申请/专利权人：上海华力集成电路制造有限公司

申请日：2018-12-12

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN109637927B

主分类号：H01L21/28(20060101)

分类号：H01L21/28(20060101);H01L21/321(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2019.05.10#实质审查的生效;2019.04.16#公开

摘要：本发明公开了一种金属栅的制造方法，包括步骤：步骤一、提供形成有伪栅极结构、氮化硅侧墙和接触刻蚀停止层的半导体衬底；步骤二、形成层间膜；步骤三、进行第一次化学机械研磨工艺对层间膜进行平坦化，在层间膜的表面会形成碟状凹陷结构；步骤四、进行第二次回刻工艺对氮化硅进行回刻并将多晶硅栅两侧的氮化硅的表面低于碟状凹陷结构；步骤五、去除多晶硅栅；步骤六、进行金属栅对应的金属材料层的填充；步骤七、进行第二次化学机械研磨工艺对金属材料层进行平坦化，第二次化学机械研磨工艺将层间膜表面的金属材料层都去除并使金属材料层仅填充于多晶硅栅去除区域并从而组成金属栅。本发明能消除金属栅的化学机械研磨工艺在层间膜上的金属残留。

主权项：1.一种金属栅的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多个伪栅极结构，所述伪栅极结构由栅介质层和多晶硅栅叠加而成，在所述伪栅极结构的侧面形成有氮化硅侧墙，由氮化硅材料组成的接触刻蚀停止层覆盖在所述多晶硅栅的顶部表面、所述多晶硅栅的所述氮化硅侧墙的侧面以及所述伪栅极结构外的所述半导体衬底表面；步骤二、形成由氧化硅组成的层间膜，所述层间膜形成于所述接触刻蚀停止层的表面，所述层间膜将所述伪栅极结构之间间隔区域完全填充并延伸到所述伪栅极结构的顶部表面上；步骤三、进行第一次化学机械研磨工艺对所述层间膜进行平坦化，所述第一次化学机械研磨工艺停止在所述多晶硅栅的顶部表面并将所述多晶硅栅顶部表面暴露出来，所述第一次化学机械研磨工艺后所述层间膜位于所述多晶硅栅之间的间隔区域中并会在所述层间膜的表面形成碟状凹陷结构，所述碟状凹陷结构的底部的深度位于所述多晶硅栅的顶部表面之下；步骤四、进行第二次回刻工艺，所述第二次回刻工艺对所述多晶硅栅和所述层间膜之间的氮化硅进行自对准回刻并将所述多晶硅栅两侧的所述氮化硅侧墙和所述接触刻蚀停止层的顶部表面降低到低于所述层间膜的碟状凹陷结构的最低位置；步骤五、去除所述多晶硅栅；步骤六、进行金属栅对应的金属材料层的填充，所述金属材料层将所述多晶硅栅去除的区域完全填充并延伸到所述多晶硅栅去除区域外的所述氮化硅侧墙、所述接触刻蚀停止层和所述层间膜的表面；步骤七、进行第二次化学机械研磨工艺对所述金属材料层进行平坦化，所述第二次化学机械研磨工艺将所述层间膜表面的所述金属材料层都去除且会对所述层间膜产生过研磨，过研磨后的所述层间膜的表面低于所述碟状凹陷结构的最低位置；所述第二次化学机械研磨工艺后的所述金属材料层仅填充于所述多晶硅栅去除区域从而组成金属栅。

