专利名称：具有金属前介质填充结构的半导体器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有金属前介质填充(Pre Metal Dieletric，PMD)结构的半导体器件及其制备方法。
背景技术：
金属前介质层作为器件和互连金属层间的间隔层以及使器件免受杂质粒子污染的保护层，其膜层沉积效果的好坏直接影响器件的性能。随着集成电路特定尺寸的逐渐缩小，需要金属前介质填充的空间尺寸也越来越小，越来越有挑战性。请参阅图1、图2，图1是一种现有技术的静态随机存储器(Static Random Access Memory, SRAM)的版图示意图，图2是图1中的SRAM沿A-A线的剖面结构示意图。由图2可见，SRAM中相邻的两个晶体管的栅极11之间的由间隙PMD层12填充。然而，在实际生产中，PMD层12填充之后，非常容易在两个栅极11之间产生空洞13。所述空洞13的存在很容易导致在后续钨塞工艺中，金属钨进入相邻栅极11之间的空洞13，导致相邻栅极11之间导通，从而造成良率损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够避免相邻栅极之间形成空洞的具有金属前介质填充结构的半导体器件。本发明的另一目的还在于提供一种能够避免相邻栅极之间形成空洞的具有金属前介质填充结构的半导体器件的制备方法。一种具有金属前介质填充结构的半导体器件，包括衬底、形成于所述衬底内的沟槽隔离结构以及形成于所述衬底表面的多晶硅栅极层，所述多晶硅栅极层在所述沟槽隔离结构的位置处形成凹槽。—种具有金属前介质填充结构的半导体器件的制备方法，包括如下步骤提供一衬底，所述衬底包括沟槽隔离结构；在所述衬底的表面依次形成多晶硅层、第一硬掩膜层和第二硬掩膜层；在所述第二硬掩膜层的表面形成第一光阻图案，所述沟槽隔离结构的上方未被所述第一光阻图案覆盖；以所述第一光阻图案为掩膜，刻蚀所述第二硬掩膜层，所述沟槽隔离结构上方的第二硬掩膜层被刻蚀，从而暴露出所述沟槽隔离结构上方的第一硬掩膜层；去除所述第一光阻图案；在所述第二硬掩膜层以及将要形成所述半导体器件的栅极层的位置处的所述第一硬掩膜层的表面形成第二光阻图案；分别以所述第二光阻图案、第二硬掩膜层和第一硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述多晶硅层，形成所述半导体器件的多晶硅栅极层，所述多晶硅栅极层在所述沟槽隔离结构的位置处形成凹槽。与现有技术相比，由于在所述衬底的沟槽隔离结构的位置处，具有金属前介质填充结构的半导体器件的多晶硅栅极层形成凹槽，减小了半导体器件中晶体管的栅极的厚度，从而减小了半导体器件中相邻两个栅极之间的间隙的高宽比，当金属前介质填充在所述间隙中时，不容易产生空洞，避免了在后续钨塞工艺中，金属钨进入空洞而导致得相邻栅极之间导通的问题，有利于良率的提高。
图1是一种现有技术的静态随机存储器的版图示意图。图2是图1所示的静态随机存储器沿A-A线的剖面结构示意图。图3是本发明的具有金属前介质填充结构的半导体器件的版图示意图。图4是图3所示的半导体器件沿B-B线的剖面结构示意图。图fe到图Ilc是本发明的具有金属前介质填充结构的半导体器件的制备方法的各步骤示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。请参阅图3、图4，图3是本发明的具有金属前介质填充结构的半导体器件的版图示意图，图4是图3所示的半导体器件沿B-B线的剖面结构示意图。具体的，所述半导体器件可以为静态随机存储器。本发明的具有PMD填充结构的半导体器件包括衬底20、形成于所述衬底20内的沟槽隔离结构21以及形成于所述衬底20表面的多晶硅栅极层22。