專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，具體地，涉及采用后柵(gate-last)工藝的半導(dǎo)體器件制造方法。
背景技術(shù)：
隨著器件尺寸的持續(xù)減小，由于過高的柵電阻以及存在著多晶硅耗盡效應(yīng)和在 PMOS晶體管中的硼穿透效應(yīng)，多晶硅柵妨礙了金屬氧化物半導(dǎo)體(M0Q器件的性能的進(jìn)一步的提高，同時多晶硅柵與高K柵介質(zhì)集成時通常形成較高界面缺陷導(dǎo)致器件閾值的釘扎現(xiàn)象以及溝道中載流子遷移率的降低。因此，提出了其中采用金屬柵代替多晶硅柵的柵結(jié)構(gòu)。在MOS器件中集成金屬柵/高K柵疊層的工藝包括先柵(gate-first)工藝和后柵(gate-last)工藝。在先柵工藝中，首先形成金屬柵/高K柵疊層，然后執(zhí)行源/漏區(qū)注入和激活退火步驟。在源/漏區(qū)的激活退火步驟中許多金屬柵的材料與高K柵介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。因此，在先柵工藝中，金屬柵的材料受到限制，進(jìn)而限制了器件的閾值電壓的提高。而在后柵工藝中，首先形成例如多晶硅材料的假柵(即犧牲柵)，然后執(zhí)行源/漏區(qū)注入和激活退火步驟，最后去除假柵并形成金屬柵(即替代柵)。在后柵工藝中，金屬柵的材料沒有經(jīng)受源/漏區(qū)的激活退火步驟，在形成金屬柵后的處理溫度通常低于500°C。采用后柵工藝，可以選擇更多的材料用于形成金屬柵，獲得期望的閾值電壓，并降低金屬柵/高K的界面缺陷密度。因此，對于金屬柵的集成，后柵工藝已經(jīng)成為越來越有吸引力的選擇。在后柵工藝中，在形成假柵之后需要在假柵上覆蓋層間電介質(zhì)(ILD)層，然后采用化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)在ILD層上形成平整的表面，接著去除假柵并在由此形成的開口內(nèi)填充金屬柵的材料。而且，ILD層還隔開金屬布線層和半導(dǎo)體器件的有源層，并采用穿過ILD層的導(dǎo)電通道實現(xiàn)金屬布線和半導(dǎo)體器件的有源區(qū)之間的電連接。平整表面的ILD層有利于金屬柵材料的沉積和圖案化，并且有利于金屬布線與下層的半導(dǎo)體器件之間的電絕緣，有利于多次金屬布線互連的形成，而且由于不含有孔洞等缺陷而提高了半導(dǎo)體器件的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。然而，與先柵工藝相比，后柵工藝為了獲得平整表面的ILD層而包含了附加的CMP 處理，從而使得制造工藝的復(fù)雜性和成本增加，特別是在隔離超小柵長的柵疊層結(jié)構(gòu)的第
一層隔離層上。代替CMP處理，可以采用沉積共形絕緣層的方法，例如低溫氧化物(LTO)層和位于 LTO層上的旋涂玻璃(SOG)層的雙層結(jié)構(gòu)的ILD層結(jié)構(gòu)，其中LTO層在大面積的晶片上形成共形的覆蓋層，而SOG層進(jìn)一步填充了表面形貌上的凹陷，從而可以獲得大致平整的表面。然后，為了進(jìn)一步形成平整的表面，采用例如反應(yīng)離子刻蝕的干法刻蝕對SOG層進(jìn)行回刻蝕，以進(jìn)行平面化。在反應(yīng)離子刻蝕中通常采用三氟甲烷(CHF3)和氧(O2)的混合氣體作為刻蝕氣體。
在Siinichi Takeshiro等人的美國專利No. 005316980A中，進(jìn)一步提出采用三氟甲烷(CHF3)和六氟乙烷(C2F6)的混合氣體作為刻蝕氣體，以使對有機(jī)SOG層的刻蝕速率小于對下層的SiO2層的刻蝕速率，從而在下層的SiO2層局部暴露的情形下仍然能獲得平整的結(jié)構(gòu)表面。然而，上述現(xiàn)有的SOG層刻蝕方法實際上不能獲得全局平整性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在刻蝕過程中，SOG層在晶片中心位置的刻蝕速率小于晶片邊緣位置的刻蝕速率，如下文所述，刻蝕后的SOG層的剖面形狀為凸形。結(jié)果，晶片邊緣的SOG層達(dá)不到所需的平整度而只能舍棄，這減小了可用于制造半導(dǎo)體器件的晶片面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用后柵工藝的半導(dǎo)體器件制造方法，其中利用刻蝕工藝代替CMP工藝獲得了平整的ILD層表面并提供了更大的可用晶片面積。