專(zhuān)利名稱(chēng)：采用大馬士革工藝制備金屬柵極中接觸孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件制備方法，特別涉及一種半導(dǎo)體器件的金屬柵極中接觸孔的制備方法。
背景技術(shù)：
在目前傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝中，普遍使用多晶硅作為柵極材料。但現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始使用金屬柵電極的工藝。目前的金屬柵極工藝，與傳統(tǒng)工藝屮的基本相同，而將其中的多晶硅柵極用金屬材料來(lái)代替。作為金屬柵電極使
用的材料，在應(yīng)0S管(n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)中可為氮化鉭(TaN)和二氧化鉿(Hf0》材料，而在PM0S管(p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)屮可為氮化鈦(TiN)
和二氧化鉿(Hfo》材料。同時(shí)，n前半導(dǎo)體制備屮采用大馬士革丄藝主
要停留在以通孔為主的流程屮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種采用大馬士革工藝制備金屬柵極中接觸孔的方法，其簡(jiǎn)化了制備工藝。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的采用大馬士革工藝制備金屬柵屯極中接觸孔的方法，在完成金屬柵極制備之后，包括如下歩驟
(1) 在制備側(cè)墻之后進(jìn)行源漏離子注入形成源漏區(qū)，然后在源漏區(qū)硅表面上形成金屬硅化物；
(2) 在硅片上淀積第一介質(zhì)層，節(jié)覆蓋金屬柵極臺(tái)階；(3) 采用化學(xué)機(jī)械研磨法研磨第一介質(zhì)層材料至金屬柵極上表面， 后在第一介質(zhì)層上淀積一層第二介質(zhì)層；
(4) 接著在所述第二介質(zhì)層上淀積第三介質(zhì)層；
(5) 進(jìn)行光刻工藝曝出源漏極接觸孔的位置，之后依次刻蝕第三介 質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層至金屬硅化物表面，形成源漏極接觸孔， 后去除光刻膠并清洗硅片；
(6) 用濕法可顯影的填充材料涂覆硅片以填充所述步驟五中刻蝕出 的接觸孔；
(7) 用顯影液顯影步驟6中的硅片，去除第三介質(zhì)層表面的填充材 料形成平整的硅片表面；
(8) 進(jìn)行第二次光刻曝出金屬線的位置，依次刻蝕第三介質(zhì)層和第 二介質(zhì)層，至第一介質(zhì)層表面，刻蝕出金屬線區(qū)域和柵極接觸孔；
(9) 去除硅片上的光刻膠和源漏接觸孔內(nèi)的濕法可顯影材料，后用
常規(guī)工藝清洗硅片
(10) 淀積互連金屬，填充所刻蝕出的金屬線區(qū)域、柵極接觸孔和源 漏接觸孔，后采用CMP法平整化去除高于第三介質(zhì)JS上的互連金屬。
本發(fā)明的采用大馬士革工藝制備金屬柵極中接觸孔的方法，在實(shí)現(xiàn)金 屬柵極制作完成后，采用大馬士革工藝，實(shí)現(xiàn)了接觸孔填充和互連金屬線 的制備，簡(jiǎn)化了工藝流程。同吋，由于采用了金屬柵極工藝，器件的性能 可以得到大幅度提高。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩詳細(xì)的說(shuō)明圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例中完成金屬硅化物后結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例中淀積第一介質(zhì)層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例中淀積第二介質(zhì)層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例中淀積第三介質(zhì)層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例中刻蝕形成源漏接觸孔后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例屮去除光刻膠后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