半导体结构及其制备方法与流程

本申请涉及半导体，具体涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术：

1、化学机械研磨技术（chemical mechanical planarization, cmp）在半导体制造中被广泛应用于选择性去除材料以实现形貌的平坦和器件结构的形成。化学机械研磨技术作为一种全局表面平坦技术，可以使用化学氧化和机械研磨以去除材料，从而使材料去除表面达到高水平的平坦度。

2、然而，在半导体制造过程中，容易因化学机械研磨工艺的使用而于金属栅极表面出现碟形（dishing）效应。这是因为在化学机械研磨过程中，由于金属栅极中间部分的化学机械研磨移除速率比较高，造成金属栅极形成两边高、中间低的碟形凹陷，进而容易影响器件的性能和可靠性。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种半导体结构及其制备方法，利于消除薄膜表面的蝶形效应，以提升器件的性能和可靠性。

2、为实现本申请的目的，本申请提供了如下的技术方案：

3、第一方面，本申请提供了一种半导体结构的制备方法，包括：

4、提供衬底；

5、于所述衬底表面形成间隔分布的多个伪栅结构；所述伪栅结构包括：待置换栅电极、补偿层和隔离层；所述待置换栅电极和所述补偿层沿远离所述衬底的方向层叠；所述隔离层覆盖所述待置换栅电极侧壁及所述补偿层的侧壁和顶面；

6、形成层间介质层，所述层间介质层覆盖所述隔离层并填充相邻所述伪栅结构之间间隔；

7、研磨所述层间介质层及所述隔离层直至暴露出所述补偿层的顶面；

8、研磨所述补偿层，暴露出所述待置换栅电极的顶面，并使得相邻所述伪栅结构之间间隔内所述层间介质层研磨后的表面与所述待置换栅电极的顶面平齐；

9、将所述待置换栅电极替换为金属电极，以形成栅极结构。

10、本申请的半导体制备方法中，通过在伪栅结构内待置换栅电极的顶面设置补偿层，利用补偿层的厚度补偿层间介质层在研磨过程中出现的碟形凹陷，以在研磨去除补偿层之后，确保相邻伪栅结构之间间隔内层间介质层的研磨表面与待置换栅极的顶面平齐，从而能够在不消耗晶体管栅极高度的同时有效解决层间介质层出现碟形凹陷的问题。

11、在其中一个实施例中，所述形成层间介质层，包括：

12、于所述衬底上沉积层间介质材料，使得所述层间介质材料覆盖所述隔离层并填充相邻所述伪栅结构之间间隔；所述层间介质材料的硬度和所述补偿层的硬度相同；

13、对所述层间介质材料进行平坦化处理，获得所述层间介质层。

14、在其中一个实施例中，所述层间介质材料和所述补偿层的材料相同。

15、在其中一个实施例中，所述研磨所述层间介质层及所述隔离层直至暴露出所述补偿层顶面，还包括：于位于相邻所述伪栅结构之间间隔内的所述层间介质层的表面形成凹陷；其中，所述补偿层的厚度大于或等于所述凹陷的最大深度。

16、在其中一个实施例中，所述补偿层的厚度大于或等于所述待置换栅电极的厚度的四分之一。

17、在其中一个实施例中，所述补偿层的厚度大于或等于150a。

18、在其中一个实施例中，在所述提供衬底之后，在所述于所述衬底表面形成间隔分布的多个伪栅结构之前，所述制备方法还包括：

19、于所述衬底表面形成绝缘层；

20、于所述绝缘层远离所述衬底表面形成多个半导体层；

21、于所述半导体层远离所述绝缘层表面形成栅介质层；所述待置换栅电极位于所述栅介质层表面；所述隔离层还覆盖所述绝缘层的侧壁、所述半导体层的侧壁、所述栅介质层的侧壁以及所述绝缘层的部分表面。

