[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710010912.0
• 申請(qǐng)日: 2017-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN108281478B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司;中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/10;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 高靜;吳敏

一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，方法包括：提供基底，基底上形成有層間介質(zhì)層，層間介質(zhì)層內(nèi)具有露出部分基底的開口，開口底部和側(cè)壁形成有疊層結(jié)構(gòu)，疊層結(jié)構(gòu)還位于層間介質(zhì)層的頂部；至少去除位于層間介質(zhì)層頂部的疊層結(jié)構(gòu)；至少去除部分所述疊層結(jié)構(gòu)后，對(duì)基底進(jìn)行退火處理；退火處理后，在開口中填充金屬層，形成柵極結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過采用至少去除位于層間介質(zhì)層頂部的疊層結(jié)構(gòu)的方法，以減小疊層結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度；從而可以減小疊層結(jié)構(gòu)的膨脹量(或收縮量)，相應(yīng)減小疊層結(jié)構(gòu)因產(chǎn)生過大應(yīng)力而發(fā)生破裂的可能性，以減小柵極漏電流、改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中接觸孔插塞和柵極結(jié)構(gòu)之間的隔離效果，進(jìn)而使所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能和良率得到提高。

技術(shù)領(lǐng)域

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)及其形成方法。

背景技術(shù)

集成電路尤其超大規(guī)模集成電路的主要半導(dǎo)體器件是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOS晶體管)。隨著集成電路制作技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷減小，半導(dǎo)體器件的幾何尺寸遵循摩爾定律不斷縮小。當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸減小到一定程度時(shí)，由半導(dǎo)體器件物理極限所帶來的各種二級(jí)效應(yīng)相繼出現(xiàn)，半導(dǎo)體器件的特征尺寸按比例縮小變得越來越困難。其中，在半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，如何解決半導(dǎo)體器件漏電流大的問題最具挑戰(zhàn)性。半導(dǎo)體器件的漏電流大，主要是由傳統(tǒng)柵介質(zhì)層厚度不斷減小所引起的。

當(dāng)前提出的解決方法是，采用高k柵介質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)材料，并使用金屬作為柵電極，以避免高k材料與傳統(tǒng)柵電極材料發(fā)生費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)以及硼滲透效應(yīng)。高k金屬柵的引入，減小了半導(dǎo)體器件的漏電流。

盡管高k金屬柵極的引入能夠在一定程度上改善半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，但是現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能和良率仍有待提高。

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)及其形成方法，優(yōu)化半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能和良率。

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：提供基底，所述基底上形成有層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層內(nèi)具有露出部分所述基底的開口，所述開口的底部和側(cè)壁形成有疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)還位于所述層間介質(zhì)層的頂部；至少去除位于所述層間介質(zhì)層頂部的疊層結(jié)構(gòu)；至少去除部分所述疊層結(jié)構(gòu)后，對(duì)所述基底進(jìn)行退火處理；退火處理后，在所述開口中填充金屬層，形成柵極結(jié)構(gòu)。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：基底；位于所述基底上的層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層內(nèi)具有露出所述部分所述基底的開口；位于所述開口中的疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)的頂部低于所述開口頂部；金屬層，位于所述開口中的疊層結(jié)構(gòu)上。

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(diǎn)：

本發(fā)明在提供基底的步驟中，所述基底上形成有層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層內(nèi)具有露出部分所述基底的開口，所述開口的底部和側(cè)壁形成有疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)還位于所述層間介質(zhì)層的頂部上；在對(duì)所述基底進(jìn)行退火處理之前，至少去除位于所述層間介質(zhì)層頂部的疊層結(jié)構(gòu)；在所述退火處理的影響下，所述疊層結(jié)構(gòu)經(jīng)歷熱脹冷縮，其中膨脹量(或收縮量)與所述疊層結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度相關(guān)；當(dāng)所述疊層結(jié)構(gòu)還位于所述層間介質(zhì)層的頂部上時(shí)，所述長(zhǎng)度為位于所述開口側(cè)壁上的長(zhǎng)度、位于所述開口底部的長(zhǎng)度、以及位于所述層間介質(zhì)層頂部上的長(zhǎng)度之和，因此本發(fā)明通過采用至少去除位于所述層間介質(zhì)層頂部的疊層結(jié)構(gòu)的方法，以減小所述疊層結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度；從而可以減小所述疊層結(jié)構(gòu)的膨脹量(或收縮量)，相應(yīng)可以減小所述疊層結(jié)構(gòu)因產(chǎn)生過大應(yīng)力而發(fā)生破裂的可能性，以減小柵極漏電流、改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中接觸孔插塞和柵極結(jié)構(gòu)之間的隔離效果，進(jìn)而使所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能和良率得到提高。

可選方案中，至少去除位于所述層間介質(zhì)層頂部的疊層結(jié)構(gòu)的步驟中，去除位于所述層間介質(zhì)層頂部的所述疊層結(jié)構(gòu)，以及所述開口側(cè)壁上部分所述疊層結(jié)構(gòu)；一方面，可以進(jìn)一步減小所述疊層結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，有利于減小所述疊層結(jié)構(gòu)的膨脹量(或收縮量)；另一方面，去除所述開口側(cè)壁上部分所述疊層結(jié)構(gòu)后，使所述開口的頂部尺寸增大，相應(yīng)有利于提高后續(xù)在所述開口中填充金屬層的效果，從而有利于提高所形成柵極結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。