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：提供包括第一区域和第二区域的衬底；形成覆盖于所述衬底表面的氧化膜、以及覆盖于氧化膜表面的氮氧化膜；对所述氮氧化膜表面进行氮离子扩散弱化化学处理；在进行所述氮离子扩散弱化化学处理之后，在所述第一区域氮氧化膜表面形成光刻胶层；以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀去除第二区域氮氧化膜以及氧化膜；去除所述光刻胶层；在所述第一区域的氮氧化膜表面以及第二区域衬底表面形成栅介质膜；在所述栅介质膜表面形成栅导电膜。本发明专利技术在避免负偏压不稳定性效应的同时，避免了光刻胶中毒问题，且满足核心器件和周边器件对栅介质层厚度的不同要求，提高形成的半导体器件的电学性能及良率。

【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
半导体器件按照功能区分可主要分为核心(Core)器件和周边(I/O)器件(或称为输入/输出器件)。按照半导体器件的电性类型区分，核心器件可分为核心NMOS器件和核心PMOS器件，输入/输出器件可分为输入/输出NMOS器件和输入/输出PMOS器件。通常情况下，输入/输出器件的工作电压比核心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，要求器件的栅介质层的厚度越厚，因此，输入/输出器件的栅介质层的厚度通常大于核心器件的栅介质层的厚度。而随着半导体制造技术的飞速发展，集成电路朝向高器件密度、高集成度方向发展，核心器件和输入/输出器件中的栅介质层的厚度不断减小，栅介质层的厚度的减小带来漏电流增大的问题。为解决漏电流增大的问题，当前提出的解决方法是，采用高k栅介质层材料代替传统的二氧化硅栅介质层材料，并使用金属作为栅电极层材料，以避免高k栅介质层材料与传统栅电极层材料发生费米能级钉扎效应。然而，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提供一种半导体器件的形成方法，改善形成的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半导体器件的形成方法，包括：提供包括第一区域和第二区域的衬底；形成覆盖于所述衬底表面的氧化膜、以及覆盖于氧化膜表面的氮氧化膜；对所述氮氧化膜表面进行氮离子扩散弱化化学处理；在进行所述氮离子扩散弱化化学处理之后，在所述第一区域氮氧化
膜表面形成光刻胶层；以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀去除第二区域氮氧化膜以及氧化膜；去除所述光刻胶层；在所述第一区域的氮氧化膜表面以及第二区域衬底表面形成栅介质膜；在所述栅介质膜表面形成栅导电膜。可选的，采用酸性溶液或碱性溶液对所述氮氧化膜表面进行氮离子扩散弱化化学处理。可选的，所述酸性溶液为氯化氢和过氧化氢的水溶液；所述碱性溶液为四甲基氢氧化铵溶液。可选的，所述四甲基氢氧化铵溶液中，四甲基氢氧化铵的质量百分比为2％至5％，氮离子扩散弱化化学处理的时长为20秒至2分钟。可选的，所述氯化氢和过氧化氢的水溶液中，氯化氢、过氧化氢和水的体积比为1：A：B，其中，A为1至5，B为10至100，氮离子扩散弱化化学处理的时长为20秒至2分钟。可选的，形成所述氧化膜以及氮氧化膜的工艺步骤包括：形成覆盖于所述衬底表面的初始氧化膜；对所述初始氧化膜进行氮化处理，将部分厚度的初始氧化膜转化为氮氧化膜，剩余的初始氧化膜作为氧化膜。可选的，所述氮化处理的工艺包括等离子体氮掺杂以及退火处理。可选的，所述等离子体氮掺杂为解耦等离子体氮掺杂；所述解耦等离子体氮掺杂的工艺参数为：N2流量为60标准毫升/分至100标准毫升/分，H2流量为100标准毫升/分至140标准毫升/分，腔室压强为10毫托至20毫托，提供功率为800瓦至1000瓦，时间为30秒至200秒。可选的，所述退火处理的工艺参数为：O2流量为800sccm至1000sccm，腔室压强为0.3毫托至0.6毫托，退火温度为1000摄氏度至1200摄氏度，时间为10秒至30秒。可选的，所述初始氧化膜的材料为氧化硅；采用原位水汽氧化法或湿氧氧化法形成所述初始氧化膜。可选的，形成所述光刻胶层的工艺步骤包括：形成覆盖于第一区域和第二区域的氮氧化膜表面的光刻胶膜；对所述光刻胶膜进行曝光处理、以及显
影处理，去除位于第二区域氮氧化膜表面的光刻胶膜，在第一区域氮氧化膜表面形成光刻胶层。可选的，采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除第二区域的氮氧化膜以及氧化膜；采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除所述光刻胶层。可选的，所述栅介质膜的材料为高k介质材料；所述栅导电膜的材料为金属材料或多晶硅。可选的，在形成所述栅介质膜之前，还包括步骤：在所述第二区域衬底表面形成热氧化层。可选的，所述高k介质材料为HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO2或Al2O3；所述金属材料为TiN、TaN、TaSiN、TiSiN、TaAlN或TiAlN、Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti、Ta、TaC、TaSiN、W、WN或WSi。可选的，所述栅介质膜的材料为氧化硅；所述栅导电膜的材料为多晶硅或掺杂的多晶硅。可选的，在形成所述栅导电膜之后，还包括步骤：在所述栅导电膜表面形成图形层；以所述图形层为掩膜，刻蚀第一区域的栅导电膜、栅介质膜、氮氧化膜以及氧化膜，形成位于第一区域衬底表面的第一栅极结构；同时以所述图形层为掩膜，刻蚀第二区域的栅导电膜以及栅介质膜，形成位于第二区域衬底表面的第二栅极结构。可选的，所述第一栅极结构包括氧化层、位于氧化层表面的氮氧化层、位于氮氧化层表面的第一栅介质层、以及位于第一栅介质层表面的第一栅导电层；所述第二栅极结构包括第二栅介质层以及位于第二栅介质层表面的第二栅导电层。可选的，所述第一区域为待形成输入或输出器件的区域，所述第二区域为待形成核心器件的区域。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的半导体器件的形成方法的技术方案中，形成覆盖于衬底表面的氧化膜、以及覆盖于氧化膜表面的氮氧化膜，使得后续形成的周边器件