22、在其中一个实施例中，所述将所述待置换栅电极替换为金属电极，以形成栅极结构，包括：

23、去除所述待置换栅电极，暴露出所述栅介质表面；

24、于所述栅介质层表面及所述层间介质层研磨后的表面沉积金属导电材料；

25、研磨所述金属导电材料至暴露出所述层间介质层研磨后的表面，使得保留于所述栅介质层表面的所述金属导电材料构成所述金属电极，所述金属电极的顶面与相邻所述伪栅结构之间间隔内所述层间介质层研磨后的表面平齐。

26、第二方面，本申请还提供一种半导体结构，所述半导体结构包括：

27、衬底；

28、多个栅极结构，间隔分布于所述衬底上；所述栅极结构包括：金属电极及覆盖所述金属电极侧壁的隔离层；

29、层间介质层，覆盖所述隔离层侧壁并填充相邻所述栅极结构之间的间隔；所述层间介质层的顶面与所述金属电极的顶面平齐。

30、本申请的半导体结构中，通过在伪栅结构内待置换栅电极的顶面设置补偿层，利用补偿层的厚度补偿层间介质层在研磨过程中出现的碟形凹陷，以在研磨去除补偿层之后，确保相邻伪栅结构之间间隔内层间介质层的研磨表面与待置换栅极的顶面平齐，从而能够在不消耗晶体管栅极高度的同时有效解决层间介质层出现碟形凹陷的问题。

31、在其中一个实施例中，所述半导体结构还包括：

32、顶部介质层，覆盖于所述层间介质层的顶面、所述隔离层的顶面及所述金属电极的顶面。

33、综上所述，本申请提供了一种半导体结构及其制备方法，在伪栅结构内待置换栅电极的顶面设置有补偿层，其意想不到的效果是：利用补偿层的厚度补偿层间介质层在研磨过程中出现的碟形凹陷，以在研磨去除补偿层之后，确保相邻伪栅结构之间间隔内层间介质层的研磨表面与待置换栅极的顶面平齐，从而能够在不消耗晶体管栅极高度的同时有效解决层间介质层出现碟形凹陷的问题，进而有利于提升器件性能及可靠性。

技术特征：

1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述形成层间介质层，包括：

3.根据权利要求2所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述层间介质材料和所述补偿层的材料相同。

4.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述研磨所述层间介质层及所述隔离层直至暴露出所述补偿层顶面，还包括：于位于相邻所述伪栅结构之间间隔内的所述层间介质层的表面形成凹陷；其中，所述补偿层的厚度大于或等于所述凹陷的最大深度。

5.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述补偿层的厚度大于或等于所述待置换栅电极的厚度的四分之一。

6.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述补偿层的厚度大于或等于150a。

7.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，在所述提供衬底之后，在所述于所述衬底表面形成间隔分布的多个伪栅结构之前，还包括：

8.根据权利要求7所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述将所述待置换栅电极替换为金属电极，以形成栅极结构，包括：

9.一种半导体结构，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，还包括：

技术总结
本申请涉及一种半导体结构及其制备方法。该方法包括：于衬底表面形成间隔分布的多个伪栅结构；伪栅结构包括：待置换栅电极、补偿层和隔离层，待置换栅电极和补偿层沿远离衬底的方向层叠，隔离层覆盖待置换栅电极侧壁及补偿层的侧壁和顶面；形成层间介质层，层间介质层覆盖隔离层并填充相邻伪栅结构之间间隔；研磨层间介质层及隔离层直至暴露出补偿层的顶面；研磨补偿层，暴露出待置换栅电极的顶面，并使得相邻伪栅结构之间间隔内层间介质层研磨后的表面与待置换栅电极的顶面平齐；将待置换栅电极替换为金属电极，以形成栅极结构。本申请利于提升器件性能及可靠性。

技术研发人员：何青,蔡宗佐,杨杰,李阳阳
受保护的技术使用者：合肥晶合集成电路股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21