本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路向超大規(guī)模集成電路發(fā)展，集成電路內(nèi)部的電路密度越來越大，所包含的元器件數(shù)量也越來越多，元器件的尺寸也隨之減小。隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸的減小，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中器件的溝道隨之縮短。由于溝道縮短，緩變溝道近似不再成立，而凸顯出各種不利的物理效應(yīng)(特別是短溝道效應(yīng))，這使得器件性能和可靠性發(fā)生退化，限制了器件尺寸的進(jìn)一步縮小。

為了控制短溝道效應(yīng)，器件尺寸的進(jìn)一步縮小要求柵極電容的進(jìn)一步增大。柵極電容的增大能夠通過減薄柵介質(zhì)層的厚度而實(shí)現(xiàn)。但是柵介質(zhì)層厚度的減小會引起柵極漏電流的增大。為了抑制柵極漏電流，金屬柵極結(jié)構(gòu)被引入半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中。金屬柵極結(jié)構(gòu)包括金屬電極和高k介質(zhì)層。金屬柵極結(jié)構(gòu)能夠有效提高柵極電容，同時能夠有效抑制柵極漏電流。

同時，電路密度的增大，晶圓表面無法提供足夠的面積來制造連接線。為了滿足元器件縮小后的互連需求，兩層及兩層以上的多層金屬間互連線的設(shè)計成為超大規(guī)模集成電路技術(shù)常采用的方法之一。不同金屬層或者金屬層與半導(dǎo)體器件之間通過連接插塞實(shí)現(xiàn)連接導(dǎo)通。

但是現(xiàn)有技術(shù)中所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，柵極與連接插塞之間的寄生電容過大，影響了所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，以減小柵極與連接插塞之間的寄生電容，提高所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：

提供襯底；在襯底上形成柵極；在所述柵極的側(cè)壁上依次形成第一側(cè)墻和第二側(cè)墻，所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻的介電常數(shù)；在所 述柵極之間填充介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層中形成連接插塞。

可選的，形成所述第一側(cè)墻和所述第二側(cè)墻的步驟中，所述第一側(cè)墻的材料包括氟化石墨烯或石墨烯，所述第二側(cè)墻的材料包括氧化硅。

可選的，形成所述第一側(cè)墻的步驟中，所述第一側(cè)墻包括10層到30層氟化石墨烯。

可選的，所述第一側(cè)墻的材料為氟化石墨烯，形成所述第一側(cè)墻的步驟包括：在所述柵極側(cè)壁上形成石墨烯層；對所述石墨烯層進(jìn)行氟化處理。

可選的，形成所述石墨烯層的步驟包括：通過化學(xué)氣相沉積的方式在所述柵極側(cè)壁上形成石墨烯層。

可選的，通過化學(xué)氣相沉積的方式形成所述石墨烯層的步驟中，所采用的工藝氣體包括甲烷和氫氣。

可選的，對所述石墨烯進(jìn)行氟化處理的步驟中，所述氟化處理使所述第一側(cè)墻內(nèi)氟原子與碳原子的原子數(shù)量比小于1。

可選的，所述形成方法在形成柵極之后在形成所述第一側(cè)墻之前，還包括：在所述柵極側(cè)壁上形成附著層；形成所述第一側(cè)墻的步驟中，所述第一側(cè)墻覆蓋所述附著層表面。

可選的，形成所述附著層的步驟中，所述附著層的材料包括鍺硅。

可選的，形成附著層的步驟包括，通過外延生長的方式形成所述附著層。

可選的，形成柵極的步驟中，所述柵極為偽柵極；所述形成方法在形成所述介質(zhì)層之后形成連接插塞之前，還包括：去除所述柵極形成開口；在所述開口中形成金屬柵極。

可選的，所述柵極和所述第一側(cè)墻之間還形成有附著層；形成開口的步驟包括：進(jìn)行第一刻蝕去除所述柵極，露出所述附著層；進(jìn)行第二刻蝕去除所述附著層，露出所述第一側(cè)墻。