根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成第一柵疊層，第一柵疊層包括第一柵導(dǎo)體和位于第一柵導(dǎo)體和半導(dǎo)體襯底之間的第一柵電介質(zhì)； 在半導(dǎo)體襯底中形成源/漏區(qū)；在半導(dǎo)體襯底和第一柵疊層上形成包括至少一個犧牲層和位于所述至少一個犧牲層下方的絕緣層的多層結(jié)構(gòu)；對多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一次反應(yīng)離子刻蝕，其中控制反應(yīng)室氣壓，使得對所述至少一個犧牲層位于晶片中央位置的部分的刻蝕速率大于位于晶片邊緣位置的部分的刻蝕速率，以獲得凹形刻蝕剖面；對多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次反應(yīng)離子刻蝕，完全去除犧牲層以及去除絕緣層的一部分，以獲得具有平整表面的絕緣層作為層間電介質(zhì)層；相對于絕緣層選擇性刻蝕第一柵疊層，其中去除第一柵導(dǎo)體而在絕緣層中形成開口 ；在開口內(nèi)形成第二柵導(dǎo)體。優(yōu)選地，在第一次反應(yīng)離子刻蝕和第二次反應(yīng)離子之間還包括附加的反應(yīng)離子刻蝕，其中控制反應(yīng)室氣壓，使得對所述至少一個犧牲層位于晶片中央位置的部分的刻蝕速率小于位于晶片邊緣位置的部分的刻蝕速率，以減小凹形刻蝕剖面的內(nèi)凹程度。本發(fā)明的方法采用兩次反應(yīng)離子刻蝕或三次反應(yīng)離子刻蝕，對包含至少一個犧牲層和絕緣層的多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行回刻蝕，以代替CMP處理。該方法不僅在ILD層上去除了共形特征，獲得了局部平整度，而且利用對犧牲層的刻蝕特性，補償了在晶片邊緣對絕緣層的過刻蝕，在整個晶片上獲得了全局平整度以及顯著增加的晶片可用面積。在回刻蝕之后的絕緣層具有平整的表面，從而不需要采用CMP進(jìn)行處理，可以不需要使用昂貴的CMP設(shè)備，并且節(jié)省了工藝流程的時間，進(jìn)而降低了器件的制造成本。該平面化方法的兩次或三次反應(yīng)離子刻蝕可以直接暴露出柵導(dǎo)體，在柵導(dǎo)體頂部的LTO層中形成了凹陷區(qū)，有利于隨后用于去除假柵的濕法刻蝕，從而不必采用附加的掩模和圖案化處理，就可以提供與假柵對準(zhǔn)的刻蝕劑的進(jìn)入通道。該平面化方法的兩次或三次反應(yīng)離子刻蝕可以在同一反應(yīng)室中連續(xù)進(jìn)行，其中針對每一次反應(yīng)離子刻蝕采用特定的刻蝕氣體、反應(yīng)室氣壓、RF功率，從而簡化了半導(dǎo)體器件的工藝流程。犧牲層材料可以選擇本領(lǐng)域已知的適合于進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕的許多材料，甚至可以采用光抗蝕劑。與SOG材料相比，光抗蝕劑層的旋涂和烘干是簡單的工藝，從而使得引入犧牲層導(dǎo)致的工藝復(fù)雜性進(jìn)一步減小。


圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的后柵工藝在形成假柵后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖2示出了在圖1所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上沉積LTO層后的截面示意圖。圖3示出了在圖2所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上旋涂SOG層后的截面示意圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在第一次回刻蝕SOG層后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在第二次回刻蝕SOG層后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在回刻蝕LTO層后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在去除多晶硅假柵后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在形成金屬柵后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在回刻蝕LTO層后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的X-SEM照片。