專利名稱：大馬士革工藝制備金屬柵極和接觸孔的方法
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 屬柵電極和接觸孔的制備方法。
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)開始使用金屬柵電極的工藝。目前的金屬柵電極工藝，與傳統(tǒng)工藝中 的基本相同，而將其中的多晶硅柵極用金屬來(lái)代替。作為金屬柵電極使用
的材料，在麗0S管(n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)中可為氮化鉭(TaN)和二氧化 鉿(Hf02)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(Hf0》材料。同時(shí)，目前半導(dǎo)體制備屮采用大馬士革工藝主 要停留在以通孔為主的流程中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大馬士革工藝制備金屬柵電極 和接觸孔的方法，艽簡(jiǎn)化了制備工藝。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的大馬士革工藝制備金屬柵電極和接觸 孔的方法，在硅片上完成常規(guī)的多晶硅柵極制備之后，包括如下步驟
(1) 制備柵極側(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，至覆蓋多晶硅柵極臺(tái)階；(3 )采用化學(xué)機(jī)械研磨法研磨第一介質(zhì)層材料至多晶硅柵極上表面， 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和金屬柵極的位置，之 后在曝出的源漏極接觸孔的位置處依次刻蝕第三介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第
一介質(zhì)層至金屬硅化物表面；同時(shí)在曝出的金屬柵極的位置處依次刻蝕第 三介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和多晶硅至柵氧表面，之后去除光刻膠并清洗硅片；
(6) 用濕法Bj顯影的填充材料涂覆硅片以填充所述步驟五中刻蝕后
形成的間隙；
(7) 用顯影液顯影步驟6屮填充后的硅片，去除第三介質(zhì)層表面的 填充材料以形成平整的表面；
(8) 進(jìn)行第二次光刻曝出源漏極接觸孔上的互連金屬位置，以第二 次光刻后形成的光刻膠為掩膜進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕曝出的第二介質(zhì)層節(jié)第 二介質(zhì)層表而，刻蝕同時(shí)去除曝出的該位置處的濕法可顯影的填充材料；
(9) 去除硅片上的光刻膠和剩余的濕法可顯影的填充材料，后用常 規(guī)工藝清洗硅片；
(10) 在硅片表面淀積金屬柵極材料，使柵氧表面和源漏極接觸孔底 部覆蓋有金屬柵極材料；
(11) 接著淀積互連金屬，填充歩驟9中的溝槽，后采用CMP平整化 去除高于第三介質(zhì)層上的金屬柵極材料和互連金屬，形成源漏極接觸孔、
金屬柵極和互連金屬結(jié)構(gòu)。
木發(fā)明的大馬士革工藝制備金屬柵極和接觸孔的方法，在實(shí) 金屬柵極制作完成后，采用火馬士革工藝，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。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明 圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例中完成柵極側(cè)墻和金屬硅化物后的結(jié)構(gòu)示 意圖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)施例中完成歩驟5后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例中去除圖5中光刻膠后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例中完成步驟6后的結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中完成步驟7后的結(jié)構(gòu)小意圖9為本發(fā)明a體實(shí)施例中完成步驟8后的結(jié)構(gòu)示意圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例中完成步驟9后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例中完成步驟10后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖12為本發(fā)明具休實(shí)施例中完成歩驟11后的結(jié)構(gòu)不意圖； 圖13為本發(fā)明的實(shí)施流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的大馬士革工藝制備金屬柵極和接觸孔的方法中，具體流程口了 為(見圖13):
1、將傳統(tǒng)工藝屮的完成多晶硅柵極制備后的硅片，進(jìn)行柵極的側(cè)士盤工藝，之后進(jìn)行源漏離子注入形成源漏區(qū)，然后在源漏區(qū)硅表面制備金屬 硅化物。而在金屬硅化物工藝中需要注意的是在多晶硅柵極上不需要形成 金屬硅化物(見圖l)，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)層厚度大于多晶硅柵極厚度， 完全覆蓋住多晶硅柵極臺(tái)階，該位置的介質(zhì)層通常被稱為金屬前電介質(zhì)
(PMD， Pre-metal Dielectric)(見圖2)，可采用TE0S 二氧化硅或硼酸 鹽玻璃。
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);然后再淀積一層第二 介質(zhì)層，采用低介電常數(shù)介質(zhì)，K值在1.0到3.5之間，常用的低K介電 常數(shù)介質(zhì)為碳化硅層(見圖3)，厚皮可為50-5000埃。
