一种改善金属栅高压器件可靠性的工艺方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善金属栅高压器件可靠性的工艺方法。


背景技术：

2.当技术节点进入28nm以下，逻辑器件变得非常小，量子效应等愈发凸现，原有传统多晶硅栅和氧化硅介质层已经无法满足器件高性能的需求，因此引入了high-k材料和金属栅。传统的多晶硅栅极(poly gate)工艺中，多晶硅直接作为栅极由接触孔连出，而金属栅极工艺中，在填充完金属栅之后，会有一道化学机械研磨(cmp)，除掉多余金属。在cmp工艺中，大块金属栅极中间部分会磨得快，边缘部分磨得慢，极易形成凹陷，这样对于金属栅的质量造成严重影响。尤其在hv器件中，沟道面积大，金属栅的面积也相应很大，金属栅极碟状的问题的解决至关重要。
3.目前解决金属栅极碟状的方法是在多晶硅上加入狭槽(slot)，将大块金属栅分割成许多小块，slot处的栅氧有暴露在外的风险，后续工艺中各种等离子体金属离子等会影响栅氧，这对器件可靠性提出严重挑战，因此，需要开发一种新的多晶硅狭槽形成方法，以减小上述可靠性风险。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善金属栅高压器件可靠性的工艺方法，用于解决现有技术中形成金属栅过程中，栅氧层有被暴露的风险，从而对器件可靠性造成影响的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善金属栅高压器件可靠性的工艺方法，至少包括：
6.步骤一、提供衬底，在所述衬底上自下而上依次形成包含栅氧层以及多晶硅层的叠层；其中所述栅氧层位于所述衬底上表面，所述多晶硅层位于所述栅氧层的上表面；
7.步骤二、刻蚀所述叠层，形成叠层结构；
8.步骤三、沉积覆盖所述叠层结构及被暴露出的所述衬底上表面的第一侧墙层；
9.步骤四、刻蚀所述侧墙层，将所述叠层结构的顶部以及所述衬底上表面暴露，在所述叠层结构的侧壁形成第一侧墙；
10.步骤五、在所述叠层结构的侧壁形成依附于所述第一侧墙的第二侧墙；
11.步骤六、刻蚀所述叠层结构，在所述叠层结构上形成多个狭槽；所述狭槽的底部为所述多晶硅层；
12.步骤七、光刻胶回刻，并在所述衬底上形成覆盖所述衬底以及填充于所述狭槽的介质层；之后平坦化所述介质层；
13.步骤八、去除所述多晶硅层形成凹槽，并露出衬底上表面的所述栅氧层；
14.步骤九、在所述凹槽内填充金属；
15.步骤十、平坦化所述金属。
16.优选地，步骤一所述叠层还包括：位于所述多晶硅层上表面的氮化硅层以及位于所述氮化硅层上的teos层。
17.优选地，步骤二中刻蚀所述叠层的方法包括：自上而下刻蚀所述叠层中的所述teos层、氮化硅层、多晶硅层以及栅氧层，将所述衬底上表面暴露，形成位于衬底上的有源区的多个叠层结构。
18.优选地，步骤五中形成所述第二侧墙的方法包括：沉积覆盖所述叠层结构顶部及其侧壁的所述第一侧墙、被暴露出的所述衬底上表面的第二侧墙层；之后刻蚀所述第二侧墙层，将所述叠层结构的顶部以及所述衬底上表面暴露，在所述叠层结构的侧壁形成依附于所述第一侧墙的所述第二侧墙。
19.优选地，步骤六中刻蚀所述叠层结构形成多个所述狭槽的方法包括：(1)现在所述叠层结构上旋涂光刻胶；(2)光刻形成光刻胶结构；(3)按照所述光刻胶结构刻蚀所述叠层结构，至所述叠层结构中的所述多晶硅层未被刻穿，形成所述多个狭槽，从而使得所述狭槽底部为多晶硅层，所述狭槽下方的所述栅氧层未被暴露。