圖10和11示出了對于不同的柵長，根據(jù)本發(fā)明的方法在去除多晶硅假柵后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的X-SEM照片。具體實施方法以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標(biāo)記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。在下文中描述了本發(fā)明的許多特定的細(xì)節(jié)，例如器件的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、處理工藝和技術(shù)，以便更清楚地理解本發(fā)明。但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細(xì)節(jié)來實現(xiàn)本發(fā)明。除非在下文中特別指出，半導(dǎo)體器件中的各個部分可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的材料構(gòu)成。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的后柵工藝在形成假柵后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖， 其中在半導(dǎo)體襯底11上形成了晶體管的柵疊層(包括柵電介質(zhì)12、以及位于柵電介質(zhì)12 上的柵導(dǎo)體13)，在柵疊層的兩側(cè)形成了柵極側(cè)墻(包括氧化物層14和氮化物層15)。該柵疊層結(jié)構(gòu)中的柵導(dǎo)體13作為假柵，例如由多晶硅形成，并在形成平整的ILD層之后將被去除并由金屬柵(即“替代柵”)代替。盡管未示出，但可以理解，進(jìn)一步地利用柵疊層作為阻擋層通過離子注入在襯底 11中自對準(zhǔn)形成了源/漏區(qū)。然后，通過快速退火激活摻雜雜質(zhì)。盡管未示出，但可以理解，優(yōu)選地在源/漏區(qū)的離子注入步驟之前，在柵疊層的頂部還可以形成例如SiO2W硬掩模(例如在采用RIE方法制作超小柵長的柵疊層的工藝中)， 以在源/漏區(qū)的離子注入步驟中更好地限定注入?yún)^(qū)和非注入?yún)^(qū)，以及在硅化步驟中更好地限定硅化物區(qū)。盡管未示出，但可以理解，優(yōu)選地在源/漏區(qū)的離子注入步驟之后，利用側(cè)墻、硬掩模作為阻擋層在源漏區(qū)上沉積金屬層(例如Ni、NiPt、Ti或Co)并使金屬層硅化而形成自對準(zhǔn)金屬硅化物，以減小布線層與有源區(qū)之間的接觸電阻。然后，在圖1所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上依次沉積LTO層16和旋涂SOG層17，分別如圖 2和圖3所示。用于形成LTO層16的化學(xué)氣相沉積工藝和用于形成SOG層17的旋涂工藝均是已知的。
在以下的刻蝕步驟中，SOG層17將作為犧牲層而去除，LTO層16將作為最終器件的層間介質(zhì)層(ILD)。鑒于下文所述的平面化處理的需要，LTO層16的厚度約為50納米至 3000納米，SOG層17的厚度約為50納米至2000納米。LTO層16和SOG層17基本上是共形的，也即，在覆蓋柵疊層的位置還表現(xiàn)出一定程度的凸形。根據(jù)本發(fā)明的刻蝕方法，對于圖3所示的已經(jīng)形成LTO層16和SOG層17的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，采用RIE工藝第一次回刻蝕SOG層，如圖4所示。在該實例中，使用Rainbow 4420 型等離子體刻蝕機(jī)(可購自美國的LamResearch Corporation)。采用約為450W的RF功率，刻蝕氣體為三氟甲烷(CHF3)、四氟化碳(CF4)、氬氣(Ar)的混合氣體，其中CHF3的流量約為50SCCm，CF4的流量約為lkccm，Ar的流量約為300sCCm，并保持反應(yīng)室的氣壓約為 350mtorr。在刻蝕過程中，控制回刻蝕的時間，使得RIE僅去除SOG層17，而未到達(dá)LTO層16 的頂部表面。SOG層17的回刻蝕獲得了良好的局部平整度，在覆蓋柵疊層的位置，SOG層17的表面變?yōu)槠秸?。而且，SOG層17在晶片中央的刻蝕速率大于晶片邊緣位置的刻蝕速率。相對于晶片邊緣，在晶片中心保留了更少的SOG材料。結(jié)果，刻蝕后的SOG層17的剖面為凹形。