半导体结构的形成方法技术

一种半导体结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有高K介质材料层以及位于高K介质材料层上的伪栅材料层；在刻蚀腔内侧壁表面形成第一硅氧氯层；在形成第一硅氧氯层后，将半导体衬底置于刻蚀腔中；在将半导体衬底置于刻蚀腔中后，刻蚀去除部分所述伪栅材料层，形成伪栅；在形成伪栅后，在所述刻蚀腔的内侧壁表面以及伪栅的侧壁表面形成第二硅氧氯层；在形成第二硅氧氯层后，以所述伪栅为掩膜，刻蚀所述高K介质材料层，在伪栅底部形成高K栅介质层。本发明专利技术的方法保证工艺稳定性的同时，防止刻蚀腔内侧壁的损伤。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构的形成方法
本专利技术涉及半导体制作领域，特别涉及一种半导体结构的形成方法。
技术介绍
金属-氧化物-半导体晶体管(MOS晶体管)是构成集成电路尤其是超大规模集成电路的主要器件之一。自MOS晶体管专利技术以来，其几何尺寸按照摩尔定律一直在不断缩小，目前其特征尺寸已发展进入深亚微米以下。在此尺度下，器件的几何尺寸按比例缩小变得越来越困难。另外，在MOS晶体管器件及其电路制造领域，最具挑战性的是传统CMOS工艺在器件按比例缩小过程中，由于二氧化硅栅介质层高度减小所带来的从栅极向衬底的漏电流问题。为解决上述漏电问题，目前MOS晶体管工艺中，采用高K栅介质材料代替传统的二氧化硅栅介质，并使用金属作为栅电极，两者配合使用以避免栅极损耗以及硼渗透所导致的漏电流问题。目前制备金属栅极的工艺主要有两种方法，分别是“先栅极”和“后栅极”。“后栅极”又称为伪栅，使用该工艺时高介电常数栅介质层无需经过高温步骤，所以阈值电压VT偏移很小，芯片的可靠性更高。因此，后栅极工艺得到更广泛的应用。现有技术提供了一种形成金属栅极的方法，包括：提供半导体衬底；形成覆盖所述半导体衬底表面的高K栅介质材料层；高K栅介质材料层上形成伪栅；以所述伪栅为掩膜刻蚀所述高K栅介质材料层，在所述伪栅底部形成高K栅介质层；形成覆盖所述半导体衬底和伪栅侧壁的层间介质层，层间介质层的表面与伪栅的顶部表面齐平；去除所述伪栅，形成凹槽；形成填充满凹槽的金属栅极。但是现有技术形成的金属栅极的工艺稳定性仍有待提升。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是怎样提高形成金属栅极的工艺稳定性。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有高K介质材料层以及位于高K介质材料层上的伪栅材料层；在刻蚀腔内侧壁表面形成第一硅氧氯层；在形成第一硅氧氯层后，将半导体衬底置于刻蚀腔中；在将半导体衬底置于刻蚀腔中后，刻蚀去除部分所述伪栅材料层，形成伪栅；在形成伪栅后，在所述刻蚀腔的内侧壁表面以及伪栅的侧壁表面形成第二硅氧氯层；在形成第二硅氧氯层后，以所述伪栅为掩膜，刻蚀所述高K介质材料层，在伪栅底部形成高K栅介质层。可选的，所述第一硅氧氯层的厚度为2nm～20nm，第一硅氧氯层的材料为SixOyClz，其中x＝1，y＝1～3，z＝1～3。可选的，形成第一硅氧氯层采用的源气体为SiCl4和O2，SiCl4的流量为10～100SCCM，O2的流量为20～200SCCM，刻蚀腔中源功率为100～1000W，刻蚀腔中偏置电压0～50V，刻蚀腔压力为2～50mtorr。可选的，所述第二硅氧氯层的厚度为1～3nm，第二硅氧氯层材料为SixOyClz，其中x＝1，y＝1～3，z＝1～3。可选的，形成第二硅氧氯层采用的源气体为SiCl4和O2，SiCl4的流量为10～100SCCM，O2的流量为20～200SCCM，刻蚀腔中源功率为100～1000W，刻蚀腔中偏置电压0～50V，刻蚀腔压力为2～50mtorr。可选的，所述高K栅介质层的材料为HfO2、TiO2、HfZrO、HfSiNO、Ta2O5、ZrO2、ZrSiO2、Al2O3、SrTiO3或BaSrTiO。可选的，刻蚀所述高K栅介质层采用各向异性的干法刻蚀工艺。可选的，所述各向异性的干法刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺，所述等离子体刻蚀工艺采用的刻蚀气体为Cl2和BCl3，Cl2的流量为10～100sccm，BCl3的流量为10～100sccm，源功率为100～1000W，偏置电压为50～200V,腔室压力为2～30mtorr。可选的，还包括：去除所述伪栅侧壁表面的第二硅氧氯层。可选的，去除所述第二硅氧氯层采用的工艺为湿法刻蚀。可选的，湿法刻蚀采用的刻蚀溶液为稀释氢氟酸。可选的，稀释氢氟酸中水和氢氟酸的体积比为100:1～500:1。可选的，形成覆盖所述半导体衬底表面以及伪栅侧壁表面的介质层；去除所述伪栅结构，形成凹槽；在所述凹槽中填充金属，形成金属栅极。