專利名稱：半導體器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領域，特別涉及一種半導體器件的制造方法。
背景技術：
隨著工藝節(jié)點縮至45納米及其以下，為滿足器件尺寸縮小而引發(fā)的新要求，金屬柵極被廣泛應用。目前，金屬柵極形成方法包括如下步驟首先，在襯底上形成柵介質層；接著，在所述柵介質層上形成圖形化的非晶碳層；接著，形成環(huán)繞所述圖形化的非晶碳層的側墻；接著，形成覆蓋所述圖形化的非晶碳層及側墻的層間介質層；接著，平坦化所述層間介質層并暴露所述圖形化的非晶碳層；接著，采用氧氣灰化工藝去除所述圖形化的非晶碳層，在所述層間介質層內形成溝槽；最后，形成填充所述溝槽且覆蓋所述層間介質層的金屬層。在上 述金屬柵極形成方法中，通過采用非晶碳層(無定形硅層)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多晶硅層作為金屬柵極形成過程中的犧牲層，使得在去除所述非晶碳層以填充所述金屬柵極時，可利用氧氣執(zhí)行所述非晶碳層的去除操作，避免傳統(tǒng)工藝中應用氟碳氣體執(zhí)行所述去除操作時，對承載所述金屬柵極的基底表面造成的損傷。對于互補型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(CMOS)而言，在形成環(huán)繞圖形化的非晶碳層的側墻之后、形成覆蓋圖形化的非晶碳層及側墻的層間介質層之前，需要分別在PMOS區(qū)域和NMOS區(qū)域形成源/漏極，這就需要利用光阻層作為離子注入時的遮蔽層，并在離子注入之后利用氧氣灰化工藝去除所述光阻層，然而，氧氣灰化工藝中使用的氧離子將會損傷非晶碳層(無定形硅層)，影響后續(xù)形成的金屬柵極的質量。因此，如何避免氧氣灰化工藝對無定形硅層的損傷成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種半導體器件的制造方法，以避免氧氣灰化工藝對無定形娃層的損傷。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種半導體器件的制造方法，包括在襯底上依次形成第一緩沖層、第一無定形碳層、第二緩沖層以及第二無定形碳層；在所述第二無定形碳層上形成圖形化的光阻層；以所述圖形化的光阻層為掩膜，刻蝕所述第二無定形碳層形成圖形化的第二無定形碳層，同時所述圖形化的光阻層被消耗掉；以所述圖形化的第二無定形碳層為掩膜，刻蝕所述第二緩沖層以及第一無定形碳層形成圖形化的第二緩沖層和圖形化的第一無定形碳層，同時所述圖形化的第二無定形碳層被消耗掉；以所述圖形化的第二緩沖層和圖形化的第一無定形碳層為掩膜，刻蝕所述第一緩沖層形成圖形化的第一緩沖層，以形成堆疊結構；以及
在所述堆疊結構側壁形成保護層。進一步的，所述第一緩沖層為氧化層。進一步的，所述第一緩沖層利用爐管熱氧化的方式形成。進一步的，所述第二緩沖層為氧化層或氮化硅層。進一步的，所述第二緩沖層利用PECVD方式形成。進一步的，所述第一無定形碳層以及第二無定形碳層利用PECVD方式形成。進一步的，在所述第二無定形碳層上形成圖形化的光阻層之前，還包括在所述第二無定形碳層上形成抗反射涂層。
進一步的，在所述堆疊結構側壁形成保護層之后，還包括形成第一淺結光阻層，所述第一淺結光阻層覆蓋所述第二區(qū)域；進行離子注入工藝，在所述第一區(qū)域中形成輕摻雜漏極；采用氧氣灰化工藝去除所述第一淺結光阻層；形成第二淺結光阻層，所述第二淺結光阻層覆蓋所述第一區(qū)域；進行離子注入工藝，在所述第二區(qū)域中形成輕摻雜漏極；以及采用氧氣灰化工藝去除所述第二淺結光阻層。進一步的，在所述堆疊結構側壁形成保護層之后，還包括形成第一源/漏光阻層，所述第一源/漏光阻層覆蓋所述第二區(qū)域；進行離子注入工藝，在所述第一區(qū)域中形成源/漏極；采用氧氣灰化工藝去除所述第一源/漏光阻層；形成第二源/漏光阻層，所述第二源/漏光阻層覆蓋所述第一區(qū)域；進行離子注入工藝，在所述第二區(qū)域中形成源/漏極；以及采用氧氣灰化工藝去除所述第二源/漏光阻層。