具有金屬前介質填充結構的半導體器件及其製備方法
2023-05-25 02:14:31 1
專利名稱：具有金屬前介質填充結構的半導體器件及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有金屬前介質填充(Pre Metal Dieletric，PMD)結構的半導體器件及其製備方法。
背景技術：
金屬前介質層作為器件和互連金屬層間的間隔層以及使器件免受雜質粒子汙染的保護層，其膜層沉積效果的好壞直接影響器件的性能。隨著集成電路特定尺寸的逐漸縮小，需要金屬前介質填充的空間尺寸也越來越小，越來越有挑戰性。請參閱圖1、圖2，圖1是一種現有技術的靜態隨機存儲器(Static Random Access Memory, SRAM)的版圖示意圖，圖2是圖1中的SRAM沿A-A線的剖面結構示意圖。由圖2可見，SRAM中相鄰的兩個電晶體的柵極11之間的由間隙PMD層12填充。然而，在實際生產中，PMD層12填充之後，非常容易在兩個柵極11之間產生空洞13。所述空洞13的存在很容易導致在後續鎢塞工藝中，金屬鎢進入相鄰柵極11之間的空洞13，導致相鄰柵極11之間導通，從而造成良率損失。
發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠避免相鄰柵極之間形成空洞的具有金屬前介質填充結構的半導體器件。本發明的另一目的還在於提供一種能夠避免相鄰柵極之間形成空洞的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的製備方法。一種具有金屬前介質填充結構的半導體器件，包括襯底、形成於所述襯底內的溝槽隔離結構以及形成於所述襯底表面的多晶矽柵極層，所述多晶矽柵極層在所述溝槽隔離結構的位置處形成凹槽。—種具有金屬前介質填充結構的半導體器件的製備方法，包括如下步驟提供一襯底，所述襯底包括溝槽隔離結構；在所述襯底的表面依次形成多晶矽層、第一硬掩膜層和第二硬掩膜層；在所述第二硬掩膜層的表面形成第一光阻圖案，所述溝槽隔離結構的上方未被所述第一光阻圖案覆蓋；以所述第一光阻圖案為掩膜，刻蝕所述第二硬掩膜層，所述溝槽隔離結構上方的第二硬掩膜層被刻蝕，從而暴露出所述溝槽隔離結構上方的第一硬掩膜層；去除所述第一光阻圖案；在所述第二硬掩膜層以及將要形成所述半導體器件的柵極層的位置處的所述第一硬掩膜層的表面形成第二光阻圖案；分別以所述第二光阻圖案、第二硬掩膜層和第一硬掩膜層為掩膜，刻蝕所述多晶矽層，形成所述半導體器件的多晶矽柵極層，所述多晶矽柵極層在所述溝槽隔離結構的位置處形成凹槽。與現有技術相比，由於在所述襯底的溝槽隔離結構的位置處，具有金屬前介質填充結構的半導體器件的多晶矽柵極層形成凹槽，減小了半導體器件中電晶體的柵極的厚度，從而減小了半導體器件中相鄰兩個柵極之間的間隙的高寬比，當金屬前介質填充在所述間隙中時，不容易產生空洞，避免了在後續鎢塞工藝中，金屬鎢進入空洞而導致得相鄰柵極之間導通的問題，有利於良率的提高。
圖1是一種現有技術的靜態隨機存儲器的版圖示意圖。圖2是圖1所示的靜態隨機存儲器沿A-A線的剖面結構示意圖。圖3是本發明的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的版圖示意圖。圖4是圖3所示的半導體器件沿B-B線的剖面結構示意圖。圖fe到圖Ilc是本發明的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的製備方法的各步驟示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。請參閱圖3、圖4，圖3是本發明的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的版圖示意圖，圖4是圖3所示的半導體器件沿B-B線的剖面結構示意圖。