可選的，所述第一刻蝕和所述第二刻蝕中的一個或兩個步驟包括：采用濕法刻蝕的方式進(jìn)行刻蝕。

可選的，進(jìn)行第一刻蝕的步驟中，采用四甲基氫氧化銨溶液去除所述柵極。

可選的，所述附著層的材料包括鍺硅；進(jìn)行第二刻蝕的步驟中，采用氨水或者鹽酸溶液去除所述附著層。

可選的，所述形成方法在形成所述第一側(cè)墻和第二側(cè)墻之后在填充介質(zhì)層之前，還包括：對柵極兩側(cè)的襯底進(jìn)行輕摻雜漏注入。

相應(yīng)的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：

襯底；位于所述襯底上的柵極；依次位于所述柵極側(cè)壁上的第一側(cè)墻和第二側(cè)墻，所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻的介電常數(shù)；填充于所述柵極之間的介質(zhì)層；位于所述介質(zhì)層中的連接插塞。

可選的，所述第一側(cè)墻的材料包括氟化石墨烯或石墨烯，所述第二側(cè)墻的材料包括氧化硅。

可選的，所述第一側(cè)墻包括10層到30層的氟化石墨烯。

可選的，氟化石墨烯材料的所述第一側(cè)墻內(nèi)氟原子與碳原子的原子數(shù)量比小于1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明通過在柵極側(cè)壁上依次形成第一側(cè)墻和第二側(cè)墻，所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻的介電常數(shù)。由于所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)較小，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效減小所述柵極與連接插塞之間材料的介電常數(shù)，從而減小所述柵極與連接插塞之間的寄生電容，改善器件性能。

本發(fā)明可選方案中，采用氟化石墨烯材料形成所述第一側(cè)墻。所述氟化石墨烯材的介電常數(shù)較小，而且具有較高的擊穿電場強(qiáng)度。因此在相同厚度情況下，能夠有效減小柵極與連接插塞之間材料的介電常數(shù)，減小柵極與連接插塞之間的寄生電容。而且氟化石墨烯材料還能夠在較高溫度下保持較高的電阻率，因此采用氟化石墨烯材料形成所述第一側(cè)墻還能夠提高所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的可靠性。進(jìn)一步，氟化石墨烯材料具有良好的阻擋性能，能夠有 效阻擋金屬離子向所述介質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)展抑制影響所述介質(zhì)層的電隔離性能。因此氟化石墨烯材料第一側(cè)墻的使用能夠提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2至圖8是本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法一實(shí)施例各個步驟中間結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)存在寄生電容過大的問題?，F(xiàn)結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分析其寄生電容過大問題的原因：

參考圖1，示出了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底10；位于所述襯底10表面上的金屬柵極50，所述金屬柵極50的側(cè)壁上形成有側(cè)墻60；位于所述金屬柵極50兩側(cè)襯底10內(nèi)的源區(qū)或漏區(qū)20；位于源區(qū)或漏區(qū)20表面的金屬插塞40；填充于所述金屬插塞40和金屬柵極50之間的介質(zhì)層30。

隨著半導(dǎo)體器件尺寸的縮小，器件溝道長度的減小，所述源區(qū)或漏區(qū)20與所述金屬柵極50之間的距離越來越小。所以所述金屬插塞40與所述金屬柵極50之間的距離也隨之減小。

由于金屬插塞40與所述金屬柵極50之間的側(cè)墻60和介質(zhì)層30的材料往往是氧化物或氮化物。氧化物或氮化物的介電常數(shù)相對較高，因此金屬插塞40與所述金屬柵極50之間的寄生電容c54隨著距離的減小而迅速增大，影響了由所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所形成半導(dǎo)體器件的性能。

