[發(fā)明專利]后柵工藝中電極和連線的制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110263768.4
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN102983098A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊濤;趙超;李俊峰;閆江;賀曉彬;盧一泓
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導體器件的制造方法，更具體地講，涉及一種后柵工藝中柵電極和接觸連線的制造方法。

背景技術(shù)

隨高K/金屬柵工程在45納米技術(shù)節(jié)點上的成功應用，使其成為亞30納米以下技術(shù)節(jié)點不可缺少的關(guān)鍵模塊化工程。目前只有堅持高K/后金屬柵(gate?last)路線的英特爾公司在45納米和32納米量產(chǎn)上取得了成功。近年來緊隨IBM產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的三星，臺積電，英飛凌等業(yè)界巨頭也將之前開發(fā)的重點由高K/先金屬柵(gate?first)轉(zhuǎn)向后柵(gate?last)工程。

目前后柵工程，已經(jīng)有2代子技術(shù)。其中，工藝的區(qū)別之一在于接觸孔及鎢塞的制備。兩代技術(shù)示意圖見圖1：如圖1A所示，第一代技術(shù)中，接觸孔及鎢塞的制備與65nm技術(shù)相似，即形成鋁金屬柵1之后先用氧化硅2將器件四周及頂部完全隔離，然后經(jīng)化學機械平坦化，最后進行接觸孔的開孔及制備鎢塞3；第二代技術(shù)中，接觸孔及鎢塞3是在金屬鋁的柵電極1化學機械平坦化之后，直接在器件之間氧化硅2隔離層上進行接觸孔的開孔及鎢塞制備。可見，相對于第一代技術(shù)常規(guī)的W-CMP，此步只需要通過CMP除去多余的W；在第二代技術(shù)中要求轉(zhuǎn)變?yōu)閃-Al?CMP，此步CMP過程中除研磨掉多余的W外，在W-CMP快結(jié)束時，將不可避免地對柵電極的Al會產(chǎn)生再次研磨。

對于第二代技術(shù)后柵技術(shù)，接觸孔的開孔及制備鎢塞是在金屬柵電極CMP(化學機械平坦化)之后，在源漏區(qū)上方刻蝕貫通的接觸通孔，而后通過CVD工藝將金屬鎢(W)填入通孔內(nèi)，再通過CMP工藝，移除多余的W，形成鎢塞。該CMP工藝對CMP技術(shù)提出了諸多挑戰(zhàn)，尤其是在該CMP工藝中，會面對兩種不同的金屬材料W和Al，由于兩者的化學腐蝕電位不同，材料硬度不同，材料彈性不同，因此如何有效控制不同金屬間的金屬腐蝕以及材料凹陷(dishing)等缺陷，對于該CMP工藝提出了極大挑戰(zhàn)；此外，從工藝集成角度來看，鎢塞和金屬柵材料的不同也會大大增加工藝整合的復雜性，為得到相應結(jié)構(gòu)，至少需要2道金屬CMP。

總之，現(xiàn)有的后柵工藝中柵電極和源漏接觸連線分開制造，工藝復雜度提高、CMP均勻性及工藝缺陷不易控制，容易造成器件缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于提出一種后柵工藝中柵電極與接觸連線同時制備的方法，一方面簡化了工藝集成的復雜程度，另一方面大大增強了CMP工藝對缺陷的控制，避免由于不同金屬材料間可能產(chǎn)生的腐蝕及凹陷等缺陷。

本發(fā)明提供了一種后柵工藝中柵電極和接觸連線的制造方法，包括以下步驟：在襯底上的層間介質(zhì)層中形成柵極溝槽；在柵極溝槽中以及層間介質(zhì)層上形成填充層；刻蝕填充層以及層間介質(zhì)層直至露出襯底，形成源漏接觸孔；去除填充層，露出柵極溝槽以及源漏接觸孔；在源漏接觸孔中形成金屬硅化物；在柵極溝槽中沉積柵極介質(zhì)層和金屬柵；在柵極溝槽以及源漏接觸孔中填充金屬；平坦化填充的金屬。

其中，形成柵極溝槽的步驟包括在襯底上形成假柵、在假柵周圍形成側(cè)墻、在假柵和側(cè)墻上形成層間介質(zhì)層，以及層間介質(zhì)層CMP平坦化露出假柵并去除假柵。

其中形成填充層之后還包括在填充層上形成硬掩模層。其中，硬掩模層為低溫氧化物。

其中，填充層厚度大于柵極溝槽深度。

其中，多次旋涂形成填充層以避免孔洞。

其中，填充層材料具有流動性，并具有與層間介質(zhì)層相近的刻蝕速率。

其中，填充層為抗反射涂層。

其中，填充金屬的步驟包括依次填充粘接層、阻擋層以及金屬層。其中，粘接層包括Ti、Ta或TiN、TaN，阻擋層包括TiN、TaN或Ti、Ta，金屬層包括W、Al、Cu、Ti、Ta及其組合。

其中，形成金屬硅化物的步驟包括：形成光刻膠圖形以僅露出源漏接觸孔，在源漏接觸孔中沉積金屬前驅(qū)物，退火使得金屬前驅(qū)物與襯底中的硅反應形成金屬硅化物，去除光刻膠圖形。其中，金屬前驅(qū)物包括Ni、Pt、Co及其合金。其中，在400℃下退火30秒。

其中，柵極介質(zhì)層包括氧化硅、氮氧化硅或高k材料，金屬柵包括Ti、Ta、TiN、TaN。

依照本發(fā)明的后柵工藝中柵電極連線與接觸連線同時制備的方法，柵電極連線將采用和接觸孔相同的金屬材料，比如填充金屬均為鎢，這樣金屬柵電極連線和鎢塞連線可用一步CMP工藝完成。這樣設(shè)計的優(yōu)點，一方面簡化了工藝集成的復雜程度，一方面大大增強了CMP工藝對缺陷的控制，避免由于不同金屬材料間可能產(chǎn)生的腐蝕及凹陷等缺陷。