定律不断缩小。当器件尺寸减小到一定程度时，各种因为器件的物理极限所带来的二级效应相继出现，器件的特征尺寸按比例缩小变得越来越困难。其中，在半导体制作领域，最具挑战性的是如何解决器件漏电流大的问题。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，并使用金属作为栅电极，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，减小了器件的漏电流。然而，尽管引入的高k金属栅工艺，现有技术形成的半导体器件的电学性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是在先形成第二金属栅极后形成第一金属栅极的工艺中，刻蚀去除第一伪栅的工艺过程中层间介质层损失量过多。r>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：提供包括第一区域、第二区域和第三区域的基底，所述第一区域部分基底上形成有第一伪栅，所述第二区域部分基底上形成有第二金属栅极，所述第一区域和第二区域基底表面形成有层间介质层，且所述层间介质层还覆盖于第一栅极侧壁表面和第二金属栅极侧壁表面；对所述第二金属栅极表面进行氮化处理，将部分厚度的第二金属栅极转化为金属氮化层，且在氮化处理过程中，部分第一伪栅转化为半导体氮化层；在所述第三区域基底上形成硬掩膜层，所述硬掩膜层暴露出半导体氮化层表面、以及第一区域和第二区域层间介质层表面；以所述硬掩膜层为掩膜，采用含氟气体和H2刻蚀去除半导体氮化层以及剩余第一伪栅，在所述第一区域层间介质层内形成第一开口；形成填充满所述第一开口的第一金属栅极。可选的，所述含氟气体为CF4、CHF3或CF3I；所述刻蚀去除半导体氮化层以及剩余第一伪栅的气体还包括O2。可选的，采用N2和NH3进行所述氮化处理；所述氮化处理的处理温度为300摄氏度至1000摄氏度。可选的，所述第一伪栅的材料为多晶硅；所述半导体氮化层的材料为氮化硅；所述层间介质层的材料为氧化硅。可选的，所述刻蚀去除半导体氮化层时H2流量为10sccm至50sccm。可选的，采用中性粒子束刻蚀工艺刻蚀去除所述半导体氮化层。可选的，所述中性粒子束刻蚀工艺的工艺参数为：CF3I流量为10sccm至50sccm，O2流量为1sccm至10sccm，H2流量为10sccm至50sccm，提供源功率为1000瓦至2000瓦，提供偏置功率为10瓦至40瓦。可选的，所述刻蚀去除剩余第一伪栅时H2流量为2sccm至5sccm。可选的，采用等离子体刻蚀工艺或中性粒子束刻蚀工艺刻蚀去除所述剩余第一伪栅。可选的，采用中性粒子束刻蚀工艺刻蚀去除所述剩余第一伪栅的工艺参数为：CF3I流量为10sccm至50sccm，O2流量为1sccm至10sccm，H2流量为2sccm至5sccm，提供源功率为1000瓦至2000瓦，提供偏置功率为50瓦至100瓦。可选的，形成所述硬掩膜层的工艺步骤包括：在所述第三区域基底上、半导体氮化层表面、金属氮化层表面、以及层间介质层表面形成初始硬掩膜层；采用干法刻蚀工艺刻蚀所述初始硬掩膜层，暴露出半导体氮化层表面、金属氮化层、以及第一区域和第二区域层间介质层表面，形成所述硬掩膜层。可选的，所述刻蚀初始硬掩膜层的刻蚀气体包括Cl2；所述初始硬掩膜层的材料为TiN或TaN。可选的，采用同步脉冲刻蚀工艺刻蚀所述初始硬掩膜层；所述同步脉冲刻蚀工艺的工艺参数为：Cl2流量为50sccm至500sccm，O2流量为0sccm至100sccm，He流量为50sccm至500sccm，提供源功率为100瓦至2000瓦，源功率占空比为10％至80％，偏置功率为0瓦至200瓦，偏置功率占空比为10％至80％，脉冲频率为100赫兹至10千赫兹。可选的，所述第二金属栅极包括：第二功函数层以及位于第二功函数层表面的第二金属体层，且所述第二金属体层与第二区域层间介质层顶部齐平。可选的，将所述部分厚度的第二金属栅极转化为金属氮化层的方法为：将部分厚度的第二金属体层转化为金属氮化层。可选的，所述第二金属体层的材料包括铜、铝或钨；所述第二金属体层的材料为铝时，所述金属氮化层的材料为氮化铝。可选的，在形成所述第一开口之后、形成所述第一金属栅极之前，还包括步骤：采用CF4气体对第一开口进行刻蚀后处理；所述刻蚀后处理的工艺参数为：反应腔室压强为0.2托至1托，提供射频源功率为50瓦至200瓦，还向反应腔室内通入Ar，其中，Ar与CF4的气体流量比值为0至0.3，工艺时长为10秒至600秒。可选的，所述第一金属栅极包括：位于第一开口底部和侧壁表面的第一功函数层；位于第一功函数层表面且填充满所述第一开口的第一金属体层，且所述第一金属体层顶部与第一区域层间介质层顶部齐平。可选的，所述第一金属栅极与基底之间形成有第一栅介质层；所述第二金属栅极与基底之间形成有第二栅介质层。可选的，所述第一区域为NMOS区域或PMOS区域；所述第二区域为NMOS区域或PMOS区域，且所述第一区域与第二区域的区域类型不同。