专利名称：在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制作技术，特别涉及一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法。
背景技术：
目前，半导体制造工业主要在硅衬底的晶片(wafer)器件面上生长器件，例如，互补型金属氧化物半导体(CMOS)器件。现在普遍采用双阱CMOS工艺在硅衬底上同时制作导电沟道为空穴的P型沟道金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和导电沟道为电子的η型沟道M0SFET，具体步骤为首先，将硅衬底中的不同区域通过掺杂分别成为以电子为多数 载流子的(η型)硅衬底和以空穴为多数载流子的(P型)硅衬底之后，在η型硅衬底和P型硅衬底之间制作浅沟槽隔离(STI) 101，然后在STI两侧用离子注入的方法分别形成空穴型掺杂扩散区(P阱)102和电子型掺杂扩散区(N阱)103，接着分别在P阱102和N阱103位置的wafer器件面依次制作由栅极电介质层104和金属栅105组成的层叠栅极，最后在P阱102和N阱103中分别制作源极和漏极，源极和漏极位于层叠栅极的两侧(图中未画出)，在P阱中形成η型沟道M0SFET，在N阱中形成ρ型沟道M0SFET，得到如图I所示的CMOS器件结构。传统的氮氧化合物/多晶硅层叠栅极，是以氮氧化物作为栅极电介质层，多晶硅作为栅极。随着半导体技术的发展，氮氧化合物/多晶硅层叠栅极的CMOS器件由于漏电流和功耗过大等问题，已经不能满足小尺寸半导体工艺的需要。因此，提出了以高介电系数(HK)材料作为栅极电介质层，以金属材料作为金属栅的金属栅极。图2a 图2d为现有技术在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法实施例一的剖面示意图，其中，如图2a所示，按照图I所述的过程在半导体衬底11上形成CMOS器件结构，该CMOS器件结构包括替代栅极22、源极及漏极(源极及漏极未示出)，在替代栅极22上还具有侧墙55，该CMOS器件中还具有阻挡层66 ;在阻挡层66表面上沉积第一介质层77 ；在这里，阻挡层66为钛层或氮化钛层，一般作为刻蚀停止层；在这里，替代栅极22下还具有金属栅极及采用HK材料的栅极电介质层(图中未示出)；如图2b所示，采用化学机械平坦化(CMP)方式对第一介质层77进行抛光，直到阻挡层66停止，然后去除替代栅极；如图2c所示，在该CMOS器件表面沉积金属层88，比如钨或铝层，填充替代栅极区域，然后采用CMP刻蚀至氮化硅层66停止；如图2d所示，在该CMOS器件表面制作金属塞99 ；在制作时，就是沉积一层介质层后，采用光刻和刻蚀工艺在金属塞区域制作通孔后，采用金属填充后，形成金属塞99。在制作通孔时，以阻挡层作为刻蚀停止层；在上述过程中，在图2b所述的过程中，在介质层会出现凹陷区域，在后续图2c沉积金属层88时，也会沉积到凹陷区域，在2d制作金属塞99过程中，如果金属塞99正好位于凹陷区域之上，就导致在制作通孔时，将沉积在凹陷区域的金属层88作为刻蚀停止层，也就是刻蚀到凹陷区域停止，导致所制作的金属塞99无法接通该CMOS器件的有源区域，导致最终制作的该CMOS器件断路。为了克服这个问题，采用了另一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法，如图3a 图3c所示,具体地如图3a所示，按照图I所述的过程在半导体衬底11上形成CMOS器件结构，该CMOS器件结构包括替代栅极22、源极及漏极(源极及漏极未示出)，在替代栅极22上还具有侧墙55，该CMOS器件具有有阻挡层66 ;在阻挡层66表面上沉积第一介质层77 ；在这里，阻挡层66为钛层或氮化钛层，一般作为刻蚀停止层；在这里，替代栅极22下还具有金属栅极及采用HK材料的栅极电介质层(图中未示出)； 如图3b所示，在第一介质层77上制作金属塞99 ；在该步骤中，采用光刻和刻蚀工艺在金属塞区域制作通孔后，采用金属填充后，形成金属塞99 ;在制作通孔时，以阻挡层作为刻蚀停止层；如图3c所示，采用CMP方式对第一介质层77进行抛光，直到氮化硅层66停止，然后去除替代栅极，在该CMOS器件表面沉积金属层88，比如钨或铝层，填充替代栅极区域，然后采用CMP刻蚀至氮化硅层66停止。