專(zhuān)利名稱：一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，具有更高性能和更強(qiáng)功能的集成電路要求更大的元件密度，而且各個(gè)部件、元件之間或各個(gè)元件自身的尺寸、大小和空間也需要進(jìn)一步縮小(目前已經(jīng)可以達(dá)到45納米以下)，因此半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中對(duì)工藝控制的要求也越來(lái)越細(xì)化。很多情況下需要平衡各個(gè)工藝步驟的特定要求，達(dá)到最好的工藝控制效果。傳統(tǒng)半導(dǎo)體替代柵工藝中，大多采用多晶硅材料來(lái)制造偽柵結(jié)構(gòu)，雖然多晶硅可
以耐高溫，在對(duì)器件進(jìn)行退火處理時(shí)，不會(huì)影響其偽柵結(jié)構(gòu)。但是由于多晶硅材料過(guò)于堅(jiān)硬，因此在去除偽柵結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)帶來(lái)刻蝕困難，不容易對(duì)其進(jìn)行去除。因此，目前需要一種能夠有效降低偽柵刻蝕難度的半導(dǎo)體制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體制造方法，利于降低替代柵工藝中去除偽柵結(jié)構(gòu)的難度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包括以下步驟
(a)提供襯底；
(b)在所述襯底上形成柵極介質(zhì)層，在所述柵極介質(zhì)層上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)采用聚合物材料形成；
(c)對(duì)所述偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底注入雜質(zhì)形成源/漏區(qū)；
(d)去除所述偽柵結(jié)構(gòu)；
(e)對(duì)所述源/漏區(qū)進(jìn)行退火，以激活雜質(zhì)；
(f)形成金屬柵極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法有以下優(yōu)點(diǎn)
在形成偽柵結(jié)構(gòu)時(shí)，采用聚合物材料代替常規(guī)工藝中的多晶硅、非晶硅等材料。由于多晶硅難刻蝕，所以采用本發(fā)明中的聚合物材料制造偽柵結(jié)構(gòu)，可以很容易地將偽柵結(jié)構(gòu)刻蝕掉，形成柵極結(jié)構(gòu)。有效簡(jiǎn)化了刻蝕偽柵結(jié)構(gòu)的步驟，并且降低了去除偽柵結(jié)構(gòu)的工藝難度。


通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯
圖I是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式
的流程圖疒圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
按照?qǐng)DI示出的流程制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)過(guò)程中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)各個(gè)制造階段的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)描述。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此夕卜，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。參考圖1，圖I是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式
的流程圖，該方法包括
步驟SlOl，提供襯底；
步驟S102，在所述襯底上形成柵極介質(zhì)層，在所述柵極介質(zhì)層上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)采用聚合物材料形成；
步驟S103，對(duì)所述偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底形成源/漏區(qū)；
步驟S104，去除所述偽柵結(jié)構(gòu)；
步驟S105，對(duì)所述源漏區(qū)進(jìn)行退火，以激活雜質(zhì)；
步驟S106，形成金屬柵極。下面結(jié)合圖2至圖8對(duì)步驟SlOl至步驟S106進(jìn)行說(shuō)明，圖2至圖8是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)具體實(shí)施方式
按照?qǐng)DI示出的流程制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)過(guò)程中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)各個(gè)制造階段的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的附圖僅是為了示意的目的，因此沒(méi)有必要按比例繪制。步驟S101，提供襯底100。襯底100包括硅襯底(例如硅晶片)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計(jì)要求(例如P型襯底或者N型襯底)，襯底100可以包括各種摻雜配置。其他實(shí)施例中襯底100還可以包括其他基本半導(dǎo)體，例如鍺。或者，襯底100可以包括化合物半導(dǎo)體，例如碳化硅、砷化鎵、砷化銦或者磷化銦。典型地，襯底100可以具有但不限于約幾百微米的厚度，例如可以在400um-800um的厚度范圍內(nèi)。步驟S102，在所述襯底100上形成柵極介質(zhì)層210。所述柵極介質(zhì)層210可以是熱氧化層，包括氧化硅、氮氧化硅；也可為高K介質(zhì)，例如HfAlON、HfSiAlON, HfTaAlON,HfTiAlON,HfON、HfSiON、HfTaON,HfTiON,A1203、La203、ZrO2, LaAlO 中的一種或其組合，柵極介質(zhì)層210的厚度可以為Inm -IOnm,例如3nm、5nm或8nm?？梢圆捎脽嵫趸?