本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體制造中，隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展趨勢，集成電路特征尺寸持續(xù)減小。為了適應(yīng)特征尺寸的減小，MOSFET場效應(yīng)管的溝道長度也相應(yīng)不斷縮短。然而，隨著器件溝道長度的縮短，器件源極與漏極間的距離也隨之縮短，因此柵極對溝道的控制能力隨之變差，柵極電壓夾斷(pinch off)溝道的難度也越來越大，使得亞閾值漏電(subthreshold leakage)現(xiàn)象，即所謂的短溝道效應(yīng)(SCE：short-channel effects)更容易發(fā)生。

因此，為了更好的適應(yīng)特征尺寸的減小，半導(dǎo)體工藝逐漸開始從平面MOSFET晶體管向具有更高功效的三維立體式的晶體管過渡，如鰭式場效應(yīng)管(FinFET)。FinFET中，柵至少可以從兩側(cè)對超薄體(鰭部)進(jìn)行控制，具有比平面MOSFET器件強得多的柵對溝道的控制能力，能夠很好的抑制短溝道效應(yīng)；且FinFET相對于其他器件，具有更好的現(xiàn)有的集成電路制作技術(shù)的兼容性。

鰭式場效應(yīng)管按照功能區(qū)分主要分為核心(Core)器件和周邊(I/O)器件(或稱為輸入/輸出器件)。按照鰭式場效應(yīng)管的電性類型區(qū)分，核心器件可分為核心NMOS器件和核心PMOS器件，周邊器件可分為周邊NMOS器件和周邊PMOS器件。

通常情況下，周邊器件的工作電壓比核心器件的工作電壓大的多。為防止電擊穿等問題，當(dāng)器件的工作電壓越大時，要求器件的柵介質(zhì)層的厚度越厚，因此，周邊器件的柵介質(zhì)層的厚度通常大于核心器件的柵介質(zhì)層的厚度。

但是，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，提高半導(dǎo)體器件 的電學(xué)性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。包括如下步驟：形成半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底包括襯底、凸出于所述襯底的鰭部，所述襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，凸出于所述第一區(qū)域襯底的鰭部為第一鰭部，凸出于所述第二區(qū)域襯底的鰭部為第二鰭部；在所述第一鰭部表面形成第一偽柵結(jié)構(gòu)并在所述第二鰭部表面形成第二偽柵結(jié)構(gòu)，其中，所述第一偽柵結(jié)構(gòu)包括柵氧化層和第一偽柵電極層，所述第二偽柵結(jié)構(gòu)包括偽柵氧化層和第二偽柵電極層；在所述半導(dǎo)體基底表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層與所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)齊平并露出所述第一偽柵電極層和第二偽柵電極層；去除所述第一偽柵電極層，暴露出部分柵氧化層并在所述介質(zhì)層內(nèi)形成第一開口，去除所述第二偽柵電極層，暴露出部分偽柵氧化層并在所述介質(zhì)層內(nèi)形成第二開口；對所述第一開口底部的柵氧化層以及所述第二開口底部的偽柵氧化層進(jìn)行第一退火工藝；第一退火工藝后，對所述第一開口底部的柵氧化層以及所述第二開口底部的偽柵氧化層進(jìn)行摻氮工藝；所述摻氮工藝之后，去除所述第二開口底部的偽柵氧化層，暴露出所述第二鰭部的部分表面；去除所述第二開口底部的偽柵氧化層之后，對所述第一鰭部和第二鰭部進(jìn)行第二退火工藝；第二退火工藝后，在所述柵氧化層表面、第一開口側(cè)壁以及第二開口的底部和側(cè)壁上形成柵介質(zhì)層；在所述第一開口和第二開口中填充金屬層，位于所述第一開口中的柵氧化層、柵介質(zhì)層和金屬層用于構(gòu)成第一柵極結(jié)構(gòu)，位于所述第二開口中的柵介質(zhì)層和金屬層用于構(gòu)成第二柵極結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明在去除所述第一偽柵電極層和第二偽柵電極層之后，先對所述柵氧化層和偽柵氧化層進(jìn)行第一退火工藝，以修復(fù)形成所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)的刻蝕工藝對所述柵氧化層和偽柵氧化層造成的損傷；然后再對所述第一開口底部的柵氧化層以及所述第二開口底部的偽柵氧化層進(jìn)行摻氮工藝，使部分所述柵氧化層和偽柵氧化層被氮化。由于所述摻氮工藝在所述第一退火工藝之后進(jìn)行，可以避免被氮化的部分所述柵氧化層和偽柵氧化層因所述第一退火工藝再次被氧化，提高對所述柵氧化層和偽柵氧化層的摻氮 效果，從而更好地降低所述柵氧化層的電性厚度，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的TDDB可靠性性能。

附圖說明

圖1至圖5是現(xiàn)有技術(shù)一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法各步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6至圖20是本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法一實施例中各步驟對應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的電性能較差，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法分析其原因。參考圖1至圖5，示出了現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法各步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法包括以下步驟：

參考圖1，形成半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底包括襯底100、凸出于所述襯底100的鰭部；所述襯底100包括第一區(qū)域Ⅰ和第二區(qū)域Ⅱ，凸出于所述第一區(qū)域Ⅰ襯底100的鰭部為第一鰭部110，凸出于所述第二區(qū)域Ⅱ襯底100的鰭部為第二鰭部120。所述第一區(qū)域Ⅰ襯底用于形成周邊器件，所述第二區(qū)域Ⅱ襯底用于形成核心器件。

