CN105097466B - 半导体器件制造工艺和半导体器件 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种半导体器件制造工艺和半导体器件。半导体器件制造工艺包括对晶圆表面进行液相金属粉末涂覆工艺处理。由于对晶圆表面进行液相金属粉末涂覆工艺处理，因而使得相邻两个金属栅极之间的通孔内和介质层的上表面均能均匀涂覆有足够反应量的液相金属粉末，保证了液相金属粉末最后能在通孔内形成金属硅化物，并能保证各处金属硅化物的厚度满足使用要求，从而使金属硅化物所在位置处具有导电性良好、电阻低、能耗低等特点，进而保证了半导体器件的导电性能、使用可靠性和工作稳定性。同时，本申请中的半导体器件制造工艺具有工艺简单、制造可靠性好的特点。

Description

半导体器件制造工艺和半导体器件

技术领域

本申请涉及半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种半导体器件制造工艺和半导体器件。

背景技术

随着互补金属氧化物半导体(简称COMS)的厚度越来越薄(目前互补金属氧化物半导体的厚度已经减小至20纳米甚至更薄)，高介电常数金属栅极(简称HKMG)被广泛应用在互补金属氧化物半导体中。

如图1所示的半导体器件具有金属栅极50’、通孔40’、衬底20’和介质层30’。在后续的制造工艺中需要对图1中的半导体器件进行物理气相沉积(简称PVD)处理，以得到如图2所示的金属层11’。而后，通过退火等工艺使相邻两个金属栅极50’之间形成金属硅化物12’，如图3所示。

但是在制造半导体器件的过程中，采用物理气相沉积的工艺方法，使相邻两个金属栅极50’之间的通孔40’内很难形成金属硅化物12(物理气相沉积的工艺方法很难使足量的金属粉末落入通孔40’内)’、或者金属硅化物12’厚度过薄、或者各处的金属硅化物12’的厚度不均匀，从而使得金属硅化物12’所在位置处存在无法导电、电阻过高、耗电量大、局部发热等问题，进而严重影响半导体器件的导电性能。

发明内容

本申请旨在提供一种半导体器件制造工艺和半导体器件，以解决现有技术中半导体器件导电性能差的问题。

为解决上述技术问题，根据本申请的一个方面，提供了一种半导体器件制造工艺，包括对晶圆表面进行液相金属粉末涂覆工艺处理。

进一步地，对晶圆表面进行液相金属粉末涂覆工艺处理包括：步骤S1：将纳米级尺寸的金属粉末与溶剂混合，以形成液相金属粉末；步骤S2：将液相金属粉末旋涂在晶圆表面上。

进一步地，溶剂为去离子水或有机溶剂。

进一步地，有机溶剂为乙醇或乙二醇甲醚。

进一步地，半导体器件制造工艺还包括在对晶圆表面进行液相金属粉末涂覆工艺处理后的第一次退火处理，以使液相金属粉末中的溶剂蒸发、使液相金属粉末中的金属粉末沉积。

进一步地，半导体器件制造工艺还包括在对晶圆表面进行液相金属粉末涂覆工艺处理前的预处理步骤，预处理步骤包括：步骤S10：在衬底上沉积介质层；步骤S20：在介质层上涂覆光刻胶；步骤S30：对介质层进行刻蚀得到通孔，光刻胶的一部分作为通孔的刻蚀掩膜，介质层的上表面和通孔为晶圆表面。

进一步地，半导体器件制造工艺还包括在步骤S30之后的步骤S40：对晶圆表面进行清洗处理。

进一步地，半导体器件制造工艺还包括在第一次退火处理后的：步骤S100：第二次退火处理，以使金属粉末和一部分的衬底反应形成金属硅化物；步骤S200：使用清洗剂通过湿法去除未反应的金属粉末；步骤S300：第三次退火处理，以使金属粉末和一部分的衬底完全反应形成金属硅化物。