、化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)等工藝來(lái)形成柵極介質(zhì)層210。在所述柵極介質(zhì)層210上形成偽柵結(jié)構(gòu)220，所述偽柵結(jié)構(gòu)220采用聚合物材料形成。所述聚合物材料包括聚甲基丙烯酸、聚碳酸酯、SU-8、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚對(duì)二甲苯中的一種或其任意組合。其形成方法可以采用沉積、CVD等。例如，如果采用SU-8來(lái)制造偽柵結(jié)構(gòu)220，即采用沉積的方式；由于聚酰亞胺是光刻膠，如果用其來(lái)制造偽柵結(jié)構(gòu)220，則可采用旋涂、曝光顯影的方式?？蛇x地，在柵極堆疊的側(cè)壁上形成側(cè)墻250，用于將柵極隔開(kāi)。側(cè)墻250可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅及其組合，和/或其他合適的材料形成。側(cè)墻250可以具有多層結(jié)構(gòu)。側(cè)墻250可以通過(guò)包括沉積刻蝕工藝形成，其厚度范圍可以是IOnm -IOOnmjB30nm、50nm 或 80nm。如圖 2 所不。步驟S103，形成源/漏區(qū)110。如圖3所示，源/漏區(qū)110可以通過(guò)向襯底100中注入P型或N型摻雜物或雜質(zhì)而形成，例如，對(duì)于PMOS來(lái)說(shuō)，源/漏區(qū)110可以是P型摻雜·亥IJ、離子注入、擴(kuò)散和/或其他合適工藝的方法形成。在本實(shí)施例中，源/漏區(qū)110在襯底100內(nèi)部，在其他一些實(shí)施例中，源/漏區(qū)110可以是通過(guò)選擇性外延生長(zhǎng)所形成的提升的源漏極結(jié)構(gòu)，其外延部分的頂部高于柵極堆疊底部(本說(shuō)明書(shū)中所指的柵極堆疊底部意指柵極堆疊與半導(dǎo)體襯底100的交界線)?？蛇x地，在形成側(cè)墻250之前，可以對(duì)偽柵220兩側(cè)的襯底100進(jìn)行淺摻雜，以形成源漏延伸區(qū)，還可以進(jìn)行Halo注入，以形成Halo注入?yún)^(qū)。其中淺摻雜的雜質(zhì)類(lèi)型與器件類(lèi)型一致，Halo注入的雜質(zhì)類(lèi)型與器件類(lèi)型相反。步驟S104，去除所述偽柵結(jié)構(gòu)220。特別地，可以在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的停止層300，參考圖4。所述停止層300可以包括Si3N4、氮氧化硅、碳化硅和/或其他合適的材料制成。停止層300可以采用例如CVD、物理氣相沉積(PVD)、ALD和/或其他合適的工藝制成。在一個(gè)實(shí)施例中，停止層300的厚度范圍為5nnT20nm。優(yōu)選地，還在所述停止層300上形成層間介質(zhì)層400。層間介質(zhì)層400可以通過(guò)CVD、高密度等離子體CVD、旋涂或其他合適的方法形成在停止層300上。層間介質(zhì)層400的材料可以采用包括SiO2、碳摻雜Si02、BPSG、PSG、UGS、氮氧化硅、低k材料或其組合。層間介質(zhì)層400的厚度范圍可以是40nm _150nm,如80nm、IOOnm或120nm。如圖5所示，執(zhí)行平坦化處理，使柵極堆疊上的停止層300暴露出來(lái)，并與層間介質(zhì)層400齊平(本發(fā)明中的術(shù)語(yǔ)“齊平”指的是兩者之間的聞度差在工藝誤差允許的范圍內(nèi))。值得注意的是，用于形成停止層300的材料要比形成層間介質(zhì)層400的材料硬度大，這樣才能保證在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)時(shí)，停止在停止層300上。參考圖6，選擇性地刻蝕暴露出來(lái)的停止層300，以便暴露出偽柵結(jié)構(gòu)220。停止層300可以采用濕刻和/或干刻除去。濕刻工藝包括采用氫氧包含溶液(例如氫氧化銨)、去離子水、或其他合適的刻蝕劑溶液；干刻工藝?yán)绨ǖ入x子體刻蝕等。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以再次采用CMP技術(shù)對(duì)所述停止層300進(jìn)行平坦化處理，直至所述偽柵結(jié)構(gòu)220露出，同樣能夠達(dá)到去除偽柵結(jié)構(gòu)220上方的停止層300的目的。
隨后，去除偽柵結(jié)構(gòu)220，停止于柵極介質(zhì)層210，如圖7所示。去除偽柵結(jié)構(gòu)220可以采用濕刻和/或干刻除去。在一個(gè)實(shí)施例中，采用等離子體刻蝕。步驟S105，進(jìn)行退火，以激活源/漏區(qū)110中的雜質(zhì)。對(duì)之前形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理，例如可以采用激光退火、閃光退火等，來(lái)激活半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以采用瞬間退火工藝對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火，例如在大約800-1100°C的高溫下進(jìn)行激光退火。應(yīng)當(dāng)注意，由于聚合物材料不耐高溫，因此一定要在去除偽柵結(jié)構(gòu)220之后，再對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行高溫處理。步驟S106，形成金屬柵極。金屬柵極可以只包括金屬導(dǎo)體層230，金屬導(dǎo)體層230可以直接形成于柵極介質(zhì)層210之上。金屬柵極還可以包括功函數(shù)金屬層240和金屬導(dǎo)體層 230。如圖8所示，優(yōu)選的，在柵極介質(zhì)層210上先沉積功函數(shù)金屬層240，之后再在功函 數(shù)金屬層240之上形成金屬導(dǎo)體層230。功函數(shù)金屬層240可以采用TiN、TaN等材料制成，其厚度范圍為3nnTl5nm。金屬導(dǎo)體層230可以為一層或者多層結(jié)構(gòu)。其材料可以為T(mén)aN、TaC、TiN、TaAIN、TiAlN、MoAlN、TaTbN, TaErN, TaYbN, TaSiN、HfSiN、MoSiN、RuTax, NiTax中的一種或其組合。其厚度范圍例如可以為IOnm -80nm,如30nm或50nm。