4、 接著再淀積第三介質(zhì)層，該第三介質(zhì)層中所用介質(zhì)材料與第一介 質(zhì)層相同(見圖4)，厚度可為厚度可為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 的接觸孔位置和多晶硅柵極的位置，然后刻蝕，在源漏極接觸孔的位置處 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，而同 時(shí)在多晶硅柵極的位置處依次刻蝕第三介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和多晶硅至柵 氧表面(見圖5)，后去除光刻膠并進(jìn)行硅片清洗(見圖6)。
6、 用濕法可顯影的填充材料涂覆硅片以填充歩驟5中所刻蝕出的溝 槽，要求完全填滿。其中需要檢測(cè)涂覆表現(xiàn)，如不能完全填充溝槽，則需 要進(jìn)行多次涂覆，直至滿足要求為止(見圖7)。濕法可顯影的填充材料(Nissan Chemical公司有生產(chǎn))，由酮類，醚類，烷烴類有機(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)樹脂以 及含氧、氟元素的有機(jī)基團(tuán)樹脂，和交聯(lián)樹脂構(gòu)成，分子量在1000到50000 之間，其折射率在1.0到3.0之間，其消光系數(shù)在O. 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)曝出源漏 極接觸孔上互連金屬的位置，然后刻蝕第三介質(zhì)層至第二介質(zhì)層表面，刻 蝕出互連金屬區(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(見圖9)?？涛g中第二介質(zhì)層充當(dāng)刻蝕終止層的作用。
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(見圖10)。
10、 在硅片表面淀積金屬柵極材料，使柵氧表而和源漏極接觸孔底部 淀積有金屬柵極材料(見圖11)。金屬柵極材料在NMOS晶體管中可用氮 化鉭和二氧化鉿，具體實(shí)施屮為先淀積二氧化鉿，再淀積氮化鉭；而在 PMOS晶體管中可用氮化鈦和二氧化鉿，具體實(shí)施中為先淀積二M化鉿再 淀積氮化鈦。覆蓋在柵氧表面的金屬柵極材料用于改善互連金屬(如銅) 和柵氧的接觸特性，即可阻擋銅擴(kuò)散進(jìn)入柵氧中以破壞器件的性能。
11、 淀積金屬(一般為銅)，填充步驟9中的溝槽，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(見圖12)，形成源 漏極接觸孔、金屬柵極和互連金屬線結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種大馬士革工藝制備金屬柵極和接觸孔的方法，在硅片上完成常規(guī)的多晶硅柵極制備之后，其特征在于，包括如下步驟(1)制備柵極側(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，至覆蓋多晶硅柵極臺(tái)階；(3)采用化學(xué)機(jī)械研磨法研磨第一介質(zhì)層材料至多晶硅柵極上表面，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和金屬柵極的位置，之后在曝出的源漏極接觸孔的位置處依次刻蝕第三介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層至金屬硅化物表面；同時(shí)在曝出的金屬柵極的位置處依次刻蝕第三介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和多晶硅至柵氧表面，形成間隙，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后形成的間隙；(7)用顯影液顯影步驟6中填充后的硅片，去除第三介質(zhì)層表面的填充材料以形成平整的表面；(8)進(jìn)行第二次光刻工藝曝出源漏極接觸孔上的互連金屬位置，以第二次光刻后形成的光刻膠為掩膜進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕曝出的第三介質(zhì)層至第二介質(zhì)層表面，刻蝕同時(shí)去除曝出的該位置處的濕法可顯影的填充材料；(9)去除硅片上的光刻膠和剩余的濕法可顯影的填充材料，后用常規(guī)工藝清洗硅片；(10)在硅片表面淀積金屬柵極材料，使柵氧表面和源漏極接觸孔底部覆蓋有金屬柵極材料；(11)接著淀積互連金屬，填充步驟9中的溝槽，后采用CMP平整化去除高于第三介質(zhì)層上的金屬柵極材料和互連金屬，形成源漏極接觸孔、金屬柵極和互連金屬結(jié)構(gòu)。
2、 按照權(quán)利要求1所述的大馬士革工藝制備金屬柵極和接觸孔的方 法，其特征在于所述第一介質(zhì)層與第三介質(zhì)層相同，為TEOS二氧化硅 或硼酸鹽玻璃；所述第二介質(zhì)層采用低K介電常數(shù)介質(zhì)，K值在1. 0到3. 5 之間，厚度為50-5000埃。
3、 按照權(quán)利要求2所述的大馬士革工藝制備金屬柵極和接觸孔的方法，其特征在T:所述第二介質(zhì)J5為碳化硅。
4、 按照權(quán)利要求1或2所述的大馬士革工藝制備金屬柵極和接觸孔的方法，其特征在于所述濕法可顯影的填充材料由酮類，醚類，烷烴類有機(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)樹脂以及含氧、氟元素的有機(jī)基團(tuán)樹脂構(gòu)成，分子量在1000到 50000之間。
5、 按照權(quán)利要求1或2所述的大馬士革工藝制備金屬柵極和接觸孔 的方法，其特征在于所述金屬柵極材料在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，所述互連金屬為銅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大馬士革工藝制備金屬柵極和接觸孔的方法，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)H01L21/28GK101661880SQ20081004375
公開日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