專利名稱：一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的發(fā)展，具有更高性能和更強(qiáng)功能的集成電路要求更大的元件密度，而且各個(gè)部件、元件之間或各個(gè)元件自身的尺寸、大小和空間也需要進(jìn)一步縮小，相應(yīng)地，源/漏區(qū)與金屬電極相接觸的面積也被縮小，這種縮小的接觸面積導(dǎo)致接觸電阻的顯著增加。如圖9中所示，在現(xiàn)有技術(shù)美國專利申請US2010/010904A1中提出一種降低源/ 漏區(qū)接觸電阻的方法，該方法的步驟如下
刻蝕源/漏區(qū)116上方的第一介質(zhì)層110，形成倒錐形的接觸孔130，暴露出源/漏區(qū)
116 ；
采用離子注入的方式，通過接觸孔對源/漏區(qū)116進(jìn)行預(yù)非晶化處理，形成局部非晶硅區(qū)域114 ；
用硼對源/漏區(qū)進(jìn)行摻雜離子注入； 然后在接觸孔底部非晶化的區(qū)域鍍上一層金屬；
執(zhí)行退火使得金屬與非晶硅接觸的部分發(fā)生反應(yīng)形成金屬硅化物層124，而金屬硅化物下層還殘余有未發(fā)生反應(yīng)的非晶硅；
接著除去未發(fā)生硅化的多余的金屬，并填充金屬電極。由于在源/漏區(qū)與金屬電極之間存在金屬硅化物與非晶硅層的過渡能夠有效地降低源/漏區(qū)與金屬電極之間的電阻率，進(jìn)而減小接觸電阻。但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)工藝中，隨著器件尺寸減小，接觸孔底部面積仍然隨之減小，接觸電阻減小的程度有限。為了進(jìn)一步提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能，需要增大接觸孔底部面積，以便于形成更大的接觸面積從而進(jìn)一步減小接觸電阻。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，在制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的過程中可增大接觸塞與源/漏區(qū)的接觸面積，以減少接觸電阻。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括
a)提供包括源/漏區(qū)的襯底，在所述襯底之上形成柵極堆疊在所述襯底之上形成覆蓋所述源/漏區(qū)和柵極堆疊的第一介質(zhì)層；
b)在所述第一介質(zhì)層之上或者在所述第一介質(zhì)層和所述柵極堆疊之上形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層的材料與所述第一介質(zhì)層的材料不同；
c)刻蝕所述第二介質(zhì)層，以形成到達(dá)所述第一介質(zhì)層的第一接觸孔；
d)通過所述第一接觸孔刻蝕所述第一介質(zhì)層形成到達(dá)所述源/漏區(qū)第二接觸孔，所述第二接觸孔的截面面積大于所述第一接觸孔的截面面積；
e )在以導(dǎo)電材料填充所述第一接觸孔和所述第二接觸孔后，平坦化所述導(dǎo)電材料以暴露所述第二介質(zhì)層，以形成接觸塞，使嵌于所述第二介質(zhì)層中的所述接觸塞的截面面積小于嵌于所述第一介質(zhì)層中的所述接觸塞的截面面積。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底、柵極堆疊、第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和接觸塞，其中
所述源/漏區(qū)嵌于所述襯底中； 所述柵極堆疊形成在所述襯底之上；
所述第一介質(zhì)層覆蓋所述源/漏區(qū)，所述第二介質(zhì)層覆蓋所述第一介質(zhì)層或者所述第一介質(zhì)層和所述柵極堆疊；
所述接觸塞嵌于所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層中，嵌于所述第二介質(zhì)層中的所述接觸塞的截面面積小于嵌于所述第一介質(zhì)層中的所述接觸塞的截面面積。采用本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，通過使第二接觸孔的橫截面積大于第一接觸孔的橫截面積，可形成接觸區(qū)較大的接觸塞，減小了接觸塞與源/漏區(qū)的接觸電阻；此外，在形成接觸塞時(shí)，在柵極上覆蓋了第二介質(zhì)層，利于減少由于接觸孔定位不準(zhǔn)并過刻蝕導(dǎo)致的柵極堆疊和源漏極之間發(fā)生短路的可能性。


通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯
圖1是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式