為解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：

提供襯底；在襯底上形成柵極；在所述柵極的側(cè)壁上依次形成第一側(cè)墻和第二側(cè)墻，所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻的介電常數(shù)；在所述柵極之間填充介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層中形成連接插塞。

本發(fā)明通過在柵極側(cè)壁上依次形成第一側(cè)墻和第二側(cè)墻，所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻的介電常數(shù)。由于所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)較 小，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效減小所述柵極與連接插塞之間材料的介電常數(shù)，從而減小所述柵極與連接插塞之間的寄生電容，改善器件性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

參考圖2至圖8，示出了本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法一實(shí)施例各個步驟中間結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。

參考圖2，首先提供襯底100。

所述襯底100用于為后續(xù)工藝提供操作平臺。所述襯底100的材料選自單晶硅、多晶硅或者非晶硅；所述襯底100也可以選自硅、鍺、砷化鎵或鍺硅等化合物；所述襯底100還可以是其他半導(dǎo)體材料。此外，所述襯底100還可以選自具有外延層或外延層上硅材料。本實(shí)施例中，以形成平面晶體管的柵極結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說明，因此，所述襯底100為單晶硅襯底。

繼續(xù)參考圖2，提供所述襯底100之后，在襯底100上形成柵極200。

本實(shí)施例中，所述襯底100表面還覆蓋有保護(hù)層101，以防止后續(xù)半導(dǎo)體工藝對襯底100造成損傷。具體的，所述保護(hù)層101的材料為氧化硅。因此提供襯底100之后，在形成所述柵極200之前，所述形成方法還包括在所述襯底100表面形成保護(hù)層101。

所以，在所述襯底100上形成所述柵極200的步驟包括，在所述保護(hù)層101表面形成所述柵極200。本實(shí)施例中，所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是基于高k金屬柵(high-kmetalgate,hkmg)晶體管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。因此所述柵極200為偽柵，用于定義后續(xù)所形成金屬柵極的尺寸和位置。但是所述柵極200為偽柵的做法僅為一示例。本發(fā)明其他實(shí)施例中，所述柵極也可以是所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極。

形成所述柵極200的步驟包括：在所述保護(hù)層101表面形成柵極材料層；在所述柵極材料層表面形成第一圖形化層，所述第一圖形化層用于定義所述柵極200的尺寸和位置；以所述第一圖形化層為掩膜，刻蝕所述柵極材料層形成柵極200。

所述第一圖形化層可以是圖形化的光刻膠層，采用涂布工藝和光刻工藝形成。此外，為了縮小后續(xù)所形成柵極結(jié)構(gòu)的尺寸，縮小所形成半導(dǎo)體器件的尺寸，所述第一圖形化層還可以采用多重圖形化掩膜工藝形成。所述多重圖形化掩膜工藝包括：自對準(zhǔn)雙重圖形化(self-aligneddoublepatterned，sadp)工藝、自對準(zhǔn)三重圖形化(self-alignedtriplepatterned)工藝或自對準(zhǔn)四重圖形化(self-aligneddoubledoublepatterned,saddp)工藝。

參考圖3，在所述柵極200側(cè)壁上依次形成第一側(cè)墻210和第二側(cè)墻220，所述第一側(cè)墻210的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻的介電常數(shù)。

所述第一側(cè)墻210和所述第二側(cè)墻220用于實(shí)現(xiàn)不同器件之間的電隔離。具體的，由于所述第一側(cè)墻210的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻220介電常數(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)中僅采用第二側(cè)墻220的半導(dǎo)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明技術(shù)方案所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中柵極與連接插塞之間介質(zhì)材料的介電常數(shù)較小。因此本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效減小柵極和連接插塞之間的寄生電容。