測量結(jié)果表明，表面形貌的高度差Δ H1的最大值僅為約20nm≤AH1≤75nm,坡度 (其定義為表面形貌在晶片中央與邊緣的高度差與晶片半徑的比值)約為5e-7與加-6之間，從而保證了晶片的可用面積基本上未減小。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于SOG層17的刻蝕，在常規(guī)的較低氣壓下(< 325mt0rr)，晶片邊緣的刻蝕速率大于晶片中心的刻蝕速率，形成凸形刻蝕剖面，并導(dǎo)致較小的晶片可用直徑；而在本發(fā)明采用的較高氣壓下(> 325mtorr)，晶片邊緣的刻蝕速率小于晶片中心的刻蝕速率(刻蝕速率差大于0小于20A/S)，這形成了如圖4所示的凹形刻蝕剖面。最佳氣壓的設(shè)定值稍高，約為350mtorr，以同時獲得本發(fā)明期望的凹形刻蝕剖面和較快的刻蝕速率。并且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在約350-550W的RF功率范圍內(nèi)，晶片邊緣的刻蝕速率均小于晶片中心的刻蝕速率，并且基本上隨RF功率線性變化，這形成了如上所述的凹形刻蝕剖面，并可以獲得較大的晶片可用直徑。因此，與氣壓的作用不同，RF功率的改變并不會完全改變刻蝕剖面的形狀(即從凸形變?yōu)榘夹?，或反?。在大約450W的RF功率下可以獲得最大刻蝕速率差，即形成相對高度差最大的凹形刻蝕剖面，這可以獲得最大的晶片可用直徑。在根據(jù)本發(fā)明的方法的上述實例的刻蝕步驟中，反應(yīng)室氣壓大于約325mt0rr，并且反應(yīng)室氣壓的最佳值約為350mtorr，RF功率的最佳值約為450W。然而，可以理解，反應(yīng)室氣壓以及RF功率的特定值取決于刻蝕機(jī)類型、電極間距、 反應(yīng)室容積、刻蝕氣體的組成、比例和流量。作為可選的步驟，對于圖4所示的其中已經(jīng)第一次回刻蝕SOG層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的刻蝕方法，采用RIE工藝第二次回刻蝕SOG層，如圖5所示。該刻蝕步驟與第一次回刻蝕SOG層的步驟在同一反應(yīng)室中進(jìn)行，并且可以采用具有相同的組成及相同的配比的刻蝕氣體，例如，采用約為400W的RF功率，刻蝕氣體為三氟甲烷(CHF3)、四氟化碳(CF4)、 氬氣(Ar)的混合氣體，其中CHF3的流量約為50sCCm，CF4的流量約為lkccm，Ar的流量約為300sccm，并保持反應(yīng)室的氣壓約為250mtorr。實際上，第二次回刻蝕SOG層的工藝條件可以與圖4所示的常規(guī)的回刻蝕SOG層的工藝條件相同，從而可以獲得相同的刻蝕特性。也即，在第二次回刻蝕SOG層的步驟中， SOG層17在晶片中央的刻蝕速率小于晶片邊緣位置的刻蝕速率。第二次回刻蝕SOG層首先去除了 SOG層17位于晶片中央的厚度較小的部分，并且可選地，進(jìn)一步在晶片的中央輕微過刻蝕LTO層16位于晶片中央的部分。對LTO層16的過刻蝕量在5nm-80nm的范圍內(nèi)。典型地，第二次回刻蝕SOG層的刻蝕速率小于第一次回刻蝕SOG層的刻蝕速率，使得可以容易地控制LTO層16的過刻蝕量。在第二次回刻蝕SOG層17之后，位于SOG層17下方的大部分LTO層16暴露。在晶片邊緣可能還保留著一些SOG材料，從而消除了 LTO層16在晶片邊緣的過刻蝕區(qū)域。測量結(jié)果表明，表面形貌的高度差Δ H2的最大值僅為約Onm彡Δ H2彡30nm,坡度約為0與7. 5e-7之間。第二次回刻蝕SOG層減小了在第一次回刻蝕SOG層后SOG層17的內(nèi)凹程度，使其接近平整表面。這一方面獲得了更加平整的表面，而且另一方面也保證了晶片的可用面積基本上未減小。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的刻蝕方法進(jìn)一步采用RIE工藝回刻蝕LTO層后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。該刻蝕步驟與第一次和可選的第二次回刻蝕SOG層的步驟在同一反應(yīng)室中進(jìn)行，并且可以采用具有相同的組成但不同的配比的刻蝕氣體，例如，采用約為^OW 的RF功率，刻蝕氣體為三氟甲烷(CHF3)、四氟化碳(CF4)、氬氣(Ar)的混合氣體，其中CHF3 的流量約為2kccm，CF4的流量約為2kccm，Ar的流量約為300sCCm，并保持反應(yīng)室的氣壓約為 250mtorr。實際上，該步驟的回刻蝕LTO層的工藝條件與圖5所示的常規(guī)的回刻蝕LTO層的工藝條件可以相同，并且可以獲得相同的刻蝕特性。也即，LTO層16在晶片邊緣的刻蝕速率大于晶片中央的刻蝕速率。