20.优选地，步骤七中平坦化所述介质层至露出所述叠层结构中的所述氮化硅层上表面为止。
21.优选地，步骤六中所述狭槽底部剩余的所述多晶硅层的厚度为100～150埃。
22.优选地，步骤六中刻蚀所述叠层结构的方法为干法刻蚀。
23.如上所述，本发明的改善金属栅高压器件可靠性的工艺方法，具有以下有益效果：本发明的方法通过将多晶硅刻蚀与形成狭槽的工艺进行分离，最大程度减少狭槽形成对栅氧层的影响，极大地减轻了高压器件可靠性降低的风险。
附图说明
24.图1显示为本发明中位于衬底上的叠层示意图；
25.图2显示为本发明中形成叠层结构后的结构示意图；
26.图3显示为本发明中形成第一侧墙层后的结构示意图；
27.图4显示为本发明中在叠层结构侧壁形成第一侧墙的结构示意图；
28.图5显示为本发明中形成第二侧墙后的结构示意图；
29.图6显示为本发明中在叠层结构上进行光刻形成光刻胶图形的结构示意图；
30.图7显示为本发明中刻蚀形成狭槽后的结构示意图；
31.图8显示为本发明中光刻胶回刻形成的结构示意图；
32.图9显示为本发明中光刻胶回刻后的结构示意图；
33.图10显示为本发明中形成介质层并平坦化后的结构示意图；
34.图11显示为本发明中刻蚀形成凹槽后的结构示意图；
35.图12显示为本发明中在凹槽内填充金属并平坦化后的结构示意图；
36.图13显示为本发明中的改善金属栅高压器件可靠性的工艺方法流程图。
具体实施方式
37.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书
所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
38.请参阅图1至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
39.本发明提供一种改善金属栅高压器件可靠性的工艺方法，如图13所示，图13显示为本发明中的改善金属栅高压器件可靠性的工艺方法流程图，该方法至少包括以下步骤：
40.步骤一、提供衬底，在所述衬底上自下而上依次形成包含栅氧层以及多晶硅层的叠层；其中所述栅氧层位于所述衬底上表面，所述多晶硅层位于所述栅氧层的上表面；如图1所示，图1显示为本发明中位于衬底上的叠层示意图。该步骤一在所述衬底上自下而上依次形成包含栅氧层01以及多晶硅层02的叠层；其中所述栅氧层01位于所述衬底上表面，所述多晶硅层02位于所述栅氧层01的上表面。
41.本发明进一步地，本实施例的步骤一所述叠层还包括：位于所述多晶硅层02上表面的氮化硅层03以及位于所述氮化硅层03上的teos层04。
42.步骤二、刻蚀所述叠层，形成叠层结构；如图2所示，图2显示为本发明中形成叠层结构后的结构示意图。该步骤二中刻蚀所述叠层，形成叠层结构，刻蚀后所述衬底上表面被暴露。
43.本发明进一步地，本实施例的步骤二中刻蚀所述叠层的方法包括：自上而下刻蚀所述叠层中的所述teos层04、氮化硅层03、多晶硅层02以及栅氧层01，将所述衬底上表面暴露，形成位于衬底上的有源区的多个叠层结构。
44.步骤三、沉积覆盖所述叠层结构及被暴露出的所述衬底上表面的第一侧墙层；如图3所示，图3显示为本发明中形成第一侧墙层后的结构示意图。该步骤三中沉积覆盖所述叠层结构及被暴露出的所述衬底上表面的第一侧墙层05。
