一种金属互连半导体器件的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种金属互连半导体器件的制备方法。

背景技术

随着半导体器件关键尺寸不断缩小，如缩小至7nm、5nm，中段金属互连电阻变得尤为重要。device-design-point(DDP)需要开门电阻RON≈200-400Ω-μm，并且RC≤RON/10。7nm节点的接触式多晶间距CPP＝48nm，传统材料ρC约为2×10-9，已经不能满足设计需求。当CPP微缩到40nm其要求更高，要求ρC约为8×10-10Ω-cm2。节点在7nm、5nm的中段金属接触引入新材料Co以满足器件需要。

工艺复杂程度倍增，工艺整合流程也变的异常复杂，整个研发成本及研发周期倍增。工艺开发过程，更易产生工艺缺陷诸如：金属层M0与接触孔CT的CD覆盖层(overlayer)的变化变大，工艺整合兼容性差，金属层与有源区(M0A)工艺窗口变窄等一系列整合问题。因此，需要优化工艺及流程解进一步减少相关工艺步骤以达到节约研发成本缩短研发周期并解决整合工艺过程中产生的缺陷。

发明内容

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金属互连半导体器件的制备方法，用于解决现有技术中中段金属接触孔CD拓宽导致Co填充残留以及工艺过程复杂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种金属互连半导体器件的制备方法，至少包括：

步骤一、提供半导体结构，所述半导体结构至少包括：外延区和栅极结构；所述半导体结构上形成有SiN层，所述SiN层上形成有氧化层；在所述氧化层上形成硬掩膜层；

步骤二、刻蚀所述硬掩膜层、氧化层、SiN层以及所述半导体结构，形成将所述外延区上表面暴露的有源区沟槽；所述硬掩膜层为刻蚀停止层；

步骤三、沉积一层覆盖所述有源区沟槽表面以及覆盖所述硬掩膜层表面的薄型SiN层；

步骤四、对所述外延区进行离子注入；

步骤五、刻蚀去除所述硬掩膜层表面的薄型SiN层；

步骤六、刻蚀去除所述硬掩膜层；

步骤七、刻蚀所述氧化层和所述SiN层，形成暴露所述栅极结构上表面的栅极沟槽；

步骤八、形成覆盖所述有源区沟槽和所述栅极沟槽的种子层；

步骤九、在所述有源区沟槽内和所述栅极沟槽内通过ECP工艺电镀Co；

步骤十、对电镀Co后的所述半导体结构上表面进行表面平坦化。

优选地，步骤一中的所述硬掩膜层为AlN层或AlN和AlO的复合层。

优选地，步骤一中的所述硬掩膜层的厚度为

优选地，步骤一中的所述外延区包括有源区的源漏结构以及SiGe结构或SiP结构。

优选地，步骤一中的所述硬掩膜层上还设有氧化硅硬掩膜；步骤二中刻蚀形成所述有源区沟槽的方法包括：首先利用光刻形成所述有源区沟槽的图案；之后依照所述有源区沟槽的图案依次刻蚀所述氧化硅硬掩膜、所述硬掩膜层、氧化层、SiN层以及所述半导体结构，形成将所述外延区上表面暴露的有源区沟槽，所述硬掩膜层为刻蚀停止层。

优选地，步骤六中采用湿法刻蚀去除所述硬掩膜层。

优选地，步骤七中通过光刻形成栅极沟槽的图案，之后依照所述栅极沟槽的图案依次刻蚀所述氧化层和所述SiN层，形成暴露所述栅极结构上表面的栅极沟槽。

优选地，步骤八中采用沉积法形成所述种子层，所述种子层为Co。

如上所述，本发明的金属互连半导体器件的制备方法，具有以下有益效果：本发明降低7nm及以下技术节点中段金属互连电阻，及制程整合过程中工艺技术难点问题。优化整个器件中段金属互连工艺整合。本发明引入新材料连接有源区的金属层材料AlN或AlN与AlO的复合层作为连接有源区的金属层的硬掩膜；该硬掩膜的去除工艺在SiN薄层去除之后，用SiN薄层湿法去除工艺一同去除以达到减少工艺步骤，降级工艺难度的目的进而缩短研发周期。

附图说明

图1显示为本发明中形成有源区沟槽后的结构示意图；

图2显示为本发明中形成薄型SiN层后的结构示意图；

图3显示为本发明中对外延区进行离子注入的结构示意图；

图4显示为本发明中去除薄型SiN层后的结构示意图；

图5显示为本发明中去除硬掩膜层后的结构示意图；

图6显示为本发明中在有源区沟槽中形成种子层并电镀Co后的结构示意图；

图7显示为本发明的金属互连半导体器件的制备方法流程图。

具体实施方式

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。

请参阅图1至图7。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。

本发明提供一种金属互连半导体器件的制备方法，如图7所示，图7显示为本发明的金属互连半导体器件的制备方法流程图，该方法至少包括以下步骤：

步骤一、提供半导体结构，所述半导体结构至少包括：外延区和栅极结构；所述半导体结构上形成有SiN层，所述SiN层上形成有氧化层；在所述氧化层上形成硬掩膜层；

本发明进一步地，本实施例的步骤一中的所述硬掩膜层为AlN层或AlN和AlO的复合层。进一步地，本实施例的步骤一中的所述硬掩膜层的厚度为

本发明进一步地，本实施例的步骤一中的所述外延区包括有源区的源漏结构以及SiGe结构或SiP结构。进一步地，本实施例的步骤一中的所述硬掩膜层上还设有氧化硅硬掩膜；步骤二中刻蚀形成所述有源区沟槽的方法包括：首先利用光刻形成所述有源区沟槽的图案；之后依照所述有源区沟槽的图案依次刻蚀所述氧化硅硬掩膜、所述硬掩膜层、氧化层、SiN层以及所述半导体结构，形成将所述外延区上表面暴露的有源区沟槽，所述硬掩膜层为刻蚀停止层。