具體地，所述半導(dǎo)體基底還包括位于所述第一區(qū)域Ⅰ的第一偽柵結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)、位于所述第二區(qū)域Ⅱ的第二偽柵結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)、位于所述第一偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第一區(qū)域源、漏區(qū)113以及位于所述第二偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第二區(qū)域源、漏區(qū)123。其中，所述第一偽柵結(jié)構(gòu)包括位于所述第一鰭部110表面的柵氧化層111以及位于所述柵氧化層111表面的第一偽柵電極層112，所述第二偽柵結(jié)構(gòu)包括位于所述第二鰭部120表面的偽柵氧化層121以及位于所述偽柵氧化層121表面的第二偽柵電極層122。所述半導(dǎo)體基底還包括覆蓋所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層130。

需要說明的是，形成所述柵氧化層111和偽柵氧化層121的工藝還包括：對所述柵氧化層111和偽柵氧化層121進(jìn)行摻氮工藝，并在摻氮工藝后對所述柵氧化層111和偽柵氧化層121進(jìn)行氮化后熱退火處理。

參考圖2，刻蝕去除所述第一偽柵電極層112(如圖1所示)，暴露出部分所述柵氧化層111表面并在所述介質(zhì)層130內(nèi)形成第一開口200；去除所述第二偽柵電極層122(如圖1所示)，暴露出部分所述偽柵氧化層121表面并在所述介質(zhì)層130內(nèi)形成第二開口210。

需要說明的是，去除所述第一偽柵電極層112和第二偽柵電極層122后，對所述柵氧化層111和偽柵氧化層121進(jìn)行熱退火處理，以修復(fù)形成所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)的工藝對所述柵氧化層111和偽柵氧化層121造成的損傷。

參考圖3，形成覆蓋所述第一區(qū)域Ⅰ的第一圖形層300，所述第一圖形層300覆蓋所述第一區(qū)域Ⅰ的介質(zhì)層130并填充滿所述第一開口200(如圖2所示)，暴露出所述第二開口210底部的偽柵氧化層121(如圖2所示)；以所述第一圖形層300為掩膜，刻蝕去除所述第二開口210底部的偽柵氧化層121；刻蝕去除所述偽柵氧化層121后，去除所述第一圖形層300。

參考圖4，在所述第一開口200(如圖2所示)底部的柵氧化層111表面形成第一界面層115，在所述第二開口210(如圖2所示)底部形成第二界面層125；在所述第一界面層115表面、第一開口200側(cè)壁、第二界面層125表面以及第二開口210側(cè)壁形成柵介質(zhì)層150，所述柵介質(zhì)層150還覆蓋所述介質(zhì)層130表面；在所述柵介質(zhì)層150表面形成功函數(shù)層160。

參考圖5，分別在所述第一鰭部110和第二鰭部120表面形成第一柵極結(jié)構(gòu)(圖未示)和第二柵極結(jié)構(gòu)(圖未示)。

其中，所述第一柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層111、位于所述柵氧化層111表面的第一界面層115、位于所述第一界面層115表面和第一開口200(如圖4所示)側(cè)壁的第一柵介質(zhì)層116、位于所述第一柵介質(zhì)層116表面的第一功函數(shù)層117以及位于所述第一功函數(shù)層117表面的第一柵電極層114；所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括第二界面層125、位于所述第二界面層125表面和第二開口210(如圖2所示)側(cè)壁的第二柵介質(zhì)層126、位于所述第二柵介質(zhì)層126表面的第二功函數(shù)層127以及位于所述第二功函數(shù)層127表面的第二柵電極層124。

現(xiàn)有技術(shù)對柵氧化層進(jìn)行摻氮工藝使部分所述柵氧化層氮化，從而在不 影響柵氧化層物理厚度的同時降低柵氧化層的電性厚度，進(jìn)而可以避免因柵氧化層減薄引起的與時間相關(guān)電介質(zhì)擊穿(Time Dependent Dielectric Breakdown，TDDB)可靠性性能降低的問題，提高半導(dǎo)體器件的性能。但在形成柵極結(jié)構(gòu)的工藝過程中，為了修復(fù)形成偽柵的工藝對柵氧化層造成的損傷，去除偽柵電極層之后還需對所述柵氧化層進(jìn)行熱退火處理，所述熱退火處理容易使被氮化的柵氧化層再次被氧化，從而降低了對柵氧化層進(jìn)行摻氮工藝的效果，進(jìn)而降低對半導(dǎo)體器件的TDDB可靠性性能的改善效果。

