一种改善介电层孔隙的方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善介电层孔隙的方法。

背景技术：

现行的hkmg(高介电常数金属栅极)先进逻辑芯片的栅极制备工艺，主要分为：伪栅极(dummypoly)工艺制备临时栅极来定义源、漏极，去除伪栅极dummypoly实现金属栅的沉积。其中去除伪栅极dummypoly工艺中，如何在不损伤源漏极结构的前提下完成栅极平坦化对整个芯片性能至关重要。由于随着器件结构越来越小，栅极间容易在氧化层(oxide)沉积过程中出现空隙，并在之后的栅极平坦化过程中暴露出来，最终在金属栅沉积时保留栅极金属而影响芯片性能。

因此，需要提出一种新的改善栅极间介电层孔隙的方法来解决上述问题。

技术实现要素：

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介电层孔隙的方法，用于解决现有技术中栅极之间的氧化层在其沉积过程中容易出现孔隙，从而在后续栅极平坦化的过程中暴露出来，进而影响芯片性能的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善介电层孔隙的方法，该方法至少包括以下步骤：

步骤一、提供半导体结构，所述半导体结构包括：基底、位于所述基底上相互间隔的多个多晶硅栅结构、依次依附于所述多晶硅栅结构侧壁的第一至第三侧墙；所述多晶硅栅结构上表面设有氮化硅；

步骤二、去除所述第二、第三侧墙以及所述多晶硅栅结构上表面的所述氮化硅；

步骤三、在所述半导体结构上沉积氮化硅层，之后在该氮化硅层上沉积氧化硅层，并且所述氧化硅层的高度大于所述多晶硅栅结构的高度；

步骤四、在所述氧化硅层的上表面旋涂一层光刻胶，所述光刻胶填充满所述多晶硅栅结构之间空隙，并且所述光刻胶的高度大于所述多晶硅栅结构的高度；

步骤五、去除所述多晶硅栅结构上方的所述光刻胶，并向下过刻蚀所述氧化硅层至位于所述第一侧墙上的所述氮化硅层为止，并保留位于所述多晶硅栅结构之间的光刻胶；

步骤六、去除剩余的光刻胶将位于所述多晶硅栅结构之间底部的所述氧化硅层暴露出来；

步骤七、沉积一层氧化硅填充满所述多晶硅栅结构之间的空隙，并且沉积后氧化硅的高度大于所述多晶硅栅结构的高度；

步骤八、研磨以平坦化所述多晶硅栅结构，并研磨至所述多晶硅栅结构上表面为止。

优选地，步骤一中的所述第二侧墙和第三侧墙都为氮化硅。

优选地，步骤二中利用湿法刻蚀工艺去除所述第二、第三侧墙以及位于所述多晶硅栅结构上表面的氮化硅。

优选地，步骤三中在所述半导体结构上沉积的所述氮化硅层填充了所述多晶硅结构之间的基底上表面。

优选地，步骤五中采用干法刻蚀去除位于所述多晶硅栅结构上方的所述光刻胶。

优选地，步骤五中在所述干法刻蚀过程中，向下刻蚀所述光刻胶至所述多晶硅栅结构上的所述氧化硅层停止；之后采用选择比高的气体刻蚀所述氧化硅层至位于所述第一侧墙上的所述氮化硅层为止，并保留位于所述多晶硅栅结构之间的光刻胶保留。

优选地，步骤六中采用灰化工艺去除剩余的所述光刻胶。

优选地，步骤八中采用化学机械研磨工艺平坦化所述多晶硅栅结构。

优选地，步骤八中的所述化学机械研磨工艺采用等比例研磨所述氧化硅和所述氮化硅层。

如上所述，本发明的改善介电层孔隙的方法，具有以下有益效果：本发明在刻蚀氧化硅的过程中，通过保留栅极间的光刻胶，在后续栅极间再填充氧化硅来达到避免栅极间孔隙的出现，进而在后续平坦化栅极的过程中，避免孔隙暴露，改善了工艺，提高了芯片性能。