例屮填充濕法可顯影材料后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中濕法去除第三介質(zhì)層上濕法可顯影材料后的結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例中刻蝕出金屬線區(qū)域和柵極接觸孔后的結(jié)構(gòu)示意圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例中去除圖9中光刻膠和填充材料后的結(jié)構(gòu)示意圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例屮用互連金屬填充接觸孔和金屬線位置后的結(jié)構(gòu)示意圖12為本發(fā)明的實(shí)施框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的采用大馬士革工藝制備金屬柵極中接觸孔的方法中，具體流程可為(見(jiàn)圖12):
1、對(duì)將傳統(tǒng)工藝中的多晶硅柵極用金屬柵極替代后的硅片，在制備側(cè)墻之后進(jìn)行源漏離子注入形成源漏區(qū)，然后在源漏區(qū)硅表面上形成金屬硅化物。在金屬柵極使甩的材料，在麗0S晶體管中可為氮化鉭(TaN)和二氧化鉿(HfCU，為先淀積二氧化鉿，再淀積氮化鉭；而在PMOS管可為
氮化鈦(TiN)和二氧化鉿(Hf02)，為先淀積二氧化鉿再淀積氮化鈦。金 屬柵極的側(cè)墻工藝與傳統(tǒng)工藝中的側(cè)墻工藝相同，而在金屬硅化物工藝中 需要注意的是在金屬柵電極上不再需要形成金屬硅化物(見(jiàn)圖1)，這是 與傳統(tǒng)工藝不太一樣的地方。
2、 淀積第一介質(zhì)層，所淀積的第一介質(zhì)層厚度大于金屬柵極厚度， 完全覆蓋住金屬柵極臺(tái)階，該位置的介質(zhì)層通常被稱(chēng)為金屬前電介質(zhì)(PMD， Pre-metal Dielectric)(見(jiàn)圖2)，常用作金屬前電介質(zhì)的材料有TEOS 二氧化硅(二氧化硅的一種)和硼酸鹽玻璃(BPSG)。
3、 采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP: Chemical Mechanical Planarization) 法平整化去除高出金屬柵極高度的第一介質(zhì)層，在研磨過(guò)程中采用終點(diǎn)監(jiān) 測(cè)方法來(lái)檢測(cè)研磨終點(diǎn)(EPD: End Point Detect);然后再淀積第二介質(zhì) 層，用作后續(xù)刻蝕工藝中的刻蝕終止層。該層采用低K介電常數(shù)介質(zhì)，厚 度可為50-5000埃，低K介電常數(shù)介質(zhì)在業(yè)界有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)， 一般為K 值在1. 0到3. 5之間的介質(zhì)材料，在本發(fā)明中常用的為碳化硅層(見(jiàn)圖3)。
4、 接著再淀積第三介質(zhì)層，該第三介質(zhì)層屮所川介質(zhì)材料與第一介 質(zhì)層相同(見(jiàn)圖4)，厚度可為100-10000埃。
5、 進(jìn)行一次光刻工藝(包括涂光刻膠、光刻以及顯影)曝出源漏極 的接觸孔位置，然后依次刻蝕第三介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層至金 屬硅化物表面，形成源漏極接觸孔(見(jiàn)圖5)。后去除光刻膠并進(jìn)行硅片 清洗(見(jiàn)圖6)。
6、 用濕法可顯影的填充材料涂覆硅片以填充步驟5屮所刻蝕出的接觸孔，要求完全填滿所述接觸孔。其中需要檢測(cè)涂覆表現(xiàn)，如不能完全填充接觸孔，則需要進(jìn)行多次涂覆，直至滿足要求為止(見(jiàn)圖7)。濕法可
顯影的填充材料(Nissan Chemical公司有生產(chǎn))，主要由酮類(lèi)、醚類(lèi)、烷烴類(lèi)有機(jī)溶劑，抗反射吸收材料，可與標(biāo)準(zhǔn)四甲基氫氧化銨顯影液反應(yīng)的有機(jī)酸基團(tuán)樹(shù)脂以及含氧、氟元素的有機(jī)基團(tuán)樹(shù)脂，交聯(lián)成樹(shù)脂構(gòu)成，分子量在1000到50000之間，其折射率在1.0到3.0之間，消光系數(shù)在0. 1到3. 0之間。