為了解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：形成半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底包括襯底、凸出于所述襯底的鰭部，所述襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，凸出于所述第一區(qū)域襯底的鰭部為第一鰭部，凸出于所述第二區(qū)域襯底的鰭部為第二鰭部；在所述第一鰭部表面形成第一偽柵結(jié)構(gòu)并在所述第二鰭部表面形成第二偽柵結(jié)構(gòu)，其中，所述第一偽柵結(jié)構(gòu)包括柵氧化層和第一偽柵電極層，所述第二偽柵結(jié)構(gòu)包括偽柵氧化層和第二偽柵電極層；在所述半導(dǎo)體基底表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層與所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)齊平并露出所述第一偽柵電極層和第二偽柵電極層；去除所述第一偽柵電極層，暴露出部分柵氧化層并在所述介質(zhì)層內(nèi)形成第一開口，去除所述第二偽柵電極層，暴露出部分偽柵氧化層并在所述介質(zhì)層內(nèi)形成第二開口；對所述第一開口底部的柵氧化層以及所述第二開口底部的偽柵氧化層進(jìn)行第一退火工藝；第一退火工藝后，對所述第一開口底部的柵氧化層以及所述第二開口底部的偽柵氧化層進(jìn)行摻氮工藝；所述摻氮工藝之后，去除所述第二開口底部的偽柵氧化層，暴露出所述第二鰭部的部分表面；去除所述第二開口底部的偽柵氧化層之后，對所述第一鰭部和第二鰭部進(jìn)行第二退火工藝；第二退火工藝后，在所述柵氧化層表面、第一開口側(cè)壁以及第二開口的底部和側(cè)壁上形成柵介質(zhì)層；在所述第一開口和第二開口中填充金屬層，位于所述第一開口中的柵氧化層、柵介質(zhì)層和金屬層用于構(gòu)成第一柵極結(jié)構(gòu)，位于所述第二開口中的柵介質(zhì)層和金屬層用于構(gòu)成第二柵極結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明在去除所述第一偽柵電極層和第二偽柵電極層之后，先對所述柵氧化層和偽柵氧化層進(jìn)行第一退火工藝，以修復(fù)形成所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第 二偽柵結(jié)構(gòu)的刻蝕工藝對所述柵氧化層和偽柵氧化層造成的損傷；然后再對所述第一開口底部的柵氧化層以及所述第二開口底部的偽柵氧化層進(jìn)行摻氮工藝，使部分所述柵氧化層和偽柵氧化層被氮化。由于所述摻氮工藝在所述第一退火工藝之后進(jìn)行，可以避免被氮化的部分所述柵氧化層和偽柵氧化層因所述第一退火工藝再次被氧化，提高對所述柵氧化層和偽柵氧化層的摻氮效果，從而更好地降低所述柵氧化層的電性厚度，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的TDDB可靠性性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細(xì)的說明。

圖6至圖20是本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法一實施例中各步驟對應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖。

結(jié)合參考圖6和圖7，分別是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖以及圖6沿AA1方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。形成半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底包括襯底400、凸出于所述襯底400的鰭部，所述襯底400包括第一區(qū)域Ⅰ(如圖7所示)和第二區(qū)域Ⅱ(如圖7所示)，凸出于所述第一區(qū)域Ⅰ襯底400的鰭部為第一鰭部410，凸出于所述第二區(qū)域Ⅱ襯底400的鰭部為第二鰭部420。

本實施例中，所述第一區(qū)域Ⅰ用于形成周邊器件(例如：I/O器件)，所述第二區(qū)域Ⅱ用于形成核心器件。所述第一區(qū)域Ⅰ可以為N型區(qū)或P型區(qū)，所述第二區(qū)域Ⅱ可以為N型區(qū)或P型區(qū)，所述第一區(qū)域Ⅰ和第二區(qū)域Ⅱ類型相同

所述襯底400的材料為硅、鍺、鍺化硅、碳化硅、砷化鎵或鎵化銦，所述襯底400還能夠為絕緣體上的硅襯底或者絕緣體上的鍺襯底；所述第一鰭部410和第二鰭部420的材料包括硅、鍺、鍺化硅、碳化硅、砷化鎵或鎵化銦。本實施例中，所述襯底400為硅襯底，所述第一鰭部410和第二鰭部420的材料為硅。

具體地，形成所述半導(dǎo)體基底的步驟包括：提供初始基底，在所述基底上形成圖形化的硬掩膜層500；以所述硬掩模層500為掩膜，刻蝕所述初始基底，形成若干分立的凸起；所述凸起為鰭部，刻蝕后的初始基底作為襯底400， 所述襯底400包括第一區(qū)域Ⅰ和第二區(qū)域Ⅱ，位于所述第一區(qū)域Ⅰ的鰭部為第一鰭部110，位于所述第二區(qū)域Ⅱ的鰭部為第二鰭部120。

本實施例中，所述第一鰭部410和所述第二鰭部420的頂部尺寸小于底部尺寸。在其他實施例中，所述第一鰭部410和第二鰭部420的側(cè)壁還能夠與襯底表面相垂直，即所述第一鰭部410和第二鰭部420的頂部尺寸等于底部尺寸。

本實施例中，所述硬掩膜層500的材料為氮化硅，后續(xù)在進(jìn)行平坦化工藝時，所述硬掩膜層500表面能夠作為平坦化工藝的停止位置，且所述硬掩膜層500還能夠起到保護所述第一鰭部410頂部、第二鰭部420頂部的作用。

結(jié)合參考圖8，需要說明的是，形成所述半導(dǎo)體基底之后，還包括：在所述第一鰭部410和第二鰭部420表面形成線性氧化層401，用于修復(fù)所述第一鰭部410和第二鰭部420。