进一步地，第二次退火处理为低温退火。

进一步地，第三次退火处理为高温退火。

进一步地，清洗剂是硫酸和双氧水配制而成的。

根据本申请的另一个方面，提供了一种半导体器件，半导体器件是由上述的半导体器件制造工艺制造而成的。

本申请中的半导体器件制造工艺包括对晶圆表面进行液相金属粉末涂覆工艺处理。由于对晶圆表面进行液相金属粉末涂覆工艺处理，因而使得相邻两个金属栅极之间的通孔内和介质层的上表面均能均匀涂覆有足够反应量的液相金属粉末，保证了液相金属粉末最后能在通孔内形成金属硅化物，并能保证各处金属硅化物的厚度满足使用要求，从而使金属硅化物所在位置处具有导电性良好、电阻低、能耗低等特点，进而保证了半导体器件的导电性能、使用可靠性和工作稳定性。同时，本申请中的半导体器件制造工艺具有工艺简单、制造可靠性好的特点。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了现有技术中的半导体器件中金属栅极、通孔、衬底和介质层之间的位置关系示意图；

图2示意性示出了现有技术中的半导体器件经过物理气相沉积后的金属层、通孔、介质层之间的位置关系示意图；

图3示意性示出了现有技术中的半导体器件中形成了金属硅化物后的结构示意图；

图4示意性示出了本申请中的半导体器件制造工艺的流程图；

图5示意性示出了本申请中的半导体器件中金属栅极、通孔、衬底和介质层之间的位置关系示意图；

图6示意性示出了本申请中的半导体器件经过液相金属粉末涂覆后的结构示意图；

图7示意性示出了本申请中的半导体器件经过第一次退火处理后的结构示意图；以及

图8示意性示出了本申请中的半导体器件中形成了金属硅化物后的结构示意图。

图中附图标记：10、液相金属粉末；11、金属粉末；12、金属硅化物；20、衬底；30、介质层；40、通孔；50、金属栅极；11’、金属层；12’、金属硅化物；20’、衬底；30’、介质层；40’、通孔；50’、金属栅极。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的实施例进行详细说明，但是本申请可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

为了解决背景技术中所指出的半导体器件导电性能差的问题，本申请提供了一种半导体器件制造工艺。如图4至图8所示，半导体器件制造工艺包括对晶圆表面进行液相金属粉末10涂覆工艺处理。由于对晶圆表面进行液相金属粉末10涂覆工艺处理，因而使得相邻两个金属栅极50之间的通孔40内和介质层30的上表面均能均匀涂覆有足够反应量的液相金属粉末10，保证了液相金属粉末10最后能在通孔40内形成金属硅化物12，并能保证各处金属硅化物12的厚度满足使用要求，从而使金属硅化物12所在位置处具有导电性良好、电阻低、能耗低等特点，进而保证了半导体器件的导电性能、使用可靠性和工作稳定性。同时，本申请中的半导体器件制造工艺具有工艺简单、制造可靠性好的特点。

结合参见图4和5，本申请中的半导体器件制造工艺还包括在对晶圆表面进行液相金属粉末10涂覆工艺处理前的预处理步骤，预处理步骤包括：步骤S10：在衬底20上沉积介质层30；步骤S20：在介质层30上涂覆光刻胶；步骤S30：对介质层30进行刻蚀得到通孔40，光刻胶的一部分作为通孔40的刻蚀掩膜，介质层30的上表面和通孔40为晶圆表面。

优选地，在步骤S10中包括步骤S11和步骤S12，其中，步骤S11：在衬底20上设置金属栅极50；步骤S12：在金属栅极50和衬底20上沉积介质层30。由于在金属栅极50和衬底20上沉积介质层30，因而介质层30对金属栅极50和衬底20进行有效保护，从而避免金属栅极50与外界导电体接触漏电，进而保证了半导体器件的使用可靠性和运行稳定性。

在步骤S20中，在介质层30上涂覆光刻胶。由于在介质层30上涂覆光刻胶，因而为后续进行刻蚀做好了准备工作，从而使得可以顺利刻蚀得到通孔40，保证了半导体器件制造工艺的可靠性。光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂(见光谱增感染料)和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。当光刻胶通过紫外光、电子束、离子束、Ｘ射线、光照等的照射或辐射后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使其溶解度发生变化，而后通过溶去可溶性部分，从而得到所需图像。由于光刻胶具有上述特性，因而使用光刻胶作为涂层，就能在介质层30的表面上刻蚀所需的图形。

