[發(fā)明專利]半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)以及其形成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210379521.3
• 申請(qǐng)日: 2012-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103715075A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江圳陵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L29/49;H01L29/423
• 代理公司: 北京中原華和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)以及形成該半導(dǎo)體裝置的方法，特別是涉及一種半導(dǎo)體裝置的柵極結(jié)構(gòu)以及形成該半導(dǎo)體裝置的該柵極結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

淺溝槽隔離(Shallow?Trench?Isolation，“STI”)是使用在半導(dǎo)體裝置中用于隔離鄰近晶體管的技術(shù)，尤其是用在小范圍的隔離區(qū)域，如次0.5微米(sub-0.5μm)等的隔離區(qū)域，淺溝槽通常是蝕刻在硅材料中，且一或者更多介電材料將沉積在此溝槽中，額外的處理步驟，例如化學(xué)機(jī)械平坦化，則可用于移除過(guò)剩的介電材料。

尤其多重遮罩、離子布植、退火、等離子體蝕刻、以及化學(xué)與物理氣相沉積等步驟，皆可用于形成遮蔽式柵極半導(dǎo)體中的淺溝槽。

更具體地，在半導(dǎo)體晶圓上形成隔離區(qū)的工藝，包含以下多個(gè)步驟。在晶圓基板上成長(zhǎng)大約3nm到8nm非常薄的氧化硅層，接著沉積大約100nm到250nm的氮化硅層作為氧化阻障層(oxide?barrier)，并在其表面上形成經(jīng)圖案化的蝕刻阻抗層以定義將不擬形成淺溝槽的區(qū)，然后將淺溝槽蝕刻入基板中，蝕刻范圍甚至繼續(xù)穿過(guò)底蝕的氧化硅層而進(jìn)入硅基板，所蝕刻的溝槽是經(jīng)由側(cè)壁與底部而定義。

然后橫越溝槽的表面(側(cè)壁與底部)而形成氧化襯墊(oxide?linear),氧化襯墊并不實(shí)質(zhì)地填充溝槽，反而氧化襯墊是用于形成連接的、連續(xù)的跨晶圓氧化硅層，此晶圓是經(jīng)由形成在晶圓上的非常薄的氧化硅層以及橫越溝槽表面而形成的氧化襯墊而定義。

選擇性地，氧化襯墊可作為溝槽側(cè)壁的離子布植的犧牲氧化物；選擇性地，氮化物層可橫越氧化襯墊而設(shè)置。

以沉積的方式將氧化物填充在未受到氧化襯墊占據(jù)的溝槽的殘余開(kāi)口空間，再以化學(xué)機(jī)械平坦化移除過(guò)剩沉積氧化物，最后，移除作為氧化阻障層的氮化硅遮罩。

STI的幾何差異以及STI大小的變化會(huì)導(dǎo)致各種電荷大量堆積在隔離氧化物中，使得工作中的半導(dǎo)體柵極產(chǎn)生不如預(yù)期的反應(yīng)。在STI的制作期間，很難以精確地控制平面性與溝槽填充，例如，溝槽氧化物可能會(huì)凹陷而低于柵極氧化層的主動(dòng)區(qū)域，造成在溝槽的角隅區(qū)域處的尖峰電場(chǎng)變異。

在金屬氧化物半導(dǎo)體中使用溝槽結(jié)構(gòu)控制柵極到漏極間電容的現(xiàn)有習(xí)用技術(shù)是相當(dāng)受到局限的技術(shù)，并將由于鈍化層的不均勻厚度與遍及所填充溝槽的不均勻深寬比，以及其它工藝因素，導(dǎo)致具有變異表現(xiàn)的半導(dǎo)體。

因此在本領(lǐng)域仍然有對(duì)用于填充半導(dǎo)體溝槽的系統(tǒng)、工藝或者方法進(jìn)行改進(jìn)的須要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于,提供一種新的半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)以及其形成方法,所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使其具有實(shí)質(zhì)減少的孔隙空間的填充溝槽，非常適于實(shí)用。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種形成半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)的方法，包含提供一溝槽，該溝槽是經(jīng)由一介電結(jié)構(gòu)與一堆疊結(jié)構(gòu)而定義；在該介電結(jié)構(gòu)與該堆疊結(jié)構(gòu)上共形地形成一第一導(dǎo)電層；以及在該第一導(dǎo)電層的一頂部區(qū)域上形成一氧化層。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

前述的形成半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中該氧化層是使用一等離子體氧化而形成。

前述的形成半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中該等離子體氧化步驟可以在約0.1torr到約0.5torr的壓力中操作。

前述的形成半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中該氧化層可以從該第一導(dǎo)電層中移除，在某些實(shí)施例之中，該氧化層可以使用，例如一濕式清除工藝而移除。

前述的形成半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中該氧化層可以由至少部分的該第一導(dǎo)電層形成。

前述的形成半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中在該第一導(dǎo)電層上形成一第二導(dǎo)電層。

前述的形成半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中該第一導(dǎo)電層在相鄰于該介電結(jié)構(gòu)的一區(qū)域處具有一第一厚度，以及在相鄰于該堆疊結(jié)構(gòu)的另一區(qū)域處具有一第二厚度，其中該第一厚度對(duì)該第二厚度的比值是從約50%到約95%。

前述的形成半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中該堆疊結(jié)構(gòu)還包含一第三導(dǎo)電層。

前述的形成半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)的方法，其中該堆疊結(jié)構(gòu)還包含一第一介電層，而該第三導(dǎo)電層以及設(shè)置在該第三導(dǎo)電層上的一第二介電層是設(shè)置于該第一介電層之上。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體柵極結(jié)構(gòu)，包含一溝槽，其是經(jīng)由一介電結(jié)構(gòu)以及一堆疊結(jié)構(gòu)定義；以及一導(dǎo)電填充結(jié)構(gòu)，其是設(shè)置在該介電結(jié)構(gòu)以及該堆疊結(jié)構(gòu)上，其中該導(dǎo)電填充結(jié)構(gòu)包含至少二個(gè)導(dǎo)電層。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。