在氧化處理過程中，由于第一鰭部410和第二鰭部420凸出的棱角部分的比表面更大，更容易被氧化，后續(xù)去除所述線性氧化層401之后，不僅第一鰭部410和第二鰭部420表面的缺陷層被去除，且凸出棱角部分也被去除，使所述第一鰭部410和第二鰭部420的表面光滑，晶格質(zhì)量得到改善，避免第一鰭部410和第二鰭部420頂角尖端放電問題，有利于改善鰭式場效應(yīng)管的性能。

所述氧化處理還會對所述襯底400表面進(jìn)行氧化，因此，所述線性氧化層401還位于所述襯底400表面。本實施例中，所述第一鰭部410和第二鰭部420的材料為硅，相應(yīng)的，所述線性氧化層401的材料為氧化硅。

結(jié)合參考圖9，需要說明的是，在所述第一鰭部410和第二鰭部420表面形成所述線性氧化層401之后，還包括：在所述襯底400表面形成隔離層402。

所述隔離層402作為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的隔離結(jié)構(gòu)，用于對相鄰器件之間起到隔離作用，所述隔離層402的材料可以為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。本實施例中，所述隔離層402的材料為氧化硅。

需要說明的是，本實施例中，所述隔離層402是淺溝槽隔離層，但不限于淺溝槽隔離層。

具體地，形成所述隔離層402的步驟包括：在所述線性氧化層401表面形成隔離膜，所述隔離膜的頂部高于所述硬掩膜層500頂部；研磨去除高于所述硬掩膜層500頂部的隔離膜；去除部分厚度的隔離膜以形成隔離層402；去除所述硬掩膜層500(如圖8所示)。

為了提高形成隔離膜工藝的填孔(gap-filling)能力，采用流動性化學(xué)氣相沉積(FCVD，F(xiàn)lowable CVD)或高縱寬比化學(xué)氣相沉積工藝(HARP CVD)，形成所述隔離膜。

本實施例中，采用化學(xué)機械研磨工藝研磨去除高于所述硬掩膜層500頂部的隔離膜；采用干法刻蝕工藝、濕法刻蝕工藝，或干法刻蝕工藝和濕法刻蝕工藝相結(jié)合的工藝，去除部分厚度的隔離膜以形成所述隔離層402。

還需要說明的是，在去除部分厚度的隔離膜的過程中還去除部分鰭部表面的線性氧化層401。

參考圖10，圖10是沿BB1(如圖6所示)方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在所述第一鰭部410表面形成第一偽柵結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)，在所述第二鰭部420表面形成第二偽柵結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)。

所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)為后續(xù)形成的第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)占據(jù)空間位置。

本實施例中，所述第一偽柵結(jié)構(gòu)橫跨所述第一鰭部410表面且覆蓋所述第一鰭部410部分頂部表面和側(cè)壁表面，包括柵氧化層411和第一偽柵電極層412，所述第二偽柵結(jié)構(gòu)橫跨所述第二鰭部420表面且覆蓋所述第二鰭部420部分頂部表面和側(cè)壁表面，包括偽柵氧化層421和第二偽柵電極層422。

所述柵氧化層411和偽柵氧化層421的材料為氧化硅，所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422的材料為多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅或非晶碳。本實施例中，所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422的材料為多晶硅。

具體地，形成所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)的步驟包括：形成覆蓋所述第一鰭部410和第二鰭部420的偽柵氧化膜；在所述偽柵氧化膜表面形成偽柵電極膜；對所述偽柵電極膜進(jìn)行平坦化處理；在所述偽柵電極膜表面 形成第一圖形層510；以所述第一圖形層510為掩膜，圖形化所述偽柵電極膜和偽柵氧化膜，在所述第一鰭部410表面形成柵氧化層411，在所述柵氧化層411表面形成第一偽柵電極層412，所述第一偽柵電極層412橫跨所述第一鰭部410，在所述第二鰭部420表面形成偽柵氧化層421，在所述偽柵氧化層421表面形成第二偽柵電極層422，所述第二偽柵電極層422橫跨所述第二鰭部420，所述柵氧化層411和第一偽柵電極層412構(gòu)成第一偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵氧化層421和第二偽柵電極層422構(gòu)成第二偽柵結(jié)構(gòu)；刻蝕去除所述第一圖形層510。

本實施例中，所述第一圖形層510為硬掩膜層，所述第一圖形層510的材料為氮化硅。

本實施例中，形成所述柵氧化層411和偽柵氧化層421的工藝為ISSG(原位蒸汽生成，In-situ Stream Generation)氧化工藝。所述原位蒸汽生成氧化工藝的工藝參數(shù)包括：提供O₂和H₂，O₂流量為1sccm至30sccm，H₂流量為1.5sccm至15sccm，腔室溫度為700攝氏度至1200攝氏度。

結(jié)合參考圖11，需要說明的是，形成所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)之后，還包括：在所述第一偽柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成第一區(qū)域第一側(cè)壁層413，在所述第二偽柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成第二區(qū)域第一側(cè)壁層423。

所述第一區(qū)域第一側(cè)壁層413和第二區(qū)域第一側(cè)壁層423的材料可以為氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼或碳氮化硼，所述第一區(qū)域第一側(cè)壁層413和第二區(qū)域第一側(cè)壁層423可以為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。本實施例中，所述第一區(qū)域第一側(cè)壁層413和第二區(qū)域第一側(cè)壁層423為單層結(jié)構(gòu)，所述第一區(qū)域第一側(cè)壁層413和第二區(qū)域第一側(cè)壁層423的材料為氮化硅。

