一種半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子裝置，所述方法包括：提供半導(dǎo)體襯底，在其上形成有柵極結(jié)構(gòu)和位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，在側(cè)壁結(jié)構(gòu)外側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成有源/漏區(qū)，在源/漏區(qū)的頂部形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物；在半導(dǎo)體襯底上依次形成接觸孔蝕刻停止層和層間介電層，并依次蝕刻層間介電層和接觸孔蝕刻停止層，以形成接觸孔；在接觸孔的側(cè)壁和底部形成阻擋層，并在接觸孔中形成接觸塞；回蝕刻接觸塞和阻擋層，使接觸塞的頂部低于層間介電層的頂部；平坦化層間介電層，使層間介電層的頂部與接觸塞的頂部平齊或者低于接觸塞的頂部。根據(jù)本發(fā)明，形成接觸塞時(shí)，可以避免在層間介電層的上部出現(xiàn)凹坑缺陷，提高器件良率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中，接觸塞的形成是必不可少的步驟。采用現(xiàn)有工藝形成接觸塞后的器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成有第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)，作為示例，第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)均包括自下而上層疊的柵極介電層101、柵極材料層102和柵極硬掩蔽層103 ;第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)均形成有側(cè)壁結(jié)構(gòu)104;在側(cè)壁結(jié)構(gòu)104外側(cè)的半導(dǎo)體襯底100中形成有第一源/漏區(qū)和第二源/漏區(qū)，為了簡(jiǎn)化，圖例中未予示出；在第一源/漏區(qū)的頂部形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物105 ;在半導(dǎo)體襯底100上形成有自下而上層疊的接觸孔蝕刻停止層106和層間介電層107 ;接觸孔形成于自下而上層疊的接觸孔蝕刻停止層106和層間介電層107中，在接觸孔的側(cè)壁和底部形成有阻擋層108，接觸塞109(構(gòu)成材料通常為鎢)填充接觸孔，接觸塞109的下部電性連接自對(duì)準(zhǔn)硅化物105。隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷縮減，接觸孔的深寬比不斷增大，當(dāng)接觸孔的深寬比接近半導(dǎo)體制造工藝的邊際時(shí)，后續(xù)研磨通過(guò)沉積填充于接觸孔的鎢時(shí)，研磨液對(duì)鎢的研磨速率高于其對(duì)層間介電層107的研磨速率，導(dǎo)致層間介電層107的上部出現(xiàn)凹坑缺陷110，進(jìn)而造成器件良率的下降。
[0003]因此，需要提出一種方法，以解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)和位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，在所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)外側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成有源/漏區(qū)，在所述源/漏區(qū)的頂部形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物；在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成接觸孔蝕刻停止層和層間介電層，覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)、所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)和所述自對(duì)準(zhǔn)硅化物；依次蝕刻所述層間介電層和所述接觸孔蝕刻停止層，以形成接觸孔；在所述接觸孔的側(cè)壁和底部形成阻擋層，并在所述接觸孔中形成接觸塞；回蝕刻所述接觸塞和所述阻擋層，使所述接觸塞的頂部低于所述層間介電層的頂部；平坦化所述層間介電層，使所述層間介電層的頂部與所述接觸塞的頂部平齊或者低于所述接觸塞的頂部。
[0005]在一個(gè)示例中，所述回蝕刻的蝕刻劑對(duì)所述接觸塞的蝕刻速率大于對(duì)所述層間介電層的蝕刻速率。
[0006]在一個(gè)示例中，所述回蝕刻的蝕刻劑是以氯為基礎(chǔ)的等離子體。
[0007]在一個(gè)示例中，通過(guò)實(shí)施氧化物平坦化蝕刻或者氧化物平坦化化學(xué)機(jī)械研磨完成對(duì)所述層間介電層的平坦化。
[0008]在一個(gè)示例中，在具有溫度可控的靜電吸盤(pán)的電感耦合等離子體反應(yīng)器中實(shí)施所述氧化物平坦化蝕刻。
[0009]在一個(gè)示例中，所述氧化物平坦化蝕刻的蝕刻劑是以碳氟化合物為基礎(chǔ)的等離子體，所述碳氟化合物包括C4F8、C4F6和CF 4o