具體的，所述第一側(cè)墻210的材料包括石墨烯或氟化石墨烯，所述第二側(cè)墻220的材料包括氧化硅。本實(shí)施例中，所述第一側(cè)墻210的材料為氟化石墨烯。氟化石墨烯材料的介電常數(shù)較小(約為1.2左右)，而且氟化石墨烯材料具有較高的擊穿電場強(qiáng)度(擊穿電場強(qiáng)度高達(dá)12mv/cm到20mv/cm)。因此在相同厚度情況下，采用氟化石墨烯材料形成所述第一側(cè)墻210能夠有效減小實(shí)現(xiàn)電隔離介質(zhì)材料的介電常數(shù)，能夠提高器件之間的電絕緣性。

此外氟化石墨烯材料還能夠在較高的溫度下保持較高的電阻率。因此氟化石墨烯材料的第一側(cè)墻210還可以提高所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)性能的可靠性。

進(jìn)一步，氟化石墨烯材料還有很好的阻擋性能，因此采用氟化石墨烯材料的第一側(cè)墻210能夠有效阻擋后續(xù)所形成的金屬柵極的金屬離子向第二介質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散以致影響第二介質(zhì)層的電隔離性能，提高所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

如果所述第一側(cè)墻210的厚度太薄，則無法有效實(shí)現(xiàn)減小寄生電容的功能；如果所述第一側(cè)墻210的厚度太厚，則容易造成材料浪費(fèi)和提高工藝難度。本實(shí)施例中，所述第一側(cè)墻210包括10層到30層的氟化石墨烯。

由于所述第一側(cè)墻210的材料為氟化石墨烯，因此形成所述第一側(cè)墻210的步驟包括：先在所述柵極200側(cè)壁上形成石墨烯層；再對所述石墨烯層進(jìn)行氟化處理。

具體的，在所述柵極200側(cè)壁上形成石墨烯層的步驟包括：通過化學(xué)氣相沉積的方式在所述柵極200側(cè)壁上形成石墨烯層。本實(shí)施例中，通過化學(xué)氣相沉積的方式在所述柵極200側(cè)壁上形成石墨烯層的步驟中，所采用的工藝氣體包括甲烷和氫氣，工藝溫度在950℃左右。

在形成所述石墨烯層之后，對所述石墨烯層進(jìn)行氟化處理，以形成氟化石墨烯的所述第一側(cè)墻210。具體的，通過氟等離子摻雜的方式對所述石墨烯層進(jìn)行氟化。

如果所述氟化石墨烯材料內(nèi)氟濃度過高，則容易造成材料浪費(fèi)，增大工藝難度。因此本實(shí)施例中，所述氟化石墨烯的第一側(cè)墻210中，所述氟原子與碳原子的原子數(shù)量比小于1。

具體的，對所述石墨烯層進(jìn)行氟化處理的過程中，所采用的工藝氣體包括四氟化碳，氣體壓力約為5mtorr，工藝溫度在200℃左右；進(jìn)行氟化處理的時間在40min到60min范圍內(nèi)。

需要說明的是，為了提高所形成所述第一側(cè)墻210與所述柵極200的連接強(qiáng)度，提供所形成第一側(cè)墻210的質(zhì)量，本實(shí)施例中在形成所述柵極200之后，在形成所述第一側(cè)墻210之前，還包括在所述柵極200側(cè)壁表面形成附著層211。因此形成所述第一側(cè)墻210的步驟中，所述第一側(cè)墻210覆蓋所述附著層211的表面。

所述附著層210作為所述第一側(cè)墻210的生長襯底。本實(shí)施例中，所述第一側(cè)墻210的材料為氟化石墨烯，因此所述附著層211的材料包括鍺硅材料。采用鍺硅材料的附著層211能夠有效的提高在所述附著層211表面形成的石墨烯層的質(zhì)量，減少所述石墨烯層的結(jié)構(gòu)缺陷，從而能夠提高氟化石墨烯材料的第一側(cè)墻210的性能。具體的，可以通過外延生長的方式在所述柵極200的側(cè)壁表面形成鍺硅材料的附著層211。所述附著層211的厚度大于