所述多晶硅栅极层22在所述沟槽隔离结构21的位置处形成凹槽23。所述多晶硅栅极层22在所述凹槽23处的部分形成所述半导体器件的晶体管的栅极。所述沟槽隔离结构21可以为浅沟槽隔离结构(STI)，所述沟槽内填充隔离氧化物。所述凹槽23的上部的宽度小于底部的宽度，具体的，所述凹槽23的开槽形状可以为矩形或倒梯形或者三角形。考虑到光罩对准因素和在离子注入时对AA区的足够保护，凹槽23 的开槽宽度略窄于所述沟槽隔离结构的特征尺寸。所述栅极的电阻值的变化，可以通过离子注入的方式进行相应调整。由于在所述衬底20的沟槽隔离结构21的位置处，本发明的具有金属前介质填充结构的半导体器件的多晶硅栅极层22形成凹槽23，减小了半导体器件中晶体管的栅极的厚度，从而减小了半导体器件中相邻两个栅极之间的间隙的高宽比，当金属前介质填充在所述间隙中时，不容易产生空洞，避免了在后续钨塞工艺中，金属钨进入空洞而导致得相邻栅极之间导通的问题，有利于良率的提高。图fe到图Ilc是本发明的具有金属前介质填充结构的半导体器件的制备方法的各步骤示意图，其中，每个步骤由所述半导体器件的三个不同方向的a、b、c三个剖面示意图表示。图如到图Ila是本发明的制备方法的各步骤中，图3所示的半导体器件沿B-B线的剖面结构示意图，图恥到图lib是本发明的制备方法的各步骤中，图3所示的半导体器件沿C-C线的剖面结构示意图，图5c到图Ilc是本发明的制备方法的各步骤中，图3所示的半导体器件沿D-D线的剖面结构示意图。优选的，所述半导体器件为静态随机存储器。本发明的方法包括如下步骤提供一衬底30，所述衬底30包括沟槽隔离结构31。所述沟槽隔离结构31可以为浅沟槽隔离结构。在所述衬底30的表面沉积多晶硅层32，如图5a、图5b、图5c所示。
在所述多晶硅层32的表面依次沉积第一硬掩膜层33和第二硬掩膜层34，如图 6a、图6b、图6c所示。具体的，所述第一硬掩膜层33为氧化硅层，所述第二硬掩膜层34为氮化硅层(SiN)。在所述第二硬掩膜层34的表面形成第一光阻图案35，所述沟槽隔离结构31的上方未被所述第一光阻图案35覆盖，如图7a、图7b、图7c所示。以所述第一光阻图案35为掩膜，刻蚀所述第二硬掩膜层34，所述沟槽隔离结构31 上方的第二硬掩膜层34被刻蚀，从而暴露出所述沟槽隔离结构31上方的第一硬掩膜层33， 如图8a、图8b、图8c所示。去除所述第一光阻图案35，如图9a、图9b、图9c所示。在所述第二硬掩膜层34以及将要形成所述半导体器件的栅极层的位置处的所述第一硬掩膜层33的表面形成第二光阻图案36，如图10a、图10b、图IOc所示。分别以所述第二光阻图案36、第二硬掩膜层34和第一硬掩膜层33为掩膜，刻蚀所述多晶硅层32，形成所述半导体器件的多晶硅栅极层，所述多晶硅栅极层在所述沟槽隔离结构31的位置处形成凹槽37，所述多晶硅栅极层32在所述凹槽37处的部分形成所述半导体器件的晶体管的栅极38，如图11a、图lib、图Ilc所示。优选的，所述凹槽27的上部的宽度小于底部的宽度，具体的，所述凹槽27的开槽形状可以为矩形或倒梯形或者三角形。考虑到光罩对准因素和在离子注入时对AA区的足够保护，凹槽27的开槽宽度略窄于所述沟槽隔离结构的特征尺寸。所述栅极的电阻值的变化，可以通过离子注入的方式进行相应调離
iF. ο采用本发明的方法形成的半导体器件，由于在沟槽隔离结构31的位置处，多晶硅栅极层32形成凹槽37，减小了半导体器件中晶体管的栅极38的厚度，从而减小了半导体器件中相邻两个栅极38之间的间隙的高宽比，当金属前介质填充在所述间隙中时，不容易产生空洞，避免了在后续钨塞工艺中，金属钨进入空洞而导致得相邻栅极之间导通的问题，有利于良率的提高。进一步的，由于多晶硅栅极层32的开槽区域仅限于衬底30的沟槽隔离结构31部分，因此，可以采用形成沟槽隔离结构31的光罩，不需要额外的增加光照，本发明的方法简单，成本低。在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明并不限于在说明书中所述的具体实施例。
