專利名稱：在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制作技術(shù)，特別涉及一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體制造工業(yè)主要在硅襯底的晶片(wafer)器件面上生長器件，例如，互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。現(xiàn)在普遍采用雙阱CMOS工藝在硅襯底上同時(shí)制作導(dǎo)電溝道為空穴的P型溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)和導(dǎo)電溝道為電子的η型溝道M0SFET，具體步驟為首先，將硅襯底中的不同區(qū)域通過摻雜分別成為以電子為多數(shù) 載流子的(η型)硅襯底和以空穴為多數(shù)載流子的(P型)硅襯底之后，在η型硅襯底和P型硅襯底之間制作淺溝槽隔離(STI) 101，然后在STI兩側(cè)用離子注入的方法分別形成空穴型摻雜擴(kuò)散區(qū)(P阱)102和電子型摻雜擴(kuò)散區(qū)(N阱)103，接著分別在P阱102和N阱103位置的wafer器件面依次制作由柵極電介質(zhì)層104和金屬柵105組成的層疊柵極，最后在P阱102和N阱103中分別制作源極和漏極，源極和漏極位于層疊柵極的兩側(cè)(圖中未畫出)，在P阱中形成η型溝道M0SFET，在N阱中形成ρ型溝道M0SFET，得到如圖I所示的CMOS器件結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的氮氧化合物/多晶硅層疊柵極，是以氮氧化物作為柵極電介質(zhì)層，多晶硅作為柵極。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，氮氧化合物/多晶硅層疊柵極的CMOS器件由于漏電流和功耗過大等問題，已經(jīng)不能滿足小尺寸半導(dǎo)體工藝的需要。因此，提出了以高介電系數(shù)(HK)材料作為柵極電介質(zhì)層，以金屬材料作為金屬柵的金屬柵極。圖2a 圖2d為現(xiàn)有技術(shù)在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法實(shí)施例一的剖面示意圖，其中，如圖2a所示，按照圖I所述的過程在半導(dǎo)體襯底11上形成CMOS器件結(jié)構(gòu)，該CMOS器件結(jié)構(gòu)包括替代柵極22、源極及漏極(源極及漏極未示出)，在替代柵極22上還具有側(cè)墻55，該CMOS器件中還具有阻擋層66 ;在阻擋層66表面上沉積第一介質(zhì)層77 ；在這里，阻擋層66為鈦層或氮化鈦層，一般作為刻蝕停止層；在這里，替代柵極22下還具有金屬柵極及采用HK材料的柵極電介質(zhì)層(圖中未示出)；如圖2b所示，采用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)方式對(duì)第一介質(zhì)層77進(jìn)行拋光，直到阻擋層66停止，然后去除替代柵極；如圖2c所示，在該CMOS器件表面沉積金屬層88，比如鎢或鋁層，填充替代柵極區(qū)域，然后采用CMP刻蝕至氮化硅層66停止；如圖2d所示，在該CMOS器件表面制作金屬塞99 ；在制作時(shí)，就是沉積一層介質(zhì)層后，采用光刻和刻蝕工藝在金屬塞區(qū)域制作通孔后，采用金屬填充后，形成金屬塞99。在制作通孔時(shí)，以阻擋層作為刻蝕停止層；在上述過程中，在圖2b所述的過程中，在介質(zhì)層會(huì)出現(xiàn)凹陷區(qū)域，在后續(xù)圖2c沉積金屬層88時(shí)，也會(huì)沉積到凹陷區(qū)域，在2d制作金屬塞99過程中，如果金屬塞99正好位于凹陷區(qū)域之上，就導(dǎo)致在制作通孔時(shí)，將沉積在凹陷區(qū)域的金屬層88作為刻蝕停止層，也就是刻蝕到凹陷區(qū)域停止，導(dǎo)致所制作的金屬塞99無法接通該CMOS器件的有源區(qū)域，導(dǎo)致最終制作的該CMOS器件斷路。