專利名稱：一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成工藝的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝。
背景技術(shù)：
進(jìn)入45納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)之后，應(yīng)用材料公司的專利技術(shù)高縱深比工藝HARP (HighAspect Ratio Process)大規(guī)模應(yīng)用與淺溝槽隔離 STI (Silicon Trench Isolation)和金屬前介質(zhì)PMD (Pre-Metal Dielectric)結(jié)構(gòu)的空隙填充工藝中。該技術(shù)不但能滿足技術(shù)節(jié)點(diǎn)空隙填充的需求，而且因?yàn)槠鋬?nèi)在拉應(yīng)力的作用，對(duì)NMOS器件性能也有很好的促進(jìn)作 用。但是采用HARP工藝沉積得到的介電質(zhì)材料也有其缺點(diǎn)，比如說(shuō)因?yàn)椴捎盟囊一杷猁}(TEOS)作為反應(yīng)物而且反應(yīng)不完全而留存很多活性鍵結(jié)構(gòu)等，當(dāng)材料暴露在開放環(huán)境中時(shí)，非常容易造成材料性質(zhì)的改變，圖I為HARP膜(film)應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線的示意圖，請(qǐng)參見圖I所示。比如應(yīng)力會(huì)隨著時(shí)間的增加因?yàn)槲账档秃芏?，因此這些結(jié)構(gòu)需要在集成工藝中采取辦法加以消除，以獲得性質(zhì)穩(wěn)定的介電質(zhì)。在實(shí)際操作中，針對(duì)STI集成工藝，采用了高溫的熱處理工藝來(lái)消除這些不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；但是針對(duì)PMD集成工藝，因?yàn)榍肮に嘚iSi的引入，使高溫的后續(xù)熱處理不可能被采用。在2006 年度 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 的文章 “Pre-Metal Dielectric Stress Engineering by a Novel Plasma Treatment andIntegration Scheme for NMOS Performance Improvement” 中，提出了一種改進(jìn)工藝，圖2為現(xiàn)有工藝處理示意圖，圖3為不同等離子對(duì)HARP膜應(yīng)力影響的示意圖，圖4為離子收益和等離子工藝條件的示意圖，請(qǐng)參見圖2、圖3和圖4所示。可以對(duì)HARP材料進(jìn)行氮?dú)?N2)，氧氣(02)或者臭氧(03)等離子體處理，提高介電質(zhì)內(nèi)部應(yīng)力并且提高NMOS的離子(Ion)最聞達(dá)10% ο但是文章中沒有評(píng)估等離子處理后的時(shí)間效應(yīng)，因此特別通過(guò)對(duì)控片上的HARP沉積薄膜進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)，得到以下結(jié)果
圖5為等離子處理后HARP膜內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線的示意圖，請(qǐng)參見圖5所示。單純氮?dú)?N2)等離子體處理后HARP膜的應(yīng)力隨著時(shí)間的變化而逐漸降低，即氮?dú)?N2)等離子體處理并沒有從根本上徹底改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，材料仍然會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)因?yàn)槲档蛢?nèi)部應(yīng)力；
單純氧氣(02) /臭氧(03)等離子體處理后，材料的應(yīng)力非常穩(wěn)定，不會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，這是因?yàn)樵诓牧媳砻嫘纬闪艘粚酉鄬?duì)致密的氧化物，對(duì)外部的水汽起到比較好的隔絕作用。對(duì)于這一點(diǎn)，文章中并沒有揭示。在圖2所示的工藝流程中，實(shí)際上PMD-CMP之后的等離子處理(plasmatreatment)并不會(huì)對(duì)源漏(S/D)區(qū)上面的HARP膜產(chǎn)生作用，而僅僅對(duì)柵極上方的局部HARP膜產(chǎn)生正面作用，而且在通孔(CT hole)形成后HARP膜會(huì)直接暴露在空氣中，圖6為現(xiàn)有工藝流程圖，請(qǐng)參見圖6所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，通過(guò)改進(jìn)45納米現(xiàn)有金屬前介質(zhì)的集成工藝，達(dá)到增進(jìn)并穩(wěn)定前介質(zhì)HARP介質(zhì)層內(nèi)部的拉應(yīng)力作用，從而改進(jìn)NMOS器件的性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，其中，包括S1 :提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有器件層；S2 :在所述半導(dǎo)體襯底上依次沉積張應(yīng)力氮化硅層和HARP膜；S3 :對(duì)所述HARP膜進(jìn)行氮?dú)?、氧氣、臭氧等離子體處理；S4 :在所述HARP膜上沉積PETEOS氧化硅層；S5 :進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，直至暴露出所述HARP膜的表面；S6 再次對(duì)所述HARP膜進(jìn)行氮?dú)狻⒀鯕?、臭氧等離子體處理；S7 :在所述HARP膜和PETEOS氧化硅層、氮化硅層中形成通孔之后，然后利用氮?dú)獾牡入x子體同時(shí)對(duì)所述HARP膜從PETEOS氧 化硅層中外露的部分以及在通孔中外露的部分進(jìn)行處理。上述的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，其中，步驟S3包括采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w對(duì)HARP膜進(jìn)行等離子體處理；以及采用含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理。上述的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，其中，步驟S3包括采用氮?dú)狻⒍栊詺怏w或含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理。上述的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，其中，步驟S6包括采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w對(duì)HARP膜進(jìn)行等離子體處理；以及采用含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理。上述的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，其中，步驟S6包括采用氮?dú)?、惰性氣體或含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理。上述的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，其中，步驟S7中針對(duì)氮?dú)獾入x子體的處理在PECVD腔室內(nèi)進(jìn)行。上述的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，其中，所述步驟S3和步驟S4在同一腔室內(nèi)進(jìn)行。上述的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，其中，所述步驟S3和步驟S4在不同的腔室內(nèi)進(jìn)行。本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)，使之具有的積極效果是
確保金屬前介質(zhì)PMD后續(xù)中的HARP膜的內(nèi)部拉應(yīng)力增進(jìn)并穩(wěn)定，從而改進(jìn)NMOS器件的性能，確保獲得最優(yōu)的器件性能。


圖I是HARP膜應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線的示意圖。圖2是現(xiàn)有工藝處理示意圖。圖3是不同等離子對(duì)HARP膜應(yīng)力影響的示意圖。圖4是離子收益和等離子工藝條件的示意圖。
圖5是等離子處理后HARP膜內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線的示意圖。圖6是現(xiàn)有工藝流程圖。圖7是本發(fā)明的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝的流程圖。圖8A至圖8F是本發(fā)明的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝中器件的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝的具體實(shí)施方式
。
圖7為本發(fā)明的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝的流程圖。請(qǐng)參見圖7所示，所述用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)層制造方法，包括以下步驟
SI :提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有器件層；
如圖8A所示，所述半導(dǎo)體襯底I上形成有柵極11，在柵極11兩側(cè)形成有柵極間隙層(spacer) 12,半導(dǎo)體襯底I中形成有源漏極(未示出)。半導(dǎo)體襯底I的材質(zhì)可以為單晶硅、多晶硅、無(wú)定形硅、硅鍺化合物或絕緣體上硅(SOI)中的一種，在半導(dǎo)體襯底I中可以形成摻雜區(qū)，例如對(duì)于PMOS晶體管的半導(dǎo)體襯底中形成硼摻雜的P阱區(qū)。當(dāng)然，所述半導(dǎo)體襯底I中還形成有隔離結(jié)構(gòu)，用以通過(guò)隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，較佳的隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)0由于本發(fā)明的重點(diǎn)為金屬前介質(zhì)層的形成和處理過(guò)程，因此對(duì)于其它公知的部分不作詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)是知曉的。S2 :在半導(dǎo)體襯底上依次沉積張應(yīng)力氮化硅層(Tensile Si3N4)和HARP膜；
如圖SB所示，在半導(dǎo)體襯底I、柵極11以及柵極間隙層12上依次沉積張應(yīng)力氮化硅層
2 和 HARP 膜 3。S3 :對(duì)HARP膜進(jìn)行等離子體處理；
如圖8C所示，本發(fā)明的關(guān)鍵步驟是，在沉積PETEOS氧化硅層之前，先進(jìn)行等離子體處理(plasma treatment) 5,因而可以對(duì)所有區(qū)域的HARP膜產(chǎn)生作用，從而確保獲得穩(wěn)定且處于較高拉應(yīng)力狀態(tài)的HARP膜。其中，步驟S3可以采用單一的氣體進(jìn)行等離子體處理，例如，采用氮?dú)狻⒍栊詺怏w或含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理，所述等離子體處理可以在PECVD或HDPCVD腔室內(nèi)進(jìn)行，加熱器溫度在30(Γ500 V之間，反應(yīng)壓力在f IOTorr之間，所述氮?dú)饣蚨栊詺怏w的流量在100(Tl0000sccm之間，HFRF (高頻射頻)功率在5(T3000W之間，反應(yīng)時(shí)間在5 600秒之間?；蛘?，步驟S3也可以分兩步進(jìn)行等離子體處理，具體包括先采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w對(duì)HARP膜進(jìn)行等離子體處理，此步驟可以在PECVD或HDPCVD腔室內(nèi)進(jìn)行，加熱器溫度在30(T500°C之間，反應(yīng)壓力在f I OTorr之間，所述氮?dú)饣蚨栊詺怏w的流量在100(Tl0000sccm之間，HFRF (高頻射頻)功率在5(T3000W之間，反應(yīng)時(shí)間在5 600秒之間；然后，采用含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理，此步驟同樣可以在PECVD或HDPCVD腔室內(nèi)進(jìn)行，所述含氧氣體例如為02或03，加熱器溫度在30(T500°C之間，反應(yīng)壓力在I IOTorr之間，所述02或03的流量在100(Tl0000sccm之間，HFRF (高頻射頻)功率在5(T3000W之間，反應(yīng)時(shí)間在5 600秒之間。S4 :在 HARP 膜上沉積 PETEOS 氧化硅(PETEOS oxide)層；
如圖8D所示，在HARP膜3上沉積PETEOS氧化硅層4，PETEOS氧化硅層4就是以PETEOS作為反應(yīng)物生成的Si02。其中，所述步驟S3和步驟S4在不同的腔室內(nèi)進(jìn)行，過(guò)程中會(huì)打破真空；或者，所述步驟S3和步驟S4在同一腔室內(nèi)順序完成，過(guò)程中沒有打破真空。S5 :進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，直至暴露出所述HARP膜的表面；
當(dāng)暴露出所述柵極11上方的HARP膜的表面時(shí)，即可停止化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝。S6 :再次對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理；
如圖SE所示，進(jìn)行金屬前介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨工藝(PMD-CMP)之后，再次進(jìn)行等離 子體處理(plasma treatment) 6,以獲得更加穩(wěn)定且處于較高拉應(yīng)力狀態(tài)的HARP膜。其中，步驟S6可以采用單一的氣體進(jìn)行等離子體處理，例如，采用氮?dú)?、惰性氣體或含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理，所述等離子體處理可以在PECVD或HDPCVD腔室內(nèi)進(jìn)行，加熱器溫度在30(Γ500 V之間，反應(yīng)壓力在f IOTorr之間，所述氮?dú)饣蚨栊詺怏w的流量在100(Tl0000sccm之間，HFRF (高頻射頻)功率在5(T3000W之間，反應(yīng)時(shí)間在5 600秒之間?；蛘?，步驟S6也可以分兩步進(jìn)行等離子體處理，具體包括先采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w對(duì)HARP膜進(jìn)行等離子體處理，此步驟可以在PECVD或HDPCVD腔室內(nèi)進(jìn)行，加熱器溫度在30(T500°C之間，反應(yīng)壓力在f I OTorr之間，所述氮?dú)饣蚨栊詺怏w的流量在100(Tl0000sccm之間，HFRF (高頻射頻)功率在5(T3000W之間，反應(yīng)時(shí)間在5 600秒之間；然后，采用含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理，此步驟同樣可以在PECVD或HDPCVD腔室內(nèi)進(jìn)行，所述含氧氣體例如為02或03，加熱器溫度在30(Γ500 V之間，反應(yīng)壓力在I IOTorr之間，所述02或03的流量在100(Tl0000sccm之間，HFRF (高頻射頻)功率在5(T3000W之間，反應(yīng)時(shí)間在5 600秒之間。S7 :如圖8F所示，在HARP膜3和PETEOS氧化硅層4、氮化硅層2中形成通孔13之后，然后利用氮?dú)?的等離子體同時(shí)對(duì)HARP膜3從PETEOS氧化硅層4中外露的部分以及在通孔13中外露的部分進(jìn)行處理。在金屬化(metallization)處理,例如在通孔13中沉積鎢之類的金屬之前進(jìn)行氮?dú)獾入x子體的處理，以便接觸通孔(Contact hole)內(nèi)暴露于空氣中的HARP膜的應(yīng)力會(huì)得到強(qiáng)化。值得一提的是，此步驟中所采用的等離子體的產(chǎn)生只能采用惰性氣體N2，而不能采用02/03之類的活性氣體，目的在于避免造成金屬硅化物(Silicide)的氧化以及其接觸電阻升高等一系列問題。在具體實(shí)施時(shí)，作為一種選擇，等離子體的處理過(guò)程和可以和PVD degas過(guò)程集成到一起進(jìn)行原位處理，以保持反應(yīng)腔體里的真空不變，從而確保HARP膜不會(huì)再一次接觸含氧的大氣。在PECVD腔室內(nèi)進(jìn)行，heater溫度300-500度之間，反應(yīng)壓力l_10Torr，氮?dú)饬髁?000-20000sccm, HFRF功率范圍50-3000W之間，反應(yīng)時(shí)間5-600秒。新增加的等離子體處理工藝可以和金屬化(Metallization)中的第一步degas集成在一起進(jìn)行,從而可以確保HARP fiIm在被完全密封之前不再暴露于大氣中，確保了應(yīng)力效應(yīng)的強(qiáng)化效果。綜上所述，使用本發(fā)明的一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，確保金屬前介質(zhì)PMD后續(xù)中的HARP膜的內(nèi)部拉應(yīng)力增進(jìn)并穩(wěn)定，從而改進(jìn)NMOS器件的性能，確保獲得最優(yōu)的器件性能。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的方法和處理過(guò)程應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予 以實(shí)施；本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成エ藝，其特征在于，包括 51:提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有器件層； 52:在所述半導(dǎo)體襯底上依次沉積張應(yīng)カ氮化硅層和HARP膜； 53:對(duì)所述HARP膜進(jìn)行氮?dú)?、氧氣、臭氧等離子體處理； 54:在所述HARP膜上沉積PETEOS氧化硅層； 55:進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨エ藝，直至暴露出所述HARP膜的表面； 56:再次對(duì)所述HARP膜進(jìn)行氮?dú)?、氧氣、臭氧等離子體處理； 57:在所述HARP膜和PETEOS氧化硅層、氮化硅層中形成通孔之后，然后利用氮?dú)獾牡入x子體同時(shí)對(duì)所述HARP膜從PETEOS氧化硅層中外露的部分以及在通孔中外露的部分進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成エ藝，其特征在干，步驟S3包括采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w對(duì)HARP膜進(jìn)行等離子體處理；以及采用含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成エ藝，其特征在干，步驟S3包括采用氮?dú)?、惰性氣體或含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成エ藝，其特征在干，步驟S6包括采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w對(duì)HARP膜進(jìn)行等離子體處理；以及采用含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成エ藝，其特征在干，步驟S6包括采用氮?dú)?、惰性氣體或含氧氣體對(duì)所述HARP膜進(jìn)行等離子體處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成エ藝，其特征在于，步驟S7中針對(duì)氮?dú)獾入x子體的處理在PECVD腔室內(nèi)進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成エ藝，其特征在于，所述步驟S3和步驟S4在同一腔室內(nèi)進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成エ藝，其特征在于，所述步驟S3和步驟S4在不同的腔室內(nèi)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的金屬前介質(zhì)集成工藝，其中，包括S1提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有器件層；S2在所述半導(dǎo)體襯底上依次沉積張應(yīng)力氮化硅層和HARP膜；S3對(duì)所述HARP膜進(jìn)行氮?dú)?、氧氣、臭氧等離子體處理；S4在所述HARP膜上沉積PETEOS氧化硅層；S5進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，直至暴露出所述HARP膜的表面；S6再次對(duì)所述HARP膜進(jìn)行氮?dú)?、氧氣、臭氧等離子體處理；S7在所述HARP膜和PETEOS氧化硅層、氮化硅層中形成通孔之后，然后利用氮?dú)獾牡入x子體同時(shí)對(duì)所述HARP膜從PETEOS氧化硅層中外露的部分以及在通孔中外露的部分進(jìn)行處理。
文檔編號(hào)H01L21/311GK102738006SQ20121013598
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者傅昶, 張文廣, 鄭春生, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司