层间膜的制造方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种层间膜的制造方法。

背景技术

如图1a至图1e所示，是现有方法各步骤中的器件结构图；现有层间膜的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图1a所示，提供一半导体衬底101，在所述半导体衬底101上形成有半导体器件的图形结构，各所述图形结构之间的区域为图形间隔区。

现有中，所述半导体衬底101为硅衬底。所述半导体器件为具有hkmg的mos晶体管，mos晶体管包括pmos管和nmos管。28nm技术节点以下的mos晶体管器件都采用hkmg的栅极结构，hkmg中的hk表示高介电常数，mg表示金属栅。

所述图形结构为伪栅极结构，所述伪栅极结构包括叠加而成的栅介质层102和多晶硅栅103。

在所述多晶硅栅103的侧面形成有侧墙104。

在所述多晶硅栅103两侧的所述半导体器件形成有对应的mos晶体管的源区和漏区，所述源区和所述漏区对称的形成在所述多晶硅栅103的两侧且都由源漏重掺杂区105组成。nmos管的源漏重掺杂区105为n+区，pmos管的源漏重掺杂区105为p+区。

所述栅介质层102包括高介电常数层；

步骤二、如图1a所示，形成层间膜107，所述层间膜107将所述图形间隔区的完全填充且并延伸到所述图形间隔区外的所述图形结构的表面。

所述层间膜107为第零层层间膜。

在形成所述层间膜107之前还包括形成接触刻蚀停止层106的步骤，所述接触刻蚀停止层106覆盖在所述多晶硅栅103的侧墙104侧面、所述多晶硅栅103的顶部表面和所述图形间隔区的表面。

所述层间膜107的材料为氧化硅。所述接触刻蚀停止层106的材料为氮化硅。

步骤三、如图1b所示，采用化学机械研磨(cmp)工艺对的所述层间膜107进行第一次平坦化，所述第一次平坦化后所述图形结构的表面的所述层间膜107都被去除以及所述图形间隔区的所述层间膜107的表面和所述图形结构的表面相平；在所述层间膜107的表面具有由所述化学机械研磨工艺产生的刮伤，如虚线圈201所示。刮伤的最大深度会达100nm以上，这在后续去除所述多晶硅栅103时无法同时将刮伤去除。

现有方法中，所述第一次平坦化分成了两段：

如图1b所示，第一段是以所述接触刻蚀停止层106的氮化硅层为停止层，也即第一段对应的化学机械研磨工艺完成之后所述接触刻蚀停止层106的表面露出。

如图1c所示，第二段则需去除所述接触刻蚀停止层106直至将所述多晶硅栅103的表面露出。

现有方法中，所述层间膜107表面的刮伤201通常无法去除，这样在后续工艺中会在刮伤201处产生金属残留。现结合后续工艺说明如下：

形成所述层间膜107之后，还包括步骤：

步骤四、如图1d所示，去除所述多晶硅栅103。

步骤五、如图1e所示，进行金属栅202的沉积。

步骤六七、如图1e所示，进行金属的化学机械研磨对所述金属栅202进行第二次平坦化。

所述第二次平坦化的化学机械研磨工艺对所述金属栅202刻蚀速率大于对所述层间膜107的刻蚀速率，也即为了有效控制所述金属栅202的高度，所述金属栅202对应的第二次平坦化的化学机械研磨工艺会选用高选择比的研磨液，这样容易在所述刮伤201处形成金属残留，金属残留如虚线圈203所示。

所述金属栅202的材料包括铝或钨。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种层间膜的制造方法，能消除化学机械研磨工艺在层间膜表面形成的刮伤。

为解决上述技术问题，本发明提供的层间膜的制造方法包括如下步骤：

步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有半导体器件的图形结构，各所述图形结构之间的区域为图形间隔区。

步骤二、形成层间膜，所述层间膜将所述图形间隔区的完全填充且并延伸到所述图形间隔区外的所述图形结构的表面。

步骤三、采用化学机械研磨工艺对的所述层间膜进行第一次平坦化，所述第一次平坦化后所述图形结构的表面的所述层间膜都被去除以及所述图形间隔区的所述层间膜的表面和所述图形结构的表面相平；在所述层间膜的表面具有由所述化学机械研磨工艺产生的刮伤。

