晶体管接触柱结构制造方法、晶体管接触柱结构及CMOS器件

技术领域

本发明涉及晶体管领域，尤其涉及一种晶体管接触柱结构制造方法、晶体管接触柱结构及CMOS器件。

背景技术

在现代晶体管(CMOS)工艺中，晶体管结构和互连线通常由一层中线(middle-of-line，简称MOL)连接起来，互连线位于晶体管结构的顶部，该层中线又可以称之为MOL层。MOL层通常是由一系列微小的接触柱结构(或称接触点)组成。其中，传统的接触柱结构通常是由钨(W，Tungsten)材料所形成的。晶体管位于接触柱结构的底部，起开关的作用。位于晶体管顶部的互连线则由微小的铜接线组成，可将电信号从一个晶体管传输到另一个晶体管。当然，触点和互连是芯片扩展的最大挑战，这使得每个触点在芯片上的互连变得更加紧凑，导致芯片中出现不必要的电阻-电容(RC)延迟。

随着CMOS工艺的不断发展，在10nm及以下CMOS节点，钴(Co，Cobalt)正在取代钨，并成为形成接触柱结构的新材料，并且利用钴材料所制成的接触柱的顶部要形成盖帽层。Co相比W具有更小的电阻率，Co在同样的接触柱体积下具有更小的电阻，从而可以减小电阻-电容(RC)延迟，降低工艺难度。不仅如此，Co还具有更高的热预算，可进行退火，从而提供颗粒较少的无接缝填充，降低整体电阻并提高良率。

不过，现有晶体管的接触柱结构存在不足：由于接触柱结构采用钴材料制成，并且在其盖帽层的形成过程中，Co会沿着SiO

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种避免Co产生界面迁移的晶体管接触柱结构制造方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种避免Co产生界面迁移的晶体管接触柱结构。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种具有上述晶体管接触柱结构的CMOS器件。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：晶体管接触柱结构制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，在衬底上形成第一介质层；

步骤S2，在第一介质层上形成掺杂的第二介质层；其中，该第二介质层中的掺杂剂含有抑制Co产生界面迁移的杂质；

步骤S3，对第二介质层和第一介质层进行刻蚀，形成贯穿第二介质层和第一介质层的开口；

步骤S4，在开口内填充Co材料，得到Co材质的接触柱；

步骤S5，在接触柱顶部上方形成覆盖该接触柱顶部和第二介质层上方的盖帽层。

改进地，在所述晶体管接触柱结构制造方法中，所述第一介质层沉积于所述衬底的上方。

再改进，在所述晶体管接触柱结构制造方法中，所述第二介质层中的掺杂剂至少含有C元素与N元素中的一种。

再改进地，在所述晶体管接触柱结构制造方法中，在步骤S3中，在第二介质层上方形成图案硬掩模，且通过该图案硬掩模对第二介质层和第一介质层进行刻蚀。

进一步地，在该发明中，所述晶体管接触柱结构制造方法还包括：通过所述图案硬掩模对第二介质层和第一介质层进行刻蚀，且得到所述接触柱后，将该图案硬掩模从第二介质层上方去除。

再改进地，在所述晶体管接触柱结构制造方法中，去除所述图案硬掩模后，对位于接触柱上且高出第二介质层上表面的部分做平坦化处理。

改进地，在该发明中，所述晶体管接触柱结构制造方法还包括：在所述开口内填充Co材料之前，在该开口中形成屏障堆叠层。

再改进，在所述晶体管接触柱结构制造方法中，所述盖帽层以沉积方式覆盖接触柱顶部和第二介质层的上方。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：晶体管接触柱结构，其特征在于，包括：

衬底；

第一介质层，形成于衬底上方；

掺杂的第二介质层，形成于第一介质层上方；其中，该第二介质层中的掺杂剂含有抑制Co产生界面迁移的杂质；

接触柱，以上下方式贯穿第二介质层和第一介质层；其中，该接触柱由Co材料所形成；

盖帽层，形成于接触柱顶部上方且覆盖该接触柱顶部和第二介质层上方。

本发明解决第三个技术问题所采用的技术方案为：CMOS器件，其特征在于，具有所述的晶体管接触柱结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在该发明的晶体管接触柱结构制造方法中，通过在衬底上形成第一介质层，并在第一介质层上形成掺杂的第二介质层，且令第二介质层中掺杂含有抑制Co产生界面迁移的杂质，并且在接触柱的上方形成盖帽层的过程中，第二介质层中的掺杂剂在盖帽层形成期间抑制了Co沿其上表面的迁移(例如，预热，沉积)。当然，由于Co相比W具有更小的电阻率，Co在同样的接触柱体积下具有更小的电阻，从而可以减小电阻-电容(RC)延迟，降低工艺难度。同时，通过第一介质层和第二介质层这样的双介质层解决了Co材质接触柱的Co迁移问题，提高了接触柱的良率和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中的晶体管接触柱结构制造方法流程示意图；

