一种psm对准标记结构的制备方法
【专利摘要】本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种PSM对准标记结构的制备方法，通过于浅沟槽隔离结构上方设置样本栅，在该样本栅的顶部制备掩膜堆叠，且在高介电常数金属栅极的工艺中，由于浅沟槽隔离结构和有源区的台阶高度使得部分该掩膜堆叠得以保留，并籍由位于该样本栅之上的残留的掩膜堆叠保障第二样本栅在研磨过程中免受损伤，从而使得该样本栅的厚度得以完整保留，进而提高了接触孔与金属栅的对准质量，且该工艺简单方便，与传统工艺的兼容性强，具有很强的实用性。
【专利说明】
一种PSM对准标记结构的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种PSM对准标记结构的制备方法。 【背景技术】
[0002]随着技术的不断发展，半导体技术已经渗透至生活中的各个领域，例如航天、医疗器戒、手机通讯都离不开半导体所制备出的芯片。
[0003]以前很多芯片都是采用二氧化硅作为栅极介电质，但是从65nm开始，由于技术节点已经很小，无法让栅极介电质继续缩短变薄，同时随着晶体管尺寸的不断缩小，源极和漏极之间的距离也越来越小，进而容易造成短沟道效应。因此，针对上述问题，本领域技术人员经不懈研究，HKMG(High_K Metal Gate，高介电金属栅)工艺被开发出来。其是采用一种具有高介电常数(或称高K)的栅极介电层，并采用金属材料来作为栅极，采用HKMG工艺制备的器件相比较传统器件而言，极大的减小了漏电流，同时有效提升了驱动电流，因此HKMG 成了目前高性能晶体管所采用的主流技术。
[0004]特别是在28nm的HKMG工艺中，如图1所示，接触孔对准的质量和金属栅(Metal Gate，简称MG)的厚度具有很强的相关性，而接触孔对准金属栅，金属栅移相掩膜(phase shift mask，简称PSM)标记的厚度成为影响晶圆质量的一个至关重要的因素至关重要的因素，在图1中，横坐标表示金属栅厚度(MG thickness)，纵坐标表示晶圆质量(wafer quality)，1所指的区域表示位线性能(BL performance)。目前，现有的PSM对准标记在经过ILD CMP以及DPRM和AL-CMP之后，其厚度大大减小，进而影响接触孔与金属栅的对准质量。
[0005]例如，在压力邻近技术(Stress proximity technology，简称SPT)之后，样本栅的厚度为670埃，但由于金属硅化物阻挡层(Salicide block，简称SAB)以及PM0S锗硅氮化硅层(PM0S SiGe Nitride，简称PSR)掩膜层打开，在层间介质层CMP(ILD CMP)以及样本栅移除(Du_y poly remove，简称DPRM)填充金属并进行CMP之后，其厚度大大减小，仅剩余200埃左右，这将会影响接触孔与金属栅的对准质量，这是本领域技术人员所不期望看到的。
【发明内容】
[0006]针对上述存在的问题，本发明公开一种PSM对准标记结构的制备方法，以解决现有技术中PSM对准标记设计在经过ILD CMP以及DPRM和金属CMP的步骤之后，其厚度大大减小，进而影响接触孔与金属栅的对准质量的问题。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供了一种PSM对准标记结构的制备方法，应用于高介电常数金属栅极工艺中，其中，包括如下步骤:
[0008]步骤S1，提供一具有浅沟槽隔离结构和有源区的衬底，所述衬底的表面设置有介质层，所述介质层中形成有位于所述有源区上方的第一栅槽和位于所述浅沟槽隔离结构上方的第二栅槽，所述第一栅槽内设置有第一样本栅，所述第二栅槽内设置有第二样本栅，且所述第一样本栅的长度等于所述第一栅槽的深度，所述第二样本栅的长度小于所述第二栅槽的深度；
[0009]步骤S2、制备一掩膜堆叠覆盖在所述第一样本栅和所述第二样本栅的顶部，并将所述第二栅槽内位于所述第二样本栅之上的间隙空间完全予以填充；
[0010]步骤S3、完全移除位于第一样本栅之上的掩膜堆叠，同时移除第二样本栅之上的一部分掩膜堆叠并在第二样本栅之上保留部分掩膜堆叠；
[0011]步骤S4、对所述介质层进行研磨，以移除部分所述第一样本栅并对第二样本栅之上的余下的掩膜堆叠进行部分移除；
[0012]步骤S5、刻蚀以完全移除第一栅槽内余下的第一样本栅；
[0013]步骤S6、填充金属至第一栅槽内并进行研磨，籍由第二样本栅之上的残留的掩膜堆叠保障第二样本栅在研磨过程中免受损伤。
[0014]上述的PSM对准标记结构的制备方法，其中，所述掩膜堆叠包括氧化物层和覆盖所述氧化物层的氮化硅层。