[0010]在一個(gè)示例中，對(duì)所述層間介電層實(shí)施氧化物平坦化蝕刻之后，還包括沉積另一層間介電層，并形成貫通所述另一層間介電層且與所述接觸塞電性連接的金屬互連線的步驟。
[0011 ] 在一個(gè)示例中，還包括在沉積另一層間介電層之前沉積形成蝕刻停止層的步驟。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種采用上述方法制造的半導(dǎo)體器件。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種電子裝置，所述電子裝置包括所述半導(dǎo)體器件。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，形成所述電性連接自對(duì)準(zhǔn)硅化物的接觸塞時(shí)，可以避免在所述層間介電層的上部出現(xiàn)凹坑缺陷，提高器件良率。
【附圖說(shuō)明】
[0015]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
[0016]附圖中:
[0017]圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成接觸塞時(shí)研磨通過(guò)沉積填充于接觸孔的接觸塞材料后在層間介電層的上部出現(xiàn)凹坑缺陷的示意性剖面圖；
[0018]圖2A-圖2D為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖；
[0019]圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0021]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件及其制造方法、電子裝置。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0022]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0023][示例性實(shí)施例一]
[0024]參照?qǐng)D2A-圖2D，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖。
[0025]首先，如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底200，半導(dǎo)體襯底200的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底200選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底200中還可以形成有隔離結(jié)構(gòu)、埋層(為了簡(jiǎn)化，圖中未示出)等。
[0026]在半導(dǎo)體襯底200上形成有第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)，作為示例，第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)均可包括自下而上層疊的柵極介電層201、柵極材料層202和柵極硬掩蔽層203。柵極介電層201包括氧化物層，例如二氧化硅(S12)層。柵極材料層202包括多晶硅層、金屬層、導(dǎo)電性金屬氮化物層、導(dǎo)電性金屬氧化物層和金屬硅化物層中的一種或多種，其中，金屬層的構(gòu)成材料可以是鎢(W)、鎳(Ni)或鈦(Ti);導(dǎo)電性金屬氮化物層包括氮化鈦(TiN)層；導(dǎo)電性金屬氧化物層包括氧化銥(IrO2)層；金屬硅化物層包括硅化鈦(TiSi)層。柵極硬掩蔽層203包括氧化物層、氮化物層、氮氧化物層和無(wú)定形碳中的一種或多種，其中，氧化物層的構(gòu)成材料包括硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、正硅酸乙酯(TEOS)、未摻雜硅玻璃(USG)、旋涂玻璃(SOG)、高密度等離子體(HDP)或旋涂電介質(zhì)(SOD);氮化物層包括氮化硅(Si3N4)層；氮氧化物層包括氮氧化硅(S1N)層。柵極介電層201、柵極材料層202以及柵極硬掩蔽層203的形成方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的任何現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法(CVD)，如低溫化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
[0027]此外，作為示例，在半導(dǎo)體襯底200上還可以形成有位于第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)且緊靠第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁結(jié)構(gòu)204。其中，側(cè)壁結(jié)構(gòu)204可以由氧化物、氮化物或者二者的組合構(gòu)成。
[0028]在側(cè)壁結(jié)構(gòu)204外側(cè)的半導(dǎo)體襯底200中形成有第一源/漏區(qū)和第二源/漏區(qū)，為了簡(jiǎn)化，圖中未示出。在第一源/漏區(qū)的頂部形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物205。自對(duì)準(zhǔn)硅化物205通常為鎳硅化物或鈷硅化物。