由于在米用CMP方式抛光第一介质层77之前，已经制作了金属塞99,且该金属塞99接通该CMOS器件的有源区域，所以采用CMP对第一介质层77刻蚀时导致的凹陷不会影响金属塞制作，解决了采用图2a 图2d所述的过程在制作金属栅极过程中制作金属塞产生的问题。但是，图3a 图3c所述的过程也存在缺陷，这是因为，在采用CMP方式抛光第一介质层中，需要同时抛光第一介质层和已经制作好的金属塞，并在抛光过程中保证第一介质层平面和所制作的金属塞平面等同，由于第一介质层和金属塞的材料不同，所使用的抛光液也不同，所以在抛光过程中，很难保证第一介质层平面和所制作的金属塞平面等同，所以图3a 图3c只是在理论上可行，但是无法在实际应用实现。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法，该方法能够在实际应用中保证在制作栅极过程中所制作的金属塞与有源区连通。本发明的技术方案是这样实现的一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法，该方法包括在半导体衬底的CMOS器件面沉积第一介质层，所述CMOS器件包括替代栅极；采用光刻和刻蚀工艺在第一介质层形成第一接触孔后，在第一接触孔中填充金属，形成第一子金属塞，第一子金属塞高度不高于所述替代栅极；以第一子金属塞作为抛光停止层，抛光第一介质层，去除所述替代栅极后，采用第二金属层填充所述替代栅极区域；在半导体衬底的CMOS器件面依次沉积第二阻挡层和第二介质层，采用光刻和刻蚀工艺，以第二阻挡层为刻蚀停止层，在第二介质层形成第二接触孔后，在第二接触孔中填充第二金属层，形成第二子金属塞后，所述第一子金属塞和第二子金属塞构成金属塞。
所述第二阻挡层为氮化硅。所述替代栅极下具有采用高介电常数材料的栅极电介质层，所述高介电常数材料为二氧化铪Η 2、氧化硅铪HfSiO或氮氧化硅铪HfSiNO。在第一接触孔中填充的金属为钨或铝，在第一接触孔中填充金属，形成第一子金属塞，过程为在第一介质层上沉积第一金属层后，采用化学机械平坦化CMP方式或干法刻蚀方式去除第一介质层上的第一金属层，该第一金属层填充入第一接触孔，然后对第一接触孔中的金属层进行干法刻蚀，刻蚀到不高于替代栅极的高度，形成第一子金属塞。所述第二接触孔在所述第一接触孔的正上方，所述在第二接触孔中填充第二金属层，形成第二子金属塞的过程为在第二介质层上沉积第二金属层后，采用CMP方式或干法刻蚀方式，去除第二介质层上的第二金属层，该第二金属层填充入第二接触孔，形成第二子金属塞。所述干法刻蚀时采用六氟化硫SF6。所述采用光刻和刻蚀工艺，以第二阻挡层为刻蚀停止层，在第二介质层形成第二接触孔后，在第二接触孔中填充第二金属层，形成第二子金属塞的同时，还包括采用光刻和刻蚀工艺，以第二阻挡层为刻蚀停止层，在第二介质层形成连通金属栅极的金属塞通孔，在所述连通金属栅极的金属塞通孔填充第二金属层，形成金属栅极的
金属塞。从上述方案可以看出，本发明提供的方法在制作金属栅极过程中，首先制作与替代栅极等高或低于金属栅极的第一子金属塞，该第一子金属塞连通CMOS器件的有源区域，然后以该第一子金属塞作为CMP停止层，CMP替代栅极上方的介质层，裸露替代栅极后，去除替代栅极，采用金属填充替代栅极，得到金属栅极，再在第一子金属塞上方制作第二子金属塞，第一子金属塞与第二子金属塞构成金属塞，由于在制作金属栅极过程中的采用CMP方式以第一子金属塞为抛光停止层抛光第一介质层之前，只是制作了与金属栅极等高或低于金属栅极的第一子金属塞，所以在米用CMP方式抛光第一介质层时,只是抛光第一介质层，而不会抛光到第一子金属塞，所以抛光平面可以保持水平，另一方面，在采用CMP方式抛光第一介质层之前，已经制作了第一子金属塞，且该第一子金属塞接通该CMOS器件的有源区域以及抛光是以该第一子金属塞作为停止层进行的，所以采用CMP对第一介质层抛光时导致的凹陷不会影响后续金属塞制作。且后续在第一子金属塞上方制作第二子金属塞时，也不会留有空隙，另外，在制作第二子金属塞的同时，也按照同样的工艺流程在金属栅极上方制作金属塞，用于将金属栅极连通到外部。因此，本发明提供的方法在实际应用中保证在制作栅极过程中所制作的金属塞与有源区连通。
