半导体器件的形成方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体器件的形成方法，包括：在半导体衬底用于形成核心器件的第一区域和用于形成输入/输出器件的第二区域上形成第一栅氧化层后，在第二区域上形成保护层；形成伪栅材料层，刻蚀伪栅材料层、第一栅氧化层和保护层，形成第一伪栅结构和第二伪栅结构；在半导体衬底上形成介质层后；去除两个伪栅结构内的伪栅材料层，在介质层内形成第一栅极开口和第二栅极开口，第一栅极开口露出第一栅氧化层，第二栅极开口露出保护层；以保护层为掩模去除第一栅极开口内的第一栅氧化层，在第一栅极开口内形成第二栅氧化层；向两个栅极开口内填充金属材料，形成两个金属栅极。上述技术方案可提高具有核心器件和周边器件结构的半导体器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件的形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域技术，特别涉及一种半导体器件的形成方法。
技术介绍
随着集成电路制造技术的发展，集成电路的集成度不断增加，集成电路的特征尺寸也不断减小，而对于集成电路中各电器元件的质量要求也越发严格。集成电路制备工艺也不断革新，以提高制得的集成电路电器元件的质量。如在COMS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)栅极制备工艺中，逐渐采用后栅(gatelast)工艺形成金属栅极，以提高CMOS的性能。所谓后栅工艺，在半导体衬底上形成栅氧化层后，在栅氧化层上形成伪栅(如多晶硅栅极)；在半导体衬底内掺杂离子，并经高温退火工艺形成伪栅的源区和漏区后，在半导体衬底上形成介质层；之后去除伪栅，在介质层内形成栅极开口；接着在栅极开口内填充金属栅极材料，以形成金属栅极。相比于前栅工艺，直接在栅氧化层上形成金属栅极，之后于半导体衬底内形成金属栅极的源极和漏极的工艺，后栅工艺能减少形成源区和漏区时引入的高温对金属栅极的损伤，从而改善形成的半导体器件的电学性能。再进一步地，如在后栅工艺中，为了降低去除伪栅时造成伪栅下方的栅氧化层损伤进而影响后续形成的COMS栅极性能，形成栅极开口后，会继续去除栅极开口内先前所形成的栅氧化层，并在栅极开口底部形成另一栅氧化层。还如，在栅极结构中，采用高K(介电常数)电介质材料替代传统的二氧化硅，作为CMOS晶体管的栅氧化层材料，以在减小栅氧化层厚度的同时，减小栅极的损耗和栅电阻，以及掺杂物(例如硼)渗透到器件的沟道区域而引起栅极漏电流增加等缺陷。然而，即便如此，采用上述工艺所形成具有的核心(Core)器件和周边(I/O)器件(或称为输入/输出器件)结构的半导体器件的性能仍无法满足半导体器件发展需求。为此，如何改进具有核心器件和周边器件结构的半导体器件的制造工艺，以提高半导体器件的性能是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，以提高具有核心器件和周边器件结构的半导体器件的性能。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：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；在第一区域和第二区域的半导体衬底上形成第一栅氧化层；在第二区域的第一栅氧化层上形成保护层；在第一区域的栅氧化层和第二区域的保护层上形成伪栅材料层；刻蚀伪栅材料层、保护层和第一栅氧化层露出半导体衬底，在第一区域上形成第一伪栅结构，在第二区域上形成第二伪栅结构；在半导体衬底上形成介质层；去除第一伪栅结构和第二伪栅结构内的伪栅材料层，在第一区域上的介质层内形成第一栅极开口，在第二区域内的介质层内形成第二栅极开口，第一栅极开口露出第一栅氧化层，第二栅极开口露出保护层；以保护层为掩模去除第一栅极开口内的第一栅氧化层；在第一栅极开口内的半导体衬底上形成第二栅氧化层；在第一栅极开口和第二栅极开口内填充金属栅极材料，用于在第一栅极开口内形成第一金属栅极，在第二栅极开口内形成第二金属栅极。可选地，在形成第二栅氧化层之后，在第一栅极开口和第二栅极开口内填充金属栅极材料之前，形成方法还包括：在第一栅极开口的第二栅氧化层上，以及在第二栅极开口的第一栅极材料上形成高K栅极介质层；在第一栅极开口和第二栅极开口内填充金属栅极材料的步骤包括：在高K栅极介质层上形成金属栅极材料。可选地，高K栅极介质层的材料为高K介电材料，厚度为可选地，保护层的材料为高K介电材料；在第二栅极开口内填充金属栅极材料的步骤包括：保留保护层，在保护层上形成金属栅极材料。可选地，高K介电材料包括LaO、AlO、BaZrO、HfZrO、HfZrON、HfLaO、HfSiO、HfSiON、LaSiO、AlSiO、HfTaO、HfTiO、(Ba,Sr)TiO3、Al2O3或Si3N4。可选地，在形成第二栅氧化层后，在第一栅极开口和第二栅极开口内填充金属栅极材料前，半导体器件的形成方法还包括：去除保护层。可选地，保护层的材料为氮化硅、氮氧化硅、掺硼的氮氧化硅、掺碳的氮氧化硅或二氧化硅。可选地，保护层的形成方法为化学气相沉积或是原子层沉积。可选地，保护层的厚度为可选地，第一栅氧化层的形成方法为热氧化工艺。可选地，第一栅氧化层的厚度为可选地，第二栅氧化层的材料为二氧化硅或氮氧化硅。可选地，第二栅氧化层的厚度为可选地，第二栅氧化层的形成方法为化学气相沉积、物理气相沉积或是原子层沉积。可选地，伪栅材料层为多晶硅层。可选地，多晶硅层的厚度为可选地，第一栅氧化层的厚度大于第二栅氧化层的厚度。可选地，第一区域用于形成核心器件，第二区域用于形成输入/输出器件。