半导体结构的形成方法技术

半导体结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底，位于所述衬底上的层间介质层，覆盖所述层间介质层的栅介质层，以及覆盖所述栅介质层的功函数层，覆盖所述衬底和所述功函数层的金属栅极层；刻蚀所述金属栅极层和所述功函数层，形成第一凹槽，所述第一凹槽露出所述栅介质层的顶部；在所述第一凹槽和所述栅介质层上方形成第一掩膜层，所述第一掩膜层具有第一开口，所述第一开口露出所述金属栅极层和所述功函数层，并进行离子注入工艺；去除所述第一开口露出的所述金属栅极层和所述功函数层；去除所述第一掩膜层和所述栅介质层，并露出所述衬底。上述方案能够提升半导体结构器件的性能。器件的性能。器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构的形成方法


[0001]本专利技术实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构的形成方法。

技术介绍

[0002]在半导体制造中，随着超大规模集成电路的发展，集成电路特征尺寸(Critical Dimension，CD)持续减小。为了适应特征尺寸的减小，金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal
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Oxide
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Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)的沟道长度也相应不断缩短。然而，随着器件沟道长度的缩短，器件源极与漏极间的距离也随之缩短，因此栅极对沟道的控制能力随之变差，栅极电压夹断(Pinch Off)沟道的难度也越来越大，使得亚阈值漏电(Subthreshold Leakage)现象，即所谓的短沟道效应(Short
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Channel Effects，SCE)更容易发生。
[0003]为了减小栅极漏电现象，开发出了高介电常数金属栅极(High
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K Metal Gate，HKMG)工艺，其利用新型的高K介质材料代替传统的氮氧化硅(SION)作为栅极介质，且利用金属栅极代替多晶硅栅(Dummy Gate)。同时，由于高K介质材料绝缘层的等效氧化物厚度较薄，使得晶体管的特征尺寸得到进一步的缩小。
[0004]目前，在利用多晶硅平坦化(Poly
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open Chemical Mechanical Polishing，POC)工艺在形成金属栅极的过程中仍存在一些问题，例如会造成金属栅极残留、层间介质损耗等问题，影响半导体结构器件的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例解决的问题是提供一种半导体结构的形成方法，可以提升半导体结构器件的性能。
[0006]为解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底，位于所述衬底上的层间介质层，覆盖所述层间介质层的栅介质层，以及覆盖所述栅介质层的功函数层，覆盖所述衬底和所述功函数层的金属栅极层；刻蚀所述金属栅极层和所述功函数层，形成第一凹槽，所述第一凹槽露出所述栅介质层的顶部；在所述第一凹槽和所述栅介质层上方形成第一掩膜层，所述第一掩膜层具有第一开口，所述第一开口露出所述金属栅极层和所述功函数层，并进行离子注入工艺；除所述第一开口露出的所述金属栅极层和所述功函数层；去除所述第一掩膜层和所述栅介质层，并露出所述衬底。
[0007]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下优点：
[0008]本专利技术实施例提供的半导体结构的形成方法，提供基底，所述基底包括衬底，位于衬底上的层间介质层，覆盖所述层间介质层的栅介质层，以及覆盖所述栅介质层的功函数层，覆盖所述衬底和所述功函数层的金属栅极层，刻蚀所述金属栅极层和所述功函数层，形成第一凹槽，所述第一凹槽露出所述栅介质层的顶部；之后，在所述第一凹槽和所述栅介质层上方形成第一掩膜层，所述第一掩膜层具有第一开口，所述第一开口露出所述金属栅极
层和所述功函数层，并进行离子注入工艺，使得所述金属栅极层的表面改性，在去除所述第一开口露出的所述金属栅极层和所述功函数层过程中，去除速率更加均匀，且所述金属栅极层更易去除而不易残留；此外，由于所述栅介质层可以作为刻蚀停止层，从而避免层间介质层被刻蚀，因此可以提高半导体结构器件的性能。
[0009]可选方案中，由于所述第一开口的宽度大于刻蚀所述金属栅极层和所述功函数层形成的第一凹槽的宽度，因此，在进行离子注入工艺时，待去除的所述金属栅极层能够完全接受到注入的离子，使得后续更易去除所述金属栅极层。
[0010]可选方案中，在进行去除所述掩膜层和所述第二开口露出的所述栅介质层的步骤中，由于所述栅介质层的被去除速率大于所述层间介质的被去除速率，可以保护所述层间介质层不被刻蚀。
附图说明
[0011]图1至图6是一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图；
[0012]图7至图17是本专利技术半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
[0013]目前半导体结构的性能仍有待提高，现结合一种半导体结构的形成方法分析半导体结构的性能仍有待提高的原因。
[0014]参照图1至图6，示出了一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图。
[0015]参照图1，提供基底，所述基底包括衬底10，位于衬底10上的层间介质层11，覆盖所述层间介质层11的栅介质层13，以及覆盖所述栅介质层13的功函数层14，覆盖所述衬底10和所述功函数层14的金属栅极层15。
[0016]需要说明的是，在提供基底的步骤中，所述衬底10的上方还可以包括侧墙层12，所述侧墙层12位于所述层间介质层11两侧，且被所述栅介质层13覆盖。
[0017]参照图2，去除部分所述功函数层14和金属栅极层15，形成凹槽20，所述凹槽20露出所述栅介质层13的顶部。
[0018]参照图3，依次在所述衬底10上方形成掩膜层16、抗反射涂层17和光刻胶层18，所述光刻胶层18形成有露出所述抗反射涂层17的图形开口(图3未示出)，以所述光刻胶层18为掩膜，依次刻蚀所述抗反射涂层17和所述掩膜层16，在所述掩膜层16中形成开口30，所述开口30至少露出部分所述金属栅极层15和功函数层14。
[0019]参照图4，以所述掩膜层16为掩膜，刻蚀所述开口30露出的所述金属栅极层15，以及所述金属栅极层15覆盖的功函数层14，形成开口40，所述开口40露出位于所述衬底10上方的所述栅介质层13。
[0020]需要说明的是，形成所述开口40后，可以去除所述抗反射涂层17和光刻胶层18。
[0021]参照图5，去除所述掩膜层16和位于所述衬底10上方的栅介质层13，形成开口50，所述开口50露出所述衬底10。
[0022]参照图6，在所述基底上形成绝缘层19。
[0023]在上述半导体结构的形成的过程中，采用刻蚀工艺去除所述金属栅极层15的过程
中，会在栅介质层13的上方残留部分所述金属栅极层15，如图4中虚线圈区域I所示，残留的金属栅极会影响后续形成绝缘层19的形貌，严重时会使绝缘层19断裂，从而使得半导体器件结构的性能受到影响。
[0024]为解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底，位于所述衬底上的层间介质层，覆盖所述层间介质层的栅介质层，以及覆盖所述栅介质层的功函数层，覆盖所述衬底和所述功函数层的金属栅极层；刻蚀所述金属栅极层和所述功函数层，形成第一凹槽，所述第一凹槽露出所述栅介质层的顶部；在所述第一凹槽和所述栅介质层上方形成第一掩膜层，所述第一掩膜层具有第一开口，所述第一开口露出所述金属栅极层和所述功函数层，并进行离子注入工艺；除所述第一开口露出的所述金属栅极层和所述功函数层；去除所述第一掩膜层和所述栅介质层，并露出所述衬底。
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【技术保护点】