[0029]接下來(lái)，在半導(dǎo)體襯底200上形成接觸孔蝕刻停止層(CESL) 206，覆蓋第一柵極結(jié)構(gòu)、第二柵極結(jié)構(gòu)、側(cè)壁結(jié)構(gòu)204和自對(duì)準(zhǔn)硅化物205。接觸孔蝕刻停止層206的材料通常為氮化硅。形成接觸孔蝕刻停止層206的工藝可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的工藝方法，在此不再加以贅述。
[0030]接下來(lái)，在半導(dǎo)體襯底200上形成層間介電層207，覆蓋接觸孔蝕刻停止層206。形成層間介電層207方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的任何現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法。層間介電層207的材料通常為氧化物。
[0031]接下來(lái)，在層間介電層207上形成具有接觸孔圖案的光刻膠層，以所述光刻膠層為掩膜，依次蝕刻層間介電層207和接觸孔蝕刻停止層206，以形成接觸孔，用于后續(xù)填充與自對(duì)準(zhǔn)硅化物205電性連接的金屬材料。所述蝕刻采用干法蝕刻工藝，向蝕刻反應(yīng)室中通入包括含氟氣體、氯氣、氦氣等的混合氣體作為蝕刻氣體，以及惰性氣體(例如氬氣、氖氣等)作為保護(hù)氣體，完成所述蝕刻過(guò)程。然后，通過(guò)灰化工藝去除所述光刻膠層。
[0032]接下來(lái)，給半導(dǎo)體襯底200加熱升溫，并在接觸孔的側(cè)壁和底部形成阻擋層208。阻擋層208的材料可以為氮化鈦、氮化鉭等。然后，在接觸孔中形成接觸塞209，接觸塞209電性連接自對(duì)準(zhǔn)硅化物205。接觸塞209的材料通常為鎢。形成接觸塞209的方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的任何現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法，如低溫化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、快熱化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。
[0033]接著，如圖2B所示，回蝕刻接觸塞209和阻擋層208，使接觸塞209的頂部低于層間介電層207的頂部。所述回蝕刻的蝕刻劑對(duì)接觸塞209和層間介電層207具有高選擇性，即蝕刻劑對(duì)接觸塞209的蝕刻速率大于對(duì)層間介電層207的蝕刻速率，作為示例，所述回蝕刻的蝕刻劑可以是以氯為基礎(chǔ)的等離子體。
[0034]接著，如圖2C所示，平坦化層間介電層207，使層間介電層207的頂部與接觸塞209的頂部平齊或者低于接觸塞209的頂部。通過(guò)實(shí)施氧化物平坦化蝕刻或者氧化物平坦化化學(xué)機(jī)械研磨完成對(duì)層間介電層207的平坦化，實(shí)施所述平坦化后，不會(huì)在層間介電層207的上部出現(xiàn)凹坑缺陷。所述氧化物平坦化蝕刻對(duì)溫度的變化敏感，需在具有溫度可控的靜電吸盤(pán)的電感耦合等離子體反應(yīng)器中實(shí)施。作為示例，所述氧化物平坦化蝕刻的蝕刻劑可以是以碳氟化合物為基礎(chǔ)的等離子體，例如C4Fs、C4F6, CF4^o
[0035]接著，如圖2D所示，依次沉積蝕刻停止層210和另一層間介電層211，并形成貫通另一層間介電層211和蝕刻停止層210與接觸塞209電性連接的金屬互連線212。作為示例，通過(guò)實(shí)施大馬士革工藝形成金屬互連線212。由于前述實(shí)施的氧化物平坦化蝕刻可以擴(kuò)大形成金屬互連線212的工藝窗口，因此，沉積蝕刻停止層210的步驟是可選的，進(jìn)而可以簡(jiǎn)化工序，降低成本。
[0036]至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法實(shí)施的工藝步驟。根據(jù)本發(fā)明，形成電性連接自對(duì)準(zhǔn)硅化物205的接觸塞209時(shí)，可以避免在層間介電層207的上部出現(xiàn)凹坑缺陷，提尚器件良率。
[0037]參照?qǐng)D3，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖，用于簡(jiǎn)要示出制造工藝的流程。
[0038]在步驟301中，提供半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)和位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，在側(cè)壁結(jié)構(gòu)外側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成有源/漏區(qū)，在源/漏區(qū)的頂部形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物；
[0039]在步驟302中，在半導(dǎo)體襯底上依次形成接觸孔蝕刻停止層和層間介電層，覆蓋柵極結(jié)構(gòu)、側(cè)壁結(jié)構(gòu)和自對(duì)準(zhǔn)娃化物；
[0040]在步驟303中，依次蝕刻層間介電層和接觸孔蝕刻停止層，以形成接觸孔；