結(jié)合參考圖12，還需要說明的是，形成所述第一區(qū)域第一側(cè)壁層413和第二區(qū)域第一側(cè)壁層423之后，還包括：在所述第一區(qū)域第一側(cè)壁層413表面形成第一區(qū)域第二側(cè)壁層415，在所述第二區(qū)域第一側(cè)壁層423表面形成第二區(qū)域第二側(cè)壁層425；在所述第一偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第一鰭部410內(nèi)形成第一區(qū)域應(yīng)力層414，在所述第二偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第二鰭部420內(nèi)形成第二區(qū)域應(yīng) 力層424；在所述第一偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第一區(qū)域應(yīng)力層414內(nèi)形成第一區(qū)域源、漏區(qū)(圖未示)，在所述第二偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第二區(qū)域應(yīng)力層424內(nèi)形成第二區(qū)域源、漏區(qū)(圖未示)。

所述第一區(qū)域第二側(cè)壁層415和第二區(qū)域第二側(cè)壁層425的材料可以為氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼或碳氮化硼，所述第一區(qū)域第二側(cè)壁層415和第二區(qū)域第二側(cè)壁層425可以為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。本實施例中，所述第一區(qū)域第二側(cè)壁層415和第二區(qū)域第二側(cè)壁層425為單層結(jié)構(gòu)，所述第一區(qū)域第二側(cè)壁層415和第二區(qū)域第二側(cè)壁層425的材料為氮化硅。

參考圖13，在所述半導(dǎo)體基底表面形成介質(zhì)層460，所述介質(zhì)層460與所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)齊平并露出所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422。

本實施例中，所述介質(zhì)層460位于所述隔離層402表面以及部分第一鰭部410表面和部分第二鰭部420表面，所述介質(zhì)層460還覆蓋所述第一區(qū)域源、漏區(qū)(圖未示)和第二區(qū)域源、漏區(qū)(圖未示)表面，且所述介質(zhì)層460頂部與所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422頂部齊平。

本實施例中，所述介質(zhì)層460為疊層結(jié)構(gòu)，包括位于所述半導(dǎo)體基底表面第一介質(zhì)層440，以及位于所述第一介質(zhì)層440表面的第二介質(zhì)層450。

所述第一介質(zhì)層440作為后續(xù)形成的鰭式場效應(yīng)管的隔離結(jié)構(gòu)；所述第二介質(zhì)層450的致密度大于所述第一介質(zhì)層440的致密度，所述第二介質(zhì)層450的電絕緣性能優(yōu)于所述第一介質(zhì)層440的電絕緣性能，從而使得后續(xù)形成的隔離結(jié)構(gòu)具有良好的電絕緣性能。

本實施例中，由于所述第一介質(zhì)膜所需填充的開口深寬比較大，為了提高所述第一介質(zhì)層440的填孔(gap-filling)能力，使得所述第一介質(zhì)層440具有較好的粘附性，且避免形成的第一介質(zhì)層440內(nèi)形成空洞，采用流動性化學(xué)氣相沉積(FCVD)工藝形成所述第一介質(zhì)層440。此外，為了提高所述第二介質(zhì)層450的致密度，本實施例中，采用高縱寬比(HARP)沉積工藝形成所述第二介質(zhì)層450。

所述第一介質(zhì)層440和所述第二介質(zhì)層450的材料為絕緣材料，例如為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅或碳氮氧化硅。本實施例中，所述第一介質(zhì)層440和所述第二介質(zhì)層450的材料為氧化硅。

需要說明的是，在形成所述介質(zhì)層460之前，先在所述半導(dǎo)體基底表面形成刻蝕阻擋層430，所述刻蝕阻擋層430還覆蓋所述第一偽柵結(jié)構(gòu)表面和第二偽柵結(jié)構(gòu)表面。所述刻蝕阻擋層430用于作為后續(xù)接觸孔刻蝕工藝中的刻蝕停止層，且作為后續(xù)平坦化工藝的停止位置。本實施例中，所述刻蝕阻擋層430的材料為氮化硅。

具體地，形成所述介質(zhì)層460的步驟包括：在所述半導(dǎo)體基底表面形成刻蝕阻擋層430后，在所述鰭部與鰭部之間的半導(dǎo)體基底上填充滿第一介質(zhì)膜，所述第一介質(zhì)膜還覆蓋所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)，且所述第一介質(zhì)膜頂部高于所述第一偽柵電極層412頂部和第二偽柵電極層422頂部；平坦化所述第一介質(zhì)膜直至露出所述刻蝕阻擋層430頂部表面；回刻蝕去除部分厚度的第一介質(zhì)膜以形成第一介質(zhì)層440；在所述第一介質(zhì)層440表面形成第二介質(zhì)膜，所述第二介質(zhì)膜還覆蓋所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和第二偽柵結(jié)構(gòu)表面，且所述第二介質(zhì)膜頂部高于所述第一偽柵電極層412頂部和第二偽柵電極層422頂部；平坦化所述第二介質(zhì)膜直至露出所述第一偽柵電極層412頂部和第二偽柵電極層422頂部表面，以形成第二介質(zhì)層450。

需要說明的是，在平坦化所述第二介質(zhì)膜的同時，去除位于所述第一偽柵電極層412頂部和第二偽柵電極層422頂部的刻蝕阻擋層430，使形成的所述第二介質(zhì)層450頂部與所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422頂部齊平。

