[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410231340.5
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN105336688B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉煥新
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L21/28;H01L21/321;H01L21/3105
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 應(yīng)戰(zhàn);駱蘇華

一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；形成覆蓋部分第一區(qū)域的第一偽柵極和覆蓋部分第二區(qū)域的器件層，第一偽柵極和器件層的表面齊平；在半導(dǎo)體襯底表面形成介質(zhì)層，介質(zhì)層的表面與第一偽柵極、器件層的表面齊平；去除第一偽柵極，形成第一凹槽；在第一凹槽內(nèi)壁、介質(zhì)層和器件層上形成填充滿第一凹槽的第一金屬層；采用化學(xué)機械研磨工藝，對第一金屬層進行第一平坦化處理，去除位于介質(zhì)層和器件層表面的第一金屬層，在第一凹槽內(nèi)形成第一柵極，所述第一平坦化處理采用的研磨液內(nèi)具有保護劑，在平坦化過程中在所述器件層的表面形成保護層。上述方法可以在形成第一柵極的過程中，使器件層的表面不受損傷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體器件集成度的不斷提高，技術(shù)節(jié)點的降低，傳統(tǒng)的柵介質(zhì)層不斷變薄，晶體管的柵極漏電流隨之增加，引起半導(dǎo)體器件功耗增加等問題。為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)提供一種將金屬柵極替代多晶硅柵極的解決方案。其中，“后柵(gate last)”工藝為形成金屬柵極晶體管的一個主要工藝。

現(xiàn)有采用后柵極工藝形成金屬柵極晶體管的方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括位于所述半導(dǎo)體襯底表面的偽柵介質(zhì)層和所述偽柵介質(zhì)層表面的偽柵極；所述半導(dǎo)體襯底上還形成有覆蓋半導(dǎo)體襯底表面以及偽柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的表面與偽柵結(jié)構(gòu)頂部表面齊平；去除所述偽柵結(jié)構(gòu)后形成凹槽；在所述凹槽和介質(zhì)層表面依次形成高K柵介質(zhì)層、功函數(shù)層和金屬層，然后以所述介質(zhì)層表面作為停止層，采用化學(xué)機械研磨(CMP)工藝對所述金屬層進行平坦化，形成金屬柵極。

所述金屬柵極晶體管一般形成在芯片的核心區(qū)域，例如邏輯區(qū)域等，而在芯片的外圍區(qū)域，例如輸入/輸出區(qū)域，通常還是采用多晶硅作為柵極材料，并且在芯片上還具有其他采用多晶硅或其他材料形成的器件層，例如多晶硅電阻等。在采用化學(xué)機械研磨(CMP)工藝進行平坦化形成金屬柵極的過程中，由于CMP工藝對多晶硅等材料的器件層的研磨速率較快，往往會對其他區(qū)域的器件層表面造成損傷，使所述器件層頂部發(fā)生凹陷，從而影響該器件層的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在形成金屬柵極的過程中，避免對其他區(qū)域的器件層表面造成損傷。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；形成覆蓋部分第一區(qū)域的第一偽柵極和覆蓋部分第二區(qū)域的器件層，所述第一偽柵極頂部表面和器件層的頂部表面齊平；在半導(dǎo)體襯底表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層覆蓋第一偽柵極和器件層的側(cè)壁，并且所述介質(zhì)層表面與第一偽柵極頂部表面、器件層頂部表面齊平；去除所述第一偽柵極，形成第一凹槽；在所述第一凹槽內(nèi)壁、介質(zhì)層和器件層上形成填充滿所述第一凹槽的第一金屬層；采用化學(xué)機械研磨工藝，對所述第一金屬層進行第一平坦化處理，去除位于介質(zhì)層和器件層上的第一金屬層，在所述第一凹槽內(nèi)形成第一柵極，所述第一平坦化處理采用的研磨液內(nèi)具有保護劑，所述保護劑在平坦化過程中在所述器件層的表面形成保護層。

可選的，所述保護劑與器件層材料發(fā)生反應(yīng)，形成所述保護層。

可選的，所述保護層的厚度為

可選的，所述保護劑的濃度為10ppm～100ppm。

可選的，所述研磨液內(nèi)的保護劑為O₃。

可選的，所述器件層的材料為多晶硅。

可選的，所述保護層的材料為氧化物層。

可選的，所述保護層的材料為氧化硅。

可選的，所述半導(dǎo)體襯底還包括第三區(qū)域；形成覆蓋部分第三區(qū)域的第二偽柵極，所述第二偽柵極與第一偽柵極分立，且所述第二偽柵極頂部表面與第一偽柵極頂部表面齊平。