全文数据：金属栅的制造方法技术领域本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种金属栅的制造方法。背景技术现行先进逻辑芯片工艺中，为了增加组件电性表现，再把原来的多晶硅栅极去除并用金属取代之，所使用的工艺方法为金属化学机械研磨。但由于之前工艺的氧化硅化学机械研磨会在多晶硅栅之间的氧化硅介电层即层间膜的顶部表面形成碟状Dish凹陷，进而引发出后续的金属化学机械研磨时可能于上产生金属残留。此金属残留会造成接触孔刻蚀后的金属栓沉积时的线路短路，直接冲击产品良率。现根据附图说明如下：如图1A至图1E所示，是现有方法各步骤中的器件结构图，现有金属栅的制造方法包括如下步骤：步骤一、如图1A所示，提供一半导体衬底101，在所述半导体衬底101上形成有多个伪栅极结构，所述伪栅极结构由栅介质层102和多晶硅栅103叠加而成，在所述伪栅极结构的侧面形成有氮化硅侧墙104，由氮化硅材料组成的接触刻蚀停止层CESL105覆盖在所述多晶硅栅103的顶部表面、所述多晶硅栅103的所述氮化硅侧墙104的侧面以及所述伪栅极结构外的所述半导体衬底101表面。现有方法中，所述半导体衬底101为硅衬底。所述栅介质层102包括高介电常数层HK，在所述高介电常数层和所述半导体衬底101之间还具有界面层；由所述高介电常数层的所述栅介质层102和后续形成的金属栅MG7叠加形成HKMG。通常，所述半导体衬底101中形成有场氧化层，由所述场氧化层隔离出有源区；所述有源区包括核心区域对应的有源区和核心区域外的有源区。所述核心区域外的所述有源区中的所述多晶硅栅103的尺寸大于所述核心区域中的所述有源区中的所述多晶硅栅103的尺寸。图1A中显示了两种尺寸的所述多晶硅栅103。步骤二、如图1A所示，形成由氧化硅组成的层间膜6，所述层间膜6形成于所述接触刻蚀停止层105的表面，所述层间膜6将所述伪栅极结构之间间隔区域完全填充并延伸到所述伪栅极结构的顶部表面上。步骤三、如图1A所示，进行氧化硅的化学机械研磨工艺对所述层间膜6进行平坦化，化学机械研磨工艺停止在所述多晶硅栅103的顶部表面并将所述多晶硅栅103顶部表面暴露出来，化学机械研磨工艺后会在所述层间膜6的表面形成碟状凹陷结构，所述碟状凹陷结构的底部的深度位于所述多晶硅栅103的顶部表面之下。碟状凹陷结构如虚线圈201所示，所述碟状凹陷结构的底部的深度请参考虚线AA所示。步骤四、如图1B所示，去除所述多晶硅栅103。步骤五、如图1C所示，进行金属栅107对应的金属材料层107的填充，所述金属材料层和所述金属栅都采用标记107表示。所述金属材料层107将所述多晶硅栅103去除的区域完全填充并延伸到所述多晶硅栅103去除区域外的所述氮化硅侧墙104、所述接触刻蚀停止层105和所述层间膜6的表面。步骤六、如图1D所示，进行金属的化学机械研磨工艺对所述金属材料层107进行平坦化。可以看出，金属过研磨之前，所述金属材料层107的表面如虚线BB所示。如图1E所示，进行金属过研磨之后，所述金属材料层107的表面会低于虚线BB所示的表面。但是依然会在所述蝶形凹陷结构中残留所述金属材料层107。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种金属栅的制造方法，能消除金属栅的化学机械研磨工艺在层间膜上的金属残留。为解决上述技术问题，本发明提供的金属栅的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多个伪栅极结构，所述伪栅极结构由栅介质层和多晶硅栅叠加而成，在所述伪栅极结构的侧面形成有氮化硅侧墙，由氮化硅材料组成的接触刻蚀停止层覆盖在所述多晶硅栅的顶部表面、所述多晶硅栅的所述氮化硅侧墙的侧面以及所述伪栅极结构外的所述半导体衬底表面。步骤二、形成由氧化硅组成的层间膜，所述层间膜形成于所述接触刻蚀停止层的表面，所述层间膜将所述伪栅极结构之间间隔区域完全填充并延伸到所述伪栅极结构的顶部表面上。