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的提供的半导体器件的形成方法的技术方案中，在形成硬掩膜层之前，对第二金属栅极表面进行氮化处理，将部分厚度的第二金属栅极转化为金属氮化层，所述金属氮化层能够避免形成硬掩膜层的过程中的Cl2进入第二金属栅极中，且在氮化处理过程中部分第一伪栅转化为半导体氮化层；为了避免在刻蚀去除半导体氮化层过程中，刻蚀工艺对半导体氮化层和层间介质层的刻蚀选择性差，本专利技术中刻蚀去除半导体氮化层时的刻蚀气体包括含氟气体和H2。在刻蚀去除半导体氮化层的过程中，氢离子与部分氟离子结合后从层间介质层表面逸出，使得刻蚀层间介质层表面的氟离子的量减少，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供包括第一区域、第二区域和第三区域的基底，所述第一区域部分基底上形成有第一伪栅，所述第二区域部分基底上形成有第二金属栅极，所述第一区域和第二区域基底表面形成有层间介质层，且所述层间介质层还覆盖于第一栅极侧壁表面和第二金属栅极侧壁表面；对所述第二金属栅极表面进行氮化处理，将部分厚度的第二金属栅极转化为金属氮化层，且在氮化处理过程中，部分第一伪栅转化为半导体氮化层；在所述第三区域基底上形成硬掩膜层，所述硬掩膜层暴露出半导体氮化层表面、以及第一区域和第二区域层间介质层表面；以所述硬掩膜层为掩膜，采用含氟气体和H2刻蚀去除半导体氮化层以及剩余第一伪栅，在所述第一区域层间介质层内形成第一开口；形成填充满所述第一开口的第一金属栅极。

【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：
提供包括第一区域、第二区域和第三区域的基底，所述第一区域部分基
底上形成有第一伪栅，所述第二区域部分基底上形成有第二金属栅极，所述
第一区域和第二区域基底表面形成有层间介质层，且所述层间介质层还覆盖
于第一栅极侧壁表面和第二金属栅极侧壁表面；
对所述第二金属栅极表面进行氮化处理，将部分厚度的第二金属栅极转
化为金属氮化层，且在氮化处理过程中，部分第一伪栅转化为半导体氮化层；
在所述第三区域基底上形成硬掩膜层，所述硬掩膜层暴露出半导体氮化
层表面、以及第一区域和第二区域层间介质层表面；
以所述硬掩膜层为掩膜，采用含氟气体和H2刻蚀去除半导体氮化层以及
剩余第一伪栅，在所述第一区域层间介质层内形成第一开口；
形成填充满所述第一开口的第一金属栅极。
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，所述含氟气
体为CF4、CHF3或CF3I；所述刻蚀去除半导体氮化层以及剩余第一伪栅的
气体还包括O2。
3.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，采用N2和
NH3进行所述氮化处理；所述氮化处理的处理温度为300摄氏度至1000摄
氏度。
4.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，所述第一伪
栅的材料为多晶硅；所述半导体氮化层的材料为氮化硅；所述层间介质层
的材料为氧化硅。
5.根据权利要求4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述刻蚀去
除半导体氮化层时H2流量为10sccm至50sccm。
6.根据权利要求4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，采用中性粒
子束刻蚀工艺刻蚀去除所述半导体氮化层。
7.根据权利要求6所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述中性粒
子束刻蚀工艺的工艺参数为：CF3I流量为10sccm至50sccm，O2流量为

\t1sccm至10sccm，H2流量为10sccm至50sccm，提供源功率为1000瓦至
2000瓦，提供偏置功率为10瓦至40瓦。
8.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，所述刻蚀去
除剩余第一伪栅时H2流量为2sccm至5sccm。
9.根据权利要求8所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，采用等离子
体刻蚀工艺或中性粒子束刻蚀工艺刻蚀去除所述剩余第一伪栅。
10.根据权利要求9所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，采用中性粒
子束刻蚀工艺刻蚀去除所述剩余第一伪栅的工艺参数为：CF3I流量为
10sccm至50sccm，O2流量为1sccm至10sccm，H2流量为2sccm至5sccm，
提供源功率为1000瓦至2000瓦，提供偏置功率为50瓦至100瓦。
11.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，黄瑞轩，
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