CN102569073B

CN102569073B - 半导体器件的制作方法

Info

Publication number: CN102569073B
Application number: CN201010575984.8A
Authority: CN
Inventors: 胡华勇
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-12-07
Also published as: CN102569073A

Abstract

本发明提供了一种半导体器件的制作方法，包括在半导体衬底上的中心区域形成有源区结构；沉积自对准硅化物区域阻挡膜(SAB)，所述SAB覆盖中心区域的有源区结构和边缘区域的半导体衬底；在所述SAB的表面涂布负光阻胶层，然后进行晶片边缘曝光，保留所述晶片边缘的负光阻胶层；涂布正光阻胶层，并进行光刻，在中心区域的SAB的表面形成图案化的正光阻胶层；以所述图案化的正光阻胶层和晶片边缘的负光阻胶层为掩膜对SAB进行刻蚀，形成SAB的图案；在显露出的有源区结构表面形成自对准金属硅化物后，依次沉积具有应力的氮化硅层和层间介质层。本发明在接触孔退火处理时，避免晶片边缘残留的具有应力的氮化硅层的劈裂。

Description

半导体器件的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术，特别涉及一种半导体器件的制作方法。

背景技术

目前，随着半导体器件的发展，如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的发展，自对准金属硅化物如自对准镍化硅、钛化硅方法被引进来，用于产生硅化物，能够很好地与露出的源、漏以及多晶硅栅的硅(Si)对准。这是因为金属Ni或者Ti可以与硅反应，但是不会与硅氧化物如二氧化硅(SiO₂)、硅氮化物如氮化硅(Si₃N₄)或者是硅氮氧化物(SiON)反应。因此Ni或者Ti仅仅会寻找到硅的部分进行反应，而对于由硅氧化物如二氧化硅(SiO₂)、硅氮化物如氮化硅(Si₃N₄)或者是硅氮氧化物(SiON)所覆盖的部分，不会进行反应，就好比Ni或者Ti会自行对准硅的部分。

自对准金属硅化物方法(salicide)是一种相当简单方便的接触金属化程序，但是在半导体器件的制作过程中，有一些器件需要salicide过程，而有些器件需要非自对准金属硅化物(non-salicide)过程，对于需要non-salicide过程的器件，就要利用上述salicide的特性，用不会与金属如Ni反应的材料把需要non-salicide的器件覆盖起来。这种用于覆盖non-salicide器件的材料就称为自对准硅化物阻挡膜(Silicide Alignment Block，SAB)。

在现有的技术中，SAB经常采用的材料是富硅氧化物(silicon rich oxide，SRO)，或者为包括SiO₂、SiON和SiO₂层的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)结构，或者为包括氧化硅和氮化硅的叠层，或者为单一的用亚大气压化学气相沉积方法制作的氧化硅(SiO2)薄膜等等。

现有技术中包括SAB的半导体器件的制作方法，包括以下步骤：

步骤11、请参阅图1a，在半导体衬底100上的中心区域形成有源区结构101。

其中，有源区结构101主要包括栅极、源极和漏极。所述有源区结构的制作方法及其具体构成与本发明无关，其中还包括栅极侧壁层、栅氧化层、位于半导体衬底上源极和漏极之间的栅氧化层下面的沟道层等结构，在此不再赘述。为清楚起见，图1a为剖面图，只示出了晶片的右侧边缘区域和部分中心区域，圆形的晶片具有环状的边缘区域，具体地，晶片边缘区域的范围指的是晶片圆周向内0～5毫米的范围。晶片中心区域主要形成半导体器件，边缘区域没有器件结构。

步骤12、请参阅图1b，沉积SAB102，所述SAB覆盖中心区域的有源区结构101和边缘区域的半导体衬底100。

步骤13、请参阅图1c，涂布正光阻胶层，进行晶片边缘曝光(WEE)后，对中心区域进行光刻，在SAB的表面形成图案化的正光阻胶层(图中未示)，以所述图案化的正光阻胶层为掩膜对SAB进行刻蚀，形成SAB的图案102’。

其中，SAB的图案可以根据具体应用的不同而不同。在中心区域可以覆盖栅极，或者覆盖部分源极和漏极，源极和漏极上显露的部分用于形成自对准金属硅化物，与后续形成的接触孔(CT)电性接触。另外，WEE就是采用晶片边缘曝光后，显影液直接显掉经过曝光的边缘光阻胶层，所以晶片边缘显露出的SAB，会被刻蚀去掉并不覆盖晶片边缘的半导体衬底100。

需要说明的是，该步骤之所以需要进行WEE，因为如果不进行WEE，在对中心区域光刻时，随着矩形状曝光单元的移动，曝光单元会部分进入到晶片边缘区域，不可避免地会光刻到边缘区域，这样，在边缘区域就会形成SAB的图案，有的区域的SAB被光阻保护而不被蚀刻，有的区域暴露出SAB被蚀刻，边缘区域就为后续具有应力的氮化硅层和层间介质层的沉积提供了不均一的衬底。而且，该步骤经过WEE后，对中心区域进行光刻时，虽然曝光单元会部分进入到晶片边缘区域，但由于该位置上没有光阻胶层，所以不会形成光刻图案，只在晶片中心区域形成光刻图案。一部分曝光单元未在晶片边缘形成光刻图案属于正常的情况，并不会对半导体器件造成影响。