具體的，所述半導體器件可以為靜態隨機存儲器。本發明的具有PMD填充結構的半導體器件包括襯底20、形成於所述襯底20內的溝槽隔離結構21以及形成於所述襯底20表面的多晶矽柵極層22。所述多晶矽柵極層22在所述溝槽隔離結構21的位置處形成凹槽23。所述多晶矽柵極層22在所述凹槽23處的部分形成所述半導體器件的電晶體的柵極。所述溝槽隔離結構21可以為淺溝槽隔離結構(STI)，所述溝槽內填充隔離氧化物。所述凹槽23的上部的寬度小於底部的寬度，具體的，所述凹槽23的開槽形狀可以為矩形或倒梯形或者三角形。考慮到光罩對準因素和在離子注入時對AA區的足夠保護，凹槽23 的開槽寬度略窄於所述溝槽隔離結構的特徵尺寸。所述柵極的電阻值的變化，可以通過離子注入的方式進行相應調整。由於在所述襯底20的溝槽隔離結構21的位置處，本發明的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的多晶矽柵極層22形成凹槽23，減小了半導體器件中電晶體的柵極的厚度，從而減小了半導體器件中相鄰兩個柵極之間的間隙的高寬比，當金屬前介質填充在所述間隙中時，不容易產生空洞，避免了在後續鎢塞工藝中，金屬鎢進入空洞而導致得相鄰柵極之間導通的問題，有利於良率的提高。圖fe到圖Ilc是本發明的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的製備方法的各步驟示意圖，其中，每個步驟由所述半導體器件的三個不同方向的a、b、c三個剖面示意圖表示。圖如到圖Ila是本發明的製備方法的各步驟中，圖3所示的半導體器件沿B-B線的剖面結構示意圖，圖恥到圖lib是本發明的製備方法的各步驟中，圖3所示的半導體器件沿C-C線的剖面結構示意圖，圖5c到圖Ilc是本發明的製備方法的各步驟中，圖3所示的半導體器件沿D-D線的剖面結構示意圖。優選的，所述半導體器件為靜態隨機存儲器。本發明的方法包括如下步驟提供一襯底30，所述襯底30包括溝槽隔離結構31。所述溝槽隔離結構31可以為淺溝槽隔離結構。在所述襯底30的表面沉積多晶矽層32，如圖5a、圖5b、圖5c所示。
在所述多晶矽層32的表面依次沉積第一硬掩膜層33和第二硬掩膜層34，如圖 6a、圖6b、圖6c所示。具體的，所述第一硬掩膜層33為氧化矽層，所述第二硬掩膜層34為氮化矽層(SiN)。在所述第二硬掩膜層34的表面形成第一光阻圖案35，所述溝槽隔離結構31的上方未被所述第一光阻圖案35覆蓋，如圖7a、圖7b、圖7c所示。以所述第一光阻圖案35為掩膜，刻蝕所述第二硬掩膜層34，所述溝槽隔離結構31 上方的第二硬掩膜層34被刻蝕，從而暴露出所述溝槽隔離結構31上方的第一硬掩膜層33， 如圖8a、圖8b、圖8c所示。去除所述第一光阻圖案35，如圖9a、圖9b、圖9c所示。在所述第二硬掩膜層34以及將要形成所述半導體器件的柵極層的位置處的所述第一硬掩膜層33的表面形成第二光阻圖案36，如圖10a、圖10b、圖IOc所示。分別以所述第二光阻圖案36、第二硬掩膜層34和第一硬掩膜層33為掩膜，刻蝕所述多晶矽層32，形成所述半導體器件的多晶矽柵極層，所述多晶矽柵極層在所述溝槽隔離結構31的位置處形成凹槽37，所述多晶矽柵極層32在所述凹槽37處的部分形成所述半導體器件的電晶體的柵極38，如圖11a、圖lib、圖Ilc所示。優選的，所述凹槽27的上部的寬度小於底部的寬度，具體的，所述凹槽27的開槽形狀可以為矩形或倒梯形或者三角形。考慮到光罩對準因素和在離子注入時對AA區的足夠保護，凹槽27的開槽寬度略窄於所述溝槽隔離結構的特徵尺寸。所述柵極的電阻值的變化，可以通過離子注入的方式進行相應調離