所述第二側(cè)墻220還用于保護(hù)所述襯底100內(nèi)的溝道區(qū)域，避免后續(xù)半導(dǎo)體工藝對所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的溝道造成損傷，也用于減少所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)源區(qū)和漏區(qū)穿通現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以所述第二側(cè)墻220與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中柵極側(cè)墻類似，可以是由氧化硅或氮化硅等介質(zhì)材料形成的側(cè)墻，也可以是由氧化層-氮化層-氧化層等疊層結(jié)構(gòu)形成的側(cè)墻。

具體的，形成所述第二側(cè)墻220的步驟包括：形成覆蓋所述襯底100以及所述柵極200表面的側(cè)墻材料層；通過各向異性干法刻蝕的方式去除所述襯底100表面以及所述柵極200頂部表面上的側(cè)墻材料層，形成位于所述柵極200側(cè)壁上的第二側(cè)墻220。

參考圖4，在所述柵極200之間填充介質(zhì)層300。

需要說明的是，在形成所述第二側(cè)墻220之后，在填充所述介質(zhì)層300之前，所述形成方法還包括：對所述柵極200兩側(cè)的襯底100進(jìn)行輕摻雜漏注入(lightlydopeddrain,ldd)。輕摻雜漏注入能夠在所述襯底100表面形成非晶態(tài)，摻雜離子與表面非晶態(tài)結(jié)合有利于維持淺結(jié)，有利于抑制溝道漏電流。

所述介質(zhì)層300用于實(shí)現(xiàn)器件隔離。本實(shí)施例中，所述介質(zhì)層300的材料為氧化硅。因此通過所述第一側(cè)墻210、所述第二側(cè)墻220以及所述介質(zhì)層300實(shí)現(xiàn)器件電隔離的做法，能夠減小器件間電隔離介質(zhì)材料的介電常數(shù)，減小柵極與連接插塞之間的寄生電容，改善所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。

所述介質(zhì)層300可以通過化學(xué)氣相沉積的方式在所述柵極200之間形成。隨著器件尺寸的減小，相鄰所述柵極200之間間隙的尺寸相應(yīng)縮小，使得相鄰所述柵極200之間間隙的深寬比增大，為了使所述介質(zhì)層300能夠充分填充相鄰所述柵極200之間的間隙，本實(shí)施例中，通過流體化學(xué)氣相沉積(flowablechemicalvapordeposition,fcvd)的方式形成所述介質(zhì)層300。

參考圖5至圖8，在所述介質(zhì)層300中形成連接插塞500。

由于本實(shí)施例中，所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是基于高k金屬柵晶體管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，形成所述柵極200的步驟中，所述柵極200為偽柵極。因此在形成所述介質(zhì)層300之后，在形成連接插塞500之前，所述形成方法還包括：去除 所述柵極200(如圖4所示)形成金屬柵極400(如圖7所示)。

下面結(jié)合圖5至圖7，詳細(xì)說明所述金屬柵極400的形成。

首先結(jié)合參考圖5，去除所述柵極200形成開口310。

在去除所述柵極200之前，本實(shí)施例中，所述形成方法還包括：對所述介質(zhì)層300進(jìn)行平坦化處理，以露出所述柵極200(圖4)的頂部表面。具體的，可以通過化學(xué)機(jī)械研磨的方式對所述介質(zhì)層300進(jìn)行平坦化處理。

本實(shí)施例中，所述柵極200與所述第一側(cè)墻210之間還形成有附著層211，因此形成所述開口310的步驟包括：進(jìn)行第一刻蝕去除所述柵極200，露出所述附著層211；進(jìn)行第二刻蝕去除所述附著層211，露出所述第一側(cè)墻210。

所述第一刻蝕和所述第二刻蝕中的一個或兩個步驟包括：采用濕法刻蝕的方式進(jìn)行刻蝕。本實(shí)施例中，所述第一刻蝕和所述第二刻蝕均采用濕法刻蝕的方式進(jìn)行。