附图说明

图1显示为本发明所提供的半导体结构示意图；

图2显示为本发明去除第二、第三侧墙以及多晶硅栅结构上的氮化硅后的结构示意图；

图3显示为本发明在半导体结构上沉积氮化硅层后的结构示意图；

图4显示为本发明中在氮化硅层上沉积氧化硅层后的结构示意图；

图5显示为本发明中在氧化硅层上旋涂光刻胶后的结构示意图；

图6显示为本发明去除多晶硅栅结构上方的光刻胶后的结构示意图；

图7显示为本发明过刻蚀氧化硅层后的结构示意图；

图8显示为本发明去除剩余光刻胶后将多晶硅栅结构之间的氧化硅层暴露出的结构示意图；

图9显示为本发明沉积氧化硅以填充多晶硅栅结构之间空隙的结构示意图；

图10显示为本发明对多晶硅栅结构平坦化后的结构示意图；

图11显示为本发明改善介电层孔隙的方法的流程图。

具体实施方式

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。

请参阅图1至图11。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。

本发明提供一种改善介电层孔隙的方法，如图11所示，图11显示为本发明改善介电层孔隙的方法的流程图，本发明的所述方法至少包括以下步骤：步骤一、提供半导体结构，所述半导体结构包括：基底、位于所述基底上相互间隔的多个多晶硅栅结构、依次依附于所述多晶硅栅结构侧壁的第一至第三侧墙；所述多晶硅栅结构上表面设有氮化硅；步骤二、去除所述第二、第三侧墙以及所述多晶硅栅结构上表面的所述氮化硅；步骤三、在所述半导体结构上沉积氮化硅层，之后在该氮化硅层上沉积氧化硅层，并且所述氧化硅层的高度大于所述多晶硅栅结构的高度；步骤四、在所述氧化硅层的上表面旋涂一层光刻胶，所述光刻胶填充满所述多晶硅栅结构之间空隙，并且所述光刻胶的高度大于所述多晶硅栅结构的高度；步骤五、去除所述多晶硅栅结构上方的所述光刻胶，并向下过刻蚀所述氧化硅层至位于所述第一侧墙上的所述氮化硅层为止，并保留位于所述多晶硅栅结构之间的光刻胶；步骤六、去除剩余的光刻胶将位于所述多晶硅栅结构之间底部的所述氧化硅层暴露出来；步骤七、沉积一层氧化硅填充满所述多晶硅栅结构之间的空隙，并且沉积后氧化硅的高度大于所述多晶硅栅结构的高度；步骤八、研磨以平坦化所述多晶硅栅结构，并研磨至所述多晶硅栅结构上表面为止。

本实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤一、提供半导体结构，所述半导体结构包括：基底、位于所述基底上相互间隔的多个多晶硅栅结构、依次依附于所述多晶硅栅结构侧壁的第一至第三侧墙；所述多晶硅栅结构上表面设有氮化硅；如图1所示，图1显示为本发明所提供的半导体结构示意图，其中所述基底01上设有多个彼此相互隔离的多晶硅栅结构02，所述每个多晶硅栅结构02的侧壁都依次设有第一侧墙03、第二侧墙04以及第三侧墙003，本发明进一步地，本实施例中的步骤一中，所述第二侧墙04和所述第三侧墙003都为氮化硅。

步骤二、去除所述第二、第三侧墙以及所述多晶硅栅结构上表面的所述氮化硅004；本发明进一步地，本实施例中的步骤二中利用湿法刻蚀工艺去除所述第二、第三侧墙以及位于所述多晶硅栅结构上表面的氮化硅。去除后的结构图如图2所示。

步骤三、在所述半导体结构上沉积氮化硅层，之后在该氮化硅层上沉积氧化硅层，并且所述氧化硅层的高度大于所述多晶硅栅结构的高度；本发明进一步地，本实施例中的步骤三中，在所述半导体结构上沉积的所述氮化硅层填充了所述多晶硅结构之间的基底上表面。