在一個(gè)實(shí)施例中，可選地，可以在前述步驟中在柵極介質(zhì)層210上形成有功函數(shù)金屬層240，則可以在去除所述偽柵結(jié)構(gòu)220之后，暴露功函數(shù)金屬層240，并在所形成的開(kāi)口中的功函數(shù)金屬層240上形成金屬導(dǎo)體層230。由于在柵極介質(zhì)層210上形成有功函數(shù)金屬層240,因此,金屬導(dǎo)體層230形成于功函數(shù)金屬層240之上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，也可以不形成柵極側(cè)墻和層間介質(zhì)層，而在形成源漏之后，直接將所形成的偽柵結(jié)構(gòu)去除，并在去除偽柵結(jié)構(gòu)之后，在柵介質(zhì)層上重新形成金屬柵極。這種方案與上述的其他方案一樣，同樣能夠完成本發(fā)明實(shí)施例的替代柵技術(shù)。如上所述，通過(guò)實(shí)施本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，采用聚合物材料制造偽柵結(jié)構(gòu)，有效減小了去除偽柵結(jié)構(gòu)的刻蝕難度。雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對(duì)于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說(shuō)明書(shū)中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者以后即將開(kāi)發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)方法，其中，包括以下步驟 a)提供襯底(100)； b)在所述襯底(100)上形成柵極介質(zhì)層(210)，在所述柵極介質(zhì)層(210)上形成偽柵結(jié)構(gòu)(220 )，所述偽柵結(jié)構(gòu)(220 )采用聚合物材料形成； c )對(duì)所述偽柵結(jié)構(gòu)(220 )兩側(cè)的襯底(100 )注入雜質(zhì)形成源/漏區(qū)(110 ); d)去除所述偽柵結(jié)構(gòu)(220); e)對(duì)所述源/漏區(qū)(110)進(jìn)行退火，以激活所述雜質(zhì)； f )形成金屬柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在所述步驟d中，采用干法刻蝕方式去除所述偽柵結(jié)構(gòu)(220)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述步驟f包括 在所述柵極介質(zhì)層(210)上形成功函數(shù)金屬層(240)； 在所述功函數(shù)金屬層(240)上形成金屬導(dǎo)體層(230)，所述功函數(shù)金屬層(240)和金屬導(dǎo)體層(230)形成所述金屬柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在步驟b之后還包括步驟 g)在柵極堆疊的側(cè)壁形成側(cè)墻(250)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在步驟d之前還包括步驟 h)在所述襯底(100)上形成停止層(300)，以覆蓋所述源/漏區(qū)(110)以及位于所述襯底(100)上的棚極堆置； 則步驟d)去除所述偽柵結(jié)構(gòu)(220)之前，所述方法進(jìn)一步包括刻蝕去除位于所述偽柵結(jié)構(gòu)(220)上的停止層(300)或?qū)λ鐾Ｖ箤舆M(jìn)行平坦化處理至所述偽柵(220)露出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在步驟h之后還包括步驟 i)在所述停止層(300)上形成層間介質(zhì)層(400)； 則刻蝕去除位于所述偽柵結(jié)構(gòu)(220)上的停止層(300)的步驟之前還包括對(duì)所述層間介質(zhì)層(400 )進(jìn)行平坦化處理至所述停止層(300 )露出。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述聚合物材料包括聚甲基丙烯酸、聚碳酸酯、SU-8、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚對(duì)二甲苯中的一種或其任意組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述柵極介質(zhì)層(210)的材料包括氧化硅、氮氧化硅、HfAlON, HfSiAlON, HfTaAlON, HfTiAlON, HfON, HfSiON, HfTaON, HfTiON 中的一種或其任意組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述金屬導(dǎo)體層(230)的材料包括TaN、TiN、TaAIN、TiAlN和MoAlN中的一種或其任意組合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包括以下步驟提供襯底；在所述襯底上形成柵極介質(zhì)層，在所述柵極介質(zhì)層上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)采用聚合物材料形成；對(duì)所述偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底注入雜質(zhì)形成源/漏區(qū)；去除所述偽柵結(jié)構(gòu)；對(duì)所述源/漏區(qū)進(jìn)行退火，以激活雜質(zhì)；形成金屬柵極。本發(fā)明通過(guò)采用聚合物材料制造偽柵結(jié)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了后續(xù)去除偽柵結(jié)構(gòu)時(shí)的刻蝕工藝，降低了刻蝕難度。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102800578SQ20111014124
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者尹海洲, 朱慧瓏, 駱志炯 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所, 北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司