本實施例中，平坦化所述第一介質(zhì)膜和第二介質(zhì)膜的工藝為化學(xué)機械研磨工藝；采用干法刻蝕工藝、濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝和濕法刻蝕相結(jié)合的工藝回刻蝕去除部分厚度的第一介質(zhì)膜。

參考圖14，去除所述第一偽柵電極層412(如圖13所示)，暴露出部分柵氧化層411并在所述介質(zhì)層460內(nèi)形成第一開口600，去除所述第二偽柵電極層422(如圖13所示)，暴露出部分偽柵氧化層421并在所述介質(zhì)層460內(nèi) 形成第二開口610。

本實施例中，在同一道工藝步驟中，刻蝕去除所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422。具體地，采用無掩膜刻蝕工藝刻蝕去除所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422。

本實施例中，采用干法刻蝕工藝刻蝕去除所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422，由于所述刻蝕工藝對所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422具有較高刻蝕選擇比，從而在刻蝕去除所述第一偽柵電極層412和第二偽柵電極層422的同時，保證所述介質(zhì)層460不受損耗。

參考圖15，對所述第一開口600底部的柵氧化層411以及所述第二開口610底部的偽柵氧化層421進(jìn)行第一退火工藝620。

所述第一偽柵結(jié)構(gòu)和所述第二偽柵結(jié)構(gòu)通過刻蝕工藝形成，所述刻蝕工藝容易對所述柵氧化層411和偽柵氧化層421造成損傷，而所述柵氧化層411作為后續(xù)形成的第一柵極結(jié)構(gòu)的一部分，所述柵氧化層411的損傷容易引起第一柵極結(jié)構(gòu)的質(zhì)量下降，從而引起半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能下降。為此，本實施例中，為了修復(fù)刻蝕工藝對所述柵氧化層411和偽柵氧化層421造成的損傷，去除所述第一偽柵電極層412(如圖13所示)和第二偽柵電極層422(如圖13所示)之后，對所述第一開口600底部的柵氧化層411以及所述第二開口610底部的偽柵氧化層421進(jìn)行第一退火工藝620。

具體地，所述第一退火工藝620為快速熱退火工藝。所述快速熱退火工藝的工藝參數(shù)包括：退火溫度為700攝氏度至1000攝氏度，工藝時間為5秒至20秒，壓強為50托至300托，反應(yīng)氣體為氧氣，輔助氣體為氮氣，氧氣與氮氣的氣體流量比值為1：20至1：5。

需要說明的是，所述快速熱退火工藝的溫度問題不宜過低，也不宜過高。如果所述快速熱退火工藝的工藝溫度過低，對所述柵氧化層411和偽柵氧化層421的修復(fù)效果不佳；如果所述快速熱退火工藝的工藝溫度過高，所述快速熱退火工藝具有氧化作用，過高的溫度容易氧化第一區(qū)域第一側(cè)壁層413和第二區(qū)域第一側(cè)壁層423，影響所述第一區(qū)域第一側(cè)壁層413和第二區(qū)域第一側(cè)壁層423的質(zhì)量。為此，本實施例中，所述快速熱退火工藝的溫度為700 攝氏度至1000攝氏度。

參考圖16，對所述第一開口600底部的柵氧化層411以及所述第二開口610底部的第二柵氧化層421進(jìn)行摻氮工藝630。

所述摻氮工藝用于氮化部分所述柵氧化層411和第二柵氧化層421，從而在不影響所述柵氧化層411和第二柵氧化層421物理厚度的同時，降低所述柵氧化層411和第二柵氧化層421的電性厚度，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的與時間相關(guān)電介質(zhì)擊穿(Time Dependent Dielectric Breakdown，TDDB)可靠性性能。

具體地，所述摻氮工藝630為等離子體氮化工藝。所述等離子體氮化工藝的工藝參數(shù)包括：功率為600瓦至1000瓦，壓強為10毫托至30毫托，工藝時間為10秒至30秒，反應(yīng)氣體為氮氣，輔助氣體為氦氣，氮氣的氣體流量為50每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升至120每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升，氦氣的氣體流量為80每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升至150每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升。

參考圖17，去除所述第二開口610底部的偽柵氧化層421(如圖16所示)，暴露出所述第二鰭部420的部分表面。

所述第一區(qū)域Ⅰ用于形成周邊器件，所述第二區(qū)域Ⅱ用于形成核心器件，核心器件的工作電壓比周邊器件的工作電壓小，為防止電擊穿等問題，當(dāng)器件的工作電壓越大時，要求器件的柵介質(zhì)層的厚度越厚，也就是說，后續(xù)形成的核心器件的柵介質(zhì)層的厚度小于周邊器件的柵介質(zhì)層的厚度。為此，本實施例中，在形成柵介質(zhì)層之前，去除所述第二開口610底部的偽柵氧化層421，保留所述第一開口600(如圖16所示)底部的柵氧化層411，所述柵氧化層411作為后續(xù)形成的周邊器件柵介質(zhì)層的一部分。

具體地，去除所述第二開口610底部的偽柵氧化層421的步驟包括：形成覆蓋所述第一區(qū)域Ⅰ的第二圖形層520，所述第二圖形層520暴露出所述偽柵氧化層421表面；以所述第二圖形層520為掩膜，采用干法刻蝕工藝刻蝕去除所述偽柵氧化層421直至暴露出所述第二開口610底部的第二鰭部420表面；去除所述第二圖形層520。

