一種自對(duì)準(zhǔn)接觸工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自對(duì)準(zhǔn)接觸工藝方法，包括以下步驟：提供襯底；在所述襯底上形成柵堆疊，在柵堆疊兩側(cè)形成側(cè)墻，在側(cè)墻兩側(cè)的襯底內(nèi)形成源漏區(qū)；在所述襯底的上方淀積一層接觸層，所述接觸層覆蓋源漏區(qū)、側(cè)墻和柵堆疊；選擇性刻蝕部分所述接觸層，保留源漏區(qū)、柵堆疊和側(cè)墻上方的部分；淀積層間介質(zhì)層，并進(jìn)行表面平坦化，至露出柵堆疊時(shí)停止。與此相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過采用先沉積接觸層的方法，降低了光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的難度，增加了對(duì)準(zhǔn)精度，可以有效縮短源漏之間的距離，減小溝道電阻，增加集成度。
【專利說明】一種自對(duì)準(zhǔn)接觸工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種自對(duì)準(zhǔn)接觸工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]在深亞微米集成電路制造中，隨著特征尺寸的逐漸變小，M0S器件之間的間距也越來越窄，也就越來越接近光刻工藝分辨率的極限。因此在晶圓片上形成的光刻圖形就會(huì)出現(xiàn)失真，即所謂的光學(xué)臨近效應(yīng)(0ΡΕ)。在使用更先進(jìn)光刻機(jī)臺(tái)來定義更小的特征尺寸越來越難的情況下，自對(duì)準(zhǔn)接觸通孔刻蝕工藝(SAC:Self-aligned Contact)應(yīng)運(yùn)而生,此工藝的產(chǎn)生減小了在特征尺寸變小的情況下光刻機(jī)臺(tái)的工藝局限。
[0003]傳統(tǒng)的自對(duì)準(zhǔn)接觸工藝如圖2-圖12所示，在形成柵堆疊、源漏區(qū)以及層間介質(zhì)層之后，需要通過掩膜版圖形化一層光刻膠作為阻擋層來刻蝕接觸孔，然后在接觸孔內(nèi)淀積金屬栓。
[0004]但是在特征尺寸越來越接近光刻工藝極限的情況下，圖形化失真的情況越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致接觸孔可能無法準(zhǔn)確對(duì)位到源漏區(qū)上，這就會(huì)增大接觸電阻，甚至導(dǎo)致器件失效。
[0005]因此，希望提出一種能夠避免光刻機(jī)的光學(xué)臨近效應(yīng)的工藝，實(shí)現(xiàn)接觸孔的自對(duì)準(zhǔn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種可以解決上述問題的自對(duì)準(zhǔn)接觸工藝，該工藝方法包括以下步驟:
[0007]a)提供襯底；
[0008]b)在所述襯底上形成柵堆疊，在柵堆疊兩側(cè)形成側(cè)墻，在側(cè)墻兩側(cè)的襯底內(nèi)形成源漏區(qū)；
[0009]c)在所述襯底的上方淀積一層接觸層，所述接觸層覆蓋源漏區(qū)、側(cè)墻和柵堆疊；
[0010]d)選擇性刻蝕部分所述接觸層，保留源漏區(qū)、柵堆疊和側(cè)墻上方的部分；
[0011]e)淀積層間介質(zhì)層，并進(jìn)行表面平坦化，至露出柵堆疊時(shí)停止。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:
[0013]襯底；
[0014]柵堆疊，位于所述襯底上；
[0015]側(cè)墻，位于所述柵堆疊兩側(cè)的襯底上；
[0016]源漏區(qū)，位于所述柵堆疊兩側(cè)的襯底內(nèi)；
[0017]接觸層，位于所述側(cè)墻兩側(cè)的源漏區(qū)上；