的流程圖； 圖2至圖8是根據(jù)圖1示出的方法制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)過程中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在各個(gè)制造階段的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；以及
圖9是美國專利申請US2010/010904A1中提出一種降低源/漏區(qū)接觸電阻的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。 附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)描述。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此夕卜，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。下面首先對本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行概述，請參考圖7和圖8，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底100、柵極堆疊、側(cè)墻400 (本文件中僅明示包含側(cè)墻400的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示例，但在其他實(shí)施例中，也可不包含側(cè)墻400)、第一介質(zhì)層300、第二介質(zhì)層500和接觸塞800，其中
所述源/漏區(qū)230形成于所述襯底100中；
所述柵極堆疊形成在所述襯底100之上，所述側(cè)墻400形成在所述柵極堆疊的側(cè)壁
上；
所述第一介質(zhì)層300覆蓋所述源/漏區(qū)230，所述第二介質(zhì)層500覆蓋所述第一介質(zhì)層 300或者所述第一介質(zhì)層300和所述柵極堆疊；
所述接觸塞800嵌于所述第一介質(zhì)層300和所述第二介質(zhì)層500中，嵌于所述第二介質(zhì)層500中的所述接觸塞800的截面面積小于嵌于所述第一介質(zhì)層300中的所述接觸塞 800的截面面積。具體地，所述柵極堆疊包括柵金屬210和柵極介質(zhì)層220，接觸塞800的材料是W、Al、TiAl合金或其組合?？蛇x地，所述接觸塞800與所述源/漏區(qū)230之間具有接觸層700，所述接觸層700 接于所述源/漏區(qū)230，特別地，所述接觸層700可只夾于所述接觸塞800與所述源/漏區(qū) 230之間，以襯底100是硅襯底來舉例，接觸層700可以是硅化鎳、硅化鈦、硅化鈷或硅化銅等金屬硅化物。此外，所述第一接觸孔510的側(cè)壁和/或所述第二接觸孔310的側(cè)壁具有襯層，所述接觸塞800與所述源/漏區(qū)230之間具有襯層(所述襯層在圖中未示出，該襯層的材料可以是Ti、TiN, Ta、TaN, Ru或其組合，接觸塞800通過該襯層和源/漏區(qū)230形成電連接)。在本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式
中，源/漏區(qū)230為提升源/漏區(qū)(即源漏區(qū)230的頂部外延并高出所述柵極堆疊底部)，則第二接觸孔310延伸到源/漏區(qū)230內(nèi)部與所述柵極堆疊底部齊平的位置處(本文內(nèi)，術(shù)語“齊平”或“共面”意指兩者之間的高度差在工藝誤差允許的范圍內(nèi))。當(dāng)然在另一些具體實(shí)施方式
中，源/漏區(qū)230不是提升源/漏區(qū)，第二接觸孔310的底部與所述柵極堆疊的底部齊平。所述接觸層700與所述源/漏區(qū)230之間還可存在共形的非晶化物層。所述“共形”是指非晶化物層厚度均勻并與第二接觸孔230 底部和側(cè)壁的形狀一致?？蛇x地，在本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式
中，第一介質(zhì)層300的材料是氟硅玻璃、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、無摻雜氧化硅玻璃、氮氧化硅、低k材料或其組合(如，第一介質(zhì)層300 可具有多層結(jié)構(gòu)，相鄰的兩層材料不同)。第二介質(zhì)層500材料的選取范圍同第一介質(zhì)層 300，不再贅述。優(yōu)選地，第二介質(zhì)層500的材料是SiN。在其他一些具體實(shí)施方式
中，第一介質(zhì)層也可和第二介質(zhì)層的材料相同。下文對該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法進(jìn)行闡述。請參考圖1，該方法包括