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：在半导体衬底上形成第一栅氧化层后，在半导体衬底的第二区域的第一栅氧化层上形成保护层，之后在半导体衬底上形成介质层，并去除介质层内的伪栅材料层，在第一区域和第二区域的介质层内分别形成第一栅极开口和第二栅极开口后，第一栅极开口露出第一介质层，第二栅极露出保护层；之后，以保护层为掩模去除第一栅极开口内的第一栅氧化层时，保护层可保护第二栅极开口内的第一栅氧化层，以避免第二栅极开口内的第一栅氧化层受到损伤，之后在第一栅氧化层内形成第二栅氧化层，用以调节第一栅极开口和第二栅极开口内的栅氧化层的厚度。采用本专利技术提供的技术方案，可在半导体衬底不同的区域的栅极开口内形成厚度不一的栅氧化层；此外，相比现有技术，本专利技术免去了在去除半导体衬底的目标区域的栅极开口内的栅氧化层，以形成另一栅氧化层过程中，需要在半导衬底其余各个区域的栅极开口内填充光刻胶层，以作为阻挡层，之后完成目标区域内的另一栅氧化层形成后，再去除光刻胶层的繁琐步骤，不仅可简化工艺流程，而且可避免在向其余区域栅极开口内填充光刻胶层时，因为光刻胶层填充质量较差，从而在去除目标区域内的栅氧化层时，造成光刻胶层受损而导致光刻胶层下方的栅氧化层受损；以及在去除目标区域内的光刻胶层时，光刻胶残留在栅极开口内，而影响去除目标区域内的栅氧化层的效果；或是，去除其余区域内的光刻层时，光刻胶层残留在栅极开口内，从而影响后续形成于栅极开口内的栅极的质量等缺陷。进一步可选地，保护层的材料为高K栅极介质层，在以保护层为掩模去除第一栅极开口内的第一栅氧化层，并形成第二栅氧化层后，可直接在保护层上形成高K栅极介质层，并在第一栅极开口和第二栅极开口内填充金属栅极材料，以形成金属栅极，从而进一步简化工艺流程。附图说明图1～8为现有的具有的Core器件和I/O器件结构的半导体器件的结构示意图；图9至图18为本专利技术半导体器件的形成方法一实施例各步骤中半导体器件结构示意图；图19至图22为本专利技术半导体器件的形成方法另一实施例各步骤中半导体器件结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，采用现有工艺形成的具有的Core器件和I/O器件结构的半导体器件的性能仍无法满足半导体器件发展需求。分析其原因：通常情况下，I/O器件的工作电压比Core器件的工作电压大的多，为防止电击穿等问题，当器件的工作电压越大时，要求器件的栅氧化层的厚度越厚，因此，输入/输出器件的栅氧化层的厚度通常大于核心器件的栅氧化层的厚度。参考图1～图8为具有的核心(Core)器件和周边(I/O)器件(或称为输入/输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于形成核心器件，所述第二区域用于形成输入/输出器件；在第一区域和第二区域的半导体衬底上形成第一栅氧化层；在第二区域的第一栅氧化层上形成保护层；在第一区域的第一栅氧化层和第二区域的保护层上形成伪栅材料层；刻蚀伪栅材料层、保护层和第一栅氧化层露出半导体衬底，在第一区域上形成第一伪栅结构并在第二区域上形成第二伪栅结构；在第一栅极结构和第二栅极结构之间的半导体衬底上形成介质层；去除第一伪栅结构和第二伪栅结构内的伪栅材料层，在第一区域上的介质层内形成第一栅极开口并在第二区域内的介质层内形成第二栅极开口，所述第一栅极开口露出第一栅氧化层，所述第二栅极开口露出保护层；以保护层为掩模去除第一栅极开口内的第一栅氧化层；在第一栅极开口内的半导体衬底上形成第二栅氧化层；在第一栅极开口和第二栅极开口内填充金属栅极材料，以在第一栅极开口内形成第一金属栅极且在第二栅极开口内形成第二金属栅极。

【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：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于形成核心器件，所述第二区域用于形成输入/输出器件；在第一区域和第二区域的半导体衬底上形成第一栅氧化层；在第二区域的第一栅氧化层上形成保护层；在第一区域的第一栅氧化层和第二区域的保护层上形成伪栅材料层；刻蚀伪栅材料层、保护层和第一栅氧化层露出半导体衬底，在第一区域上形成第一伪栅结构并在第二区域上形成第二伪栅结构；在第一栅极结构和第二栅极结构之间的半导体衬底上形成介质层；去除第一伪栅结构和第二伪栅结构内的伪栅材料层，在第一区域上的介质层内形成第一栅极开口并在第二区域内的介质层内形成第二栅极开口，所述第一栅极开口露出第一栅氧化层，所述第二栅极开口露出保护层；以保护层为掩模去除第一栅极开口内的第一栅氧化层；在第一栅极开口内的半导体衬底上形成第二栅氧化层；在第一栅极开口的第二栅氧化层上，以及在第二栅极开口的保护层上形成高K栅极介质层；在第一栅极开口和第二栅极开口内填充金属栅极材料，包括：在高K栅极介质层上形成金属栅极材料，以在第一栅极开口内形成第一金属栅极且在第二栅极开口内形成第二金属栅极。2.如权利要求1半导体器件的形成方法，其特征在于，高K栅极介质层的厚度为3.如权利要求1半导体器件的形成方法，其特征在于，保护层的材料为高K介电材料；在第二栅极开口内填充金属栅极材料的步骤包括：在保护层上形成金属栅极材料。4.如权利要求3半导体器件的形成方法，其特征在于，高K介电材料包括LaO、AlO、BaZ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，
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