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明依次形成第一緩沖層、第一無定形碳層、第二緩沖層以及第二無定形碳層，利用第二無定形碳層作掩膜刻蝕第一無定形碳層，從而形成無定形碳犧牲柵極(即圖形化的第一無定形碳層)，并利用第二緩沖層覆蓋在無定形碳犧牲柵極上，并在堆疊結構(包括圖形化的第一緩沖層、圖形化的第一無定形碳層和圖形化的第二緩沖層)側壁形成保護層，所述保護層和覆蓋在無定形碳犧牲柵極上的第二緩沖層共同保護所述無定形碳犧牲柵極，防止后續(xù)進行的氧氣灰化工藝中的等離子體損傷所述無定形碳犧牲柵極，確保最終形成的金屬柵極的質量。


圖I為本發(fā)明一實施例的半導體器件制造方法的流程示意圖；圖2至圖10為本發(fā)明一實施例的半導體器件制造方法過程中的器件剖面結構示意圖。
具體實施例方式盡管下面將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應當理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛教導，而并不作為對本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列說明和權利要求書本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
如圖I所示，本發(fā)明一實施例的半導體器件制造方法，包括如下步驟步驟SI :在襯底上依次形成第一緩沖層、第一無定形碳層、第二緩沖層以及第二無定形碳層；步驟S2 :在所述第二無定形碳層上形成圖形化的光阻層；步驟S3 :以所述圖形化的光阻層為掩膜，刻蝕所述第二無定形碳層形成圖形化的第二無定形碳層，同時所述圖形化的光阻層被消耗掉；步驟S4 :以所述圖形化的第二無定形碳層為掩膜，刻蝕所述第二緩沖層以及第一無定形碳層形成圖形化的第二緩沖層和圖形化的第一無定形碳層，同時所述圖形化的第二無定形碳層被消耗掉；步驟S5 :以所述圖形化的第二緩沖層和圖形化的第一無定形碳層為掩膜，刻蝕所述第一緩沖層形成圖形化的第一緩沖層，形成堆疊結構；步驟S6 :在所述堆疊結構側壁形成保護層。下面以形成CMOS晶體管為例，結合圖2至圖10更詳細說明本發(fā)明的金屬柵極形成方法。如圖2所示，首先，執(zhí)行步驟SI，在襯底100上依次形成第一緩沖層110、第一無定形碳層120、第二緩沖層130以及第二無定形碳層140。所述襯底100包含但不限于包括半導體元素的硅材料，例如單晶、多晶或非晶結構的硅或硅鍺(SiGe)，也可以是絕緣體上硅(SOI)。本實施例中，所述襯底100包括第一區(qū)域IOOa和第二區(qū)域100b，所述第一區(qū)域IOOa用以形成PMOS晶體管，所述第二區(qū)域IOOb用以形成NMOS晶體管，反之亦可。所述襯底100中還可以形成有摻雜阱，其中，所述摻雜阱可利用離子注入工藝完成，所述P型或N型的摻雜阱用于形成NMOS或PMOS的導電溝道。以NMOS為例，所述摻雜阱是P型的，為圖示方便，該摻雜阱未示出。此外，所述襯底100中還形成有淺溝槽隔離結構，用以隔離有源區(qū)。所述第一緩沖層110優(yōu)選為氧化層，其有助于改善后續(xù)無定形碳層和襯底100的附著效果。所述第一緩沖層110可以采用高溫氧化工藝形成，也可以采用高溫爐管工藝反應生成。所述第二緩沖層130可以為氧化層或氮化硅層。所述第二緩沖層130可以利用PECVD方式形成。所述第一無定形碳層120以及第二無定形碳層140利用PECVD方式形成。如圖3所示，接著，執(zhí)行步驟S2，在所述第二無定形碳層140上形成圖形化的光阻層160。較佳的，在所述第二無定形碳層140上形成圖形化的光阻層160之前，可先在所述第二無定形碳層140上形成抗反射涂層150，以助于提高曝光分辨率，所述抗反射涂層150例如是無機抗反射涂層，如氮氧化硅，亦可是有機抗反射涂層。