為了克服這個(gè)問題，采用了另一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法，如圖3a 圖3c所示,具體地如圖3a所示，按照圖I所述的過程在半導(dǎo)體襯底11上形成CMOS器件結(jié)構(gòu)，該CMOS器件結(jié)構(gòu)包括替代柵極22、源極及漏極(源極及漏極未示出)，在替代柵極22上還具有側(cè)墻55，該CMOS器件具有有阻擋層66 ;在阻擋層66表面上沉積第一介質(zhì)層77 ；在這里，阻擋層66為鈦層或氮化鈦層，一般作為刻蝕停止層；在這里，替代柵極22下還具有金屬柵極及采用HK材料的柵極電介質(zhì)層(圖中未示出)； 如圖3b所示，在第一介質(zhì)層77上制作金屬塞99 ；在該步驟中，采用光刻和刻蝕工藝在金屬塞區(qū)域制作通孔后，采用金屬填充后，形成金屬塞99 ;在制作通孔時(shí)，以阻擋層作為刻蝕停止層；如圖3c所示，采用CMP方式對(duì)第一介質(zhì)層77進(jìn)行拋光，直到氮化硅層66停止，然后去除替代柵極，在該CMOS器件表面沉積金屬層88，比如鎢或鋁層，填充替代柵極區(qū)域，然后采用CMP刻蝕至氮化硅層66停止。由于在米用CMP方式拋光第一介質(zhì)層77之前，已經(jīng)制作了金屬塞99,且該金屬塞99接通該CMOS器件的有源區(qū)域，所以采用CMP對(duì)第一介質(zhì)層77刻蝕時(shí)導(dǎo)致的凹陷不會(huì)影響金屬塞制作，解決了采用圖2a 圖2d所述的過程在制作金屬柵極過程中制作金屬塞產(chǎn)生的問題。但是，圖3a 圖3c所述的過程也存在缺陷，這是因?yàn)椋诓捎肅MP方式拋光第一介質(zhì)層中，需要同時(shí)拋光第一介質(zhì)層和已經(jīng)制作好的金屬塞，并在拋光過程中保證第一介質(zhì)層平面和所制作的金屬塞平面等同，由于第一介質(zhì)層和金屬塞的材料不同，所使用的拋光液也不同，所以在拋光過程中，很難保證第一介質(zhì)層平面和所制作的金屬塞平面等同，所以圖3a 圖3c只是在理論上可行，但是無法在實(shí)際應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法，該方法能夠在實(shí)際應(yīng)用中保證在制作柵極過程中所制作的金屬塞與有源區(qū)連通。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底的CMOS器件面沉積第一介質(zhì)層，所述CMOS器件包括替代柵極；采用光刻和刻蝕工藝在第一介質(zhì)層形成第一接觸孔后，在第一接觸孔中填充金屬，形成第一子金屬塞，第一子金屬塞高度不高于所述替代柵極；以第一子金屬塞作為拋光停止層，拋光第一介質(zhì)層，去除所述替代柵極后，采用第二金屬層填充所述替代柵極區(qū)域；在半導(dǎo)體襯底的CMOS器件面依次沉積第二阻擋層和第二介質(zhì)層，采用光刻和刻蝕工藝，以第二阻擋層為刻蝕停止層，在第二介質(zhì)層形成第二接觸孔后，在第二接觸孔中填充第二金屬層，形成第二子金屬塞后，所述第一子金屬塞和第二子金屬塞構(gòu)成金屬塞。
所述第二阻擋層為氮化硅。所述替代柵極下具有采用高介電常數(shù)材料的柵極電介質(zhì)層，所述高介電常數(shù)材料為二氧化鉿Η 2、氧化硅鉿HfSiO或氮氧化硅鉿HfSiNO。在第一接觸孔中填充的金屬為鎢或鋁，在第一接觸孔中填充金屬，形成第一子金屬塞，過程為在第一介質(zhì)層上沉積第一金屬層后，采用化學(xué)機(jī)械平坦化CMP方式或干法刻蝕方式去除第一介質(zhì)層上的第一金屬層，該第一金屬層填充入第一接觸孔，然后對(duì)第一接觸孔中的金屬層進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕到不高于替代柵極的高度，形成第一子金屬塞。所述第二接觸孔在所述第一接觸孔的正上方，所述在第二接觸孔中填充第二金屬層，形成第二子金屬塞的過程為在第二介質(zhì)層上沉積第二金屬層后，采用CMP方式或干法刻蝕方式，去除第二介質(zhì)層上的第二金屬層，該第二金屬層填充入第二接觸孔，形成第二子金屬塞。所述干法刻蝕時(shí)采用六氟化硫SF6。所述采用光刻和刻蝕工藝，以第二阻擋層為刻蝕停止層，在第二介質(zhì)層形成第二接觸孔后，在第二接觸孔中填充第二金屬層，形成第二子金屬塞的同時(shí)，還包括采用光刻和刻蝕工藝，以第二阻擋層為刻蝕停止層，在第二介質(zhì)層形成連通金屬柵極的金屬塞通孔，在所述連通金屬柵極的金屬塞通孔填充第二金屬層，形成金屬柵極的