图2为衬底上形成第一介质层时的示意图；

图3为第一介质层上形成掺杂的第二介质层时的示意图；

图4为对第二介质层和第一介质层进行刻蚀，得到开口时的示意图；

图5为在开口内填充Co材料，得到接触柱时的示意图；

图6为本发明实施例中得到的晶体管接触柱结构示意图；

图7为本发明实施例中的CMOS器件的横截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例提供一种避免界面迁移的晶体管接触柱结构制造方法。具体地，参见图1所示，该实施例的晶体管接触柱结构制造方法包括如下步骤S1～S5：

步骤S1，在衬底1上形成第一介质层2；其中，此处的衬底1为硅衬底，第一介质层2为通过诸如等离子体增强化学气相沉积过程或TEO沉积过程或高密度等离子体沉积过程或低温沉积过程形成的SiO

步骤S2，在第一介质层2上形成掺杂的第二介质层3；其中，该第二介质层3中的掺杂剂含有抑制Co产生界面迁移的杂质；其中，第二介质层3中的掺杂剂至少含有C元素与N元素中的一种，按原子浓度计算，掺杂剂在第二介质层中的掺杂水平在10％到50％之间；第二介质层3的掺杂剂可以包括C或者N或者C与N这两者都包括，当然，根据需要，第二介质层3也可以是SiCOH、多孔SiCOH、多孔SiNCH或SiN；该步骤S2执行后的情况参见图3所示；

步骤S3，对第二介质层3和第一介质层2进行刻蚀，形成贯穿第二介质层和第一介质层的开口L；其中，开口L的宽度和深度可以根据需要做出调整，形成开口L后的情况参见图4所示；在该步骤S3中，刻蚀方法可采用常规的刻蚀即可；

步骤S4，在开口L内填充Co材料，得到Co材质的接触柱4；其中，该步骤S2执行后的情况参见图5所示；需要说明的是，此处可以以沉积的方式将Co材料填充到开口L内，以形成Co材质的接触柱4；

步骤S5，在接触柱4顶部上方以沉积方式形成覆盖该接触柱4顶部和第二介质层3上方的盖帽层5。其中，此处的盖帽层5可以是SiCN层或SiCN/SiCN双层。其中，形成完盖帽层后的晶体管接触柱结构参见图6所示。

在该实施例的晶体管接触柱结构制造过程中，通过令第二介质层中掺杂含有抑制Co产生界面迁移的杂质，并且在接触柱的上方形成盖帽层的过程中，第二介质层中的掺杂剂在盖帽层形成期间抑制了Co沿其上表面的迁移(例如，预热，沉积)。由于Co相比W具有更小的电阻率，Co在同样的接触柱体积下具有更小的电阻，从而可以减小电阻-电容(RC)延迟，降低工艺难度。同时，通过在第一介质层2上形成掺杂的第二介质层3，第二介质层3中的掺杂剂在盖帽层形成期间抑制了Co沿其上表面的迁移，提高了接触柱的良率和可靠性。

当然，在刻蚀第一介质层和第二介质层的过程中，还可以根据需要，通过在第二介质层3上方形成图案硬掩模(图中未示出)，且通过该图案硬掩模对第二介质层3和第一介质层2进行刻蚀。另外，在通过利用图案硬掩模对第二介质层和第一介质层进行刻蚀，且得到所述接触柱后，还优选将该图案硬掩模从第二介质层上方去除。并且，在去除图案硬掩模后，对位于接触柱4上且高出第二介质层3上表面的部分做平坦化处理。

另外，也可以根据实际的制造需要，在开口L内填充Co材料之前，在该开口L中形成屏障堆叠层(图中未示出)。此处屏障堆叠层的材料可包括Ti/TiN或Ta/TaN或Ta/Ra或Ta/Co或Ru/Co等。

该实施例还提供了一种利用上述晶体管接触柱结构制造方法得到的晶体管接触柱结构。具体地，参见图6所示，该实施例的的晶体管接触柱结构包括：

衬底1；

第一介质层2，形成于衬底1上方；

掺杂的第二介质层3，形成于第一介质层2上方；其中，该第二介质层3中的掺杂剂含有抑制Co产生界面迁移的杂质；

接触柱4，以上下方式贯穿第二介质层3和第一介质层2；其中，该接触柱4由Co材料所形成；

盖帽层5，形成于接触柱顶部4上方且覆盖该接触柱4顶部和第二介质层3上方。

该实施例还提供了一种CMOS器件。参见图7所示，该实施例的CMOS器具有上述的晶体管接触柱结构。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。