步驟S100，提供包括源/漏區(qū)230的襯底100，在所述襯底之上形成柵極堆疊，所述柵極堆疊包括柵極介質(zhì)層和金屬柵層，在所述柵極堆疊的側(cè)壁形成側(cè)墻。步驟S101，在襯底上形成覆蓋源/漏區(qū)和柵極堆疊的第一介質(zhì)層；步驟S102，在第一介質(zhì)層之上或所述第一介質(zhì)層和所述柵極堆疊之上形成第二介質(zhì)層，該第二介質(zhì)層的材料與所述第一介質(zhì)層的材料不同；
步驟S103，刻蝕第二介質(zhì)層以形成到達(dá)所述第一介質(zhì)層的第一接觸孔； 步驟S104，通過所述第一接觸孔510刻蝕所述第一介質(zhì)層300形成到達(dá)所述源/漏區(qū) 230第二接觸孔310，所述第二接觸孔310的截面面積大于所述第一接觸孔510的截面面積；
步驟S105，在以導(dǎo)電材料填充所述第一接觸孔510和所述第二接觸孔310后，平坦化所述導(dǎo)電材料以暴露所述第二介質(zhì)層500，以形成接觸塞800，使嵌于所述第二介質(zhì)層500中的所述接觸塞800的截面面積小于嵌于所述第一介質(zhì)層300中的所述接觸塞800的截面面積。下面結(jié)合圖2至圖8對步驟SlOO至步驟S105進(jìn)行說明。需要說明的是，本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的附圖僅是為了示意的目的，因此沒有必要按比例繪制。需要指出的是，在步驟 SlOO之后，已經(jīng)形成半導(dǎo)體器件，參考圖2，其中該半導(dǎo)體器件包括襯底100、襯底100內(nèi)形成的源/漏區(qū)230、襯底100上形成的柵極堆疊、在柵極區(qū)側(cè)壁處形成的側(cè)墻400。在本實(shí)施例中，襯底100包括硅襯底(例如晶片)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計(jì)要求 (例如P型襯底或者N型襯底)，襯底100可以包括各種摻雜配置。其他實(shí)施例中襯底100 還可以包括其他基本半導(dǎo)體，例如鍺?；蛘撸r底100可以包括化合物半導(dǎo)體，例如碳化硅、 砷化鎵、砷化銦或者磷化銦。典型地，襯底100的厚度可以是但不限于約幾百微米，例如可以在400 μ m -800 μ m的厚度范圍內(nèi)。源/漏區(qū)230可以通過向襯底100中注入P型或N型摻雜物或雜質(zhì)而形成，例如， 對于PMOS來說，源/漏區(qū)230可以是P型摻雜的SiGe，對于NMOS來說，源/漏區(qū)230可以是N型摻雜的Si。源/漏區(qū)230可以由包括光刻以及離子注入、擴(kuò)散和/或其他合適工藝的方法形成。在本實(shí)施例中，源/漏區(qū)230在襯底100內(nèi)部，在其他一些實(shí)施例中，源/漏區(qū)230可以是通過選擇性外延生長所形成的提升的源漏極結(jié)構(gòu)，其外延部分的頂部高于柵極堆疊底部?？蛇x地，在執(zhí)行步驟SlOO時(shí)，形成柵極堆疊，在前柵工藝(gate first)中，柵極堆疊包括柵極和承載柵極的柵介質(zhì)層220 ；在后柵工藝(gate last)中，柵極堆疊包括偽柵和承載偽柵的柵介質(zhì)層220。特別地，在柵極堆疊的側(cè)壁上形成側(cè)墻400，用于將柵極隔開。側(cè)墻400可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅和/或其他合適的材料形成。側(cè)墻400可以具有多層結(jié)構(gòu)。側(cè)墻400可以通過沉積-刻蝕工藝形成，其厚度范圍大約是lOnm-lOOnm。參考圖1和圖2，執(zhí)行步驟S101，在襯底100上形成覆蓋所述源/漏區(qū)230、柵極堆疊、側(cè)墻400的第一介質(zhì)層300 (如圖所示，柵極堆疊之間也被第一介質(zhì)層300填充)。第一介質(zhì)層300可以通過化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition，CVD)、高密度等離子體CVD或其他合適的方法形成在襯底100上。第一介質(zhì)層300的材料可以包括氟硅玻璃、 BPSG (硼磷硅玻璃)、PSG (磷硅玻璃)、USG (無摻雜氧化硅玻璃)、氮氧化硅、低k材料或其組合(如，第一介質(zhì)層300可具有多層結(jié)構(gòu)，相鄰的兩層材料不同)。后續(xù)第二介質(zhì)層500材料的選取范圍同第一介質(zhì)層300，不再贅述。第一介質(zhì)層300的厚度范圍大約是40nm-150nm。