步骤三、进行第一次化学机械研磨工艺对所述层间膜进行平坦化，所述第一次化学机械研磨工艺停止在所述多晶硅栅的顶部表面并将所述多晶硅栅顶部表面暴露出来，所述第一次化学机械研磨工艺后所述层间膜位于所述多晶硅栅之间的间隔区域中并会在所述层间膜的表面形成碟状凹陷结构，所述碟状凹陷结构的底部的深度位于所述多晶硅栅的顶部表面之下。步骤四、进行第二次回刻工艺，所述第二次回刻工艺对所述多晶硅栅和所述层间膜之间的氮化硅进行自对准回刻并将所述多晶硅栅两侧的所述氮化硅侧墙和所述接触刻蚀停止层的顶部表面降低到低于所述层间膜的碟状凹陷结构的最低位置。步骤五、去除所述多晶硅栅。步骤六、进行金属栅对应的金属材料层的填充，所述金属材料层将所述多晶硅栅去除的区域完全填充并延伸到所述多晶硅栅去除区域外的所述氮化硅侧墙、所述接触刻蚀停止层和所述层间膜的表面。步骤七、进行第二次化学机械研磨工艺对所述金属材料层进行平坦化，所述第二次化学机械研磨工艺将所述层间膜表面的所述金属材料层都去除且会对所述层间膜产生过研磨，过研磨后的所述层间膜的表面低于所述碟状凹陷结构的最低位置；所述第二次化学机械研磨工艺后的所述金属材料层仅填充于所述多晶硅栅去除区域从而组成金属栅。进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。进一步的改进是，所述栅介质层包括高介电常数层，在所述高介电常数层和所述半导体衬底之间还具有界面层；由所述高介电常数层的所述栅介质层和所述金属栅叠加形成HKMG。进一步的改进是，步骤一中，所述伪栅极结构的形成步骤包括如下分步骤：依次形成所述栅介质层和第一层多晶硅。在所述第一层多晶硅的表面形成硬质掩模层。采用光刻工艺定义出所述伪栅极结构的形成区域。采用刻蚀工艺将所述伪栅极结构的形成区域外的所述硬质掩膜层、所述多晶硅栅和所述栅介质层依次去除形成所述伪栅极结构。所述硬质掩膜层在形成所述氮化硅侧墙之后以及形成所述接触刻蚀停止层之前去除。进一步的改进是，步骤一提供的所述半导体衬底中形成有场氧化层，由所述场氧化层隔离出有源区；所述有源区包括核心区域对应的有源区和核心区域外的有源区。进一步的改进是，所述核心区域外的所述有源区中的所述多晶硅栅的尺寸大于所述核心区域中的所述有源区中的所述多晶硅栅的尺寸。进一步的改进是，所述金属栅对应的组件包括核心组件和核心区域外组件。进一步的改进是，所述组件为场效应晶体管。进一步的改进是，所述组件包括n型场效应晶体管和p型场效应晶体管。进一步的改进是，步骤四的所述氮化硅侧墙形成之后还包括进行组件增强工艺；完成所述组件增强工艺之后还包括在所述多晶硅栅两侧的所述半导体衬底表面形成组件的源区和漏区的步骤。进一步的改进是，所述组件增强工艺为锗硅工艺。进一步的改进是，所述组件增强工艺在所述p型场效应晶体管的源区或漏区形成锗硅层。进一步的改进是，步骤七中，所述第二次化学机械研磨工艺后，所述层间膜的顶部表面位置高于所述氮化硅侧墙和所述接触刻蚀停止层的顶部表面位置，所述金属栅还会延伸到所述氮化硅侧墙和所述接触刻蚀停止层的顶部表面。进一步的改进是，步骤四中的所述第二次回刻工艺采用干法刻蚀。进一步的改进是，所述金属栅对应的金属材料包括铝。本发明中，在进行层间膜的平坦化之后以及去除多晶硅栅，进行对位于多晶硅栅和层间膜之间的氮化硅进行自对准回刻并使氮化硅侧墙和接触刻蚀停止层的顶部表面降低到低于层间膜的碟状凹陷结构的最低位置，这样，在后续去除多晶硅栅并填充金属材料层之后，进行金属的化学机械研磨工艺即第二次化学机械研磨工艺时，由于层间膜的顶部表面包括碟状凹陷结构都位于氮化硅侧墙和接触刻蚀停止层的顶部表面之上，故能实现降低层间膜表面上的金属材料层全部去除并还能对层间膜有一定的过研磨，这样能消除金属栅的化学机械研磨工艺在层间膜上的金属残留，所以最后也能避免由于层间膜上的金属残留所造成的短路，从而能提高产品良率。