[發明專利]在后柵工藝中形成不同厚度的柵氧化層的方法

有效

• 申請號: 201410322652.7
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN105448687B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 庫爾班·阿吾提
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張振軍

本發明提供了一種在后柵工藝中形成不同厚度的柵氧化層的方法，包括：提供半導體襯底，包括核心器件區域和IO器件區域，所述核心器件區域和IO器件區域的半導體襯底上覆蓋有氧化層；形成覆蓋所述半導體襯底和氧化層的介質層，該介質層在所述核心器件區域和IO器件區域分別具有柵極開口；依次形成高K材料層和帽層，該高K材料層覆蓋所述介質層的表面、該柵極開口的底部和側壁，該帽層覆蓋所述高K材料層；在所述核心器件區域中注入氧凈化劑；對所述半導體襯底進行退火，以使所述氧凈化劑移除所述核心器件區域的至少部分氧元素。本發明無需移除核心器件區域的柵氧化層，能夠避免介質層損失、IO器件柵氧化層的損失、非均勻性等問題。

技術領域

本發明涉及后柵工藝(gate-last)，尤其涉及一種在后柵工藝中形成不同厚度的柵氧化層的方法。

背景技術

隨著半導體技術的發展，特征尺寸(CD，Critical Dimension)不斷縮小，柵氧化層的厚度的精確控制變得比過去更加重要。

在高K介質層加金屬柵極的后柵工藝(HKMG last technology)中，因為在多個熱工藝步驟中，例如源漏注入激活退火，柵氧化層的厚度變得更厚，所以在偽柵極(dummygate)被移除后，柵氧化層被移除并再次生長。柵氧化層的厚度越小，熱工藝步驟中增加的厚度比例就越大。

現有技術中，核心器件(core device)和IO器件(IO device)常要生產在同一晶圓上。由于IO器件和核心器件的柵氧化層厚度的要求并不相同，例如IO器件的柵氧化層厚度為而核心器件的柵氧化層厚度為因此，需要一些額外的工藝步驟來形成不同厚度柵氧化層。

但是，在實際工藝中，移除柵氧化層帶來了很多問題，例如，如果不使用光刻膠來保護IO器件區域，那么會導致介質層(ILD)的損失、拉應力氮化硅(tensile SiN)的損失、IO器件的柵氧化層的損失以及不均勻性(non-uniformity)；如果使用光刻膠來保護IO器件區域，那么在IO器件的柵極開口處會造成光刻膠曝光和去除的問題。

下面結合圖1至圖7對現有技術中一種形成不同厚度的柵氧化層的方法進行簡單說明。

參考圖1，提供半導體襯底10，該半導體襯底10包括核心器件區域(CORE)和IO器件區域(IO)。該半導體襯底10中可以形成有隔離結構101，例如STI結構。之后，在核心器件區域和IO器件區域形成IO柵氧化層11。

參考圖2，去除核心器件區域內的IO柵氧化層11，僅保留IO器件區域內的IO柵氧化層11。

參考圖3，在核心器件區域內形成核心柵氧化層12。

參考圖4，在半導體襯底10上形成介質層13，該介質層13在核心器件區域和IO器件區域的適當位置具有柵極開口131，柵極開口131周圍的介質層13中可以具有側墻(spacer)132，柵極開口131兩側的半導體襯底10中可以具有源區133和漏區134。

參考圖5，去除核心器件區域的IO柵氧化層11。

參考圖6，在核心器件區域的柵極開口131的底部形成核心柵氧化層14。

參考圖7，形成高K材料層15，該高K材料層15覆蓋介質層13、柵極開口131的底部以及側壁。在形成高K材料層15之后，可以進行退火。

仍然參考圖5，在去除核心器件區域的IO柵氧化層11的過程中，如果不使用光刻膠來保護IO器件區域，那么會導致介質層13的損失、IO器件區域的IO柵氧化層11的損失等問題；如果使用光刻膠來保護IO器件區域，那么在IO器件區域的柵極開口131處會造成光刻膠的曝光和去除問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種在后柵工藝中形成不同厚度的柵氧化層的方法，無需移除核心器件區域的柵氧化層，能夠避免介質層損失、IO器件柵氧化層的損失、非均勻性等問題。