[0018]層間介質(zhì)層，位于所述接觸層兩側(cè)的襯底上。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):通過采用先沉積接觸層的方法，降低了光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的難度，增加了對(duì)準(zhǔn)精度，可以有效縮短源漏之間的距離，減小溝道電阻，增加集成度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。
[0021]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)接觸工藝方法的流程圖；
[0022]圖2至圖12為按照傳統(tǒng)工藝流程刻蝕接觸孔的各個(gè)階段的剖面示意圖；
[0023]圖13至圖18和圖20至圖26為按照?qǐng)D1所示流程刻蝕自對(duì)準(zhǔn)接觸孔的各個(gè)階段的剖面示意圖；
[0024]圖19為按照?qǐng)D1所示流程完成各步工藝后的俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0026]所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。
[0027]本發(fā)明提供了一種自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕工藝。下面，將結(jié)合圖2至圖26通過本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)圖1的自對(duì)準(zhǔn)接觸工藝進(jìn)行具體描述。如圖1所示，本發(fā)明所提供的工藝包括以下步驟。
[0028]在步驟SlOl中，提供襯底100。
[0029]此步與傳統(tǒng)工藝一致，具體地，如圖2所示，首先提供襯底100。在本實(shí)施例中，所述襯底100為硅襯底(例如硅晶片)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計(jì)要求(例如P型襯底或者N型襯底)，襯底100可以包括各種摻雜配置。在其他實(shí)施例中，所述襯底100可以包括其他基本半導(dǎo)體(如II1-V族材料)，例如鍺?；蛘?，襯底100可以包括化合物半導(dǎo)體，例如碳化硅、砷化鎵、砷化銦。典型地，襯底100可以具有但不限于約幾百微米的厚度，例如可以在400 μ m-800 μ m的厚度范圍內(nèi)。
[0030]在步驟S102中，在所述襯底上100形成柵堆疊320，在柵堆疊兩側(cè)形成側(cè)墻300，在側(cè)墻兩側(cè)的襯底內(nèi)形成源漏區(qū)110。
[0031]此步與傳統(tǒng)工藝一致，具體的，首先在襯底100之上形成柵堆疊。首先，在襯底100上形成柵介質(zhì)層，如圖2所示。在本實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層200可以為氧化硅或氮化硅及其組合形成，在其他實(shí)施例中，也可以是高K介質(zhì)，例如，Hf02, HfS1, HfS1N, HfTaO,HfT1, HfZrO, HfLaO, HfLaS1, A1203、La203、Zr02、LaAlO 中的一種或其組合，或包括高 K介質(zhì)與氧化娃或氮化娃的組合結(jié)構(gòu)，其厚度可以為lnm-15nm。而后,在所述柵介質(zhì)層上形成柵極，如圖3所示。所述柵極210可以是金屬柵極，例如通過沉積金屬氮化物，包括MxNy、MxSiyNz、MxAlyNz、MaAlxSiyNz 及其組合，其中 M 為 Ta、T1、Hf、Zr、Mo、W 及其組合；和 / 或金屬或金屬合金，包括 Co、N1、Cu、Al、Pd、Pt、Ru、Re、Mo、Ta、T1、Hf、Zr、W、Ir、Eu、Nd、Er、La 及其組合。所述柵極還可以是金屬娃化物，例如NiS1、CoS1、TiSi等,厚度可以為10nm-150nm。然后以所述柵極為掩膜刻蝕柵介質(zhì)層，如圖4所示。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述柵極還可以是偽柵極，例如通過沉積多晶硅、多晶SiGe、非晶硅，和/或，摻雜或未摻雜的氧化硅及氮化硅、氮氧化硅、碳化硅，甚至金屬來形成。在另一個(gè)實(shí)施例中，柵堆疊也可以只有偽柵極而沒有柵介質(zhì)層，而是在后續(xù)的替代柵工藝中除去偽柵極后再形成柵介質(zhì)層。