具體的，本實(shí)施例，所述柵極200的材料為多晶硅。因此采用濕法刻蝕的方式進(jìn)行所述第一刻蝕的步驟中，可以采用四甲基氫氧化銨(tetramethylammoniumhydroxide,tmah)溶液去除所述柵極200。所述附著層211的材料為鍺硅，所以采用濕法刻蝕的方式進(jìn)行所述第二刻蝕的步驟中，可以采用氨為水(nah4oh)或者鹽酸(hcl)去除所述附著層211。

接著，參考圖6和圖7，在所述開口310內(nèi)形成金屬柵極400。

需要說明的是，本實(shí)施例中，所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為基于高k金屬柵晶體管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。因此在形成金屬柵極400之前，所述形成方法還包括：在所述開口310底部形成柵介質(zhì)層410。

如圖6所示，所述柵介質(zhì)層410包括氧化層411和高k介質(zhì)層412。所以形成所述柵介質(zhì)層410的步驟包括形成依次位于所述襯底100表面的氧化物層411和高k介質(zhì)層412。

提供襯底100之后，形成柵極200之前，所述形成方法還包括在所述襯底100表面形成氧化硅材料的保護(hù)層101。因此去除所述柵極200后，所述開口310底部露出所述保護(hù)層101的表面。本實(shí)施例中，采用所述保護(hù)層101 作為氧化物層411。這種做法能夠簡化工藝步驟，提高制作效率。

但是在本發(fā)明其他實(shí)施例中，也可以在去除所述柵極形成所述開口時，使所述開口的底部露出所述襯底的表面；之后再在所述開口底部重新形成所述氧化層。

所述高k介質(zhì)層412的材料包括介電常數(shù)大于3.9的材料，具體包括氧化鉿、氧化鋯、氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦或氧化鋁等。

本實(shí)施例中，在形成所述高k介質(zhì)層412之前，還包括對所述開口310底部露出的所述氧化層411進(jìn)行鈍化處理。在經(jīng)鈍化處理的氧化物層411表面形成高k介質(zhì)層412能夠減少所述高k介質(zhì)層412內(nèi)的缺陷，提高所述高k介質(zhì)層的性能。具體的，可以采用包括有鹵素的等離子體對所述氧化物層進(jìn)行鈍化處理。

需要說明的是，本實(shí)施例中，所述高k介質(zhì)層412還覆蓋所述開口310的側(cè)壁。

參考圖7，在所述開口310內(nèi)填充金屬材料形成金屬柵極400。

具體的，所述金屬材料可以包括鋁、銅、銀、金、鉑、鎳、鈦、氮化鈦、氮化鉈、鉈、碳化鉈、氮硅化鉈、鎢、氮化鎢、硅化鎢的一種或多種。形成所述金屬柵極400的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不再詳述。

參考圖8，在形成金屬柵極400之后，在所述介質(zhì)層300內(nèi)形成連接插塞500。

所述連接插塞500用于實(shí)現(xiàn)不同層金屬或者不同層器件之間的電連接。具體的，形成所述連接插塞500的步驟包括：在所述介質(zhì)層300表面形成第二圖形化層，所述第二圖形化層用于定義所述連接插塞500的位置和尺寸；以所述第二圖形化層為掩膜，刻蝕所述介質(zhì)層300，在所述介質(zhì)層300內(nèi)形成通孔；向所述通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料，以形成連接插塞500。

本發(fā)明通過在柵極側(cè)壁上依次形成第一側(cè)墻和第二側(cè)墻，所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻的介電常數(shù)。由于所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)較 小，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效減小所述柵極與連接插塞之間材料的介電常數(shù)，從而減小所述柵極與連接插塞之間的寄生電容，改善器件性能。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：