步骤14、请参阅图1d，实施硅化物工艺，形成自对准金属硅化物103后，依次沉积具有应力的氮化硅层104和层间介质层105。

由于在SAB阻挡的地方，实施硅化物工艺沉积的金属不会与之发生反应，所以只会在露出硅的表面，硅与金属发生反应形成自对准金属硅化物。图1d中是在露出的源漏极表面形成自对准金属硅化物103。

其中，具有应力的氮化硅层104可在沟道中引发应力，从而调节沟道中载流子迁移率。张应力越大，沟道中载流子的迁移率越大。

步骤15、请参阅图1e，形成接触孔106并进行退火处理。

其中，形成接触孔包括接触孔的光刻、刻蚀以及接触孔内金属的填充等步骤，此为现有技术，不再赘述。退火处理在高温下进行。

需要注意的是，在晶片中心区域，由于自对准金属硅化物103不连续，所以与具有应力的氮化硅层104的接触面积较小，而在晶片边缘区域的自对准金属硅化物103与具有应力的氮化硅层104的接触面积较大；另一方面，在接触孔光刻时，晶片边缘没有光阻胶层保护，以及蚀刻工艺过程中固有的中心-边缘蚀刻速率的差异，所以进行接触孔刻蚀时，对于晶片边缘，会刻蚀完层间介质层105后，接着刻蚀大部分的具有应力的氮化硅层104，使得晶片边缘具有应力的氮化硅层104很薄，所以在接触孔退火处理时，由于是高温过程，所以晶片边缘的具有应力的氮化硅层104的张应力变化很大，但是遇到下层的面积较大的自对准金属硅化物103，张应力又无法传递，所以导致该处的具有应力的氮化硅层104的劈裂(peeling)。劈裂的片层很容易作为杂质缺陷，导致CT被堵塞等问题。

对于接触孔光刻时，晶片边缘没有光阻胶层保护，原因为：现有接触孔光刻都采用水作为介质，在水中进行光刻的浸没式光刻，光阻胶的疏水性不强，如果光阻胶直接与水介质接触，曝光时晶片在水中移动，很容易将晶片边缘的各种颗粒带到晶片中央区域，晶片中央区域位置一般布有各个器件层，如果在其器件层的关键位置粘有颗粒，很容易导致器件的失效。所以光阻胶层需要有顶部涂层(Topcoat)覆盖，顶部涂层为强疏水性有机物层，不但具有很好的疏水性避免光阻与水的接触产生缺陷颗粒，而且阻挡水向光阻中渗透及光酸向水中扩散避免光刻图形缺陷的产生。光阻胶层为完全被顶部涂层覆盖，就需要在光刻胶涂布之后进行边图去除(EBR)，即采用溶剂去除其晶片边缘上的部分，使得距离晶片边界具有一定宽度。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：如何在接触孔退火处理时，避免晶片边缘具有应力的氮化硅层的劈裂。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开了一种半导体器件的制作方法，包括在半导体衬底上的中心区域形成有源区结构；沉积自对准硅化物区域阻挡膜，所述自对准硅化物区域阻挡膜覆盖中心区域的有源区结构和边缘区域的半导体衬底；该方法还包括：

在所述自对准硅化物区域阻挡膜的表面涂布负光阻胶层，进行晶片边缘曝光WEE，保留所述晶片边缘的负光阻胶层；

涂布正光阻胶层，进行光刻，在中心区域的自对准硅化物区域阻挡膜的表面形成图案化的正光阻胶层；

以所述图案化的正光阻胶层和晶片边缘的负光阻胶层为掩膜对自对准硅化物区域阻挡膜进行刻蚀，形成自对准硅化物区域阻挡膜的图案；

在显露出的有源区结构表面形成自对准金属硅化物后，依次沉积具有应力的氮化硅层和层间介质层。

所述自对准硅化物区域阻挡膜包括：氧化硅和氮化硅的叠层。

所述晶片边缘的负光阻胶层的厚度为2500～10000埃，宽度为0～5毫米。

由上述的技术方案可见，本发明通过晶片边缘曝光的方式，在晶片边缘保留有负光阻胶层，这样在对自对准硅化物区域阻挡膜进行刻蚀时，该晶片边缘的负光阻胶层可以很好地保护其下的自对准硅化物区域阻挡膜不受刻蚀，因此沉积在晶片边缘自对准硅化物区域阻挡膜表面的具有应力的氮化硅层由于有了自对准硅化物区域阻挡膜作缓冲层，所以在后续接触孔高温退火处理时，晶片边缘具有应力的氮化硅层即使在高温中发生形变，产生很大的张应力，该SAB也能将产生的张应力分散传递出去，从而避免晶片边缘具有应力的氮化硅层的劈裂。