如圖4所示，接著，執(zhí)行步驟S3，以所述圖形化的光阻層160為掩膜，刻蝕所述第二無定形碳層140形成圖形化的第二無定形碳層141，同時所述圖形化的光阻層160和抗反射涂層150被全部消耗掉。如圖5所示，接著，執(zhí)行步驟S4，以所述圖形化的第二無定形碳層141為掩膜，刻蝕所述第二緩沖層130以及第一無定形碳層120形成圖形化的第二緩沖層131和圖形化的第一無定形碳層121，同時所述圖形化的第二無定形碳層141被全部消耗掉。其中，步驟S3和S4可在同一腔室中進行。如圖6所示，接著，執(zhí)行步驟S5，以所述圖形化的第二緩沖層131和圖形化的第一無定形碳層121為掩膜，刻蝕所述第一緩沖層110形成圖形化的第一緩沖層111，從而形成堆疊結構200，所述堆疊結構200從下至上依次包括圖形化的第一緩沖層111、圖形化的第一無定形碳層121以及圖形化的第二緩沖層131，所述圖形化的第一緩沖層111作為柵極介電層，所述圖形化的第一無定形碳層121作為無定形碳犧牲柵極，所述圖形化的第二緩沖 層131覆蓋于所述無定形碳犧牲柵極頂部，用以保護所述無定形碳犧牲柵極，防止后續(xù)進行的氧氣灰化工藝中的等離子體損傷所述無定形碳犧牲柵極，確保最終形成的金屬柵極的質量。如圖7和圖8所示，接著，在所述堆疊結構200側壁形成保護層171。具體的，首先在所述襯底100和堆疊結構200上覆蓋保護層薄膜170，然后去除有源區(qū)上和堆疊結構200上(本實施例中是指圖形化的第二緩沖層131上)的保護層薄膜，僅保留所述堆疊結構200側壁的保護層薄膜，從而在所述堆疊結構200側壁形成保護層171。如圖9所示，接著，形成第一淺結光阻層(未圖示)，所述第一淺結光阻層覆蓋所述第二區(qū)域100b，暴露出所述第一區(qū)域IOOa ;然后，進行離子注入工藝，在第一區(qū)域IOOa中形成輕摻雜漏極101 ;最后，采用氧氣灰化工藝去除所述第一淺結光阻層。繼續(xù)參考圖9，接著，形成第二淺結光阻層(未圖示)，所述第二淺結光阻層覆蓋所述第一區(qū)域100a，暴露出所述第二區(qū)域IOOb ;然后，進行離子注入工藝，在第二區(qū)域IOOb中形成輕摻雜漏極102 ;最后，采用氧氣灰化工藝去除所述第二淺結光阻層。如圖10所示，接著，形成第一源/漏光阻層(未圖示)，所述第一源/漏光阻層覆蓋第二區(qū)域100b，暴露出所述第一區(qū)域IOOa ;然后進行離子注入工藝，在第一區(qū)域IOOa中形成源/漏極101’ ；最后，采用氧氣灰化工藝去除所述第一源/漏光阻層。繼續(xù)參考圖10，接著，形成第二源/漏光阻層(未圖示)，所述第二源/漏光阻層覆蓋第一區(qū)域100a，暴露出所述第二區(qū)域IOOb ;然后，進行離子注入工藝，在所述第二區(qū)域IOOb中形成源/漏極102’ ；最后，采用氧氣灰化工藝去除所述第二源/漏光阻層。由于所述保護層171和覆蓋在所述無定形碳犧牲柵極上的圖形化的第二緩沖層131的存在，可共同保護所述無定形碳犧牲柵極，避免氧氣灰化工藝中的等離子體損傷所述無定形碳犧牲柵極。綜上所述，本發(fā)明依次形成第一緩沖層、第一無定形碳層、第二緩沖層以及第二無定形碳層，利用第二無定形碳層作掩膜來刻蝕第一無定形碳層，從而形成無定形碳犧牲柵極(即圖形化的第一無定形碳層)，并利用第二緩沖層覆蓋在所述無定形碳犧牲柵極上，后續(xù)在堆疊結構(包括圖形化的第一緩沖層、圖形化的第一無定形碳層和圖形化的第二緩沖層)側壁形成保護層，所述保護層和覆蓋在所述無定形碳犧牲柵極上的第二緩沖層共同保護所述無定形碳犧牲柵極，防止后續(xù)進行的氧氣灰化工藝中的等離子體損傷所述無定形碳犧牲柵極，確保最終形成的金屬柵極的質量。