襯底；位于所述襯底上的柵極；依次位于所述柵極側(cè)壁上的第一側(cè)墻和第二側(cè)墻，所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻的介電常數(shù)；填充于所述柵極之間的介質(zhì)層；位于所述介質(zhì)層中的連接插塞。

參考圖8，示出了本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖8所示，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：襯底100。

所述襯底100用于為后續(xù)工藝提供操作平臺。所述襯底100的材料選自單晶硅、多晶硅或者非晶硅；所述襯底100也可以選自硅、鍺、砷化鎵或鍺硅等化合物；所述襯底100還可以是其他半導(dǎo)體材料。此外，所述襯底100還可以選自具有外延層或外延層上硅材料。本實(shí)施例中，以形成平面晶體管的柵極結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說明，因此，所述襯底100為單晶硅襯底。

位于所述襯底100上的柵極。

本實(shí)施例中，所述襯底100表面還覆蓋有保護(hù)層101，以防止后續(xù)半導(dǎo)體工藝對襯底100造成損傷。具體的，所述保護(hù)層101的材料為氧化硅。因此所述柵極位于所述保護(hù)層101的表面。

本實(shí)施例中，所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是基于高k金屬柵(high-kmetalgate,hkmg)晶體管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。因此所述柵極為金屬柵極400。所以所述金屬柵極400與所述襯底100之間還具有柵介質(zhì)層410。所述柵介質(zhì)層410包括依次位于襯底100表面的氧化層411和高k介質(zhì)層412。

本實(shí)施例中，所述襯底100表面覆蓋有氧化物材料的保護(hù)層101。所以本實(shí)施例中采用所述金屬柵極400與所述襯底100之間的所述保護(hù)層101作為所述金屬柵極400的氧化層411。

需要說明的是，為了減少所述高k介質(zhì)層412內(nèi)的缺陷，提高所述高k介質(zhì)層的性能，所述氧化層411為經(jīng)鈍化的氧化層。具體的，所述氧化層411 為經(jīng)鈍化等離子體鈍化的氧化層，其中所述鈍化等離子體包括鹵素。

所述高k介質(zhì)層412的材料包括介電常數(shù)大于3.9的材料，具體包括氧化鉿、氧化鋯、氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦或氧化鋁等。

所述金屬柵極400的材料可以包括鋁、銅、銀、金、鉑、鎳、鈦、氮化鈦、氮化鉈、鉈、碳化鉈、氮硅化鉈、鎢、氮化鎢、硅化鎢的一種或多種。

所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括：依次位于所述柵極200側(cè)壁上的第一側(cè)墻210和第二側(cè)墻220，所述第一側(cè)墻210的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻220的介電常數(shù)。

所述第一側(cè)墻210和所述第二側(cè)墻220用于實(shí)現(xiàn)不同器件之間的電隔離。具體的，由于所述第一側(cè)墻210的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻220介電常數(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)中僅采用第二側(cè)墻220的半導(dǎo)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明技術(shù)方案所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中柵極與連接插塞之間介質(zhì)材料的介電常數(shù)較小。因此本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效減小柵極和連接插塞之間的寄生電容。

具體的，所述第一側(cè)墻210的材料包括石墨烯或氟化石墨烯，所述第二側(cè)墻220的材料包括氧化硅。本實(shí)施例中，所述第一側(cè)墻210的材料為氟化石墨烯。氟化石墨烯材料的介電常數(shù)較小(約為1.2左右)，而且氟化石墨烯材料具有較高的擊穿電場強(qiáng)度(擊穿電場強(qiáng)度高達(dá)12mv/cm到20mv/cm)。因此在相同厚度情況下，采用氟化石墨烯材料形成所述第一側(cè)墻210能夠有效減小實(shí)現(xiàn)電隔離介質(zhì)材料的介電常數(shù)，能夠提高器件之間的電絕緣性。