該步驟的回刻蝕首先去除了在晶片邊緣位于LTO層16頂部的殘留SOG層17，然后進(jìn)一步刻蝕LTO層16。如上所述，在第一次和第二次回刻蝕SOG層17后，SOG層17的剖面為凹形，甚至在晶片中央已經(jīng)過刻蝕一部分位于下方的LTO材料。在回刻蝕LTO層16的步驟中，LTO層 16位于晶片邊緣的部分在開始刻蝕時受到SOG層17的遮擋，從而稍遲才經(jīng)受刻蝕。SOG層17用作犧牲層，在刻蝕期間提供了凹形的刻蝕剖面，以補償LTO層16在晶片邊緣的過刻蝕，獲得整個晶片的全局平整度。在上述刻蝕條件下，相比SOG刻蝕速率，LTO具備更高的刻蝕速率，兩者的刻蝕速率比約為2 1。在此條件下，LTO層16位于晶片中央的部分被SOG覆蓋因此刻蝕較慢，位于晶片邊緣的部分刻蝕較快，結(jié)果，LTO層16位于晶片邊緣的部分變得更薄。經(jīng)過LTO層 16的回刻蝕之后，整個晶片的表面更為平整。雖然在晶片邊緣出現(xiàn)了輕微的過刻蝕區(qū)域，但晶片的可用面積顯著高于現(xiàn)有技術(shù)的刻蝕方法。最終的ILD層只包括留下的LTO層16，并且具有基本平整的剖面。而且，LTO層16位于柵導(dǎo)體13頂部的部分最先暴露，從而刻蝕較快，而LTO層16 位于源/漏區(qū)上的部分由于SOG層的保護(hù)而刻蝕較慢，而且在柵導(dǎo)體13上形成略微內(nèi)凹的剖面。LTO層16位于柵導(dǎo)體13頂部的部分完全去除，從而暴露出柵導(dǎo)體13。并且，在柵導(dǎo)體13頂部的LTO層16中形成了凹陷區(qū)(如圖6所示)，柵導(dǎo)體13頂部和周圍的表面形貌的局部高度差0 < ΔΗ3 < 40nm。其后去除13方法通常是Cl基RIE方法或者TMAH濕法腐蝕方法，這兩種方法對二氧化硅都具備極高的腐蝕選擇比。任意殘留二氧化硅極易影響對13的去除。這種內(nèi)凹結(jié)構(gòu)對13的去除有較大幫助.在隨后的去除柵導(dǎo)體13的步驟(未示出)中，采用Cl基RIE或者TMAH濕法刻蝕。 由于已經(jīng)暴露柵導(dǎo)體13的頂部并且形成了上述凹陷區(qū)，刻蝕劑可以到達(dá)柵導(dǎo)體13，從而可以容易地去除柵導(dǎo)體13。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在去除多晶硅假柵后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖， 其中采用濕法刻蝕，相對于LTO層16選擇性地去除柵導(dǎo)體13，形成了底部為柵電介質(zhì)12的開口 18。選擇性刻蝕例如多晶硅的柵導(dǎo)體13的刻蝕工藝是已知的。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在形成金屬柵后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖，其中，在開口 18內(nèi)填充金屬柵19的材料。金屬柵19可以由難熔金屬(例如W、Ti、Ta、Mo等) 和金屬氮化物(例如TiN，TaN, HfN, MoN等)。可以采用低壓化學(xué)氣相沉積、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、濺射等方法形成金屬柵19，厚度可選為20至5000 A。替代地，在圖7所示的步驟中，不僅去除了柵導(dǎo)體13，而且進(jìn)一步去除了底部的柵電介質(zhì)12，使得開口的底部為半導(dǎo)體襯底11的頂部表面。然后，在圖8所示的步驟中，重新沉積新的柵電介質(zhì)和金屬柵電極。在完成圖1-8所示的步驟之后，按照本領(lǐng)域公知的方法，在所得到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成位于ILD層16中的通孔、位于ILD層16上表面的布線或接觸，從而完成半導(dǎo)體器件的其他部分。參見圖9，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在回刻蝕LTO層后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的X-SEM 照片，柵導(dǎo)體13頂部和周圍的表面形貌的局部高度差ΔΗ3 llnm，從而清楚地顯示了柵導(dǎo)體13頂部的凹陷區(qū)的存在。。參見圖10和11，其中示出了對于不同的柵長，根據(jù)本發(fā)明的方法在去除多晶硅假柵后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的X-SEM照片。在圖10中所示的柵長大約為0. 