在本實(shí)施例中，對該第一介質(zhì)層300和柵極堆疊進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光 (Chemical-mechanical polish, CMP)的平坦化處理，如圖2所示，使得該柵極堆疊的上表面與所述第一介質(zhì)層300上表面共面，并露出所述柵極堆疊頂部和側(cè)墻400。當(dāng)所述柵極堆疊包括偽柵極的情況下，可以執(zhí)行替代柵工藝。具體來說，首先除去偽柵極，再在去除偽柵極后形成的凹槽中沉積金屬柵層，再對金屬柵層進(jìn)行平坦化處理，使其頂部與第一介質(zhì)層300 共面。所述柵極介質(zhì)層220位于襯底100上，其可以是熱氧化層，包括氧化硅、氮氧化硅， 也可為沉積而成的高 K 介質(zhì)，例如 Hf02、HfSiO、HfSiON、HfTaO, HfTiO, HfZrO, A1203、La2O3, ZrO2或LaAW中的一種或其組合，柵極介質(zhì)層220的厚度大約為lnm-3nm。通過沉積例如 TaC, TiN, TaTbN, TaErN, TaYbN, TaSiN, HfSiN, MoSiN, RuTax, NiTgix 來在所述柵極介質(zhì)層220上形成功函數(shù)金屬層(即柵金屬210)，其厚度大約為10nm-20nm。本實(shí)施例中，第一介質(zhì)層300的上表面與柵金屬210的上表面齊平；在其他實(shí)施例中，第一介質(zhì)層300的上表面可高于柵金屬210的上表面。對于第一介質(zhì)層300的上表面可高于柵金屬210的上表面的實(shí)施例，需在后續(xù)形成嵌于第一介質(zhì)層300中的第二接觸孔時(shí)，控制工藝，使覆蓋柵金屬210的第一介質(zhì)層300不被去除即可。參考圖1和圖3，執(zhí)行步驟S102，形成第二介質(zhì)層500。第二介質(zhì)層500可以通過化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition，CVD)、ALD (原子層淀積)、等離子體增強(qiáng)原子層淀積(PEALD)、脈沖激光沉積(PLD)或其他合適的方法形成在第一介質(zhì)層300之上，或第一介質(zhì)層300和柵極堆疊之上。優(yōu)選地，第二介質(zhì)層500的材料可以是SiN。此處需要說明的是，第二介質(zhì)層500和第一介質(zhì)層300選擇不同的材料是為了進(jìn)行選擇性刻蝕，在刻蝕第一介質(zhì)層300時(shí)減小對第二介質(zhì)層500覆蓋的區(qū)域的損傷。接下來執(zhí)行步驟S103，刻蝕第二介質(zhì)層以形成第一接觸孔。參考圖1、圖4和圖5， 首先在第二介質(zhì)層500上覆蓋一層光刻膠層600，對該光刻膠層600進(jìn)行曝光構(gòu)圖，形成小孔，該小孔的位置在源/漏區(qū)230上方，對應(yīng)要形成所述第一接觸孔510的位置。如圖5所示，使用光刻法對第二介質(zhì)層500進(jìn)行選擇性刻蝕并停止于第一介質(zhì)層300上，以形成第一接觸孔510，優(yōu)選地，本實(shí)例中使用各向異性刻蝕。在本實(shí)施例中，可以使用包括但不限于干式刻蝕或濕式刻蝕等工藝形成第一接觸孔510。如圖5所示，第一接觸孔510形成后，使第二介質(zhì)層500下方的第一介質(zhì)層300暴露，因此可以進(jìn)行下一步驟S104的處理。執(zhí)行步驟S104，刻蝕第一介質(zhì)層以形成第二接觸孔。結(jié)合圖1和圖6參考，通過第一接觸孔510，可以選擇性地刻蝕第一介質(zhì)層300以形成第二接觸孔310。具體地，該第二接觸孔310的刻蝕方式可以為干式刻蝕、濕式刻蝕或根據(jù)制造需要選擇合適的刻蝕方式。第二接觸孔310形成后，使襯底100中的源/漏區(qū)230暴露，便于進(jìn)行下一步驟S105的處理。 在本實(shí)施例中，也可先進(jìn)行各向異性刻蝕工藝刻蝕部分第一介質(zhì)層300，形成孔徑與第一接觸孔510基本相等的小孔，然后使用各向同性刻蝕工藝擴(kuò)大所述小孔，形成截面面積大于第一接觸孔510的第二接觸孔310。在其他的一些實(shí)施例中，可以選擇合適的刻蝕方法形成第二接觸孔310，例如直接采用各向同性刻蝕(如干法刻蝕或濕法刻蝕)工藝形成第二接觸孔510，使第二接觸孔310的內(nèi)徑或截面面積大于第一接觸孔510的內(nèi)徑或截面面積即可。 所形成的第二接觸孔310不一定具有上下均勻的內(nèi)徑，由于第二接觸孔310上端受到蝕刻的時(shí)間比下端受蝕刻的時(shí)間長，因此所形成的與源/漏區(qū)230接觸的第二接觸孔310下端內(nèi)徑或截面面積可能比上端的內(nèi)徑或截面面積要小，但是需要保證與源/漏區(qū)230相接觸的第二接觸孔310的下端內(nèi)徑或截面面積大于第一接觸孔510的內(nèi)徑或截面面積。由于柵極堆疊被第二介質(zhì)層500和側(cè)墻400所保護(hù)，因此即使在形成第二接觸孔310時(shí)進(jìn)行過刻蝕也不易導(dǎo)致柵極與源漏極的短路。