顯然，本領域的技術人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之 內，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種半導體器件的制造方法，包括 在襯底上依次形成第一緩沖層、第一無定形碳層、第二緩沖層以及第二無定形碳層； 在所述第二無定形碳層上形成圖形化的光阻層； 以所述圖形化的光阻層為掩膜，刻蝕所述第二無定形碳層形成圖形化的第二無定形碳層，同時所述圖形化的光阻層被消耗掉； 以所述圖形化的第二無定形碳層為掩膜，刻蝕所述第二緩沖層以及第一無定形碳層形成圖形化的第二緩沖層和圖形化的第一無定形碳層，同時所述圖形化的第二無定形碳層被消耗掉； 以所述圖形化的第二緩沖層和圖形化的第一無定形碳層為掩膜，刻蝕所述第一緩沖層形成圖形化的第一緩沖層，以形成堆疊結構；以及在所述堆疊結構側壁形成保護層。
2.如權利要求I所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，所述第一緩沖層為氧化層。
3.如權利要求2所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，所述第一緩沖層利用爐管熱氧化的方式形成。
4.如權利要求I所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，所述第二緩沖層為氧化層或氮化硅層。
5.如權利要求2所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，所述第二緩沖層利用PECVD方式形成。
6.如權利要求I所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，所述第一無定形碳層以及第二無定形碳層利用PECVD方式形成。
7.如權利要求I所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，在所述第二無定形碳層上形成圖形化的光阻層之前，還包括 在所述第二無定形碳層上形成抗反射涂層。
8.如權利要求I所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，在所述堆疊結構側壁形成保護層之后，還包括 形成第一淺結光阻層，所述第一淺結光阻層覆蓋所述第二區(qū)域； 進行離子注入工藝，在所述第一區(qū)域中形成輕摻雜漏極； 采用氧氣灰化工藝去除所述第一淺結光阻層； 形成第二淺結光阻層，所述第二淺結光阻層覆蓋所述第一區(qū)域； 進行離子注入工藝，在所述第二區(qū)域中形成輕摻雜漏極；以及 采用氧氣灰化工藝去除所述第二淺結光阻層。
9.如權利要求8所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，在所述堆疊結構側壁形成保護層之后，還包括 形成第一源/漏光阻層，所述第一源/漏光阻層覆蓋所述第二區(qū)域； 進行離子注入工藝，在所述第一區(qū)域中形成源/漏極； 采用氧氣灰化工藝去除所述第一源/漏光阻層； 形成第二源/漏光阻層，所述第二源/漏光阻層覆蓋所述第一區(qū)域； 進行離子注入工藝，在所述第二區(qū)域中形成源/漏極；以及采用氧氣灰化工藝去除所述第二源/漏光阻層?！?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體器件的制造方法，在襯底上依次形成第一緩沖層、第一無定形碳層、第二緩沖層以及第二無定形碳層，利用第二無定形碳層作掩膜刻蝕第一無定形碳層形成無定形碳犧牲柵極，并利用第二緩沖層覆蓋在無定形碳犧牲柵極上，并在堆疊結構側壁形成保護層，所述保護層和覆蓋在無定形碳犧牲柵極上的第二緩沖層共同保護所述無定形碳犧牲柵極，防止后續(xù)進行的氧氣灰化工藝中的等離子體損傷所述無定形碳犧牲柵極，確保最終形成的金屬柵極的質量。
文檔編號H01L21/8238GK102779789SQ20121029263
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權日2012年8月16日
發(fā)明者鄭春生 申請人:上海華力微電子有限公司