步骤四、形成第二介质层，所述第二介质层覆盖在所述层间膜和所述图形结构的表面，所述层间膜的刮伤向上转移到所述第二介质层的表面且转移后的刮伤深度位于所述图形结构的表面上方。

步骤五、采用刻蚀工艺去除所述第二介质层实现第二次平坦化，所述第二次平坦化将转移后的刮伤去除并使所述第二次平坦化后的层间膜表面的刮伤消除。

进一步的改进是，步骤一中所述半导体衬底为硅衬底。

进一步的改进是，所述半导体器件为具有hkmg的mos晶体管。

进一步的改进是，所述层间膜为第零层层间膜。

进一步的改进是，所述图形结构为伪栅极结构，所述伪栅极结构包括叠加而成的栅介质层和多晶硅栅。

进一步的改进是，在所述多晶硅栅的侧面形成有侧墙。

进一步的改进是，在形成所述层间膜之前还包括形成接触刻蚀停止层的步骤，所述接触刻蚀停止层覆盖在所述多晶硅栅的侧墙侧面、所述多晶硅栅的顶部表面和所述图形间隔区的表面。

进一步的改进是，所述第二介质层的材料包括：光刻胶、氧化硅或硅。

进一步的改进是，所述第二介质层的厚度为10nm～100nm。

进一步的改进是，所述层间膜的材料为氧化硅。

进一步的改进是，所述第二次平坦化的刻蚀工艺对所述层间膜、所述第二介质层和所述图形结构的表面的刻蚀选择比接近1。

进一步的改进是，步骤四形成所述层间膜之后，还包括步骤：

步骤五、去除所述多晶硅栅。

步骤六、进行金属栅的沉积。

步骤七、进行金属的化学机械研磨对所述金属栅进行第三次平坦化。

进一步的改进是，所述第三次平坦化的刻蚀工艺对所述金属栅刻蚀速率大于对所述层间膜的刻蚀速率。

进一步的改进是，在所述多晶硅栅两侧的所述半导体器件形成有对应的mos晶体管的源区和漏区。

进一步的改进是，所述栅介质层包括高介电常数层；所述金属栅的材料包括铝或钨。

本发明通过在对具有图形结构的半导体衬底表面形成的层间膜进行采用化学机械研磨工艺的第一次平坦化之后，并不在保留层间膜表面的刮伤的情况下进行后续工艺，而是增加了一次形成第二介质层的形成工艺和刻蚀工艺，通过第二介质层的形成工艺将层间膜表面的刮伤向上转移到第二介质层的表面且转移后的刮伤深度位于图形结构的表面上方，通过第二介质层的刻蚀工艺能将位于第二介质层表面的刮伤去除，从而实现对刮伤的完全消除即将层间膜表面的刮伤消除。

层间膜表面的刮伤的消除能防止刮伤在后续工艺中产生不良影响，如能防止在刮伤中形成金属残留。本发明的层间膜特别适用于第零层层间膜，在栅极后形成(gatelast)的hkmg工艺中，第零层层间膜在cmp之后位于伪栅极结构之间，由于第零层层间膜的表面的刮伤被消除，故在伪栅结构去除后形成hkmg的金属栅时，经过金属栅对应的金属cmp之后能够将hkmg区域外的金属全部去除，所以本发明能确保无由刮伤产生的金属残留。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1a-图1e是现有层间膜的制造方法的各步骤中的器件结构图；

图2是本发明实施例层间膜的制造方法的流程图；

图3a-图3f是本发明实施例方法各步骤中的器件结构图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例层间膜7的制造方法的流程图；如图3a至图3c所示，是本发明实施例方法各步骤中的器件结构图；本发明实施例层间膜7的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图3a所示，提供一半导体衬底1，在所述半导体衬底1上形成有半导体器件的图形结构，各所述图形结构之间的区域为图形间隔区。

本发明实施例中，所述半导体衬底1为硅衬底。所述半导体器件为具有hkmg的mos晶体管，mos晶体管包括nmos管和pmos管。

所述图形结构为伪栅极结构，所述伪栅极结构包括叠加而成的栅介质层2和多晶硅栅3。

在所述多晶硅栅3的侧面形成有侧墙4。

在所述多晶硅栅3两侧的所述半导体器件形成有对应的mos晶体管的源区和漏区，所述源区和所述漏区对称的形成在所述多晶硅栅3的两侧且都由源漏重掺杂区5组成。nmos管的源漏重掺杂区5为n+区，pmos管的源漏重掺杂区5为p+区。