在步骤S30中，对介质层30进行刻蚀得到通孔40，光刻胶的一部分作为通孔40的刻蚀掩膜，通孔40和介质层30的上表面为晶圆表面。由于在涂覆有光刻胶的介质层30上刻蚀通孔40，因而使得刻蚀得到的通孔40的表面形成有光刻胶掩膜，从而对晶圆的表面起到保护的作用。刻蚀的具体过程如下，首先通过光刻将光刻胶进行曝光处理，然后通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除所需除去的部分(在本申请中所需去除的部分为通孔40所对应的部分)。

本申请中的半导体器件制造工艺还包括在步骤S30之后的步骤S40：对晶圆表面进行清洗处理。由于对晶圆表面进行清洗处理，因而保证了通孔40处的清洁度，从而保证液相金属粉末10涂覆工艺顺利进行，进而保证了生产的半导体器件的导电可靠性和使用稳定性，有效避免半导体器件短路的问题。

如图6所示，本申请中的对晶圆表面进行液相金属粉末10涂覆工艺处理包括步骤S1和步骤S2，其中，步骤S1：将纳米级尺寸的金属粉末11与溶剂混合，以形成液相金属粉末10；步骤S2：将液相金属粉末10旋涂在晶圆表面上。

在步骤S1中，将纳米级尺寸的金属粉末11与溶剂混合，以形成液相金属粉末10。由于溶于溶剂的金属粉末11具有流动性好的特点，因而当工作人员将液相金属粉末10涂覆在晶圆表面上时，液相金属粉末10能够顺利地渗入每个通孔40内，从而保证每个通孔40内均具有足够反应量的液相金属粉末10，进而使得在后续工艺处理后，能够在通孔40内形成有足够厚度的金属硅化物12，使得金属硅化物12具有电阻低、能耗小、导电性能好的特点，保证了半导体器件的导电性能、使用可靠性和工作稳定性。

在步骤S2中，将液相金属粉末10旋涂在晶圆表面上。由于通过旋涂的方法将液相金属粉末10涂覆在晶圆表面上，因而使得每个通孔40内和介质层30的上表面上均能均匀的涂覆有上述液相金属粉末10，从而使得不仅有足够量的液相金属粉末10参与反应，还能保证通孔40内和介质层30上的液相金属粉末10的均匀性，保证在后续形成金属硅化物12时，各个金属硅化物12之间具有性能一致性好的特点，进而进一步提高了半导体器件的导电性能和使用可靠性。

优选地，溶剂为去离子水(简称DI)或有机溶剂。进一步地，有机溶剂为乙醇或乙二醇甲醚或其他普遍用于配置液相金属粉末10的有机溶剂。

如图7所示，本申请中的半导体器件制造工艺还包括在对晶圆表面进行液相金属粉末10涂覆工艺处理后的第一次退火处理，以使液相金属粉末10中的溶剂蒸发、使液相金属粉末10中的金属粉末11沉积。通过对涂覆有液相金属粉末10的半导体器件进行退火处理，可以使得液相金属粉末10中的溶剂蒸发，从而使蒸发后得到的金属粉末11填充在通孔40处，保证通孔40处预存有足够量的参与反应的金属粉末11，进而保证了半导体器件的导电性能。

如图8所示，本申请中的半导体器件制造工艺还包括在第一次退火处理后的步骤S100、步骤S200和步骤S300，其中，步骤S100：第二次退火处理，以使金属粉末11和一部分的衬底20反应形成金属硅化物12；步骤S200：使用清洗剂(高温的)通过湿法去除未反应的金属粉末11；步骤S300：第三次退火处理，以使金属粉末11和一部分的衬底20完全反应形成金属硅化物12。

在步骤S100中，对半导体器件进行第二次退火处理。由于对半导体器件进行退火处理，因而使得金属粉末11能够得以快速反应、扩散，以使金属粉末11形成金属硅化物12。

优选地，第二次退火处理为离子注入后的快速加热退火(简称RTA1)。

优选地，第二次退火处理为低温退火。

在步骤S200中，使用清洗剂(高温的)通过湿法去除未反应的金属粉末11，因而使得形成的金属硅化物12与未反应的金属粉末11有效分离，从而保证后续工艺处理时金属硅化物12的扩散可靠性，进而保证了半导体器件的电性能，使半导体器件具有运动稳定性好、使用可靠性高的特点。

