半导体结构形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体制造领域，特别是设及一种半导体结构形成方法。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路制造技术的快速发展，半导体器件的技术节点在不断减小，器件的 尺寸也遵循摩尔定律不断缩小，由半导体器件接近物理极限所带来的各种工艺困难也相继 出现。在半导体器件制造领域，如何解决晶体管漏电流和功耗增大成为了具有挑战性的难 题，运种现象主要是由传统栅介质层厚度不断减小所造成的。现有技术提供的解决方法，W 高k栅介质材料代替传统的栅介质材料，同时采用金属栅极替代多晶娃栅极，可W有效降 低晶体管漏电流和功耗，优化半导体器件的电学性能。
[0003] 现有技术提供了一种具有金属栅极的半导体器件制造方法，包括：提供半导体衬 底，在所述衬底上形成若干伪栅极，所述伪栅极包括位于半导体衬底表面的高k材料栅介 质层和位于栅介质层表面的伪栅层；形成覆盖伪栅极和半导体衬底表面的层间介质层；W 所述伪栅极为停止层，对所述层间介质层进行化学机械抛光；去除所述伪栅极中的伪栅层， 形成伪栅开口；形成填充满所述伪栅开口的金属栅极，所述金属栅极包括覆盖伪栅开口侧 面及底面的功能层和覆盖功能层的金属栅极层。
[0004] 在CMOS晶体管的制造中，因 PMOS晶体管和NMOS晶体管的不同性能，需要形成具 有不同功能层的金属栅极，因此PMOS晶体管和NMOS晶体管的金属栅极需要在不同的工艺 步骤中形成。常见的方法为先去除PMOS或者NMOS其中之一对应的伪栅层W形成PMOS或 者NMOS其中之一的金属栅极，之后去除另一伪栅极W形成另一金属栅极，在去除另一伪栅 极至形成另一金属栅极的过程中，采用的一些工艺步骤会对已形成的金属栅极造成严重损 伤，致使半导体器件失效。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的问题是提供一种半导体结构形成方法，解决金属栅极形成过程中对 金属栅极损伤严重的问题。
[0006] 为解决上述问题，本发明提供了一种半导体结构的形成方法，包括：提供半导体衬 底，所述半导体衬底表面形成有若干伪栅极，所述伪栅极包括位于半导体衬底表面的栅介 质层、位于栅介质层表面的金属层和位于金属层表面的伪栅层，所述伪栅极包括第一伪栅 极和第二伪栅极；去除第一伪栅极的伪栅层，形成第一伪栅开口；形成填充满所述第一伪 栅开口的第一侣栅极，所述第一侣栅极包括覆盖第一伪栅开口侧面及底面的第一功能层W 及覆盖第一功能层的第一侣栅层；对所述第一侣栅层顶面进行改性处理，形成侣栅极保护 层；去除第二伪栅极的伪栅层，形成第二伪栅开口；形成填充满所述第二伪栅开口的第二 侣栅极，所述第二侣栅极包括覆盖第二伪栅开口侧面及底面的第二功能层W及覆盖第二功 能层的第二侣栅层。
[0007] 可选的，在相邻的第一伪栅极和第二伪栅极之间还形成有层间介质层，所述层间 介质层与第一伪栅极和第二伪栅极顶面齐平。
[000引可选的，所述侣栅极保护层为氮化侣，厚度为1OA~40 A。
[0009] 可选的，所述对第一侣栅层顶面进行改性处理的工艺为离子注入或者氮源气体氛 围下的局溫退火。
[0010] 可选的，采用离子注入工艺对第一侣栅层顶面进行改性处理的步骤包括：形成覆 盖第二伪栅极顶面及部分层间介质层顶面的图形化的屏蔽掩模层；W所述屏蔽掩模层为掩 模，对第一侣栅层顶部进行离子注入改性处理，形成侣栅极保护层；去除所述屏蔽掩模层。
[0011] 可选的，所述离子注入的注入离子为氮离子，氮离子的注入浓度为IX l〇i2atom/ cm3~5X 10 i5atom/cm3,注入能量为0. 5Kev~5Kev，离子注入的方向垂直于半导体衬底表 面。
