[发明专利]栅极的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种栅极的形成方法。

背景技术

MOS晶体管通过在栅极施加电压，调节通过沟道区域的电流来产生开关信号。但当半导体技术进入30纳米以下节点时，传统的平面式MOS晶体管对沟道电流的控制能力变弱，造成严重的漏电流。鳍式场效应晶体管（Fin FET）是一种新兴的多栅器件，它一般包括凸出于半导体衬底表面的半导体鳍部，覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁的栅极结构，位于所述栅极结构两侧的鳍部内的源区和漏区。

在鳍式场效应晶体管的形成工艺中，由于鳍部凸出于半导体衬底表面，在所述半导体衬底表面形成的栅材料层表面凹凸不平，影响了后续工艺的进行。图1示出了现有技术的一种鳍式场效应晶体管的形成过程中栅材料层的剖面结构示意图，包括：半导体衬底100；位于所述半导体衬底100上的凸起的鳍部101；位于所述鳍部101之间，且覆盖所述半导体衬底100表面和所述鳍部101部分侧壁的隔离结构102，所述隔离结构102的顶表面低于所述鳍部101的顶表面；位于所述鳍部101和所述隔离结构102上的栅材料层103。在后栅（Gate-last）工艺中，所述的栅材料层103用于形成伪栅，后续形成源区和漏区后，再去除所述伪栅，形成栅极结构。

由于所述隔离结构102的顶表面低于所述鳍部101的顶表面，相邻鳍部101之间具有凹槽，在形成栅材料层103后，栅材料层103填充所述相邻鳍部101之间的凹槽，使位于所述隔离结构102上的栅材料层表面低于位于所述鳍部101上的栅材料层的表面，所述栅材料层103表面凹凸不平，不利于光刻中对焦深的控制，影响后续制造工艺。

为了解决上述问题，现有技术中通常会采用化学机械抛光（CMP）工艺抛光所述栅材料层103，使位于所述鳍部101和所述隔离结构102上的栅材料层103的顶表面高度相同。但由于在化学机械抛光过程中，不存在抛光停止层，难以控制抛光后的栅材料层103的厚度，栅材料层103的厚度具有不确定性，后续通过刻蚀栅材料层103形成的伪栅的厚度也具有不确定性，造成后续伪栅的去除深度和金属栅的填充深度具有不确定性。

其他有关栅极的形成方法，还可以参考公开号为US2011/0147812A1的美国专利申请。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术形成栅极的厚度难以控制。

为解决上述问题，本发明提供了一种栅极的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成鳍部，在所述鳍部之间形成隔离结构，所述隔离结构的顶表面低于所述鳍部的顶表面；形成覆盖所述鳍部和所述隔离结构的第一栅材料层，所述第一栅材料层的厚度大于所述鳍部的高度；研磨所述第一栅材料层，使所述第一栅材料层表面平整；测量所述隔离结构上第一栅材料层的厚度，获取所述第一栅材料层厚度的测量值；将所述第一栅材料层厚度的测量值与栅厚度目标值比较；若所述第一栅材料层厚度的测量值小于所述栅厚度目标值，则在所述第一栅材料层上形成第二栅材料层，使所述第一栅材料层与所述第二栅材料层的厚度和与所述栅厚度目标值相同，刻蚀所述第二栅材料层和所述第一栅材料层，形成栅极；若所述第一栅材料层厚度的测量值大于所述栅厚度目标值，刻蚀所述第一栅材料层，使刻蚀后剩余第一栅材料层的厚度与所述栅厚度目标值相同，刻蚀所述第一栅材料层，形成栅极。

可选的，测量所述隔离结构上第一栅材料层的厚度的方法为椭偏仪测量。

可选的，所述第一栅材料层的形成工艺为化学气相沉积，所述第二栅材料层的形成工艺为原子层沉积。

可选的，在所述半导体衬底上形成鳍部的方法为自对准双曝光技术。

可选的，还包括在形成所述鳍部的同时在所述鳍部顶表面上形成硬掩膜层。

可选的，所述硬掩膜层为氧化硅层和氮化硅层的堆叠结构，所述氮化硅层位于氧化硅层之上。

可选的，在所述鳍部之间形成隔离结构的工艺包括：形成覆盖所述鳍部和所述硬掩膜层的隔离结构材料层；研磨所述隔离结构材料层，直至暴露出所述硬掩膜层表面，形成隔离介质层；刻蚀所述隔离介质层，使所述隔离介质层的顶表面低于所述鳍部的顶表面，形成隔离结构。

可选的，形成所述隔离结构材料层的工艺为可流动性化学气相沉积。

可选的，所述可流动性化学气相沉积工艺采用高密度等离子体化学气相沉积系统、等离子体增强化学气相沉积系统或者次大气压化学气相沉积系统。

可选的，还包括在刻蚀部分所述隔离结构材料层后，去除所述硬掩膜层。

可选的，去除所述硬掩膜层的工艺为湿法刻蚀。