本實施例中，所述第二圖形層520為深紫外光吸收氧化層(Deep UV Light Absorbing Oxide，DUO)，具有較好的填充能力。去除所述偽柵氧化層421之后，采用濕法去膠或灰化工藝去除所述第二圖形層520。

結(jié)合參考圖18，需要說明的是，去除所述第二開口610底部的偽柵氧化層421之后，還包括：對所述第一開口600底部的柵氧化層411以及所述第二開口610底部的第二鰭部420表面進(jìn)行柵氧化層生長表面處理工藝640。

本實施例中，所述柵氧化層生長表面處理工藝640為等離子體氮化工藝。

刻蝕去除所述第二開口610底部的偽柵氧化層421之后，所述第二開口610底部的第二鰭部420表面容易形成雜質(zhì)或副產(chǎn)物，通過所述柵氧化層生長表面處理工藝640，在對所述第一開口600底部的柵氧化層411再次進(jìn)行摻氮工藝的同時，去除所述第二開口610底部的第二鰭部420表面的雜質(zhì)或副產(chǎn)物，提高所述第二開口610底部的第二鰭部420表面的潔凈度，進(jìn)一步提高形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。

具體地，所述柵氧化層生長表面處理工藝640的工藝參數(shù)包括：功率為300瓦至600瓦，壓強為10毫托至30毫托，工藝時間為10秒至30秒，反應(yīng)氣體為氮氣，輔助氣體為氦氣，氮氣的氣體流量為50每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升至120每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升，氦氣的氣體流量為80每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升至150每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升。

參考圖19，對所述第一鰭部410和第二鰭部420進(jìn)行第二退火工藝650。

所述第二退火工藝650用于固化摻入所述柵氧化層411以及第二鰭部420的氮離子、改善摻氮工藝后所述柵氧化層411以及第二鰭部420內(nèi)硅的界面態(tài)。

具體地，所述第二退火工藝650為等離子體氮化退火工藝。所述等離子體氮化退火工藝的工藝參數(shù)包括：退火溫度為950攝氏度至1100攝氏度，工藝時間為10秒至30秒，壓強為0.4托至1托，反應(yīng)氣體為氧氣，氧氣的氣體流量為0.5每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升至2每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升。

需要說明的是，所述等離子體氮化退火工藝的溫度問題不宜過低，也不宜過高。如果所述等離子體氮化退火工藝的工藝溫度過低，對摻氮工藝后所述柵氧化層411以及第二鰭部420內(nèi)硅的界面態(tài)的改善效果不佳；如果所述 等離子體氮化退火工藝的工藝溫度過高，容易引起摻入所述柵氧化層411以及第二鰭部420的氮離子的發(fā)生衰退或離子分布發(fā)生改變。為此，本實施例中，所述等離子體氮化退火工藝的溫度為700攝氏度至1000攝氏度。

需要說明的是，對所述第一鰭部410和第二鰭部420進(jìn)行第二退火工藝650之前，還包括：在所述第一開口600底部的柵氧化層411表面形成第一界面層416，在所述第二開口610底部的第二鰭部420表面形成第二界面層426。

所述第一界面層416用于提高后續(xù)形成的第一柵極結(jié)構(gòu)與所述第一鰭部410之間的界面性能，所述第二界面層426用于提高后續(xù)形成的第二柵極結(jié)構(gòu)與所述第二鰭部420之間的界面性能。

本實施例中，所述第二退火工藝650可以提高所述第一界面層416和第二界面層426的致密度，從而改善后續(xù)形成的第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)的形成質(zhì)量，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。

本實施例中，所述界面層的材料為氧化硅。形成所述第一界面層416和第二界面層426的工藝為化學(xué)浸潤氧化工藝。所述化學(xué)浸潤氧化工藝所采用的反應(yīng)氣體為O₃，工藝時間為90秒至200秒。

參考圖20，在所述柵氧化層411表面、第一開口600(如圖19所示)側(cè)壁以及第二開口610(如圖19所示)的底部和側(cè)壁上形成柵介質(zhì)層(未標(biāo)示)；在所述第一開口600和第二開口610中填充金屬層(未標(biāo)示)，位于所述第一開口600中的柵氧化層411、柵介質(zhì)層和金屬層用于構(gòu)成第一柵極結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)，位于所述第二開口610中的柵介質(zhì)層和金屬層用于構(gòu)成第二柵極結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)。

本實施例中，所述第一柵極結(jié)構(gòu)橫跨所述第一鰭部410，且覆蓋所述第一鰭部410的部分頂部表面和側(cè)壁表面，具體地，所述第一柵極結(jié)構(gòu)包括覆蓋所述第一鰭部410部分頂部表面和側(cè)壁表面的第一柵介質(zhì)層417和位于所述第一柵介質(zhì)層417上的第一柵電極層419；所述第二柵極結(jié)構(gòu)橫跨所述第二鰭部420，且覆蓋所述第二鰭部420的部分頂部表面和側(cè)壁表面，具體地，所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括覆蓋所述第二鰭部420部分頂部表面和側(cè)壁表面的第二柵介質(zhì)層427和位于所述第二柵介質(zhì)層427上的第二柵電極層429。

