改善金属栅接触孔刻蚀工艺窗口的方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善金属栅接触孔刻蚀工艺窗口的方法。


背景技术：

2.28nm高压高k金属栅制程工艺平台，如图1所示，芯片中有三种工作电压区：低压区(0.9v)，中压区(8v)和高压区(32v)；其中高压区(32v器件)存在尺寸较大的金属栅极(mg)，铝化学机械平坦化工艺之后，相比低压区和中压区，高压区金属栅磨损更为严重，因此后续接触孔刻蚀时，低压区和中压区接触孔刻蚀停在金属栅上方，但高压区金属栅因磨损厚度较小而存在被接触孔刻蚀刻穿的风险，这对产品的性能有着严重的副作用，如额定电压降低，可靠性降低等。
3.为此，需要一种改善金属栅接触孔刻蚀工艺窗口的方法，用以减少高压区金属栅因磨损厚度较小而存在被接触孔刻蚀刻穿的风险。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善金属栅接触孔刻蚀工艺窗口的方法，用于解决现有技术中高压区金属栅磨损更为严重，因此后续接触孔刻蚀时，低压区和中压区接触孔刻蚀停在金属栅上方，但高压区金属栅因磨损厚度较小而存在被接触孔刻蚀刻穿的风险的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善金属栅接触孔刻蚀工艺窗口的方法包括：
6.步骤一、提供衬底，所述衬底上形成有多个器件区，每个所述器件区均形成有金属栅，所述衬底上形成有覆盖多个所述器件区以及所述金属栅的层间介质层，之后研磨所述层间介质层使得所述金属栅裸露；
7.步骤二、在研磨后的所述层间介质层和裸露的所述金属栅上形成扩散阻挡层；
8.步骤三、在所述扩散阻挡层上依次形成刻蚀阻挡层以及位于所述刻蚀阻挡层上的隔离层；
9.步骤四、在所述隔离层上形成光刻胶层，光刻打开所述光刻胶层使得至少一个所述器件区上所述金属栅以外的区域裸露；
10.步骤五、去除裸露的所述隔离层及其下方的所述刻蚀阻挡层和所述扩散阻挡层；
11.步骤六、去除光刻胶层，之后在所述衬底上继续形成覆盖多个所述器件区以及所述金属栅的层间介质层；
12.步骤七、刻蚀所述层间介质层，形成与每个器件区的源区、漏区以及所述金属栅相连通的接触孔。
13.优选地，步骤一中的所述衬底为硅衬底。
14.优选地，步骤一和步骤六中的所述层间介质层的材料均为二氧化硅。
15.优选地，步骤一中的所述金属栅的材料为铝。
16.优选地，步骤一中的所述研磨采用化学机械平坦化工艺。
17.优选地，步骤二中的所述扩散阻挡层的材料为氮化钛。
18.优选地，步骤三中的所述刻蚀阻挡层的材料为氮化硅。
19.优选地，步骤三中的所述扩散阻挡层的材料为二氧化硅。
20.优选地，步骤一中多个所述器件区包括低压器件区、中压器件区和高压器件区。
21.优选地，步骤四中的至少一个所述器件区包括高压器件区。
22.优选地，所述高压器件区上的所述金属栅的尺寸大于所述中压器件区和所述低压器件区中的所述金属栅的尺寸。
23.优选地，步骤五中采用干法刻蚀去除裸露的所述隔离层以及其下方的刻蚀阻挡层，之后再采用湿法刻蚀去除扩散阻挡层。
24.如上所述，本发明的改善金属栅接触孔刻蚀工艺窗口的方法，具有以下有益效果：
25.本发明在大尺寸金属栅极磨损改善微弱的情况下，可以阻挡较薄的金属栅不被通孔刻蚀刻穿，且在原有的工艺基础上改动较小，不改变层间介质层、接触孔刻蚀等配套工艺条件，从而提高通孔刻蚀的工艺窗口，改善产品可靠性。
附图说明
26.图1显示为现有结构中一种芯片的结构示意图；
27.图2显示为本发明的形成刻蚀阻挡层后的衬底结构示意图；
28.图3显示为本发明的光刻示意图；
29.图4显示为本发明的继续形成层间介质层的示意图；
30.图5显示为本发明的形成接触孔示意图；
31.图6显示为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