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：图1A-图1E是现有金属栅的制造方法各步骤中的结构图；图2是本发明实施例方法的流程图；图3A-图3F是本发明实施例方法各步骤中的器件结构图。具体实施方式如图2所示，是本发明实施例方法的流程图，图3A至图3F是本发明实施例方法各步骤中的器件结构图，本发明实施例金属栅的制造方法包括如下步骤：步骤一、如图3A所示，提供一半导体衬底1，在所述半导体衬底1上形成有多个伪栅极结构，所述伪栅极结构由栅介质层2和多晶硅栅3叠加而成，在所述伪栅极结构的侧面形成有氮化硅侧墙4，由氮化硅材料组成的接触刻蚀停止层5覆盖在所述多晶硅栅3的顶部表面、所述多晶硅栅的所述氮化硅侧墙4的侧面以及所述伪栅极结构外的所述半导体衬底1表面。本发明实施例方法中，所述半导体衬底1为硅衬底。所述栅介质层2包括高介电常数层，在所述高介电常数层和所述半导体衬底1之间还具有界面层；由所述高介电常数层的所述栅介质层2和后续形成的所述金属栅7叠加形成HKMG。所述伪栅极结构的形成步骤包括如下分步骤：依次形成所述栅介质层2和第一层多晶硅。在所述第一层多晶硅的表面形成硬质掩模层。采用光刻工艺定义出所述伪栅极结构的形成区域。采用刻蚀工艺将所述伪栅极结构的形成区域外的所述硬质掩膜层、所述多晶硅栅3和所述栅介质层2依次去除形成所述伪栅极结构。所述硬质掩膜层在形成所述氮化硅侧墙4之后以及形成所述接触刻蚀停止层5之前去除。步骤一提供的所述半导体衬底1中形成有场氧化层，由所述场氧化层隔离出有源区；所述有源区包括核心区域对应的有源区和核心区域外的有源区。所述核心区域外的所述有源区中的所述多晶硅栅3的尺寸大于所述核心区域中的所述有源区中的所述多晶硅栅3的尺寸。图3A中显示了两种尺寸的所述多晶硅栅3。步骤二、如图3A所示，形成由氧化硅组成的层间膜6，所述层间膜6形成于所述接触刻蚀停止层5的表面，所述层间膜6将所述伪栅极结构之间间隔区域完全填充并延伸到所述伪栅极结构的顶部表面上。步骤三、如图3A所示，进行第一次化学机械研磨工艺对所述层间膜6进行平坦化，所述第一次化学机械研磨工艺停止在所述多晶硅栅3的顶部表面并将所述多晶硅栅3顶部表面暴露出来，所述第一次化学机械研磨工艺后所述层间膜6位于所述多晶硅栅3之间的间隔区域中并会在所述层间膜6的表面形成碟状凹陷结构，所述碟状凹陷结构的底部的深度位于所述多晶硅栅3的顶部表面之下。碟状凹陷结构如虚线圈301所示，所述碟状凹陷结构的底部的深度请参考虚线CC所示。步骤四、如图3B所示，进行第二次回刻工艺，所述第二次回刻工艺对所述多晶硅栅3和所述层间膜6之间的氮化硅进行自对准回刻并将所述多晶硅栅3两侧的所述氮化硅侧墙4和所述接触刻蚀停止层5的顶部表面降低到低于所述层间膜6的碟状凹陷结构的最低位置。所述氮化硅侧墙4和所述接触刻蚀停止层5的顶部表面如虚线DD所示。步骤四中的所述第二次回刻工艺采用干法刻蚀。步骤五、如图3C所示，去除所述多晶硅栅3。步骤六、如图3D所示，进行金属栅7对应的金属材料层7的填充，所述金属材料层和所述金属栅都采用标记7表示。所述金属材料层7将所述多晶硅栅3去除的区域完全填充并延伸到所述多晶硅栅3去除区域外的所述氮化硅侧墙4、所述接触刻蚀停止层5和所述层间膜6的表面。