第二接觸孔310底部與源/漏區(qū)230接觸面積的增大可以有效地降低接觸電阻。如果源/漏區(qū)230是通過選擇性外延生長所形成的提升的源漏極結(jié)構(gòu)，其外延部分的頂部高于柵極堆疊底部，則第二接觸孔310可以形成到源/漏區(qū)230內(nèi)部與柵極堆疊底部齊平的位置為止，這樣當(dāng)在第二接觸孔310內(nèi)形成接觸塞800時(shí)，該接觸塞800可以通過第二接觸孔310的部分側(cè)壁和底部與源/漏區(qū)230接觸，從而進(jìn)一步增加接觸面積和降低接觸電阻。可選地，在執(zhí)行步驟S104后，在暴露的源/漏區(qū)230上形成接觸層700 (例如對于硅襯底來說，接觸層700是金屬硅化物)。參考圖7，第二接觸孔310的下部是暴露的源/ 漏區(qū)230，在該源/漏區(qū)230上沉積金屬，進(jìn)行退火處理后形成接觸層700。具體地，首先， 通過第二接觸孔310，采用離子注入、沉積非晶化物或者原位摻雜生長的方式，對暴露的源 /漏區(qū)進(jìn)行預(yù)非晶化處理，形成局部非晶區(qū)域。由于離子注入方法容易導(dǎo)致末端缺陷，因此在本發(fā)明中優(yōu)選使用沉積非晶化物或者原位摻雜生長方式來形成非晶化物。然后利用金屬濺鍍方式或化學(xué)氣相沉積法，在該非晶區(qū)域上形成的金屬層，優(yōu)選地，該金屬可以是鎳。該金屬也可以是其他可行的金屬，例如Ti或Co等。隨后對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火，在其他的實(shí)施例中可以采用其他的退火工藝，如快速熱退火、尖峰退火等。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通常采用瞬間退火工藝對器件進(jìn)行退火，例如在大約1000°C以上的溫度進(jìn)行微秒級激光退火， 使所述沉積的金屬與該源/漏區(qū)230內(nèi)形成的非晶化物發(fā)生反應(yīng)形成接觸層700，根據(jù)沉積的金屬層不同，該接觸層700可以是硅化鎳、硅化鈦、硅化鈷或硅化銅或其他金屬硅化物 (以硅襯底為例)。最后可以選用化學(xué)刻蝕的方法除去未反應(yīng)的沉積的所述金屬。所述非晶化物可以是非晶硅、非晶化硅鍺或者非晶化硅碳中的一種。形成金屬硅化物700的好處是可以減小接觸塞800與源/漏區(qū)230之間的電阻率，進(jìn)一步降低接觸電阻。在去除未反應(yīng)的金屬層時(shí)，柵極上形成有第二介質(zhì)層500，減小了對柵極的損傷。結(jié)合圖1和圖8，執(zhí)行步驟S105，在第一接觸孔510和第二接觸孔310內(nèi)填充導(dǎo)電材料(如金屬)。如圖8所示，在第一接觸孔510和第二接觸孔310內(nèi)通過沉積的方式形成接觸塞800，接觸塞800填充在第一接觸孔510和第二接觸孔310內(nèi)部，接觸塞800可通過在襯底100中暴露的源/漏區(qū)230上形成的接觸層700 (例如金屬硅化物)與襯底100中暴露的源/漏區(qū)230形成電連接，并且經(jīng)第一接觸孔510貫穿所述第二介質(zhì)層500并露出的上部分。優(yōu)選地，接觸塞800的材料為W。當(dāng)然根據(jù)半導(dǎo)體的制造需要，接觸塞800的材料可以是W、Al、TiAl合金中任一種或其組合。在填充接觸塞800之前，可以在第一接觸孔 510的側(cè)壁和第二接觸孔310的側(cè)壁以及底部形成襯層(未在圖中示出)，該襯層可以通過 ALD、CVD、PVD等沉積工藝形成，該襯層的材料可以是Ti、TiN、Ta、TaN, Ru或其組合?？蛇x地，在步驟S105執(zhí)行后，在本實(shí)施例中，對第二介質(zhì)層500和接觸塞800進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical-mechanical polish, CMP)處理，如圖8所示，使所述第二介質(zhì)層 500的上表面與所述接觸塞800共面，并露出所述接觸塞800?？蛇x地，根據(jù)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造需求，可以通過光刻工藝在該第二介質(zhì)層500上對應(yīng)于接著柵極堆疊的位置形成柵極接觸孔然后在該接觸孔中沉積接觸金屬形成接觸塞； 接著可以在本實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成金屬互聯(lián)層，該金屬互聯(lián)層的布置方式用于有選擇地連接所述柵極堆疊處的接觸塞或所述源/漏區(qū)230處的接觸塞800，形成不同的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)滿足不同的制造需求。