[0032]在本實(shí)施例中，所述偽柵堆疊由兩部分組成，下面一層是偽柵極120，偽柵極上面一層是掩膜層130，如圖4所示，所述掩膜層的材料與接下來要形成的側(cè)墻材料相同，作用是在刻蝕時(shí)有相同的刻蝕速率，可以使表面平整。
[0033]下文中，即以此為例對(duì)后續(xù)的步驟進(jìn)行說明。
[0034]在形成偽柵堆疊之后，在偽柵堆疊兩側(cè)形成側(cè)墻300，如圖5所示，側(cè)墻的上表面與偽柵堆疊上表面齊平。所述側(cè)墻材料可以是Si02、Si3N4、S1N中的一種或其組合。
[0035]然后以所述偽柵堆疊和側(cè)墻作為掩膜，在襯底100內(nèi)形成源漏區(qū)110，如圖6所示。所述源漏區(qū)110為按照本領(lǐng)域所公知的工藝方法形成。具體工藝和參數(shù)本領(lǐng)域人員可根據(jù)需要自行選擇。
[0036]接下來如圖7-12所示，在傳統(tǒng)工藝中可繼續(xù)完成后續(xù)步驟。例如，沉積層間介質(zhì)層，如圖7所示?？涛g層間介質(zhì)層，至露出偽柵極時(shí)停止，如圖8所示?？涛g掉偽柵極，露出柵極空隙，如圖9所示。填充柵介質(zhì)層和金屬柵極形成柵堆疊320，如圖10所示。沉積層間介質(zhì)層，如圖11所示?？涛g源漏接觸通孔，并填充接觸金屬形成金屬接觸栓，如圖12所示。
[0037]在步驟S103中，在所述襯底的上方淀積一層接觸層410，所述接觸層覆蓋源漏區(qū)110、側(cè)墻300和柵堆疊320。
[0038]具體地，首先在步驟S102形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上方，均勻淀積一層接觸層410，如圖13所示。所述接觸層將此時(shí)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上表面，包括源漏區(qū)110、側(cè)墻300、柵堆疊320以及裸露的襯底，完全覆蓋。所述接觸層410的材料可以是W、Al、Cu、TiAl中的一種或其組合。
[0039]然后，將位于裸露的襯底上方的接觸層410刻蝕掉。具體刻蝕方法，可以在接觸層表面涂覆一層光刻膠，然后對(duì)其圖形化，去除位于裸露襯底上方的部分。然后以剩余光刻膠(位于源漏區(qū)、側(cè)墻和柵堆疊上方的部分)作為掩膜，對(duì)接觸層進(jìn)行刻蝕，刻蝕完成后再將光刻膠去除。這樣就形成了如圖14所示的，覆蓋源漏區(qū)、側(cè)墻和柵堆疊的接觸層。
[0040]在此步光刻工藝中，圖形化的最小分辨距離是溝道寬度再加上源漏區(qū)的寬度。而在傳統(tǒng)工藝中，利用光刻來圖形化金屬接觸孔的工藝對(duì)分辨率的要求只有一個(gè)溝道寬度的大小。因此采用本發(fā)明所述的方法可以大大降低對(duì)光刻工藝中最小分辨率的要求。
[0041]在步驟S104中，淀積層間介質(zhì)層310，并進(jìn)行表面平坦化，至露出柵堆疊320時(shí)停止。
[0042]具體地，首先在步驟S103的基礎(chǔ)上淀積一層層間介質(zhì)層310，如圖15所示，所述層間介質(zhì)層把此時(shí)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面，包括裸露的襯底和刻蝕后的接觸層，都覆蓋住。所述層間介質(zhì)層的材料可以是任意不同于接觸層的材料，如Si02、S1F, SiCOH, S1、SiCO、SiCON、S1N、磷硅玻璃PSG、硼磷硅玻璃BPSG。