图I为现有技术的CMOS器件剖面结构示意图；图2a 图2d为现有技术在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法实施例一的剖面示意图3a 图3c为现有技术在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法实施例二的剖面示意图；图4为本发明提供的一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法流程图；图5a 图5f为本发明提供的一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的过程剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。本发明在制作金属栅极过程时也同时制作金属塞，过程为制作与替代栅极等高或低于金属栅极的第一子金属塞，该第一子金属塞连通CMOS器件的有源区域，然后以该第一子金属塞作为CMP停止层，CMP替代栅极上方的介质层，裸露替代栅极后，去除替代栅极，采用金属填充替代栅极，得到金属栅极，再在第一子金属塞上方制作第二子金属塞，第一子金属塞与第二子金属塞构成金属塞。这样，由于在制作金属栅极过程中的采用CMP方式以第一子金属塞为抛光停止层抛光第一介质层之前，只是制作了与金属栅极等高或低于金属栅极的第一子金属塞，所以在米用CMP方式抛光第一介质层时,只是抛光第一介质层,而不会抛光到第一子金属塞,所以抛光平面可以保持水平，另一方面，在采用CMP方式抛光第一介质层之前，已经制作了第一子金属塞，且该第一子金属塞接通该CMOS器件的有源区域以及抛光是以该第一子金属塞作为停止层进行的，所以采用CMP对第一介质层抛光时导致的凹陷不会影响后续金属塞制作。且后续在第一子金属塞上方制作第二子金属塞时，也不会留有空隙。因此，本发明提供的方法在实际应用中保证在制作栅极过程中所制作的金属塞与有源区连通。图4为本发明提供的一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法流程图，结合图5a 图5f所示的本发明提供的一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的过程剖面示意图，进行详细说明步骤401、在半导体衬底11上形成CMOS器件结构，该CMOS器件结构包括替代栅极22、源极及漏极(源极及漏极未示出)，在替代栅极22上还具有侧墙55，在该CMOS器件中，也就是CMOS器件表面具有第一阻挡层66 ;在第一阻挡层66上沉积第一介质层77,如图5a所示；在该步骤中，第一阻挡层66为氮化钛或钛，采用与现有技术相同的方案，这里不再赘述；在这里，替代栅极22下还具有金属栅极及采用HK材料的栅极电介质层(图中未示出)；在这里，替代栅极22下可以只具有采用HK材料的栅极电介质层，作为采用HK材料的栅极电介质层的保护；在这里，HK材料为二氧化铪(Hf02)、氧化硅铪(HfSiO)或氮氧化硅铪(HfSiNO)；在这里，替代栅极22为多晶硅；步骤402、在第一介质层77上形成接触孔101，如图5b所示；
在该步骤中，接触孔101用于后续制作第一子金属塞，采用光刻和刻蚀工艺在要形成金属塞的区域形成接触孔101 ；步骤403、在第一介质层77上沉积第一金属层102后,米用CMP方式或干法刻蚀方式去除第一介质层77上的金属层102，该金属层102填充入接触孔101，然后对接触孔101中的金属层102进行干法刻蚀，刻蚀到不高于替代栅极22，形成第一子金属塞，如图5c所示；
在本步骤中，沉积的第一金属层102的金属材料为钨或铝；在本步骤中，进行干法刻蚀时采用六氟化硫(SF6)；步骤404、以第一子金属塞为抛光停止层，采用CMP方式对第一介质层77进行抛光，然后去除替代栅极，如图5d所示；在本步骤中，以第一子金属塞作为抛光停止层，进行CMP，可以保证最终所制作的金属塞不存在空隙；步骤405、在该CMOS器件表面沉积金属层88，比如钨或铝层，填充替代栅极区域，然后采用CMP刻蚀至第一阻挡层66停止，如图5e所示；步骤406、在该CMOS器件表面沉积第二阻挡层103后，在第二阻挡层103上沉积第二介质层104，然后在第二介质层104形成第二接触孔105后，在第二接触孔105中填充第二金属层106,形成第二子金属塞,第一子金属塞和第二子金属塞构成了金属塞,如图5f所示；在该步骤中，所形成的第二接触孔105在接触孔101上方，在形成第二接触孔105时，采用光刻和刻蚀工艺，第二阻挡层103作为刻蚀停止层；在第二接触孔105填充第二金属层106的过程为在第二介质层104上沉积第二金属层106，然后采用CMP抛光至第二阻挡层103止；在本步骤中，第二阻挡层103为氮化硅层等，作为刻蚀停止层存在；在本步骤中，所述干法刻蚀时采用SF6。