金屬塞。從上述方案可以看出，本發(fā)明提供的方法在制作金屬柵極過程中，首先制作與替代柵極等高或低于金屬柵極的第一子金屬塞，該第一子金屬塞連通CMOS器件的有源區(qū)域，然后以該第一子金屬塞作為CMP停止層，CMP替代柵極上方的介質(zhì)層，裸露替代柵極后，去除替代柵極，采用金屬填充替代柵極，得到金屬柵極，再在第一子金屬塞上方制作第二子金屬塞，第一子金屬塞與第二子金屬塞構(gòu)成金屬塞，由于在制作金屬柵極過程中的采用CMP方式以第一子金屬塞為拋光停止層拋光第一介質(zhì)層之前，只是制作了與金屬柵極等高或低于金屬柵極的第一子金屬塞，所以在米用CMP方式拋光第一介質(zhì)層時(shí),只是拋光第一介質(zhì)層，而不會(huì)拋光到第一子金屬塞，所以拋光平面可以保持水平，另一方面，在采用CMP方式拋光第一介質(zhì)層之前，已經(jīng)制作了第一子金屬塞，且該第一子金屬塞接通該CMOS器件的有源區(qū)域以及拋光是以該第一子金屬塞作為停止層進(jìn)行的，所以采用CMP對(duì)第一介質(zhì)層拋光時(shí)導(dǎo)致的凹陷不會(huì)影響后續(xù)金屬塞制作。且后續(xù)在第一子金屬塞上方制作第二子金屬塞時(shí)，也不會(huì)留有空隙，另外，在制作第二子金屬塞的同時(shí)，也按照同樣的工藝流程在金屬柵極上方制作金屬塞，用于將金屬柵極連通到外部。因此，本發(fā)明提供的方法在實(shí)際應(yīng)用中保證在制作柵極過程中所制作的金屬塞與有源區(qū)連通。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的CMOS器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a 圖2d為現(xiàn)有技術(shù)在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法實(shí)施例一的剖面示意圖3a 圖3c為現(xiàn)有技術(shù)在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法實(shí)施例二的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明提供的一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法流程圖；圖5a 圖5f為本發(fā)明提供的一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的過程剖面示意圖。
具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明在制作金屬柵極過程時(shí)也同時(shí)制作金屬塞，過程為制作與替代柵極等高或低于金屬柵極的第一子金屬塞，該第一子金屬塞連通CMOS器件的有源區(qū)域，然后以該第一子金屬塞作為CMP停止層，CMP替代柵極上方的介質(zhì)層，裸露替代柵極后，去除替代柵極，采用金屬填充替代柵極，得到金屬柵極，再在第一子金屬塞上方制作第二子金屬塞，第一子金屬塞與第二子金屬塞構(gòu)成金屬塞。這樣，由于在制作金屬柵極過程中的采用CMP方式以第一子金屬塞為拋光停止層拋光第一介質(zhì)層之前，只是制作了與金屬柵極等高或低于金屬柵極的第一子金屬塞，所以在米用CMP方式拋光第一介質(zhì)層時(shí),只是拋光第一介質(zhì)層,而不會(huì)拋光到第一子金屬塞,所以拋光平面可以保持水平，另一方面，在采用CMP方式拋光第一介質(zhì)層之前，已經(jīng)制作了第一子金屬塞，且該第一子金屬塞接通該CMOS器件的有源區(qū)域以及拋光是以該第一子金屬塞作為停止層進(jìn)行的，所以采用CMP對(duì)第一介質(zhì)層拋光時(shí)導(dǎo)致的凹陷不會(huì)影響后續(xù)金屬塞制作。