权利要求
1.一种具有金属前介质填充结构的半导体器件，包括衬底、形成于所述衬底内的沟槽隔离结构以及形成于所述衬底表面的多晶硅栅极层，其特征在于，所述多晶硅栅极层在所述沟槽隔离结构的位置处形成凹槽。
2.如权利要求1所述的具有金属前介质填充结构的半导体器件，其特征在于，所述凹槽的宽度窄于所述沟槽隔离结构的特征尺寸。
3.如权利要求1所述的具有金属前介质填充结构的半导体器件，其特征在于，所述沟槽隔离结构为浅沟槽隔离结构。
4.如权利要求1所述的具有金属前介质填充结构的半导体器件，其特征在于，所述凹槽的上部的宽度小于或者等于底部的宽度。
5.如权利要求1所述的具有金属前介质填充结构的半导体器件，其特征在于，所述凹槽的开槽形状为矩形或倒梯形或者三角形。
6.一种具有金属前介质填充结构的半导体器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤提供一衬底，所述衬底包括沟槽隔离结构；在所述衬底的表面依次形成多晶硅层、第一硬掩膜层和第二硬掩膜层；在所述第二硬掩膜层的表面形成第一光阻图案，所述沟槽隔离结构的上方未被所述第一光阻图案覆盖；以所述第一光阻图案为掩膜，刻蚀所述第二硬掩膜层，所述沟槽隔离结构上方的第二硬掩膜层被刻蚀，从而暴露出所述沟槽隔离结构上方的第一硬掩膜层；去除所述第一光阻图案；在所述第二硬掩膜层以及将要形成所述半导体器件的栅极层的位置处的所述第一硬掩膜层的表面形成第二光阻图案；分别以所述第二光阻图案、第二硬掩膜层和第一硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述多晶硅层， 形成所述半导体器件的多晶硅栅极层，所述多晶硅栅极层在所述沟槽隔离结构的位置处形成凹槽。
7.如权利要求6所述的具有金属前介质填充结构的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述第二硬掩膜层为氮化硅层。
8.如权利要求6所述的具有金属前介质填充结构的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述第一硬掩膜层为氧化硅层。
9.如权利要求6所述的具有金属前介质填充结构的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用干法刻蚀所述第一、第二硬掩膜层以及所述多晶硅层。
10.如权利要求6所述的具有金属前介质填充结构的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述半导体器件为静态随机存储器。
全文摘要
本发明涉及一种具有金属前介质填充结构的半导体器件及其制备方法。所述半导体器件包括衬底、形成于所述衬底内的沟槽隔离结构以及形成于所述衬底表面的多晶硅栅极层，所述多晶硅栅极层在所述沟槽隔离结构的位置处形成凹槽。本发明的具有金属前介质填充结构的半导体器件减小了相邻两个栅极之间的间隙的高宽比，当金属前介质填充在所述间隙中时，不容易产生空洞，避免了在后续钨塞工艺中，金属钨进入空洞而导致得相邻栅极之间导通的问题，有利于良率的提高。
文档编号H01L27/11GK102412263SQ201110274490
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者张文广, 徐强, 郑春生, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司