iF. ο採用本發明的方法形成的半導體器件，由於在溝槽隔離結構31的位置處，多晶矽柵極層32形成凹槽37，減小了半導體器件中電晶體的柵極38的厚度，從而減小了半導體器件中相鄰兩個柵極38之間的間隙的高寬比，當金屬前介質填充在所述間隙中時，不容易產生空洞，避免了在後續鎢塞工藝中，金屬鎢進入空洞而導致得相鄰柵極之間導通的問題，有利於良率的提高。進一步的，由於多晶矽柵極層32的開槽區域僅限於襯底30的溝槽隔離結構31部分，因此，可以採用形成溝槽隔離結構31的光罩，不需要額外的增加光照，本發明的方法簡單，成本低。在不偏離本發明的精神和範圍的情況下還可以構成許多有很大差別的實施例。應當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發明並不限於在說明書中所述的具體實施例。
權利要求
1.一種具有金屬前介質填充結構的半導體器件，包括襯底、形成於所述襯底內的溝槽隔離結構以及形成於所述襯底表面的多晶矽柵極層，其特徵在於，所述多晶矽柵極層在所述溝槽隔離結構的位置處形成凹槽。
2.如權利要求1所述的具有金屬前介質填充結構的半導體器件，其特徵在於，所述凹槽的寬度窄於所述溝槽隔離結構的特徵尺寸。
3.如權利要求1所述的具有金屬前介質填充結構的半導體器件，其特徵在於，所述溝槽隔離結構為淺溝槽隔離結構。
4.如權利要求1所述的具有金屬前介質填充結構的半導體器件，其特徵在於，所述凹槽的上部的寬度小於或者等於底部的寬度。
5.如權利要求1所述的具有金屬前介質填充結構的半導體器件，其特徵在於，所述凹槽的開槽形狀為矩形或倒梯形或者三角形。
6.一種具有金屬前介質填充結構的半導體器件的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟提供一襯底，所述襯底包括溝槽隔離結構；在所述襯底的表面依次形成多晶矽層、第一硬掩膜層和第二硬掩膜層；在所述第二硬掩膜層的表面形成第一光阻圖案，所述溝槽隔離結構的上方未被所述第一光阻圖案覆蓋；以所述第一光阻圖案為掩膜，刻蝕所述第二硬掩膜層，所述溝槽隔離結構上方的第二硬掩膜層被刻蝕，從而暴露出所述溝槽隔離結構上方的第一硬掩膜層；去除所述第一光阻圖案；在所述第二硬掩膜層以及將要形成所述半導體器件的柵極層的位置處的所述第一硬掩膜層的表面形成第二光阻圖案；分別以所述第二光阻圖案、第二硬掩膜層和第一硬掩膜層為掩膜，刻蝕所述多晶矽層， 形成所述半導體器件的多晶矽柵極層，所述多晶矽柵極層在所述溝槽隔離結構的位置處形成凹槽。
7.如權利要求6所述的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的製備方法，其特徵在於，所述第二硬掩膜層為氮化矽層。
8.如權利要求6所述的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的製備方法，其特徵在於，所述第一硬掩膜層為氧化矽層。
9.如權利要求6所述的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的製備方法，其特徵在於，採用幹法刻蝕所述第一、第二硬掩膜層以及所述多晶矽層。
10.如權利要求6所述的具有金屬前介質填充結構的半導體器件的製備方法，其特徵在於，所述半導體器件為靜態隨機存儲器。
全文摘要
本發明涉及一種具有金屬前介質填充結構的半導體器件及其製備方法。所述半導體器件包括襯底、形成於所述襯底內的溝槽隔離結構以及形成於所述襯底表面的多晶矽柵極層，所述多晶矽柵極層在所述溝槽隔離結構的位置處形成凹槽。本發明的具有金屬前介質填充結構的半導體器件減小了相鄰兩個柵極之間的間隙的高寬比，當金屬前介質填充在所述間隙中時，不容易產生空洞，避免了在後續鎢塞工藝中，金屬鎢進入空洞而導致得相鄰柵極之間導通的問題，有利於良率的提高。
文檔編號H01L27/11GK102412263SQ201110274490
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者張文廣, 徐強, 鄭春生, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司