且后續(xù)在第一子金屬塞上方制作第二子金屬塞時(shí)，也不會(huì)留有空隙。因此，本發(fā)明提供的方法在實(shí)際應(yīng)用中保證在制作柵極過程中所制作的金屬塞與有源區(qū)連通。圖4為本發(fā)明提供的一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法流程圖，結(jié)合圖5a 圖5f所示的本發(fā)明提供的一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的過程剖面示意圖，進(jìn)行詳細(xì)說明步驟401、在半導(dǎo)體襯底11上形成CMOS器件結(jié)構(gòu)，該CMOS器件結(jié)構(gòu)包括替代柵極22、源極及漏極(源極及漏極未示出)，在替代柵極22上還具有側(cè)墻55，在該CMOS器件中，也就是CMOS器件表面具有第一阻擋層66 ;在第一阻擋層66上沉積第一介質(zhì)層77,如圖5a所示；在該步驟中，第一阻擋層66為氮化鈦或鈦，采用與現(xiàn)有技術(shù)相同的方案，這里不再贅述；在這里，替代柵極22下還具有金屬柵極及采用HK材料的柵極電介質(zhì)層(圖中未示出)；在這里，替代柵極22下可以只具有采用HK材料的柵極電介質(zhì)層，作為采用HK材料的柵極電介質(zhì)層的保護(hù)；在這里，HK材料為二氧化鉿(Hf02)、氧化硅鉿(HfSiO)或氮氧化硅鉿(HfSiNO)；在這里，替代柵極22為多晶硅；步驟402、在第一介質(zhì)層77上形成接觸孔101，如圖5b所示；
在該步驟中，接觸孔101用于后續(xù)制作第一子金屬塞，采用光刻和刻蝕工藝在要形成金屬塞的區(qū)域形成接觸孔101 ；步驟403、在第一介質(zhì)層77上沉積第一金屬層102后,米用CMP方式或干法刻蝕方式去除第一介質(zhì)層77上的金屬層102，該金屬層102填充入接觸孔101，然后對(duì)接觸孔101中的金屬層102進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕到不高于替代柵極22，形成第一子金屬塞，如圖5c所示；
在本步驟中，沉積的第一金屬層102的金屬材料為鎢或鋁；在本步驟中，進(jìn)行干法刻蝕時(shí)采用六氟化硫(SF6)；步驟404、以第一子金屬塞為拋光停止層，采用CMP方式對(duì)第一介質(zhì)層77進(jìn)行拋光，然后去除替代柵極，如圖5d所示；在本步驟中，以第一子金屬塞作為拋光停止層，進(jìn)行CMP，可以保證最終所制作的金屬塞不存在空隙；步驟405、在該CMOS器件表面沉積金屬層88，比如鎢或鋁層，填充替代柵極區(qū)域，然后采用CMP刻蝕至第一阻擋層66停止，如圖5e所示；步驟406、在該CMOS器件表面沉積第二阻擋層103后，在第二阻擋層103上沉積第二介質(zhì)層104，然后在第二介質(zhì)層104形成第二接觸孔105后，在第二接觸孔105中填充第二金屬層106,形成第二子金屬塞,第一子金屬塞和第二子金屬塞構(gòu)成了金屬塞,如圖5f所示；在該步驟中，所形成的第二接觸孔105在接觸孔101上方，在形成第二接觸孔105時(shí)，采用光刻和刻蝕工藝，第二阻擋層103作為刻蝕停止層；在第二接觸孔105填充第二金屬層106的過程為在第二介質(zhì)層104上沉積第二金屬層106，然后采用CMP拋光至第二阻擋層103止；在本步驟中，第二阻擋層103為氮化硅層等，作為刻蝕停止層存在；在本步驟中，所述干法刻蝕時(shí)采用SF6。在圖4所述的過程中，在步驟406中，還包括制作金屬柵極上方的金屬塞過程，該金屬塞可以使得金屬柵極連通到半導(dǎo)體器件外部，過程為采用光刻和刻蝕工藝，以第二阻擋層為刻蝕停止層，在第二介質(zhì)層形成連通金屬柵極的金屬塞通孔，在所述連通金屬柵極的金屬塞通孔填充第二金屬層，形成金屬柵極的金屬塞。這個(gè)過程在圖5f中示出。