【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：提供基底，所述基底包括衬底，位于所述衬底上的层间介质层，覆盖所述层间介质层的栅介质层，以及覆盖所述栅介质层的功函数层，覆盖所述衬底和所述功函数层的金属栅极层；刻蚀所述金属栅极层和所述功函数层，形成第一凹槽，所述第一凹槽露出所述栅介质层的顶部；在所述第一凹槽和所述栅介质层上方形成第一掩膜层，所述第一掩膜层具有第一开口，所述第一开口露出所述金属栅极层和所述功函数层，并进行离子注入工艺；去除所述第一开口露出的所述金属栅极层和所述功函数层；去除所述第一掩膜层和所述栅介质层，并露出所述衬底。2.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述半导体结构的形成方法，还包括：在所述基底上形成绝缘层。3.根据权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述绝缘层的材料包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳氮化硅和氮化硼碳硅中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一开口的宽度大于所述第一凹槽的宽度。5.根据权利要求1至4任一项所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述在所述第一凹槽和所述栅介质层上方形成掩膜层，所述掩膜层具有第一开口，所述第一开口露出所述金属栅极层和所述功函数层，并进行离子注入工艺，包括：在所述第一凹槽和所述栅介质层上方依次形成第一掩膜层、第一抗反射涂层和第一光刻胶层，所述第一光刻胶层形成有露出部分所述第一抗反射涂层的第一图形开口；以所述第一光刻胶层为掩膜，沿所述第一图形开口依次刻蚀所述第一掩膜层和所述第一抗反射涂层，形成所述第一开口，所述第一开口露出部分所述金属栅极层和所述功函数层；向所述第一开口露出的部分所述金属栅极和所述功函数层进行离子注入；在离子注入完成后，进行退火处理。6.根据权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述在所述凹槽和所述栅介质层上方形成所述第一掩膜层的工艺包括化学气相沉积工艺。7.根据权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏博，亚伯拉罕，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：