步骤七、如图3E所示，进行第二次化学机械研磨工艺对所述金属材料层7进行平坦化，所述第二次化学机械研磨工艺将所述层间膜6表面的所述金属材料层7都去除且会对所述层间膜6产生过研磨，过研磨后的所述层间膜6的表面低于所述碟状凹陷结构的最低位置，过研磨后的所述层间膜6的表面如虚线FF所示。如图3F所示，通常，所述第二次化学机械研磨工艺还会对所述金属材料层7进行过研磨，所述第二次化学机械研磨工艺后的所述金属材料层7仅填充于所述多晶硅栅3去除区域从而组成金属栅7。步骤七中，所述第二次化学机械研磨工艺后，所述层间膜6的顶部表面位置高于所述氮化硅侧墙4和所述接触刻蚀停止层5的顶部表面位置，所述金属栅7还会延伸到所述氮化硅侧墙4和所述接触刻蚀停止层5的顶部表面。所述金属栅7对应的金属材料包括铝。本发明实施例中，所述金属栅7对应的组件包括核心组件和核心区域外组件。所述组件为场效应晶体管。所述组件包括n型场效应晶体管和p型场效应晶体管。步骤四的所述氮化硅侧墙4形成之后还包括进行组件增强工艺；完成所述组件增强工艺之后还包括在所述多晶硅栅3两侧的所述半导体衬底1表面形成组件的源区和漏区的步骤。所述组件增强工艺为锗硅工艺。所述组件增强工艺在所述p型场效应晶体管的源区或漏区形成锗硅层。本发明实施例中，在进行层间膜6的平坦化之后以及去除多晶硅栅3，进行对位于多晶硅栅3和层间膜6之间的氮化硅进行自对准回刻并使氮化硅侧墙4和接触刻蚀停止层5的顶部表面降低到低于层间膜6的碟状凹陷结构的最低位置，这样，在后续去除多晶硅栅3并填充金属材料层7之后，进行金属的化学机械研磨工艺即第二次化学机械研磨工艺时，由于层间膜6的顶部表面包括碟状凹陷结构都位于氮化硅侧墙4和接触刻蚀停止层5的顶部表面之上，故能实现降低层间膜6表面上的金属材料层7全部去除并还能对层间膜6有一定的过研磨，这样能消除金属栅7的化学机械研磨工艺在层间膜6上的金属残留，所以最后也能避免由于层间膜6上的金属残留所造成的短路，从而能提高产品良率。以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种金属栅的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多个伪栅极结构，所述伪栅极结构由栅介质层和多晶硅栅叠加而成，在所述伪栅极结构的侧面形成有氮化硅侧墙，由氮化硅材料组成的接触刻蚀停止层覆盖在所述多晶硅栅的顶部表面、所述多晶硅栅的所述氮化硅侧墙的侧面以及所述伪栅极结构外的所述半导体衬底表面；步骤二、形成由氧化硅组成的层间膜，所述层间膜形成于所述接触刻蚀停止层的表面，所述层间膜将所述伪栅极结构之间间隔区域完全填充并延伸到所述伪栅极结构的顶部表面上；步骤三、进行第一次化学机械研磨工艺对所述层间膜进行平坦化，所述第一次化学机械研磨工艺停止在所述多晶硅栅的顶部表面并将所述多晶硅栅顶部表面暴露出来，所述第一次化学机械研磨工艺后所述层间膜位于所述多晶硅栅之间的间隔区域中并会在所述层间膜的表面形成碟状凹陷结构，所述碟状凹陷结构的底部的深度位于所述多晶硅栅的顶部表面之下；步骤四、进行第二次回刻工艺，所述第二次回刻工艺对所述多晶硅栅和所述层间膜之间的氮化硅进行自对准回刻并将所述多晶硅栅两侧的所述氮化硅侧墙和所述接触刻蚀停止层的顶部表面降低到低于所述层间膜的碟状凹陷结构的最低位置；步骤五、去除所述多晶硅栅；步骤六、进行金属栅对应的金属材料层的填充，所述金属材料层将所述多晶硅栅去除的区域完全填充并延伸到所述多晶硅栅去除区域外的所述氮化硅侧墙、所述接触刻蚀停止层和所述层间膜的表面；步骤七、进行第二次化学机械研磨工艺对所述金属材料层进行平坦化，所述第二次化学机械研磨工艺将所述层间膜表面的所述金属材料层都去除且会对所述层间膜产生过研磨，过研磨后的所述层间膜的表面低于所述碟状凹陷结构的最低位置；所述第二次化学机械研磨工艺后的所述金属材料层仅填充于所述多晶硅栅去除区域从而组成金属栅。