优选地，清洗剂是硫酸和双氧水配制而成的。例如，SPM。进一步地，配制温度为150度至200度之间。

在步骤S300中，对半导体器件进行第三次退火处理。由于对半导体器件再次进行退火处理，因而提高了已经反应形成的金属硅化物12与衬底20等部件的连接可靠性，从而进一步保证了半导体器件的电性能。

优选地，第三次退火处理为高温退火。

优选地，第三次退火处理为离子注入后的再次快速加热退火(简称RTA2)。

优选地，金属粉末11为镍铂粉末(简称NiPt powder)或其他常用的金属粉末11。

优选地，液相金属粉末10为液相镍铂粉末或其他常用的液相金属粉末10。

优选地，金属硅化物12为镍铂硅化物(NiPtSi)或其他常用的金属硅化物12。

同时，本申请还提供了一种半导体器件。如图5至图8所示，半导体器件是由上述的半导体器件制造工艺制造而成的。由于经上述的半导体器件制造工艺制造而成的半导体器件中的金属硅化物12厚度满足工作要求，且各处的金属硅化物12具有一致性好的特点，因而使半导体器件具有电性能好、使用可靠性高、工作稳定性好的特点。同时，本申请中的半导体器件具有结构简单、制造成本低的特点。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种半导体器件制造工艺，其特征在于，包括对晶圆表面进行液相金属粉末(10)涂覆工艺处理，所述对晶圆表面进行液相金属粉末(10)涂覆工艺处理包括：

步骤S1：将纳米级尺寸的金属粉末(11)与溶剂混合，以形成所述液相金属粉末(10)，所述溶剂为去离子水或有机溶剂；

步骤S2：将所述液相金属粉末(10)旋涂在所述晶圆表面上；

所述半导体器件制造工艺还包括在所述对晶圆表面进行液相金属粉末(10)涂覆工艺处理前的预处理步骤，所述预处理步骤包括：

步骤S10：在衬底(20)上沉积介质层(30)；

步骤S20：在所述介质层(30)上涂覆光刻胶；

步骤S30：对所述介质层(30)进行刻蚀得到通孔(40)，所述光刻胶的一部分作为所述通孔(40)的刻蚀掩膜，所述介质层(30)的上表面和所述通孔(40)为所述晶圆表面，并且所述液相金属粉末(10)与所述介质层(30)的上表面接触。

2.根据权利要求1所述的半导体器件制造工艺，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇或乙二醇甲醚。

3.根据权利要求1所述的半导体器件制造工艺，其特征在于，所述半导体器件制造工艺还包括在所述对晶圆表面进行液相金属粉末(10)涂覆工艺处理后的第一次退火处理，以使所述液相金属粉末(10)中的溶剂蒸发、使所述液相金属粉末(10)中的金属粉末(11)沉积。

4.根据权利要求1所述的半导体器件制造工艺，其特征在于，所述半导体器件制造工艺还包括在所述步骤S30之后的步骤S40：对所述晶圆表面进行清洗处理。

5.根据权利要求3所述的半导体器件制造工艺，其特征在于，所述半导体器件制造工艺还包括在所述第一次退火处理后的：

步骤S100：第二次退火处理，以使所述金属粉末(11)和一部分的衬底(20)反应形成金属硅化物(12)；

步骤S200：使用清洗剂通过湿法去除未反应的所述金属粉末(11)；

步骤S300：第三次退火处理，以使所述金属粉末(11)和所述一部分的衬底(20)完全反应形成所述金属硅化物(12)。

6.根据权利要求5所述的半导体器件制造工艺，其特征在于，所述第二次退火处理为低温退火。

7.根据权利要求5所述的半导体器件制造工艺，其特征在于，所述第三次退火处理为高温退火。

8.根据权利要求5所述的半导体器件制造工艺，其特征在于，所述清洗剂是硫酸和双氧水配制而成的。

9.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件是由权利要求1至8中任一项所述的半导体器件制造工艺制造而成的。