在图4所述的过程中，在步骤406中，还包括制作金属栅极上方的金属塞过程，该金属塞可以使得金属栅极连通到半导体器件外部，过程为采用光刻和刻蚀工艺，以第二阻挡层为刻蚀停止层，在第二介质层形成连通金属栅极的金属塞通孔，在所述连通金属栅极的金属塞通孔填充第二金属层，形成金属栅极的金属塞。这个过程在图5f中示出。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法，该方法包括 在半导体衬底的CMOS器件面沉积第一介质层，所述CMOS器件包括替代栅极； 采用光刻和刻蚀工艺在第一介质层形成第一接触孔后，在第一接触孔中填充金属，形成第一子金属塞，第一子金属塞高度不高于所述替代栅极； 以第一子金属塞作为抛光停止层，抛光第一介质层，去除所述替代栅极后，采用第二金属层填充所述替代栅极区域； 在半导体衬底的CMOS器件面依次沉积第二阻挡层和第二介质层，采用光刻和刻蚀工艺，以第二阻挡层为刻蚀停止层，在第二介质层形成第二接触孔后，在第二接触孔中填充第二金属层，形成第二子金属塞后，所述第一子金属塞和第二子金属塞构成金属塞。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二阻挡层为氮化硅。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述替代栅极下具有采用高介电常数材料的栅极电介质层，所述高介电常数材料为二氧化铪Hf02、氧化硅铪HfSiO或氮氧化硅铪HfSiNO0
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在第一接触孔中填充的金属为钨或铝，在第一接触孔中填充金属，形成第一子金属塞，过程为 在第一介质层上沉积第一金属层后，米用化学机械平坦化CMP方式或干法刻蚀方式去除第一介质层上的第一金属层，该第一金属层填充入第一接触孔，然后对第一接触孔中的金属层进行干法刻蚀，刻蚀到不高于替代栅极的高度，形成第一子金属塞。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二接触孔在所述第一接触孔的正上方，所述在第二接触孔中填充第二金属层，形成第二子金属塞的过程为 在第二介质层上沉积第二金属层后，采用CMP方式或干法刻蚀方式，去除第二介质层上的第二金属层，该第二金属层填充入第二接触孔，形成第二子金属塞。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述干法刻蚀时采用六氟化硫SF6。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述采用光刻和刻蚀工艺，以第二阻挡层为刻蚀停止层，在第二介质层形成第二接触孔后，在第二接触孔中填充第二金属层，形成第二子金属塞的同时，还包括 采用光刻和刻蚀工艺，以第二阻挡层为刻蚀停止层，在第二介质层形成连通金属栅极的金属塞通孔，在所述连通金属栅极的金属塞通孔填充第二金属层，形成金属栅极的金属塞。
全文摘要
本发明公开了一种在制作金属栅极过程中制作金属塞的方法，首先制作与替代栅极等高或低于金属栅极的第一子金属塞，该第一子金属塞连通CMOS器件的有源区域，然后以该第一子金属塞作为CMP停止层，CMP替代栅极上方的介质层，裸露替代栅极后，去除替代栅极，采用金属填充替代栅极，得到金属栅极，再在第一子金属塞上方制作第二子金属塞，第一子金属塞与第二子金属塞构成金属塞。另外，在制作第二子金属塞的同时，也按照同样的工艺流程在金属栅极上方制作金属塞，用于将金属栅极连通到外部。因此，本发明提供的方法在实际应用中保证制作栅极过程中所制作的金属塞与有源区连通。
文档编号H01L21/28GK102956452SQ20111023800
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者洪中山 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司