7、 顯影涂覆后的硅片，完全去除第三介質(zhì)層表面的填充材料，實(shí)現(xiàn)硅片的表面平整，之后檢測(cè)顯影表現(xiàn)，如發(fā)現(xiàn)第三介質(zhì)層仍然存在填充材料，則需要進(jìn)行多次顯影，直至滿足要求為止(見(jiàn)圖8)。
8、 進(jìn)行第二次光刻工藝(包括涂光刻膠、光刻以及顯影)曝出金屬線的位置，然后依次刻蝕第三介質(zhì)層和其下的第二介質(zhì)層至第一介質(zhì)層表面，刻蝕出金屬線區(qū)域，刻蝕過(guò)程中位于金屬線位置處的濕法可顯影材料也一并被去除(見(jiàn)圖9)。
9、 去除光刻膠和剩余的濕法可顯影材料，后用常規(guī)清洗工藝清洗硅片(見(jiàn)圖10)。
11、淀積互連金屬(一般為銅)，填充所刻蝕出的金屬線區(qū)域、柵極接觸孔和源漏接觸孔，然后通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨法CMP平整化去除高于第三介質(zhì)層上互連金屬(見(jiàn)圖11)。
權(quán)利要求
1、一種采用大馬士革工藝制備金屬柵極中接觸孔的方法，在硅片上完成金屬柵極制備之后，其特征在于，包括如下步驟(1)制備側(cè)墻，之后進(jìn)行源漏離子注入形成源漏區(qū)，然后在源漏區(qū)硅表面上形成金屬硅化物；(2)在硅片上淀積第一介質(zhì)層，至覆蓋金屬柵極臺(tái)階；(3)采用化學(xué)機(jī)械研磨法研磨第一介質(zhì)層材料至金屬柵極上表面，后在第一介質(zhì)層上淀積一層第二介質(zhì)層；(4)接著在所述第二介質(zhì)層上淀積第三介質(zhì)層；(5)進(jìn)行光刻工藝曝出源漏極接觸孔的位置，之后依次刻蝕第三介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層至金屬硅化物表面，形成源漏極接觸孔，之后去除光刻膠并清洗硅片；(6)用濕法可顯影的填充材料涂覆硅片以填充所述步驟五中刻蝕出的接觸孔；(7)用顯影液顯影步驟6中填充后的硅片，去除第三介質(zhì)層表面的填充材料形成平整的硅片表面；(8)進(jìn)行第二次光刻曝出金屬線的位置，依次刻蝕第三介質(zhì)層和第二介質(zhì)層，至第一介質(zhì)層表面，刻蝕出金屬線區(qū)域和柵極接觸孔；(9)去除硅片上的光刻膠和源漏接觸孔內(nèi)的濕法可顯影材料，后用常規(guī)工藝清洗硅片；(10)淀積互連金屬，填充所刻蝕出的金屬線區(qū)域、柵極接觸孔和源漏接觸孔，后采用CMP法平整化去除高于第三介質(zhì)層上的互連金屬。
2、 按照權(quán)利要求1所述的采用大馬士革工藝制備金屬柵極中接觸孔 的方法，其特征在于所述第一介質(zhì)層與第三介質(zhì)層相同，為T(mén)E0S二氧 化硅或硼酸鹽玻璃；所述第二介質(zhì)層為低K介電常數(shù)介質(zhì)，其中K值在 1.0 3.5之間，第二介質(zhì)層厚度為50-5000埃。
3、 按照權(quán)利要求2所述的采用大馬士革工藝制備金屬柵極中接觸孔 的方法，其特征在于所述第二介質(zhì)層為碳化硅層，
4、 按照權(quán)利要求1或2所述的采用大馬士革工藝制備金屬柵極中接觸孔的方法，其特征在于所述濕法可顯影的填充材料由酮類(lèi)，醚類(lèi)，烷烴類(lèi)有機(jī)溶劑、抗反射吸收材料、可與標(biāo)準(zhǔn)四甲基氫氧化銨顯影液反應(yīng)的有機(jī)酸基團(tuán)樹(shù)脂以及含氧、氟元素的有機(jī)基團(tuán)樹(shù)脂構(gòu)成，分子量在1000 到50000之間。
5、 按照權(quán)利要求1或2所述的采用大馬l:革T藝制備金屬柵極中接 觸孔的方法，其特征在于所述金屬柵極在NMOS晶體管中為氮化鉭和二 氧化鉿，在PMOS晶體管中為氮化鈦和二氧化鉿。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種采用大馬士革工藝制備金屬柵極中接觸孔的方法，其采用金屬柵極取代傳統(tǒng)工藝中的多晶硅柵極，且通過(guò)兩次光刻和刻蝕，以及濕法可顯影的填充材料實(shí)現(xiàn)了采用大馬士革工藝制備金屬柵極中的接觸孔和金屬連線，簡(jiǎn)化了制備流程。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101661899SQ20081004375
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者駿 朱, 陳福成 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司