32.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
33.请参阅图6，本发明提供一种改善金属栅15接触孔刻蚀工艺窗口的方法包括：
34.步骤一，请参阅图2，提供衬底10，衬底10上形成有多个器件区，每个器件区均形成有金属栅15，衬底10上形成有覆盖多个器件区以及金属栅15的层间介质层14，之后研磨层间介质层14使得金属栅15裸露；
35.在一种可选的实施方式中，步骤一中的衬底10为硅衬底10，可在硅衬底10上形成多个器件区，再形成每个器件区中的结构，也可在衬底10上形成外延层后，在外延层上形成多个器件区。
36.在一种可选的实施方式中，步骤一和步骤六中的层间介质层14的材料均为二氧化硅。
37.在一种可选的实施方式中，步骤一中的金属栅15的材料为铝。
38.在一种可选的实施方式中，步骤一中多个器件区包括低压器件区、中压器件区和高压器件区，高压器件区中的金属栅15在研磨时易磨损，导致之后形成接触孔时刻蚀穿金属栅15。
39.在一种可选的实施方式中，步骤一中的研磨采用化学机械平坦化工艺。
40.步骤二，在研磨后的层间介质层14和裸露的金属栅15上形成扩散阻挡层11；
41.在一种可选的实施方式中，步骤二中的扩散阻挡层11的材料为氮化钛，可以用于防止金属栅15在之后的工艺流程中的扩散。
42.步骤三，在扩散阻挡层11上依次形成刻蚀阻挡层12和位于刻蚀阻挡层12上的隔离层13，刻蚀阻挡层12用于在之后形成接触孔时对金属栅15起到保护作用，从而避免金属栅15被刻蚀穿，隔离层13用于隔离刻蚀阻挡层12与之后的光刻胶层16；
43.在一种可选的实施方式中，步骤三中的刻蚀阻挡层12的材料为氮化硅。
44.在一种可选的实施方式中，步骤三中的扩散阻挡层11的材料为二氧化硅。
45.在一种可选的实施方式中，材料为氮化钛的扩散阻挡层11也作为和材料为氮化硅的刻蚀阻挡层12的粘结层。
46.步骤四，请参阅图3，在隔离层13上形成光刻胶层16，光刻打开光刻胶层16使得至少一个器件区上金属栅15以外的区域裸露；
47.在一种可选的实施方式中，步骤四中的至少一个器件区包括高压器件区，若其他器件区中的金属栅也尺寸较大，也可以包括其他器件区。
48.在一种可选的实施方式中，高压器件区上的金属栅15的尺寸大于中压器件区和低压器件区中的金属栅15的尺寸，在进行化学机械平坦化研磨时易造成较多磨损。
49.步骤五，去除裸露的隔离层13以及其下方的刻蚀阻挡层12和扩散阻挡层11，使得高压器件区上的金属栅15上的刻蚀阻挡层12、扩散阻挡层11和隔离层13保留；
50.在一种可选的实施方式中，步骤五中采用干法刻蚀去除裸露的隔离层13以及其下方的刻蚀阻挡层12，之后再采用湿法刻蚀去除扩散阻挡层11。
51.步骤六，请参阅图4，去除光刻胶层16，通常情况下可采用灰化工艺和湿法清洗去除，之后在衬底10上继续形成覆盖多个器件区以及金属栅15的层间介质层14；
52.步骤七，请参阅图5，刻蚀层间介质层14，形成与每个器件区中的源区、漏区以及金属栅15相连通的接触孔，由于高压器件区上的金属栅15形成有刻蚀阻挡层12，在形成接触孔时减少了金属栅15被刻蚀穿的风险。
53.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
54.综上所述，本发明在大尺寸金属栅极磨损改善微弱的情况下，可以阻挡较薄的金属栅不被通孔刻蚀刻穿，且在原有的工艺基础上改动较小，不改变层间介质层、接触孔刻蚀等配套工艺条件，从而提高通孔刻蚀的工艺窗口，改善产品可靠性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
55.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因
此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。