[0043]然后對(duì)所述層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，至露出偽柵堆疊中的偽柵極層時(shí)停止，如圖16所示。因?yàn)榭涛g過程中，被刻蝕的部分不完全相同，所以為了保證期間表面的平整，具體的刻蝕可以分多步進(jìn)行。首先刻蝕層間介質(zhì)層，至露出位于偽柵堆疊上方的接觸層時(shí)停止。然后，進(jìn)行第二步刻蝕，露出偽柵堆疊的掩膜層時(shí)停止。最后，進(jìn)行第三步刻蝕，至露出偽柵堆疊的偽柵極層時(shí)停止。此時(shí)偽柵極層的上表面、側(cè)墻的上表面、接觸層的上表面和層間介質(zhì)層的上表面均齊平。在這兩步刻蝕中，為了保持表面平整，也可選用不同的刻蝕液，再細(xì)化為多步刻蝕，本領(lǐng)域人員可以根據(jù)自己的需要，選擇合適的工藝步驟。
[0044]最后，利用后柵工藝形成柵極。具體的，首先通過選擇性刻蝕去除偽柵堆疊內(nèi)的偽柵級(jí)，形成柵極空隙，如圖17所示。然后沉積柵介質(zhì)層和金屬柵極形成柵堆疊320，如圖18所示。完成上述工藝后的俯視圖如圖19所示，其中中間區(qū)域是柵堆疊320，柵堆疊兩側(cè)是側(cè)墻300，側(cè)墻兩側(cè)為接觸層410，其余位置填充有層間介質(zhì)層。
[0045]本發(fā)明還提供了另外一種刻蝕所述接觸層410的實(shí)施例，具體方法包括:
[0046]首先，在所述接觸層410上方淀積一層阻擋層420，如圖20所示，所述阻擋層可以是任意不同于接觸層的材料，如Si02、S1F, SiCOH, S1、SiCO、SiCON、S1N、磷硅玻璃PSG、硼磷硅玻璃BPSG。
[0047]然后，對(duì)所述阻擋層420進(jìn)行各向異性刻蝕，在垂直方向的刻蝕速率與水平方向的速率比要盡可能大，這樣由于位于源漏區(qū)上方的阻擋層更厚，在位于裸露襯底上方的阻擋層完全刻蝕之后即可停止刻蝕，這樣僅保留下位于源漏區(qū)上方的阻擋層，如圖21所示。
[0048]接著，以位于源漏區(qū)上方的阻擋層為作為掩膜，對(duì)接觸層410進(jìn)行刻蝕，至露出偽柵極層時(shí)停止，如圖22所示。
[0049]最后，刻蝕去除剩余的阻擋層，如圖23所示。然后在接觸層兩側(cè)沉積層間介質(zhì)層，如圖24所示。在本發(fā)明所述的第二種刻蝕所述接觸層410的實(shí)施例中也可以采用所述后柵工藝，來形成柵堆疊。具體的，首先通過選擇性刻蝕去除偽柵堆疊內(nèi)的偽柵級(jí)，形成柵極空隙，如圖25所示。然后沉積柵介質(zhì)層和金屬柵極形成柵堆疊320，如圖26所示。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:
[0051]襯底100 ;
[0052]柵堆疊320，位于所述襯底100上；
[0053]側(cè)墻300，位于所述柵堆疊320兩側(cè)的襯底上；
[0054]源漏區(qū)110，位于所述柵堆疊320兩側(cè)的襯底內(nèi)；
[0055]接觸層410，位于所述側(cè)墻300兩側(cè)的源漏區(qū)上；
[0056]層間介質(zhì)層310，位于所述接觸層410兩側(cè)的襯底上。
[0057]具體的，如圖18所示，所述襯底100為硅襯底(例如硅晶片)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計(jì)要求(例如P型襯底或者N型襯底)，襯底100可以包括各種摻雜配置。在其他實(shí)施例中，所述襯底100可以包括其他基本半導(dǎo)體(如II1- V族材料)，例如鍺。或者，襯底100可以包括化合物半導(dǎo)體，例如碳化硅、砷化鎵、砷化銦。典型地，襯底100可以具有但不限于約幾百微米的厚度，例如可以在400 μ m-800 μ m的厚度范圍內(nèi)。
[0058]柵堆疊320位于所述襯底上，由柵介質(zhì)層和柵電極組成。在所述柵堆疊的兩側(cè)形成有側(cè)墻，所述的側(cè)墻的上表面與柵堆疊齊平，用于對(duì)柵堆疊形成保護(hù)，防止漏電。
[0059]在柵堆疊320兩側(cè)的襯底中形成有源漏區(qū)110，所述源漏區(qū)的深度、寬度、參雜濃度等工藝本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要自行設(shè)定。
[0060]在側(cè)墻兩側(cè)，源漏區(qū)的上方形成有接觸層，所述接觸層的上表面與側(cè)墻的上表面和柵堆疊的上表面齊平，且與源漏區(qū)形成導(dǎo)電接觸。所述接觸層的材料可以是W、Al、Cu、TiAl中的一種或其組合，或者其它導(dǎo)體材料。