2.如权利要求1所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述半导体衬底为硅衬底。3.如权利要求1所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述栅介质层包括高介电常数层，在所述高介电常数层和所述半导体衬底之间还具有界面层；由所述高介电常数层的所述栅介质层和所述金属栅叠加形成HKMG。4.如权利要求1所述的金属栅的制造方法，其特征在于：步骤一中，所述伪栅极结构的形成步骤包括如下分步骤：依次形成所述栅介质层和第一层多晶硅；在所述第一层多晶硅的表面形成硬质掩模层；采用光刻工艺定义出所述伪栅极结构的形成区域；采用刻蚀工艺将所述伪栅极结构的形成区域外的所述硬质掩膜层、所述多晶硅栅和所述栅介质层依次去除形成所述伪栅极结构；所述硬质掩膜层在形成所述氮化硅侧墙之后以及形成所述接触刻蚀停止层之前去除。5.如权利要求1所述的金属栅的制造方法，其特征在于：步骤一提供的所述半导体衬底中形成有场氧化层，由所述场氧化层隔离出有源区；所述有源区包括核心区域对应的有源区和核心区域外的有源区。6.如权利要求5所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述核心区域外的所述有源区中的所述多晶硅栅的尺寸大于所述核心区域中的所述有源区中的所述多晶硅栅的尺寸。7.如权利要求5所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述金属栅对应的组件包括核心组件和核心区域外组件。8.如权利要求7所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述组件为场效应晶体管。9.如权利要求8所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述组件包括n型场效应晶体管和p型场效应晶体管。10.如权利要求9所述的金属栅的制造方法，其特征在于：步骤四的所述氮化硅侧墙形成之后还包括进行组件增强工艺；完成所述组件增强工艺之后还包括在所述多晶硅栅两侧的所述半导体衬底表面形成组件的源区和漏区的步骤。11.如权利要求10所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述组件增强工艺为锗硅工艺。12.如权利要求11所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述组件增强工艺在所述p型场效应晶体管的源区或漏区形成锗硅层。13.如权利要求1所述的金属栅的制造方法，其特征在于：步骤七中，所述第二次化学机械研磨工艺后，所述层间膜的顶部表面位置高于所述氮化硅侧墙和所述接触刻蚀停止层的顶部表面位置，所述金属栅还会延伸到所述氮化硅侧墙和所述接触刻蚀停止层的顶部表面。14.如权利要求1所述的金属栅的制造方法，其特征在于：步骤四中的所述第二次回刻工艺采用干法刻蚀。15.如权利要求1所述的金属栅的制造方法，其特征在于：所述金属栅对应的金属材料包括铝。

百度查询： 上海华力集成电路制造有限公司 金属栅的制造方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD