一种膜结构、芯片基板及预处理装置的制作方法

1.本实用新型属于微电子技术领域，尤其涉及一种膜结构、芯片基板以及基于上述结构或基板工艺的预处理装置。


背景技术：

2.在金属栅极回刻工艺过程中，刻蚀对象包括高介电质层hk（high k）、功函数金属wfm（work function metal）和金属钨（w）；各种材料在长短沟道之间，单位面积内的占比不同，导致刻蚀后短沟道sc（short channel）与长沟道lc（long channel）之间的wfm的刻蚀深度存在较大的负载效应，lc区域单位面积中wfm占比小，导致其刻蚀更深；进而导致sc与lc沟槽刻蚀深度差异过大。


技术实现要素：

3.本实用新型公开了一种膜结构，用以克服上述刻蚀工艺中的技术问题，使得不同深宽比的沟道在多介质层的刻蚀过程中得到了均衡处理。
4.本实用新型实施例通过提供一种膜结构，将材料的不均衡通过结构的不对称来抵消掉。该膜结构包括第一膜沟道单元和第二膜沟道单元；其中，第一膜沟道单元和第二膜沟道单元构造于同一块基板或晶圆上，相关的工艺过程也是在上述两个单元上同时实施的。
5.具体地，第一膜沟道单元包含至少两处短沟道sc结构，且这些短沟道sc结构可以具有相同或不同的第一深宽比；这里即使各短沟道sc的深宽比不同，其深宽比的差异也应小于指定的范围。
6.此外，其第二膜沟道单元包含至少一处长沟道lc结构，该长沟道lc具有第二深宽比，且第一深宽比大于第二深宽比。
7.进一步地，上述短沟道sc结构及长沟道lc结构之间填充有层间介质层，并将上述sc结构和lc结构连为一个整体。上述短沟道sc结构和长沟道lc结构的内部底层及侧壁填充或沉积有第一介质层。
8.进一步地，在第一介质层上还沉积有第二介质层。
9.进一步地，上述短沟道sc结构及长沟道lc（301）组合后的结构在其第二介质层上进一步填充有第一金属层，并用该金属层填满短沟道sc结构及长沟道lc结构，形成了用于后续半导体器件或其它微电子产品加工的膜结构。
10.进一步地，为了消除膜结构表层的台阶，对上述结构可做进一步的优化处理，具体地：可对短沟道sc结构及长沟道lc远离基板或晶圆一侧经由抛光制程进行平坦化处理；其中，平坦化处理可以是cmp工艺过程。
11.通常，这里的第一深宽比大于第二深宽比预设的倍数，具体的倍数根据器件工艺的要求和特征图形的尺寸等因素来决定。
12.进一步地，第一介质层和第二介质层低于第一介质层所述第二介质层远离基板或晶圆一端的端面预设的距离；其中，位于第一膜沟道单元内的第一介质层和第二介质层高
于第二膜沟道单元内的第一介质层预设的距离；此外，第一金属层及层间介质层远离基板或晶圆一端的端面的距离与上述结构一致。
13.为了调节后续刻蚀过程的速率，设置了第一调节层和第二调节层；该第一调节层沉积于短沟道sc结构远离基板或晶圆一侧的第一金属层的端面之上；第二调节层沉积于长沟道lc远离基板或晶圆一侧的第一金属层端面之上。
14.其中，各短沟道sc各自的第一调节层的厚度相同或在公差范围之内；第二调节层的厚度与第一调节层的厚度不同。
15.进一步地，为了补偿负载效应，使得第一调节层的厚度与第一金属层在远离基板或晶圆一侧的端面面积之积与第二调节层厚度与第一金属层在远离基板或晶圆一侧的端面面积之积相等或在公差范围之内。
16.对于hk器件，上述第一介质层通常为高介电常数k的介质层；其第二介质层为功函数金属层。
17.如前所述，在一些应用中，第一深宽比至少为第二深宽比的4倍；而上述第一金属层的金属为金属钨或铜；此外，本实用新型实施例针对16nm及以下的微电子器件特征图形的转移过程进行了改进设计，在相应场景和的技术效果明显，可有效改善负载效应对工艺结构的影响，使长短沟道的功函数wfm刻蚀深度的负载值从140
å
改善至50
å
。
18.在另一实施例中，其第一调节层的材质为六氯化钨wcl6，可由三氯化硼作为沉积气体，在短沟道sc结构及长沟道lc结构远离基板或晶圆一侧的端面与钨金属聚合而成。
19.进一步地，将上述膜结构应用于芯片基板或用于其它器件的预处理工艺，同样可以起到补偿负载效应的技术作用，其结构和发明构思相同，不复赘述。
20.需要说明的是，在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇，仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素，并不构成对技术方案的限定，也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示；带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素，表示在对应技术方案中，该要素至少包含一个。
附图说明
21.为了更加清晰地说明本实用新型的技术方案，利于对本实用新型的技术效果、技术特征和目的进一步理解，下面结合附图对本实用新型进行详细的描述，附图构成说明书的必要组成部分，与本实用新型的实施例一并用于说明本实用新型的技术方案，但并不构成对本实用新型的限制。
22.附图中的同一标号代表相同的部件，具体地：
23.图1为本实用新型实施例一第一膜沟道单元膜结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例一第二膜沟道单元膜结构示意图；
25.图3为本实用新型实施例二第一膜沟槽单元膜结构示意图；
26.图4为本实用新型实施例二第二膜沟槽单元膜结构示意图；
27.图5为本实用新型实施例三第一膜沟槽单元膜结构示意图；
28.图6为本实用新型实施例三第二膜沟槽单元膜结构示意图；
29.图7为本实用新型实施例四第一膜沟槽单元膜结构示意图；
30.图8为本实用新型实施例四第二膜沟槽单元膜结构示意图；
31.图9为本实用新型实施例五第一膜沟槽单元膜结构电镜观测图；
32.图10为本实用新型实施例五第二膜沟槽单元膜结构电镜观测图；
33.图11为本实用新型实施例膜结构负载效应对照图；
34.其中：
35.100-基板或晶圆；
36.101-第一膜沟道单元，102-第二膜沟道单元；
37.111-第一膜沟道单元电镜图，112-第二膜沟道单元电镜图；
38.201、202-短沟道sc结构；211、212-本实用新型实施例短沟道sc电镜图；
39.301-长沟道lc结构；311-本实用新型实施例长沟道lc电镜图；
40.401、402、403、404-层间介质层；
41.501、502、503-第一介质层；
42.601、602、603-第二介质层；
43.701、702、703-第一金属层；
44.711、712、713-本实用新型实施例第一金属层电镜图；
45.801、802-第一调节层；803-第二调节层；
46.901-短沟道sc回刻负载效应对照；902-长沟道lc回刻负载效应对照；
47.903-长沟道lc与短沟道sc之间负载效应对照；
48.911-现有技术负载值；922-本实用新型实施例负载值。
具体实施方式
49.下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。当然，下列描述的具体实施例只是为了解释本实用新型的技术方案，而不是对本实用新型的限定。此外，实施例或附图中表述的部分，也仅仅是本实用新型相关部分的举例说明，而不是本实用新型的全部。
50.如图1、图2所示，分别为本实用新型实施例在同一基板100上的两部膜沟道单元，即第一膜沟道单元101和第二膜沟道单元102。
51.其中，第一膜沟道单元101包含两处短沟道sc结构201、202，该短沟道sc结构201、202具有相同的第一深宽比。
52.此外，第二膜沟道单元102包含一处长沟道lc结构301，该长沟道lc具有第二深宽比，且第一深宽比大于第二深宽比。
53.进一步地，短沟道sc结构201、202及长沟道lc结构301之间填充有层间介质层401、402、403、404，短沟道sc结构201、202和长沟道lc结构301的内部底层及侧壁填充或沉积有第一介质层501、502、503。
54.进一步地，第一介质层501、502、503上还沉积有第二介质层601、602、603。
55.进一步地，短沟道sc结构201、202及长沟道lc结构301在第二介质层601、602、603上填充有第一金属层701、702、703，并填满短沟道sc结构201、202及长沟道lc结构301。
56.为了改善台阶现象，本实用新型的短沟道sc结构201、202及长沟道lc结构301远离基板100一侧可经由抛光制程进行平坦化处理；具体地，可以采用cmp处理方法。
57.显然，本实施例中的第一深宽比大于第二深宽比4倍以上，具体倍数可根据工艺要
求进行设定。
58.在进一步改进的结构中，第一介质层501、502、503和第二介质层601、602、603低于第一介质层501、502、503和第二介质层601、602、603远离基板100的端面如图6、图7所示的距离；其中，位于第一膜沟道单元101内的第一介质层501、502和第二介质层601、602高于第二膜沟道单元102内的第一介质层503和第二介质层603预设的距离。
59.进一步地，第一金属层701、702、703及层间介质层401、402、403远离基板100一端的端面保持原有高度或基板不变。
60.如图3、图4所示，采用预处理工艺获得的结构还包括第一调节层801、802和第二调节层803。
61.其中，第一调节层801、802沉积于短沟道sc结构201、202远离基板100一侧的第一金属层701、702端面之上；第二调节层803沉积于长沟道lc结构301远离基板100一侧的第一金属层703端面之上。
62.进一步地，第一调节层801、802的厚度相同；而第二调节层803的厚度与第一调节层801、802的厚度不同。
63.进一步地，第一调节层801、802的厚度与第一金属层701、702在远离基板100一侧的端面面积之积与第二调节层803的厚度与第一金属层703在远离基板100一侧的端面面积之积相等；通过相同或类似的处理，可对调节层的补偿能力进行定向或有针对性的的优化，使得不同区域的负载效应得到改善（降低）。
64.进一步地，在本实施例中，其第一介质层501、502、503为高介电常数k的介质层；其第二介质层601、602、603为功函数金属层。
65.如图1-8所示，实施例的第一深宽比至少为第二深宽比的4倍；其中，第一金属层的金属为金属钨。
66.进一步地，在如图3、图4所示的结构中，其第一调节层的材质为六氯化钨wcl6，由三氯化硼作为沉积气体，在短沟道sc结构201、202及长沟道lc结构301远离基板100一侧的端面聚合而成。
67.如图9、图10所示，是本实用新型负载效应改善后的电镜图，如图11所示，是本实用新型与现有技术负载效应的对照图。
68.进一步地，还可以构造本实用新型芯片基板和预处理装置的实施例，分别包括上述膜结构，或进一步包括其它功能结构，在此不再赘述。
69.需要说明的是，上述实施例仅是为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，本领域技术人员可以理解，本实用新型的实施方式不限于以上内容，基于上述内容所进行的明显变化、替换或替代，均不超出本实用新型技术方案涵盖的范围；在不脱离本实用新型构思的情况下，其它实施方式也将落入本实用新型的范围。