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的半导体结构的形成方法，在对伪栅材料层进行刻蚀之前，在刻蚀腔的内侧壁形成第一硅氧氯层，所述第一硅氧氯层防止刻蚀伪栅材料层时等离子体对刻蚀腔的内侧壁造成刻蚀损伤；在形成伪栅后，在所述刻蚀腔的内侧壁表面以及伪栅的侧壁表面形成第二硅氧氯层，形成第二硅氧氯层的目的：一方面，前述刻蚀伪栅材料层时，刻蚀腔内侧壁表面的第一硅氧氯层可能会损伤，如果直接进行后续高K介质材料层的刻蚀步骤，在刻蚀K介质材料层时，损伤的第一硅氧氯层碎片容易从刻蚀腔的内侧壁上脱落，碎片掉落在半导体衬底上会形成颗粒缺陷，影响工艺的稳定性，并且第一硅氧氯层的损伤，在刻蚀高K介质材料层时，对刻蚀腔内侧壁的保护性能会变弱；另一方面，在伪栅的侧壁表面形成第二硅氧氯层，在后续刻蚀高K介质材料层时，使得伪栅被第二硅氧氯层保护，伪栅的尺寸不会减小，保证了工艺的稳定性。另外，形成第一硅氧氯层和第二硅氧氯层的步骤以及刻蚀伪栅材料层和高K介质材料层的步骤均是在同一刻蚀腔中进行，工艺步骤简单，节省了整个工艺制程的时间，提高了工艺效率。附图说明图1～图8为本专利技术实施例半导体结构的形成过程的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
所言，现有形成金属栅极工艺的稳定性仍有待提升。研究发现，在形成伪栅后，采用伪栅为掩膜刻蚀高K栅介质材料层时，伪栅的侧壁也会被刻蚀，使得伪栅的尺寸会发生变化，后续去除伪栅形成凹槽时，使得凹槽的尺寸和凹槽中形成的金属栅极的尺寸也会发生变化，不利于工艺稳定性的提升，另外，在刻蚀高K栅介质层时，刻蚀气体对刻蚀腔的内侧壁容易产生腐蚀，影响刻蚀设备的使用寿命。本专利技术实施例提供了一种半导体结构的形成方法，在对伪栅材料层进行刻蚀之前，在刻蚀腔的内侧壁形成第一硅氧氯层，所述第一硅氧氯层防止刻蚀伪栅材料层时等离子体对刻蚀腔的内侧壁造成刻蚀损伤；在形成伪栅后，在所述刻蚀腔的内侧壁表面以及伪栅的侧壁表面形成第二硅氧氯层，形成第二硅氧氯层的目的：一方面，前述刻蚀伪栅材料层时，刻蚀腔内侧壁表面的第一硅氧氯层可能会损伤，如果直接进行后续高K介质材料层的刻蚀步骤，在刻蚀K介质材料层时，损伤的第一硅氧氯层碎片容易从刻蚀腔的内侧壁上脱落，碎片掉落在半导体衬底上会形成颗粒缺陷，影响工艺的稳定性，并且第一硅氧氯层的损伤，在刻蚀高K介质材料层时，对刻蚀腔内侧壁的保护性能会变弱；另一方面，在伪栅的侧壁表面形成第二硅氧氯层，在后续刻蚀高K介质材料层时，使得伪栅被第二硅氧氯层保护，伪栅的尺寸不会减小，保证了工艺的稳定性。另外，形成第一硅氧氯层和第二硅氧氯层的步骤以及刻蚀伪栅材料层和高K介质材料层的步骤均是在同一刻蚀腔中进行，工艺步骤简单，节省了整个工艺制程的时间，提高了工艺效率。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。在详述本专利技术实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。图1～图8为本专利技术实施例半导体结构的形成过程的结构示意图。参考图1，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200上形成有高K介质材料层201本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有高K介质材料层以及位于高K介质材料层上的伪栅材料层；在刻蚀腔内侧壁表面形成第一硅氧氯层；在形成第一硅氧氯层后，将半导体衬底置于刻蚀腔中；在将半导体衬底置于刻蚀腔中后，刻蚀去除部分所述伪栅材料层，形成伪栅；在形成伪栅后，在所述刻蚀腔的内侧壁表面以及伪栅的侧壁表面形成第二硅氧氯层；在形成第二硅氧氯层后，以所述伪栅为掩膜，刻蚀所述高K介质材料层，在伪栅底部形成高K栅介质层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有高K介质材料层以及位于高K介质材料层上的伪栅材料层；在刻蚀腔内侧壁表面形成第一硅氧氯层；在形成第一硅氧氯层后，将半导体衬底置于刻蚀腔中；在将半导体衬底置于刻蚀腔中后，刻蚀去除部分所述伪栅材料层，形成伪栅；在形成伪栅后，在所述刻蚀腔的内侧壁表面以及伪栅的侧壁表面形成第二硅氧氯层；在形成第二硅氧氯层后，以所述伪栅为掩膜，刻蚀所述高K介质材料层，在伪栅底部形成高K栅介质层。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一硅氧氯层的厚度为2nm～20nm，第一硅氧氯层的材料为SixOyClz，其中x＝1，y＝1～3，z＝1～3。3.如权利要求1或2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成第一硅氧氯层采用的源气体为SiCl4和O2，SiCl4的流量为10～100SCCM，O2的流量为20～200SCCM，刻蚀腔中源功率为100～1000W，刻蚀腔中偏置电压0～50V，刻蚀腔压力为2～50mtorr。4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二硅氧氯层的厚度为1～3nm，第二硅氧氯层材料为SixOyClz，其中x＝1，y＝1～3，z＝1～3。5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成第二硅氧氯层采用的源气体为SiCl4和O2，SiCl4的流量为10～100SCCM，O2的流量为20～200SCCM，刻蚀腔中源功率为100～1000...

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