45.步骤四、刻蚀所述侧墙层，将所述叠层结构的顶部以及所述衬底上表面暴露，在所述叠层结构的侧壁形成第一侧墙；如图4所示，图4显示为本发明中在叠层结构侧壁形成第一侧墙的结构示意图。该步骤四中刻蚀所述侧墙层05，将所述叠层结构的顶部以及所述衬底上表面暴露，在所述叠层结构的侧壁形成所述第一侧墙05。
46.步骤五、在所述叠层结构的侧壁形成依附于所述第一侧墙的第二侧墙；如图5所示，图5显示为本发明中形成第二侧墙后的结构示意图。该步骤五在所述叠层结构的侧壁形成依附于所述第一侧墙05的第二侧墙06。
47.本发明进一步地，本实施例的步骤五中形成所述第二侧墙的方法包括：沉积覆盖所述叠层结构顶部及其侧壁的所述第一侧墙、被暴露出的所述衬底上表面的第二侧墙层；之后刻蚀所述第二侧墙层，将所述叠层结构的顶部以及所述衬底上表面暴露，在所述叠层结构的侧壁形成依附于所述第一侧墙的所述第二侧墙。
48.步骤六、刻蚀所述叠层结构，在所述叠层结构上形成多个狭槽；所述狭槽的底部为所述多晶硅层；如图6和图7所示，其中图6显示为本发明中在叠层结构上进行光刻形成光刻胶图形的结构示意图。图7显示为本发明中刻蚀形成狭槽后的结构示意图。该步骤六中刻蚀
所述叠层结构，在所述叠层结构上形成多个狭槽10；所述狭槽的底部为所述多晶硅层。
49.本发明进一步地，本实施例的步骤六中刻蚀所述叠层结构形成多个所述狭槽的方法包括：(1)现在所述叠层结构上旋涂光刻胶；(2)光刻形成光刻胶结构；如图6所示；(3)按照所述光刻胶结构刻蚀所述叠层结构，至所述叠层结构中的所述多晶硅层未被刻穿，形成所述多个狭槽，从而使得所述狭槽底部为多晶硅层，所述狭槽下方的所述栅氧层未被暴露。
50.本发明进一步地，本实施例的步骤六中所述狭槽底部剩余的所述多晶硅层的厚度为100～150埃。
51.本发明进一步地，本实施例的步骤六中刻蚀所述叠层结构的方法为干法刻蚀。
52.步骤七、光刻胶回刻，并在所述衬底上形成覆盖所述衬底以及填充于所述狭槽的介质层；之后平坦化所述介质层；本实施例中，光刻胶回刻前，如图6所示，在所述叠层结构上形成一层氧化层09，形成该氧化层09是采用氧气和氮气的混合气体，进行等离子体处理的方法。如图8所示，图8显示为本发明中光刻胶回刻形成的结构示意图。该步骤中进行光刻胶回刻前，所述氮化硅层的厚度为50埃。该步骤七进行光刻胶回刻前先在所述叠层结构上形成光刻胶11并显影。形成的光刻胶图形覆盖于所述狭槽。之后进行光刻胶回刻，如图9所示，图9显示为本发明中光刻胶回刻后的结构示意图。如图10所示，图10显示为本发明中形成介质层并平坦化后的结构示意图。所述介质层12填充于所述狭槽内。
53.本发明进一步地，本实施例的步骤七中平坦化所述介质层12至露出所述叠层结构中的所述氮化硅层上表面为止。
54.步骤八、去除所述多晶硅层形成凹槽，并露出衬底上表面的所述栅氧层；如图11所示，图11显示为本发明中刻蚀形成凹槽后的结构示意图。该步骤八中去除所述多晶硅层形成凹槽，13并露出衬底上表面的所述栅氧层。
55.步骤九、在所述凹槽内填充金属；如图12所示，图12显示为本发明中在凹槽内填充金属并平坦化后的结构示意图。该步骤九在所述凹槽内填充金属14。
56.步骤十、平坦化所述金属。
57.综上所述，本发明的方法通过将多晶硅刻蚀与形成狭槽的工艺进行分离，最大程度减少狭槽形成对栅氧层的影响，极大地减轻了高压器件可靠性降低的风险。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
58.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。