4 μ m，其高度約為130nm， 在圖11中所示的柵長大約為70nm，其高度約為93nm。如圖10和11所示，由于ILD層16 的剖面形狀有利于濕法刻蝕，因此即使對于小的柵長度，也能夠很好地去除柵導(dǎo)體13，而且周圍的LTO層16的材料未受過刻蝕。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在形成金屬柵后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖，其中，在開口 18內(nèi)填充金屬柵19的材料。金屬柵19可以由難熔金屬(例如W、Ti、Ta、Mo等)和金屬氮化物(例如TiN，TaN，HfN，MoN等)?？梢圆捎玫蛪夯瘜W(xué)氣相沉積、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、濺射等方法形成金屬柵19，厚度可選為 20 至5000 A。在上述實施例中，描述了利用SOG層/LTO層的回刻蝕進(jìn)行平面化，以獲得平整表面的LTO層16作為最終的ILD層。然而，本發(fā)明也可以使用其他材料的犧牲層，如光抗蝕齊U、低K材料。例如，用于光抗蝕劑層的刻蝕劑例如為氬氣(Ar)和氧氣(O2)的混合氣體，其中Ar 的流量約為300sccm，O2的流量約為5ccm。
與上述針對SOG層的類似測量的結(jié)果表明，在反應(yīng)室氣壓大于約275mtorr (反應(yīng)室氣壓的最佳值約為300mtorr)以及RF功率為約300_550W(RF功率的最佳值約為500W) 時，可以獲得期望的刻蝕速率分布以及形成如上所述的凹形刻蝕剖面。然而，可以理解，反應(yīng)室氣壓以及RF功率的特定值取決于刻蝕機(jī)類型、電極間距、 反應(yīng)室容積、刻蝕氣體的組成、比例和流量。光抗蝕劑層的反應(yīng)離子刻蝕方法可以采用已知的用于光抗蝕劑層的其他刻蝕氣體，例如選自氧氣(O2)、四氟化碳(CF4)的一種或多種氣體與氬氣(Ar)組成的混合氣體。通過控制反應(yīng)室氣壓，仍然可以將刻蝕剖面控制為凹形，進(jìn)一步地，通過控制RF功率，仍然可以控制凹形刻蝕剖面的深度，從而獲得最佳的全局平整度以及最大的晶片可用面積。如上所述，本發(fā)明利用兩層結(jié)構(gòu)的刻蝕實現(xiàn)了平面化，包括犧牲層和位于犧牲層下方的絕緣層，該絕緣層用作ILD。在刻蝕步驟中，犧牲層提供凹形的刻蝕剖面，以補償對絕緣層位于晶片邊緣的部分的過刻蝕。然而，本發(fā)明可以應(yīng)用于多層結(jié)構(gòu)，包括至少一個犧牲層和將用作ILD的絕緣層。犧牲層可以由S0G、光抗蝕劑、低K材料中的一種組成，絕緣層可以由BPSG、Si02、SiNx中的一種組成。用于ILD的刻蝕的兩層或多層結(jié)構(gòu)例如為SiO2/ SiNx, LT0/S0G/LT0、SiOF/LTO、低 K/LTO、LTO/ 低 K/LT0。以上描述只是為了示例說明和描述本發(fā)明，而非意圖窮舉和限制本發(fā)明。因此，本發(fā)明不局限于所描述的實施例。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯可知的變型或更改，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成第一柵疊層，第一柵疊層包括第一柵導(dǎo)體和位于第一柵導(dǎo)體和半導(dǎo)體襯底之間的第一柵電介質(zhì)；在半導(dǎo)體襯底中形成源/漏區(qū)；在半導(dǎo)體襯底和第一柵疊層上形成包括至少一個犧牲層和位于所述至少一個犧牲層下方的絕緣層的多層結(jié)構(gòu)；對多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一次反應(yīng)離子刻蝕，其中控制反應(yīng)室氣壓，使得對所述至少一個犧牲層位于晶片中央位置的部分的刻蝕速率大于位于晶片邊緣位置的部分的刻蝕速率，以獲得凹形刻蝕剖面；對多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次反應(yīng)離子刻蝕，完全去除犧牲層以及去除絕緣層的一部分，以獲得具有平整表面的絕緣層作為層間電介質(zhì)層；相對于絕緣層選擇性刻蝕第一柵疊層，其中去除第一柵導(dǎo)體而在絕緣層中形成開口 ；在開口內(nèi)形成第二柵導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一次反應(yīng)離子刻蝕和第二次反應(yīng)離子之間還包括附加的反應(yīng)離子刻蝕，其中控制反應(yīng)室氣壓，使得對所述至少一個犧牲層位于晶片中央位置的部分的刻蝕速率小于位于晶片邊緣位置的部分的刻蝕速率，以減小凹形刻蝕剖面的內(nèi)凹程度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一次反應(yīng)離子刻蝕達(dá)到至少在晶片的中央位置暴露絕緣層的頂部表面的深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中第一次反應(yīng)離子刻蝕進(jìn)一步在晶片的中央位置對絕緣層過刻蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中第一次反應(yīng)離子刻蝕和附加的反應(yīng)離子刻蝕采用具有相同的組成及相同的配比的刻蝕氣體，并且第一次反應(yīng)離子刻蝕的反應(yīng)室氣壓比附加的反應(yīng)離子刻蝕的反應(yīng)室氣壓更高。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在第一次反應(yīng)離子刻蝕中，控制RF功率，使得對所述至少一個犧牲層位于晶片中央位置的部分的刻蝕速率與位于晶片邊緣位置的部分的刻蝕速率之間的差值最大化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個犧牲層由選自S0G、光抗蝕劑、低K 材料的一種材料組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述至少一個犧牲層為SOG層，并且第一次反應(yīng)離子刻蝕采用的刻蝕氣體為三氟甲烷、四氟化碳、氬氣的混合氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述至少一個犧牲層為光抗蝕劑層，并且第一次反應(yīng)離子刻蝕采用的刻蝕氣體為氧氣和氬氣的混合氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述絕緣層由選自BPSG、Si02、SiNx的一種材料組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述絕緣層為LTO層，并且第二次反應(yīng)離子刻蝕采用的刻蝕氣體為三氟甲烷、四氟化碳、氬氣的混合氣體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一柵導(dǎo)體由多晶硅組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二柵導(dǎo)體由選自W、Ti、Ta、Mo、TiN，TaN,HfN, MoN的至少一種柵導(dǎo)體組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在選擇性刻蝕第一柵疊層的步驟中，進(jìn)一步去除第一柵電介質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括選擇性刻蝕第一柵疊層的步驟和形成第二柵導(dǎo)體的步驟之間，在開口中形成第二柵電介質(zhì)。
全文摘要
本申請公開了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成第一柵疊層，第一柵疊層包括第一柵導(dǎo)體和位于第一柵導(dǎo)體和半導(dǎo)體襯底之間的第一柵電介質(zhì)；在半導(dǎo)體襯底中形成源/漏區(qū)；在半導(dǎo)體襯底和第一柵疊層上形成包括至少一個犧牲層和位于所述至少一個犧牲層下方的絕緣層的多層結(jié)構(gòu)；對多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一次反應(yīng)離子刻蝕，使得對所述至少一個犧牲層位于晶片中央位置的部分的刻蝕速率大于位于晶片邊緣位置的部分的刻蝕速率，以獲得凹形刻蝕剖面；對多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次反應(yīng)離子刻蝕，以獲得具有平整表面的絕緣層作為層間電介質(zhì)層；相對于絕緣層選擇性刻蝕第一柵疊層，其中去除第一柵導(dǎo)體而在絕緣層中形成開口；在開口內(nèi)形成第二柵導(dǎo)體。
文檔編號H01L21/28GK102543838SQ201010601699
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者孟令款, 徐秋霞, 楊濤, 殷華湘, 許高博, 陳大鵬 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所