實(shí)施本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，通過在第一介質(zhì)層300上覆蓋第二介質(zhì)層500，先在第二介質(zhì)層500中形成內(nèi)徑較小的第一接觸孔510，再刻蝕第一介質(zhì)層300 形成內(nèi)徑較大的第二接觸孔310，最后在第一接觸孔510和第二接觸孔310內(nèi)部填充接觸塞 800。由于第二介質(zhì)層500和側(cè)墻400很好地將柵極堆疊保護(hù)起來，因此避免了現(xiàn)有技術(shù)中在刻蝕第一介質(zhì)層時(shí)由于過刻蝕導(dǎo)致的接觸塞與柵極短路的情況，由于連接源漏極的接觸塞800上部分露出面積較小，距離柵極較遠(yuǎn)，因此在后續(xù)形成柵極的接觸孔時(shí)容易避免柵極與源漏極的短路，并方便后續(xù)工藝的進(jìn)行。而金屬下部分與襯底100的接觸面積比較大， 整體減小了接觸塞與源/漏區(qū)之間的電阻，提高了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
10
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該方法包括a)提供包括源/漏區(qū)(230)的襯底(100)，在所述襯底之上形成柵極堆疊，在所述襯底 (100)之上形成覆蓋所述源/漏區(qū)(230)和柵極堆疊的第一介質(zhì)層(300)；b )在所述第一介質(zhì)層(300 )之上或者在所述第一介質(zhì)層(300 )和所述柵極堆疊之上形成第二介質(zhì)層(500)，所述第二介質(zhì)層(500)的材料與所述第一介質(zhì)層(300)的材料不同；c)刻蝕所述第二介質(zhì)層(500)，以形成到達(dá)所述第一介質(zhì)層(300)的第一接觸孔 (510)；d)通過所述第一接觸孔(510)刻蝕所述第一介質(zhì)層(300)形成到達(dá)所述源/漏區(qū)(230) 第二接觸孔(310)，所述第二接觸孔(310)的截面面積大于所述第一接觸孔(510)的截面面積；e)在以導(dǎo)電材料填充所述第一接觸孔(510)和所述第二接觸孔(310)后，平坦化所述導(dǎo)電材料以暴露所述第二介質(zhì)層(500)，以形成接觸塞(800)，使嵌于所述第二介質(zhì)層 (500)中的所述接觸塞(800)的截面面積小于嵌于所述第一介質(zhì)層(300)中的所述接觸塞 (800)的截面面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟d首先通過所述第一接觸孔 (510)采用各向異性蝕刻工藝形成第二接觸孔(310)，然后采用各向同性蝕刻工藝擴(kuò)大所述第二接觸孔(310)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二接觸孔(310)停止于所述源/ 漏區(qū)(230)的上表面或到達(dá)源/漏區(qū)(230)的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二接觸孔(310)延伸到所述源/漏區(qū)Q30)內(nèi)部時(shí)，所述第二接觸孔(310)的下端與所述柵極堆疊底部齊平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法在所述步驟d和所述步驟e之間還執(zhí)行步驟dl，該步驟dl包括在暴露的所述源/漏區(qū)(230)上形成金屬層；進(jìn)行退火，使得所述金屬層與承載所述金屬層的所述源/漏區(qū)(230)發(fā)生反應(yīng)形成接觸層；除去未發(fā)生反應(yīng)的金屬層，以形成接觸層(700)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述形成所述金屬層的步驟包括 采用離子注入、沉積非晶化物或者原位摻雜生長的方式，對暴露的所述源/漏區(qū)(230)進(jìn)行預(yù)非晶化處理，形成局部非晶區(qū)域； 在所述非晶區(qū)域上形成所述金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述金屬層的材料是Ni、Ti、Co、Cu或其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟e中在所述第一接觸孔(510)和所述第二接觸孔(310)內(nèi)填充所述接觸塞(800)前，步驟e還包括在所述第一接觸孔(510)的側(cè)壁和所述第二接觸孔(310)的側(cè)壁以及底部形成襯層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述襯層的材料是Ti、TiN、Ta、TaN、Ru或其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層(500)的材料是SiN。