的栅介质层中含有氮氧化层，所述氮氧化层有利于缓解负偏压不稳定性效应问题；然后对氮氧化膜表面进氮离子扩散弱化化学处理，使氮氧化膜中的氮离子扩散进入光刻胶层的扩散能力降低，避免了“光刻胶中毒”问题，使得本专利技术中形成的光刻胶层的图形形貌好、图形精确度高；然后以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀去除第二区域的氮氧化膜以及氧化膜，由于光刻胶层的图形形貌好、图形精确度高，使得第二区域的氮氧化膜以及氧化膜被去除干净，且避免对第二区域衬底造成过刻蚀问题，当刻蚀完成后第二区域衬底表面平坦度好；在去除光刻胶层后，在第一区域的氮氧化膜表面以及第二区域衬底表面形成栅介质膜，在栅介质膜表面形成栅导电膜。由于第二区域衬底表面平坦度好，因此第二区域的栅介质膜顶部比表面平坦度好，相应的第二区域栅导电膜的厚度均匀性高，从而提高半导体器件的电学性能。同时，后续会在第一区域形成第一栅极结构，在第二区域形成第二栅极结构，其中，第一栅极结构的栅介质层的厚度为氧化膜的厚度、氮氧化膜的厚度与栅介质膜的厚度之和，第二栅极结构的栅介质层的厚度为栅介质膜的厚度，明显第一栅极结构的栅介质层的厚度大于第二栅极结构的栅介质层的厚度，从而满足不同器件对栅介质层厚度的不同要求。进一步，采用酸性溶液或碱性溶液对所述氮氧化膜表面进行氮离子扩散弱化化学处理，仅将氮氧化膜表面的材料转化为对光刻胶无害的材料，而氮氧化膜中的氧和氮含量几乎保持不变。进一步，采用氯化氢和过氧化氢的水溶液、或者四甲基氢氧化铵溶液，对所述氮氧化膜表面进行氮离子扩散弱化化学处理，避免在对氮氧化膜表面引入不必要的杂质。更进一步，采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除第二区域的氮氧化膜以及氧化膜，避免了干法刻蚀工艺对第二区域衬底表面带来的晶格损伤。附图说明图1至图10为本专利技术一实施例提供的半导体器件形成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的电学性能有待提高。在一个实施例中，当半导体器件包括核心器件以及周边器件时，为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供包括第一区域和第二区域的衬底；形成覆盖于所述衬底表面的氧化膜、以及覆盖于氧化膜表面的氮氧化膜；对所述氮氧化膜表面进行氮离子扩散弱化化学处理；在进行所述氮离子扩散弱化化学处理之后，在所述第一区域氮氧化膜表面形成光刻胶层；以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀去除第二区域氮氧化膜以及氧化膜；去除所述光刻胶层；在所述第一区域的氮氧化膜表面以及第二区域衬底表面形成栅介质膜；在所述栅介质膜表面形成栅导电膜。

【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：提供包括第一区域和第二区域的衬底；形成覆盖于所述衬底表面的氧化膜、以及覆盖于氧化膜表面的氮氧化膜；对所述氮氧化膜表面进行氮离子扩散弱化化学处理；在进行所述氮离子扩散弱化化学处理之后，在所述第一区域氮氧化膜表面形成光刻胶层；以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀去除第二区域氮氧化膜以及氧化膜；去除所述光刻胶层；在所述第一区域的氮氧化膜表面以及第二区域衬底表面形成栅介质膜；在所述栅介质膜表面形成栅导电膜。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，采用酸性溶液或碱性溶液对所述氮氧化膜表面进行氮离子扩散弱化化学处理。3.根据权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述酸性溶液为氯化氢和过氧化氢的水溶液；所述碱性溶液为四甲基氢氧化铵溶液。4.根据权利要求3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述四甲基氢氧化铵溶液中，四甲基氢氧化铵的质量百分比为2％至5％，氮离子扩散弱化化学处理的时长为20秒至2分钟。5.根据权利要求3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述氯化氢和过氧化氢的水溶液中，氯化氢、过氧化氢和水的体积比为1：A：B，其中，A为1至5，B为10至100，氮离子扩散弱化化学处理的时长为20秒至2分钟。6.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，形成所述氧化膜以及氮氧化膜的工艺步骤包括：形成覆盖于所述衬底表面的初始氧化膜；对所述初始氧化膜进行氮化处理，将部分厚度的初始氧化膜转化为氮氧化膜，剩余的初始氧化膜作为氧化膜。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，所述氮化处
\t理的工艺包括等离子体氮掺杂以及退火处理。8.根据权利要求7所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述等离子体氮掺杂为解耦等离子体氮掺杂；所述解耦等离子体氮掺杂的工艺参数为：N2流量为60标准毫升/分至100标准毫升/分，H2流量为100标准毫升/分至140标准毫升/分，腔室压强为10毫托至20毫托，提供功率为800瓦至1000瓦，时间为30秒至200秒。9.根据权利要求7所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述退火处理的工艺参数为：O2流量为800sccm至1000sccm，腔室压强为0.3毫托至0.6毫托，退火温度为1000摄氏度至1200摄氏度，时间为10秒至30秒。10.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕新，杨志勇，
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