半导体栅极结构的制备方法及半导体结构与流程

本申请一般涉及半导体制造工艺领域。更具体地，本申请涉及一种半导体栅极结构的制备方法及半导体结构。

背景技术：

1、在现有技术中，通常会缩小例如金氧半场效晶体管（简称mos）等半导体器件的尺寸，来提升半导体器件的工作性能和节约成本。然而，随着mos等半导体器件的尺寸的缩小，半导体器件的沟道长度减小到一定程度后，源、漏结的耗尽区在整个沟道中所占的比重增大,栅下面的硅表面形成反型层所需的电荷量减小，因而阈值电压减小。同时，衬底内耗尽区沿沟道宽度侧向展宽部分的电荷使阈值电压增加，当源极漏极耗尽区的宽度接近器件的沟道长度时，阈值电压减小变得十分显著，mos等半导体器件将发生严重的短沟道效应。

2、有鉴于此，亟需提供一种改善半导体器件的短沟道效应的方案，以便提升小尺寸半导体器件的性能。

技术实现思路

1、为了至少解决如上所提到的一个或多个技术问题，本申请在多个方面中提出了能够改善半导体器件的短沟道效应的方案。

2、在第一方面中，本申请提供一种半导体栅极结构的制备方法，包括：提供衬底并且在所述衬底上形成栅极多晶硅，其中在所述栅极多晶硅的形成过程中，对所述栅极多晶硅两侧的阱区进行下沉处理；沿所述半导体的沟道长度方向，在所述栅极多晶硅两侧形成侧墙结构，其中所述侧墙结构包括形成在所述栅极多晶硅两侧的牺牲层和形成在牺牲层外侧的侧墙层；对所述栅极多晶硅和所述牺牲层进行移除处理，以形成第一凹槽，其中所述衬底的阱区中还形成有浅槽隔离区，所述栅极多晶硅在移除过程中，沿所述半导体的沟道宽度方向，对所述栅极多晶硅两侧与所述浅槽隔离区接触部分进行下沉处理，以在所述浅槽隔离区上形成第二凹槽；以及对所述第一凹槽和第二凹槽进行栅极填充处理。

3、在一些实施例中，其中对所述栅极多晶硅两侧的阱区进行下沉处理包括：对所述栅极多晶硅两侧的阱区进行过刻处理，使得所述栅极多晶硅两侧的阱区下沉第一高度。

4、在一些实施例中，在所述栅极多晶硅两侧形成侧墙结构包括：在所述栅极多晶硅两侧形成预定厚度的所述牺牲层；以及在所述牺牲层的外侧形成所述侧墙层，其中所述牺牲层和所述侧墙层为不同材质。

5、在一些实施例中，其中所述牺牲层采用氧化硅制成。

6、在一些实施例中，对所述栅极多晶硅和所述牺牲层进行移除处理包括：在形成所述侧墙结构之后，在所述衬底的阱区上形成层间介质，使得所述层间介质覆盖所述栅极多晶硅和所述侧墙结构；去除所述栅极多晶硅和所述侧墙结构中牺牲层上方的层间介质，以露出所述栅极多晶硅和所述牺牲层；以及移除所述栅极多晶硅和所述牺牲层以形成所述第一凹槽。

7、在一些实施例中，去除所述栅极多晶硅和所述侧墙结构中牺牲层上方的层间介质包括：采用化学机械平坦化技术去除所述栅极多晶硅和所述侧墙结构中牺牲层上方的层间介质。

8、在一些实施例中，对所述栅极多晶硅两侧与所述浅槽隔离区接触部分进行下沉处理包括：对所述栅极多晶硅两侧与所述浅槽隔离区接触部分进行过刻处理，使得所述浅槽隔离区下沉第二高度，以形成所述第二凹槽。

9、在一些实施例中，对所述第一凹槽和第二凹槽进行栅极填充处理包括：对所述第一凹槽和所述第二凹槽进行高k介质层填充处理；以及在完成高k介质层填充之后，继续对所述第一凹槽和所述第二凹槽进行金属栅填充处理。

10、在第二方面中，本申请提供一种半导体结构，包括：衬底；在衬底上形成的栅极、源极和漏极；其中，所述栅极采用第一方面所提供的制备方法制成，且所述半导体结构的沟道长度与所述栅极多晶硅的长度、所述栅极多晶硅两侧的阱区的下沉高度以及所述牺牲层的厚度关联，所述半导体结构的沟道宽度与所述栅极多晶硅的宽度以及所述第二凹槽的高度关联。

11、在一些实施例中，其中：所述半导体结构的沟道长度l = l+2h1+2h2，其中， l表示所述栅极多晶硅的长度，h1表示所述栅极多晶硅两侧的阱区的下沉高度，h2表示所述牺牲层的厚度；所述半导体结构的沟道宽度w= w+2h3，其中， w表示所述栅极多晶硅的宽度，h3表示所述第二凹槽的高度。

12、本申请意料不到的有益的技术效果是：通过如上所提供的半导体栅极结构的制备方法及半导体结构，本申请实施例通过在半导体栅极结构制备过程中，对栅极多晶硅两侧的阱区进行下沉以及在栅极多晶硅两侧形成牺牲层，以便通过对栅极多晶硅和牺牲层的移除，来实现栅极长度的延长。同时在栅极多晶硅移除过程中，对栅极多晶硅两侧与浅槽隔离区接触部分进行下沉处理，以实现栅极宽度的拓宽，从而完成对半导体器件栅极结构的改动。由此，本申请的方案能够在不新增掩膜（mask）、不增大器件面积等前提下，通过半导体器件栅极结构的改动，使得半导体器件的沟道的长度和宽度均得到有效增加，从而实现器件短沟道效应的有效改善，进而提升小尺寸半导体器件的性能。

技术特征：

1.一种半导体栅极结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中对所述栅极多晶硅两侧的阱区进行下沉处理包括：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述栅极多晶硅两侧形成侧墙结构包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，其中所述牺牲层采用氧化硅制成。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述栅极多晶硅和所述牺牲层进行移除处理包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，去除所述栅极多晶硅和所述侧墙结构中牺牲层上方的层间介质包括：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述栅极多晶硅两侧与所述浅槽隔离区接触部分进行下沉处理包括：

8.根据权利要求1~7中任一项所述的制备方法，其特征在于，对所述第一凹槽和第二凹槽进行栅极填充处理包括：

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，其中：

技术总结
本申请公开了一种半导体栅极结构的制备方法及半导体结构。其中，半导体栅极结构的制备方法包括：提供衬底并且在衬底上形成栅极多晶硅，在栅极多晶硅的形成过程中，对栅极多晶硅两侧的阱区进行下沉处理；沿半导体的沟道长度方向，在栅极多晶硅两侧形成侧墙结构，其中侧墙结构包括牺牲层和形成在牺牲层外侧的侧墙层；对栅极多晶硅和牺牲层进行移除处理，以形成第一凹槽，栅极多晶硅在移除过程中，沿半导体的沟道宽度方向，对栅极多晶硅两侧与浅槽隔离区接触部分进行下沉处理，以在浅槽隔离区上形成第二凹槽；以及对第一凹槽和第二凹槽进行栅极填充处理。通过本申请的方案，对半导体器件栅极结构进行改动，以实现器件短沟道效应的有效改善。

技术研发人员：胡迎宾,郭廷晃,郭哲劭,王涛涛
受保护的技术使用者：晶芯成（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5