附图说明

图1a至图1e为现有技术半导体器件制作方法的具体结构示意图。

图2为本发明半导体器件制作方法的流程示意图。

图2a至图2f为本发明半导体器件制作方法的具体结构示意图。

图2c-1为与图2c相对应的俯视图。

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，对本发明进一步详细说明。

本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，表示结构的示意图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本发明半导体器件制作方法的流程示意图如图2所示，下面结合图2a至图2f进行详细说明，其包括以下步骤：

步骤21、请参阅图2a，在半导体衬底100上的中心区域形成有源区结构101。

其中，有源区结构主要包括栅极、源极和漏极。所述有源区结构的制作方法及其具体构成与本发明无关，其中还包括栅极侧壁层、栅氧化层、位于半导体衬底上源极和漏极之间的栅氧化层下面的沟道层等结构，在此不再赘述。为清楚起见，图1a为剖面图，只示出了晶片的右侧边缘区域和部分中心区域，圆形的晶片具有环状的边缘区域，具体地，晶片边缘区域的范围指的是晶片圆周向内0～5毫米的范围。晶片中心区域主要形成半导体器件，边缘区域没有器件结构。

步骤22、请参阅图2b，沉积SAB 102，所述SAB覆盖中心区域的有源区结构101和边缘区域的半导体衬底100。

本实施例中SAB 102为包括氧化硅和氮化硅的叠层，也可以为其它适合作为SAB的材料。

步骤23、请参阅图2c，在所述SAB 102的表面涂布负光阻胶层，然后进行WEE，保留所述晶片边缘的负光阻胶层200。也可参阅与图2c相对应的俯视图2c-1。图2c-1中负光阻胶层200覆盖晶片边缘，中心区域为SAB 102。

其中，所涂布的负光阻胶层的厚度为2500～10000埃，经过WEE之后宽度为0～5毫米。即负光阻胶层200能够覆盖晶片边缘区域，但也可能在实际曝光时会出现稍微的偏差。

该步骤是本发明的关键，负光阻胶层与正光阻胶层相反，具有曝光之后不被显影液溶解的特性，所以涂布负光阻胶层之后进行WEE，就会保留晶片边缘的负光阻胶层，而中心区域的负光阻胶层由于没有经过曝光而被显影液洗去。

步骤24、请参阅图2d，涂布正光阻胶层，并进行光刻，在中心区域的SAB 102的表面形成图案化的正光阻胶层201。

步骤25、请参阅图2e，以所述图案化的正光阻胶层201和晶片边缘的负光阻胶层200为掩膜对SAB 102进行刻蚀，形成SAB的图案202。

其中，SAB的图案202可以根据具体应用的不同而不同。在中心区域可以覆盖栅极，或者覆盖部分源极和漏极，源极和漏极上显露的部分用于形成自对准金属硅化物，与后续形成的接触孔电性接触。关键的是，晶片边缘由于负光阻胶层的覆盖，所以晶片边缘的SAB经过刻蚀仍然保留。

步骤26、请参阅图2f，在显露出的有源区结构表面形成自对准金属硅化物103后，依次沉积具有应力的氮化硅层104和层间介质层105。

由于在SAB阻挡的地方，不会形成自对准金属硅化物，只会在露出硅的有源区结构表面，硅与沉积的金属发生反应形成自对准金属硅化物。图2f中是在露出的源漏极表面形成自对准金属硅化物103。

经过上述操作可以看出，图2f与图1d本质的区别就是在晶片边缘上是否存在SAB，本发明经过负光阻胶层的处理，在图2f具有应力的氮化硅层104的下面保留有SAB。

与现有技术相同，会在后续形成接触孔并进行退火处理。但在接触孔退火处理时，虽然是高温过程，但此时在晶片边缘具有应力的氮化硅层的下面保留有SAB淀积层，该SAB淀积层作为缓冲层，能够将氮化硅层的张应力很好地吸收或者分散传递到其它层，这样晶片边缘具有应力的氮化硅层即使在高温中发生形变，产生很大的张应力，该SAB也能将产生的张应力分散传递出去，从而避免劈裂。

需要说明的是，由于晶片边缘保留有负光阻胶层，所以中心区域光刻正光阻胶层形成SAB的图案时也不会影响到负光阻胶层，晶片边缘会保留有完整的SAB淀积层，不会像现有技术那样有的区域的SAB被光阻保护而不被蚀刻，有的区域暴露出SAB被蚀刻，因此晶片边缘区域仍然为后续具有应力的氮化硅层和层间介质层的沉积提供了均一的衬底。

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。

Claims

1.一种半导体器件的制作方法，包括在半导体衬底上的中心区域形成有源区结构；沉积自对准硅化物区域阻挡膜，所述自对准硅化物区域阻挡膜覆盖中心区域的有源区结构和边缘区域的半导体衬底；其特征在于，该方法还包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自对准硅化物区域阻挡膜包括：氧化硅和氮化硅的叠层。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述晶片边缘的负光阻胶层的厚度为2500～10000埃。