[0012] 可选的，所述氮源气体氛围下的高溫退火，氮源气体为成0或者畑3,退火溫度为 600°C~800°C，退火时间为2分钟~5分钟。
[0013] 可选的，在形成了第二伪栅开口后还包括对所述第二伪栅开口的清洗工艺，所述 清洗工艺采用氨氣酸水溶液，其中氨氣酸的质量百分比浓度为0. 05%~0. 2%，溶液的溫 度为20°C~40°C，工艺时间为1分钟~3分钟。
[0014] 可选的，所述侣栅极保护层适于保护第一侣栅层不被氨氣酸水溶液腐蚀。
[0015] 可选的，所述栅介质层还包括位于半导体衬底表面的第一栅介质层和位于所述第 一栅介质层表面的第二栅介质层。
[0016] 可选的，所述第一栅介质层为厚度2A~10盖的Si化或者SiON,所述第二栅介质层 为厚度5A~30A的Hf〇2、HfON、Zr〇2或者ZrON,所述金属层为厚度:l〇A~20A的Ti、TiN、Ta 或者TaN,所述伪栅层为厚度500A~700A的多晶娃。
[0017] 可选的，去除所述第一伪栅极的伪栅层的步骤包括：形成覆盖第二伪栅极顶面及 部分层间介质层顶面的图形化的第一掩模层；W所述第一掩模层为掩模，刻蚀第一伪栅极 的伪栅层，直至暴露出第一伪栅极的金属层表面；去除所述第一掩模层。
[0018] 可选的，所述刻蚀第一伪栅极的伪栅层的工艺为干法刻蚀，刻蚀气体包含皿r、 012、5。6、册3、〇2、4'、胎、012。2和（：邸3中一种或几种，刻蚀气体的流量为5〇3(3畑1~50〇3(3畑1， 气体压力为2mtorr~20mtorr，电场偏压为50V~450V，功率为200W~600W，溫度为 30°C ~60°C。
[0019] 可选的，所述第一功能层为厚度10某吗40A的Ti、化、TiN、TaN、TiAl、hC、hSiN、 TiAlN中一种或几种，第一侣栅层的材料为金属侣。
[0020] 可选的，去除第二伪栅极的伪栅层的工艺为干法刻蚀，刻蚀气体包含皿r、Cl2、SFe、 册3、化、4'、胎、細2。2和(：邸3中一种或几种，刻蚀气体的流量为5〇3(3(3111~50〇3(3(3111，气体压力 为2mtorr~20mtorr，电场偏压为50V~450V，功率为200W~600W，溫度为30°C~60°C。 阳02U 可选的，所述第二功能层为厚度IOA~50A的Ti、化、TiN、TaN、TiAl、hC、hSiN、 TiAlN中一种或几种，第二侣栅层的材料为金属侣。
[0022] 可选的，在形成第二侣栅极之后还包括对侣栅极保护层的化学机械抛光，适于去 除侣栅极保护层，暴露出未被改性的第一侣栅层顶面。
[0023] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有W下优点：
[0024] 本发明提供一种半导体结构形成方法实施例，通过在形成第一侣栅极之后，对第 一侣栅极中第一侣栅层顶面进行改性处理，形成侣栅极保护层，避免后续工艺对第一侣栅 层的损伤，大大降低了半导体器件的失效几率。
[0025] 进一步地，所述侣栅极保护层为氮化侣，形成所述氮化侣的侣栅极保护层是通过 离子注入或者氮源气体氛围下的高溫退火，所述离子注入的注入离子为氮离子，所述氮源 气体氛围是成0或者NHs气体氛围，两种工艺都为氮化侣的形成提供了氮源，有利于氮化侣 的侣栅极保护层稳定形成，且不会对第二伪栅极和层间介质层造成不利影响。
[00%] 进一步地，在形成了第二伪栅开口后还包括对所述第二伪栅开口的清洗工艺，所 述清洗工艺采用的氨氣酸水溶液容易对第一侣栅层造成严重损伤，而氮化侣的侣栅极保护 层对氨氣酸水溶液有很高的抗腐蚀性，因此能够保护第一侣栅层不受氨氣酸水溶液的腐蚀 损伤。
[0027] 进一步地，通过所述离子注入或者氮源气体氛围下的高溫退火工艺形成的侣栅极 保护层厚度均匀、形成工艺可重复性高，也有利于后续去除侣栅极保护层的化学机械抛光 的工艺稳定性。