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法，該方法包括 在半導(dǎo)體襯底的CMOS器件面沉積第一介質(zhì)層，所述CMOS器件包括替代柵極； 采用光刻和刻蝕工藝在第一介質(zhì)層形成第一接觸孔后，在第一接觸孔中填充金屬，形成第一子金屬塞，第一子金屬塞高度不高于所述替代柵極； 以第一子金屬塞作為拋光停止層，拋光第一介質(zhì)層，去除所述替代柵極后，采用第二金屬層填充所述替代柵極區(qū)域； 在半導(dǎo)體襯底的CMOS器件面依次沉積第二阻擋層和第二介質(zhì)層，采用光刻和刻蝕工藝，以第二阻擋層為刻蝕停止層，在第二介質(zhì)層形成第二接觸孔后，在第二接觸孔中填充第二金屬層，形成第二子金屬塞后，所述第一子金屬塞和第二子金屬塞構(gòu)成金屬塞。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二阻擋層為氮化硅。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述替代柵極下具有采用高介電常數(shù)材料的柵極電介質(zhì)層，所述高介電常數(shù)材料為二氧化鉿Hf02、氧化硅鉿HfSiO或氮氧化硅鉿HfSiNO0
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在第一接觸孔中填充的金屬為鎢或鋁，在第一接觸孔中填充金屬，形成第一子金屬塞，過程為 在第一介質(zhì)層上沉積第一金屬層后，米用化學(xué)機(jī)械平坦化CMP方式或干法刻蝕方式去除第一介質(zhì)層上的第一金屬層，該第一金屬層填充入第一接觸孔，然后對(duì)第一接觸孔中的金屬層進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕到不高于替代柵極的高度，形成第一子金屬塞。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二接觸孔在所述第一接觸孔的正上方，所述在第二接觸孔中填充第二金屬層，形成第二子金屬塞的過程為 在第二介質(zhì)層上沉積第二金屬層后，采用CMP方式或干法刻蝕方式，去除第二介質(zhì)層上的第二金屬層，該第二金屬層填充入第二接觸孔，形成第二子金屬塞。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述干法刻蝕時(shí)采用六氟化硫SF6。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述采用光刻和刻蝕工藝，以第二阻擋層為刻蝕停止層，在第二介質(zhì)層形成第二接觸孔后，在第二接觸孔中填充第二金屬層，形成第二子金屬塞的同時(shí)，還包括 采用光刻和刻蝕工藝，以第二阻擋層為刻蝕停止層，在第二介質(zhì)層形成連通金屬柵極的金屬塞通孔，在所述連通金屬柵極的金屬塞通孔填充第二金屬層，形成金屬柵極的金屬塞。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在制作金屬柵極過程中制作金屬塞的方法，首先制作與替代柵極等高或低于金屬柵極的第一子金屬塞，該第一子金屬塞連通CMOS器件的有源區(qū)域，然后以該第一子金屬塞作為CMP停止層，CMP替代柵極上方的介質(zhì)層，裸露替代柵極后，去除替代柵極，采用金屬填充替代柵極，得到金屬柵極，再在第一子金屬塞上方制作第二子金屬塞，第一子金屬塞與第二子金屬塞構(gòu)成金屬塞。另外，在制作第二子金屬塞的同時(shí)，也按照同樣的工藝流程在金屬柵極上方制作金屬塞，用于將金屬柵極連通到外部。因此，本發(fā)明提供的方法在實(shí)際應(yīng)用中保證制作柵極過程中所制作的金屬塞與有源區(qū)連通。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102956452SQ20111023800
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者洪中山 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司