[發明專利]有源區金屬零層的制造方法

在審

• 申請號: 202110723734.2
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113517223A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 徐文勝;葉炅翰;蘇炳熏
• 申請（專利權）人: 上海華力集成電路制造有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L27/11
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 郭四華

本發明公開了一種有源區金屬零層的制造方法，包括：步驟一、提供完成前段工藝的半導體襯底。步驟二、光刻定義出有源區金屬零層的形成區域。步驟三、對有源區金屬零層的形成區域的層間膜進行刻蝕形成第一中段連接槽。步驟四、采用惰性氣體轟擊和等離子體清理進行金屬填充前預處理，利用金屬填充前預處理使第一中段連接槽尺寸擴大并最終控制第一中段連接槽的尺寸和形貌。步驟五、在第一中段連接槽中填充金屬形成有源區金屬零層。本發明能對中段連接槽的尺寸和形貌進行很好的控制，能提高有源區金屬零層的填充性能以及能同時防止有源區金屬零層和柵極之間的短路以及和有源區的接觸面積過小。

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路的制造方法，特別涉及一種有源區金屬零層(M0A)的制造方法。

背景技術

在前段工藝(FEOL)完成之后，需要進行中段工藝(MOL)，中段工藝中會形成源 區、漏區和柵極結構頂部的接觸結構，為了實現更小的接觸結構，M0A用于實現和源 區以及漏區的接觸，而柵極連接金屬零層(M0P)則用于實現和柵極結構接觸。M0A 和M0P都是通過先形成中段連接槽，之后再在中段連接槽中填充金屬實現，填充中段 連接槽的金屬通常為鎢。

隨著先進半導體制程線寬的進一步縮小，中段連接槽的尺寸變得越來越小，在14nm鰭式晶體管(FinFET)制程，SRAM區的柵極與柵極之間的距離已經縮小到90nm， 而中段連接槽的尺寸已經小于30nm。中段連接槽的輪廓和尺寸已經成為了制約先進制 程開發良率提升的一個至關重要的問題，顯著的影響了器件連接段的電阻和寄生的電 容值。中段連接槽的尺寸太小會導致與有源區之間的連接產生斷路(open)；中段連 接槽的尺寸太大會明顯增大寄生電容(C)，嚴重時甚至導致與柵極之間的短路 (short)，中段連接槽的尺寸和輪廓也會影響后續金屬如鎢的填充。

隨著先進半導體制程線寬的進一步縮小，中段連接槽的鎢填充問題變得越來越顯著。在鎢填充時由于中段尺寸太小，鎢塊體填充時容易在頂端封口，導致后續的鎢無 法進一步填入，進而導致填充的鎢內部存在縫隙和空洞，這會增大連接段的電阻，鎢 中的縫隙和空洞也會進一步影響后段接觸孔的填充。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種有源區金屬零層的制造方法，能對中段連接槽的尺寸和形貌進行很好的控制，能提高有源區金屬零層的填充性能以及能同時防 止有源區金屬零層和柵極之間的短路以及和有源區的接觸面積過小。

為解決上述技術問題，本發明提供的有源區金屬零層的制造方法包括如下步驟：

步驟一、提供完成前段工藝的半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有柵極結構以及在所述柵極結構的間隔區中填充有層間膜。

步驟二、光刻定義出有源區金屬零層的形成區域。

步驟三、對所述有源區金屬零層的形成區域的所述層間膜進行刻蝕形成第一中段連接槽。

步驟四、采用惰性氣體轟擊和等離子體清理進行金屬填充前預處理，利用所述金屬填充前預處理使所述第一中段連接槽尺寸擴大并最終控制所述第一中段連接槽的 尺寸和形貌。

步驟五、在所述第一中段連接槽中填充金屬形成所述有源區金屬零層。

進一步的改進是，步驟一中，在所述柵極結構兩側的所述半導體襯底中形成有漏區和源區，在所述漏區和所述源區的頂部都形成有所述有源區金屬零層并形成良好接 觸。

進一步的改進是，步驟五中，所述有源區金屬零層的金屬材料包括鎢。

進一步的改進是，步驟五中，在形成鎢之前，還包括形成Ti層和TiN層的步驟。

進一步的改進是，步驟二的光刻定義保證步驟三的刻蝕完成后所述第一中段連接槽和所述柵極結構之間不會發生短路。