所述第一區(qū)域Ⅰ用于形成周邊器件，所述第二區(qū)域Ⅱ用于形成核心器件，因此，所述柵氧化層411與所述第一柵介質(zhì)層417作為周邊器件的柵介質(zhì)層，所述第二柵介質(zhì)層427作為核心器件的柵介質(zhì)層。本實施例中，所述第一柵介質(zhì)層417的材料為高k柵介質(zhì)材料，所述第二柵介質(zhì)層427的材料為高k柵介質(zhì)材料，其中，高k柵介質(zhì)材料指的是，相對介電常數(shù)大于氧化硅相對介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料，高k柵介質(zhì)材料可以為HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO₂或Al₂O₃。

所述金屬層的材料為Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti或W。本實施例中，所述金屬層的材料為W。

本實施例中，在所述柵氧化層411表面、第一開口600(如圖19所示)側(cè)壁以及第二開口610(如圖19所示)的底部和側(cè)壁上形成柵介質(zhì)層之后，在所述柵介質(zhì)層上形成金屬層之前，形成所述第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)的步驟還包括：在所述柵介質(zhì)層表面形成功函數(shù)層(未標(biāo)示)。

所述第一柵極結(jié)構(gòu)還包括：位于所述第一柵介質(zhì)層417和所述第一柵電極層419之間的第一功函數(shù)層418，用于調(diào)節(jié)周邊器件的閾值電壓；所述第二柵極結(jié)構(gòu)還包括：位于所述第二柵介質(zhì)層427和所述第二柵電極層429之間的第二功函數(shù)層428，用于調(diào)節(jié)所述核心器件的閾值電壓。

本實施例中，所述第一區(qū)域Ⅰ和第二區(qū)域Ⅱ為N型區(qū)時，所述功函數(shù)層為N型功函數(shù)材料；所述第一區(qū)域Ⅰ和第二區(qū)域Ⅱ為P型區(qū)時，所述功函數(shù)層為P型功函數(shù)材料。

具體地，所述第一區(qū)域Ⅰ和第二區(qū)域Ⅱ為N型區(qū)，所述功函數(shù)層為N型功函數(shù)材料，N型功函數(shù)材料功函數(shù)范圍為3.9ev至4.5ev，例如為4ev、4.1ev或4.3ev。所述功函數(shù)層為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，所述功函數(shù)層的材料包括TiAl、TaAlN、TiAlN、MoN、TaCN和AlN中的一種或幾種。本實施例中，所述功函數(shù)層的材料為TiAl；相應(yīng)的，所述第一功函數(shù)層418和第二功函數(shù)層428的材料為TiAl。

或者，所述第一區(qū)域Ⅰ和第二區(qū)域Ⅱ為P型區(qū)，所述功函數(shù)層為P型功函數(shù)材料，P型功函數(shù)材料功函數(shù)范圍為5.1ev至5.5ev，例如，5.2ev、5.3ev 或5.4ev。所述功函數(shù)層為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，所述功函數(shù)層的材料包括Ta、TiN、TaN、TaSiN和TiSiN中的一種或幾種。本實施例中，所述功函數(shù)層的材料為TiN；相應(yīng)的，所述第一功函數(shù)層418和第二功函數(shù)層428的材料為TiN。

具體地，形成所述第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)的步驟包括：在所述第一開口600底部的柵氧化層411表面、第一開口600側(cè)壁、第二開口610底部以及第二開口610側(cè)壁形成柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層還覆蓋所述介質(zhì)層460表面；在所述柵介質(zhì)層表面形成功函數(shù)層；在所述功函數(shù)層表面形成金屬層，所述金屬層填充滿所述第一開口600和第二開口610且所述金屬層頂部高于所述介質(zhì)層460頂部；研磨去除高于所述介質(zhì)層460頂部的金屬層，在所述第一區(qū)域Ⅰ的功函數(shù)層表面形成第一柵電極層419，在所述第二區(qū)域Ⅱ的功函數(shù)層表面形成第二柵電極層429。

需要說明的是，研磨去除高于所述介質(zhì)層460頂部的金屬層的同時，還研磨去除高于所述介質(zhì)層460頂部的柵介質(zhì)層和功函數(shù)層，在所述第一區(qū)域Ⅰ形成位于所述柵氧化層411表面和第一開口600側(cè)壁的第一柵介質(zhì)層417，以及位于所述第一柵介質(zhì)層417表面的第一功函數(shù)層418，在所述第二區(qū)域Ⅱ形成位于所述第二開口610側(cè)壁及底部的第二柵介質(zhì)層427，以及位于所述第二柵介質(zhì)427表面的第二功函數(shù)層428。

需要說明的是，為了提高所述第一柵極結(jié)構(gòu)與第一鰭部410之間、所述第二柵極結(jié)構(gòu)與第二鰭部420之間的界面性能，在形成所述第一柵介質(zhì)層417和第二柵介質(zhì)層427之前，在所述第一開口600底部的柵氧化層411表面形成第一界面層416，在所述第二開口610底部的第二鰭部420表面形成第二界面層426；因此，形成所述柵介質(zhì)層的步驟包括：在所述第一開口600底部的第一界面層416表面、第一開口600側(cè)壁、第二開口610底部的第二界面層426表面以及第二開口610側(cè)壁形成所述柵介質(zhì)層。

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