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述接觸塞(800)的材料是W、Al、TiAl合金或其組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層(300)的材料是氟硅玻璃、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、無摻雜氧化硅玻璃、氮氧化硅、低k材料或其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟e中填充所述接觸塞(800)后，該方法還包括除去所述第二介質(zhì)層(500)。
14.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底(100)、柵極堆疊、第一介質(zhì)層(300)、第二介質(zhì)層(500)和接觸塞(800)，其中所述源/漏區(qū)(230 )嵌于所述襯底(100 )中； 所述柵極堆疊形成在所述襯底(100)之上；所述第一介質(zhì)層(300 )覆蓋所述源/漏區(qū)(230 )，所述第二介質(zhì)層(500 )覆蓋所述第一介質(zhì)層(300 )或者所述第一介質(zhì)層(300 )和所述柵極堆疊；所述接觸塞(800 )嵌于所述第一介質(zhì)層(300 )和所述第二介質(zhì)層(500 )中，嵌于所述第二介質(zhì)層(500)中的所述接觸塞(800)的截面面積小于嵌于所述第一介質(zhì)層(300)中的所述接觸塞(800)的截面面積。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括接觸層(700 )，所述接觸層(700 )接于所述源/漏區(qū)(230 )且只夾于所述接觸塞 (800)與所述源/漏區(qū)(230)之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述接觸塞(800)與所述源/漏區(qū)(230)、所述第一介質(zhì)層(300)和所述第二介質(zhì)層 (500)之間還夾有襯層。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述源/漏區(qū)(230)為提升源/漏區(qū)，所述第二接觸孔(310)延伸到所述源/漏區(qū) (230)內(nèi)部與所述柵極堆疊底部齊平的位置處。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述接觸層(700)與所述源/漏區(qū)(幻0)之間存在共形的非晶化物層。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述接觸層(700 )是硅化鎳、硅化鈦、硅化鈷或硅化銅。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述襯層的材料是Ti、TiN、Ta、TaN, Ru或其組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述接觸塞(800)的材料是W、Al、TiAl合金或其組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一介質(zhì)層(300)的材料是氟硅玻璃、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、無摻雜氧化硅玻璃、 氮氧化硅、低k材料或其組合。
23.根據(jù)權(quán)利要求14至22任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述第二介質(zhì)層(500)的材料是SiN。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，在第一介質(zhì)層上覆蓋第二介質(zhì)層，先在第二介質(zhì)層中形成內(nèi)徑較小的第一接觸孔，再刻蝕第一介質(zhì)層形成內(nèi)徑較大的第二接觸孔，最后在第一接觸孔和第二接觸孔內(nèi)部填充導(dǎo)電材料以形成接觸塞。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。利于減小接觸電阻。
文檔編號H01L23/52GK102456613SQ20101052691
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者尹海洲, 朱慧瓏, 駱志炯 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所