此外氟化石墨烯材料還能夠在較高的溫度下保持較高的電阻率。因此氟化石墨烯材料的第一側(cè)墻210還可以提高所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)性能的可靠性。

進(jìn)一步，氟化石墨烯材料還有很好的阻擋性能，因此采用氟化石墨烯材料的第一側(cè)墻210能夠有效阻擋后續(xù)所形成的金屬柵極的金屬離子向第二介質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散以致影響第二介質(zhì)層的電隔離性能，提高所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

如果所述第一側(cè)墻210的厚度太薄，則無法有效實(shí)現(xiàn)減小寄生電容的功能；如果所述第一側(cè)墻210的厚度太厚，則容易造成材料浪費(fèi)和提高工藝難 度。本實(shí)施例中，所述第一側(cè)墻210包括10層到30層的氟化石墨烯。

如果所述氟化石墨烯材料內(nèi)氟濃度過高，則容易造成材料浪費(fèi)，增大工藝難度。因此本實(shí)施例中，所述氟化石墨烯的第一側(cè)墻210中，所述氟原子與碳原子的原子數(shù)量比小于1。

需要說明的是，所述第二側(cè)墻220還用于保護(hù)所述襯底100內(nèi)的溝道區(qū)域，避免后續(xù)半導(dǎo)體工藝對所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的溝道造成損傷，也用于減少所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)源區(qū)和漏區(qū)穿通現(xiàn)象的出現(xiàn)。

填充于所述柵極200之間的介質(zhì)層300。

需要說明的是，本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于所述柵極200兩側(cè)襯底內(nèi)的輕摻雜區(qū)310。所述輕摻雜區(qū)310內(nèi)形成有非晶態(tài)，摻雜離子與表面非晶態(tài)結(jié)合能夠有效的抑制溝道漏電流。

所述介質(zhì)層300用于實(shí)現(xiàn)器件隔離。本實(shí)施例中，所述介質(zhì)層300的材料為氧化硅。因此通過所述第一側(cè)墻210、所述第二側(cè)墻220以及所述介質(zhì)層330實(shí)現(xiàn)器件電隔離的做法，能夠減小器件間電隔離介質(zhì)材料的介電常數(shù)，減小柵極與連接插塞之間的寄生電容，改善所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。

位于所述介質(zhì)層300中的連接插塞500。

具體的，所述連接插塞500用于實(shí)現(xiàn)不同層金屬或者不同層器件之間的電連接。所述連接插塞500的材料為導(dǎo)電材料，具體可以包括鋁、銅、銀、金、鉑、鎳、鈦、氮化鈦、氮化鉈、鉈、碳化鉈、氮硅化鉈、鎢、氮化鎢、硅化鎢的一種或多種。

綜上，本發(fā)明通過在柵極側(cè)壁上依次形成第一側(cè)墻和第二側(cè)墻，所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)小于所述第二側(cè)墻的介電常數(shù)。由于所述第一側(cè)墻的介電常數(shù)較小，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效減小所述柵極與連接插塞之間材料的介電常數(shù)，從而減小所述柵極與連接插塞之間的寄生電容，改善器件性能。此外本發(fā)明可選方案中，采用氟化石墨烯材料形成所述第一側(cè)墻。所述氟化石墨烯材的介電常數(shù)較小，而且具有較高的擊穿電場強(qiáng)度。因此在相同厚度情況下，能夠有效減小柵極與連接插塞之間材料的介電常數(shù)，減小柵極與連接插塞之間的寄生電容。而且氟化石墨烯材料還能夠在 較高溫度下保持較高的電阻率，因此采用氟化石墨烯材料形成所述第一側(cè)墻還能夠提高所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的可靠性。進(jìn)一步，氟化石墨烯材料具有良好的阻擋性能，能夠有效阻擋金屬離子向所述介質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)展抑制影響所述介質(zhì)層的電隔離性能。因此氟化石墨烯材料第一側(cè)墻的使用能夠提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。