如图1所示，图1显示为本发明中形成有源区沟槽后的结构示意图，该步骤一所述半导体结构至少包括：外延区和栅极结构；所述半导体结构01上形成有SiN层04，所述SiN层04上形成有氧化层05；在所述氧化层05上形成硬掩膜层06；

本发明进一步地，本实施例的步骤一中的所述硬掩膜层06为AlN层或AlN和AlO的复合层。进一步地，本实施例的步骤一中的所述硬掩膜层06的厚度为

本发明进一步地，本实施例的步骤一中的所述外延区包括有源区的源漏结构03以及SiGe结构或SiP结构(02)。进一步地，本实施例的步骤一中的所述硬掩膜层06上还设有氧化硅硬掩膜(图1未示出)。

步骤二、刻蚀所述硬掩膜层、氧化层、SiN层以及所述半导体结构，形成将所述外延区上表面暴露的有源区沟槽；所述硬掩膜层为刻蚀停止层；

本发明进一步地，本实施例的步骤二中刻蚀形成所述有源区沟槽的方法包括：首先利用光刻形成所述有源区沟槽的图案；之后依照所述有源区沟槽的图案依次刻蚀所述氧化硅硬掩膜、所述硬掩膜层、氧化层、SiN层以及所述半导体结构，形成将所述外延区上表面暴露的有源区沟槽，所述硬掩膜层为刻蚀停止层。

如图1所示，该步骤二刻蚀所述硬掩膜层06、氧化层05、SiN层04以及所述半导体结构01，形成将所述外延区上表面暴露的有源区沟槽07；所述硬掩膜层06为刻蚀停止层；本实施例的步骤二中刻蚀形成所述有源区沟槽07的方法包括：首先利用光刻形成所述有源区沟槽的图案；之后依照所述有源区沟槽的图案依次刻蚀所述氧化硅硬掩膜、所述硬掩膜层06、氧化层05、SiN层04以及所述半导体结构01，形成将所述外延区上表面暴露的有源区沟槽07，所述硬掩膜层06为刻蚀停止层。

步骤三、沉积一层覆盖所述有源区沟槽表面以及覆盖所述硬掩膜层表面的薄型SiN层；如图2所示，图2显示为本发明中形成薄型SiN层后的结构示意图。该步骤三沉积一层覆盖所述有源区沟槽07表面以及覆盖所述硬掩膜层06表面的薄型SiN层08。

步骤四、对所述外延区进行离子注入；如图3所示，图3显示为本发明中对外延区进行离子注入的结构示意图。

步骤五、刻蚀去除所述硬掩膜层表面的薄型SiN层；如图4所示，图4显示为本发明中去除薄型SiN层后的结构示意图。该步骤五中采用刻蚀法将所述硬掩膜层06上表面的所述薄型SiN层08去除。

步骤六、刻蚀去除所述硬掩膜层；如图5所示，图5显示为本发明中去除硬掩膜层后的结构示意图，该步骤六中刻蚀将所述氧化层05上表面的所述硬掩膜层06去除。

进一步地，本实施例中的步骤六中采用湿法刻蚀去除所述硬掩膜层06。

步骤七、刻蚀所述氧化层和所述SiN层，形成暴露所述栅极结构上表面的栅极沟槽；

本发明进一步地，本实施例的步骤七中通过光刻形成栅极沟槽的图案，之后依照所述栅极沟槽的图案依次刻蚀所述氧化层和所述SiN层，形成暴露所述栅极结构上表面的栅极沟槽。本发明的图5、图6未示出形成栅极沟槽的结构。

步骤八、形成覆盖所述有源区沟槽和所述栅极沟槽的种子层；如图6所示，图6显示为本发明中在有源区沟槽中形成种子层并电镀Co后的结构示意图。该步骤八形成覆盖所述有源区沟槽和所述栅极沟槽的种子层09。

本发明进一步地，本实施例的步骤八中采用沉积法形成所述种子层09，所述种子层09为Co。

步骤九、在所述有源区沟槽内和所述栅极沟槽内通过ECP工艺电镀Co；如图6所示，该步骤九在所述有源区沟槽内和所述栅极沟槽内通过ECP工艺电镀Co(10)。

步骤十、对电镀Co后的所述半导体结构上表面进行表面平坦化。图6中的所述半导体结构的上表面已经过平坦化处理，本实施例中采用化学机械研磨法进行平坦化处理。

综上所述，本发明降低7nm及以下技术节点中段金属互连电阻，及制程整合过程中工艺技术难点问题。优化整个器件中段金属互连工艺整合。本发明引入新材料连接有源区的金属层材料AlN或AlN与AlO的复合层作为连接有源区的金属层的硬掩膜；该硬掩膜的去除工艺在SiN薄层去除之后，用SiN薄层湿法去除工艺一同去除以达到减少工艺步骤，降级工艺难度的目的进而缩短研发周期。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。

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。