[0061]在接觸層的兩側(cè)是層間介質(zhì)層410，所述層間介質(zhì)層的材料可以是任意不同于接觸層的材料，如 Si02、Si0F、SiC0H、Si0、SiC0、SiC0N、Si0N、磷硅玻璃 PSG、硼磷硅玻璃 BPSG。
[0062]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):通過采用先沉積接觸層的方法，降低了光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的難度，增加了對(duì)準(zhǔn)精度，可以有效縮短源漏之間的距離，減小溝道電阻，增加集成度。
[0063]雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對(duì)于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。
[0064]此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕工藝方法，該方法包括以下步驟: a)提供襯底(100)； b)在所述襯底上(100)形成柵堆疊(320)，在柵堆疊兩側(cè)形成側(cè)墻(300)，在側(cè)墻兩側(cè)的襯底內(nèi)形成源漏區(qū)(110)； c)在所述襯底的上方淀積一層接觸層(410)，所述接觸層覆蓋源漏區(qū)(110)、側(cè)墻(300)和柵堆疊(32O)； d)選擇性刻蝕部分所述接觸層(410)，保留源漏區(qū)(110)、柵堆疊(320)和側(cè)墻(300)上方的部分； e)淀積層間介質(zhì)層(310)，并進(jìn)行表面平坦化，至露出柵堆疊(320)時(shí)停止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，所述柵堆疊(320)的包括柵介質(zhì)層和柵電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的制造方法，其中，形成所述柵堆疊的工藝是前柵工藝或后柵工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述接觸層(410)的材料是W、Al、Cu、TiAl或其它導(dǎo)體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中選擇性刻蝕部分所述接觸層(410)的方法包括: 在所述接觸層(410)上方淀積一層阻擋層(420)； 對(duì)所述阻擋層(420)進(jìn)行各向異性刻蝕，僅保留位于源漏區(qū)上方的阻擋層； 以位于源漏區(qū)上方的阻擋層為作為掩膜，對(duì)接觸層(410)進(jìn)行刻蝕，至露出柵堆疊(320)時(shí)停止； 刻蝕去除剩余的阻擋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中步驟e)所述的CMP工藝可分多次進(jìn)行。
7.—種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括: 襯底(100)； 柵堆疊(320)，位于所述襯底(100)上； 側(cè)墻(300 )，位于所述柵堆疊(320 )兩側(cè)的襯底上； 源漏區(qū)(110 )，位于所述柵堆疊(320 )兩側(cè)的襯底內(nèi)； 接觸層(410 )，位于所述側(cè)墻(300 )兩側(cè)的源漏區(qū)上； 層間介質(zhì)層(310)，位于所述接觸層(410)兩側(cè)的襯底上。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104425365SQ201310412551
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】張琴, 鐘匯才 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所