所述栅介质层2包括高介电常数层；

步骤二、如图3a所示，形成层间膜7，所述层间膜7将所述图形间隔区的完全填充且并延伸到所述图形间隔区外的所述图形结构的表面。

所述层间膜7为第零层层间膜。

在形成所述层间膜7之前还包括形成接触刻蚀停止层6的步骤，所述接触刻蚀停止层6覆盖在所述多晶硅栅3的侧墙4侧面、所述多晶硅栅3的顶部表面和所述图形间隔区的表面。

所述层间膜7的材料为氧化硅。所述接触刻蚀停止层6的材料为氮化硅。

步骤三、如图3b所示，采用化学机械研磨工艺对的所述层间膜7进行第一次平坦化，所述第一次平坦化后所述图形结构的表面的所述层间膜7都被去除以及所述图形间隔区的所述层间膜7的表面和所述图形结构的表面相平；在所述层间膜7的表面具有由所述化学机械研磨工艺产生的刮伤，如虚线圈301所示。

本发明实施例中，所述第一次平坦化分成了两段：

如图3b所示，第一段是以所述接触刻蚀停止层6的氮化硅层为停止层，也即第一段对应的化学机械研磨工艺完成之后所述接触刻蚀停止层6的表面露出。

如图3c所示，第二段则需去除所述接触刻蚀停止层6直至将所述多晶硅栅3的表面露出。

步骤四、如图3d所示，形成第二介质层302，所述第二介质层302覆盖在所述层间膜7和所述图形结构的表面，所述层间膜7的刮伤向上转移到所述第二介质层302的表面且转移后的刮伤深度位于所述图形结构的表面上方。转移后的刮伤如虚线圈303所示。

所述第二介质层302的材料包括：光刻胶、氧化硅或硅。

所述第二介质层302的厚度为10nm～100nm。

步骤五、如图3e所示，采用刻蚀工艺去除所述第二介质层302实现第二次平坦化，所述第二次平坦化将转移后的刮伤去除并使所述第二次平坦化后的层间膜7表面的刮伤消除。

所述第二次平坦化的刻蚀工艺对所述层间膜7、所述第二介质层302和所述图形结构的表面的刻蚀选择比接近1，也即所述第二次平坦化的刻蚀工艺对所述层间膜7、所述第二介质层302和所述图形结构的表面的刻蚀速率差别不大。

步骤四形成所述层间膜7之后，还包括步骤：

步骤五、如图3e所示，去除所述多晶硅栅3。

步骤六、如图3f所示，进行金属栅304的沉积。

步骤七、如图3f所示，进行金属的化学机械研磨对所述金属栅304进行第三次平坦化。

所述第三次平坦化的刻蚀工艺对所述金属栅304刻蚀速率大于对所述层间膜7的刻蚀速率。所述金属栅304的材料包括铝或钨。

本发明实施例通过在对具有图形结构的半导体衬底1表面形成的层间膜7进行采用化学机械研磨工艺的第一次平坦化之后，并不在保留层间膜7表面的刮伤的情况下进行后续工艺，而是增加了一次形成第二介质层302的形成工艺和刻蚀工艺，通过第二介质层302的形成工艺将层间膜7表面的刮伤向上转移到第二介质层302的表面且转移后的刮伤深度位于图形结构的表面上方，通过第二介质层302的刻蚀工艺能将位于第二介质层302表面的刮伤去除，从而实现对刮伤的完全消除即将层间膜7表面的刮伤消除。

层间膜7表面的刮伤的消除能防止刮伤在后续工艺中产生不良影响，如能防止在刮伤中形成金属残留。本发明实施例的层间膜7特别适用于第零层层间膜，在栅极后形成(gatelast)的hkmg工艺中，第零层层间膜在cmp之后位于伪栅极结构之间，由于第零层层间膜的表面的刮伤被消除，故在伪栅结构去除后形成hkmg的金属栅304时，经过金属栅304对应的金属cmp之后能够将hkmg区域外的金属全部去除，所以本发明实施例能确保无由刮伤产生的金属残留。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。