[0041]在步驟304中，在接觸孔的側(cè)壁和底部形成阻擋層，并在接觸孔中形成接觸塞；
[0042]在步驟305中，回蝕刻接觸塞和阻擋層，使接觸塞的頂部低于層間介電層的頂部；
[0043]在步驟306中，平坦化層間介電層，使層間介電層的頂部與接觸塞的頂部平齊或者低于接觸塞的頂部。
[0044][示例性實(shí)施例二]
[0045]接下來(lái)，可以通過(guò)后續(xù)工藝完成整個(gè)半導(dǎo)體器件的制作，包括:形成與金屬互連線212電性連接的多個(gè)互連金屬層，通常采用雙大馬士革工藝來(lái)完成；形成金屬焊盤(pán)，用于后續(xù)實(shí)施器件封裝時(shí)的引線鍵合。
[0046][示例性實(shí)施例三]
[0047]本發(fā)明還提供一種電子裝置，其包括根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例二的方法制造的半導(dǎo)體器件。所述電子裝置可以是手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、游戲機(jī)、電視機(jī)、VCD、DVD、導(dǎo)航儀、照相機(jī)、攝像機(jī)、錄音筆、MP3、MP4、PSP等任何電子產(chǎn)品或設(shè)備，也可以是任何包括所述半導(dǎo)體器件的中間產(chǎn)品。所述電子裝置，由于使用了所述半導(dǎo)體器件，因而具有更好的性能。
[0048]本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以?xún)?nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書(shū)及其等效范圍所界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)和位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，在所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)外側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成有源/漏區(qū)，在所述源/漏區(qū)的頂部形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物； 在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成接觸孔蝕刻停止層和層間介電層，覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)、所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)和所述自對(duì)準(zhǔn)硅化物； 依次蝕刻所述層間介電層和所述接觸孔蝕刻停止層，以形成接觸孔； 在所述接觸孔的側(cè)壁和底部形成阻擋層，并在所述接觸孔中形成接觸塞； 回蝕刻所述接觸塞和所述阻擋層，使所述接觸塞的頂部低于所述層間介電層的頂部； 平坦化所述層間介電層，使所述層間介電層的頂部與所述接觸塞的頂部平齊或者低于所述接觸塞的頂部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述回蝕刻的蝕刻劑對(duì)所述接觸塞的蝕刻速率大于對(duì)所述層間介電層的蝕刻速率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述回蝕刻的蝕刻劑是以氯為基礎(chǔ)的等離子體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)實(shí)施氧化物平坦化蝕刻或者氧化物平坦化化學(xué)機(jī)械研磨完成對(duì)所述層間介電層的平坦化。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在具有溫度可控的靜電吸盤(pán)的電感耦合等離子體反應(yīng)器中實(shí)施所述氧化物平坦化蝕刻。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物平坦化蝕刻的蝕刻劑是以碳氟化合物為基礎(chǔ)的等離子體，所述碳氟化合物包括C4Fs、C4F6和CF 4。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述層間介電層實(shí)施氧化物平坦化蝕刻之后，還包括沉積另一層間介電層，并形成貫通所述另一層間介電層且與所述接觸塞電性連接的金屬互連線的步驟。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括在沉積另一層間介電層之前沉積形成蝕刻停止層的步驟。9.一種采用權(quán)利要求1-8之一所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。10.一種電子裝置，所述電子裝置包括權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件。
【文檔編號(hào)】H01L21/31GK105990120SQ201510086621
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月17日
【發(fā)明人】張城龍, 張海洋
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司