如图3所示，图3显示为本发明在所述半导体结构上沉积氮化硅层后的结构示意图，沉积的所述氮化硅层05覆盖了所述多晶硅栅结构的上表面，并且同时覆盖了所述第一侧墙外表面以及覆盖了所述多晶硅栅结构之间的所述基底上表面。图3中沉积所述氮化硅层05后，所述多晶硅栅结构之间的基底上表面虽然覆盖有所述氮化硅层05，但是所述氮化硅层05并没有将所述多晶硅栅结构之间的空隙填满。

沉积所述氮化硅层05后，继续在所述氮化硅层05上沉积所述氧化硅层06，如图4所示，图4显示为本发明中在氮化硅层上沉积氧化硅层后的结构示意图。沉积所述氧化硅层06后，所述氧化硅层06填充了部分所述多晶硅栅结构之间的空隙。

步骤四、在所述氧化硅层的上表面旋涂一层光刻胶，所述光刻胶填充满所述多晶硅栅结构之间空隙，并且所述光刻胶的高度大于所述多晶硅栅结构的高度；如图5所示，图5显示为本发明中在氧化硅层上旋涂光刻胶后的结构示意图。所述光刻胶07将所述多晶硅栅结构之间的空隙填充满，并且所述光刻胶07将所述多晶硅栅结构上表面完全覆盖。

步骤五、去除所述多晶硅栅结构上方的所述光刻胶，并向下过刻蚀所述氧化硅层至位于所述第一侧墙上的所述氮化硅层为止，并保留位于所述多晶硅栅结构之间的光刻胶；如图6所示，图6显示为本发明去除多晶硅栅结构上方的光刻胶后的结构示意图。

本实施例的步骤五中采用干法刻蚀去除位于所述多晶硅栅结构上方的所述光刻胶。本发明进一步地，如图7所示，图7显示为本发明过刻蚀氧化硅层后的结构示意图。

本实施例的步骤五中，在所述干法刻蚀过程中，向下刻蚀所述光刻胶07至所述多晶硅栅结构02上的所述氧化硅层06停止；之后采用选择比高的气体刻蚀所述氧化硅层06至位于所述第一侧墙03上的所述氮化硅层06为止，并保留位于所述多晶硅栅结构之间的光刻胶07保留。

步骤六、去除剩余的光刻胶将位于所述多晶硅栅结构之间底部的所述氧化硅层暴露出来；如图8所示，图8显示为本发明去除剩余光刻胶后将多晶硅栅结构之间的氧化硅层暴露出的结构示意图。本发明进一步地，本实施例的步骤六中采用灰化工艺去除剩余的所述光刻胶。

步骤七、沉积一层氧化硅填充满所述多晶硅栅结构之间的空隙，并且沉积后氧化硅的高度大于所述多晶硅栅结构的高度；如图9所示，图9显示为本发明沉积氧化硅以填充多晶硅栅结构之间空隙的结构示意图。由图8可知，所述多晶硅栅结构之间的底部保留了部分氧化硅，在去除其上方的剩余光阻后，所述多晶硅栅结构之间的底部氧化硅上方留有空隙，因此，该步骤七再次沉积氧化硅以填充该空隙，并且沉积氧化硅后形成的所述氧化硅层06的高度大于所述多晶硅栅结构的高度。

步骤八、研磨以平坦化所述多晶硅栅结构，并研磨至所述多晶硅栅结构上表面为止。如图10所示，图10显示为本发明对多晶硅栅结构平坦化后的结构示意图。

本发明进一步地，本实施例的步骤八中采用化学机械研磨工艺平坦化所述多晶硅栅结构。再进一步地，步骤八中的所述化学机械研磨工艺采用等比例研磨所述氧化硅和所述氮化硅层。

综上所述，本发明在刻蚀氧化硅的过程中，通过保留栅极间的光刻胶，在后续栅极间再填充氧化硅来达到避免栅极间孔隙的出现，进而在后续平坦化栅极的过程中，避免孔隙暴露，改善了工艺，提高了芯片性能。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。

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。