[0015]上述的PSM对准标记结构的制备方法，其中，在所述步骤S3中，移除第二样本栅之上的一部分掩膜堆叠后，在第二样本栅之上保留部分掩膜堆叠中，所述氮化硅层的厚度为 450-500埃，氧化物层的厚度为50-90埃。
[0016]上述的PSM对准标记结构的制备方法，其中，在所述步骤S4中，对第二样本栅之上的余下的掩膜堆叠进行部分移除后，所述第二样本栅之上的剩余的氮化硅层的厚度为 50-100 埃。
[0017]上述的P SM对准标记结构的制备方法，其中，所述浅沟槽隔离结构的深度为 150-250 埃。
[0018]上述的PSM对准标记结构的制备方法，其中，所述介质层的材质为氧化物。
[0019]上述的PSM对准标记结构的制备方法，其中，在步骤S4和步骤S6中，所述研磨均为化学机械研磨。
[0020]上述的PSM对准标记结构的制备方法，其中，所述样本栅为多晶硅或无定形碳。
[0021]上述的PSM对准标记结构的制备方法，其中，所述金属为A1。
[0022]上述的PSM对准标记结构的制备方法，其中，在移除第一样本栅之后，且在填充金属之前，先制备一层高K介电层覆盖在第一栅槽暴露的表面。
[0023]上述的PSM对准标记结构的制备方法，其中，所述方法应用于28nm高介电常数金属栅极的工艺中。
[0024]本发明公开了一种PSM对准标记结构的制备方法，通过于浅沟槽隔离结构 (shallow trench isolat1n，简称STI)上方设置样本栅，在该样本栅的顶部制备掩膜堆叠，且在高介电常数金属栅极的工艺中，由于浅沟槽隔离结构和有源区的台阶高度使得部分该掩膜堆叠得以保留，并籍由位于该样本栅之上的残留的掩膜堆叠保障第二样本栅在研磨过程中免受损伤，从而使得该样本栅的厚度得以完整保留，进而提高了接触孔与金属栅的对准质量。
[0025]具体【附图说明】
[0026]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、夕卜形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0027]图1是本发明【背景技术】中金属栅厚度与晶圆质量的关系示意图；
[0028]图2是本发明实施例中PSM对准标记结构的制备方法的流程图；
[0029]图3a_3g是本发明实施例中PSM对准标记结构的制备方法的流程结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
[0031]如图2所示，本实施例涉及一种PSM对准标记结构的制备方法，可应用于高介电常数金属栅极工艺中，尤其是应用于28nm高介电常数金属栅极的工艺中，具体的，该方法包括如下步骤:
[0032]步骤一，首先，提供一设置有浅沟槽隔离结构22和有源区21的衬底(该衬底并未于图中示出)，且位于浅沟槽隔离结构22的衬底上表面的高度低于位于有源区21的衬底上表面的高度，在此需要说明的是，此处所说的高度是指位于浅沟槽隔离结构22的衬底上表面和位于有源区21的衬底上表面相对于同一水平面的高度。
[0033]其次，于衬底上制备一上表面在同一水平面的介质层(该介质层并未于图中示出)后，回蚀部分该介质层至衬底的上表面，以形成贯穿介质层的若干栅槽；该若干栅槽包括位于浅沟槽隔离结构22上方的若干第二栅槽32和位于有源区21上方的若干第一栅槽31，且第一栅槽31和第二栅槽32的上表面平齐，显而易见的，第一栅槽31的深度小于第二栅槽32的深度；形成如图3a所示的结构。
[0034]再次，在若干栅槽中填充样本栅材料，以于所述第一栅槽31中形成第一样本栅41，于第二栅槽32中形成第二样本栅42，且第一样本栅41从底部端面至顶部端面之间的长度Ll(即第一样本栅41的长度)与第二样本栅42从底部端面至顶部端面之间的长度L2(即第二样本栅42的长度)相同，由于第一栅槽31的深度小于第二栅槽32的深度，而第一样本栅41和第二样本栅42的长度又相同，所以就使得第二样本栅42在设置于衬底上时，其上表面相对于衬底的位于同一水平面的顶部表面的高度就会不同，也就是说，第一样本栅41的顶部端面相对于衬底的高度hi要大于第二样本栅42顶部端面相对于衬底的高度h2，即第一样本栅41的长度等于第一栅槽31的深度，第二样本栅42的长度小于第二栅槽32的深度，如图3b所示的结构。
[0035]在本发明的一个优选的实施例中，第二栅槽32的深度与第二样本栅42的长度之差(即位于第二样本栅42之上的间隙空间的高度)刚好等于浅沟槽隔离结构22的深度。
[0036]优选的，浅沟槽隔离结构22的深度为150-250埃(例如150埃、200埃、210埃或者250埃)，则第二栅槽32的深度与第二样本栅42的长度之差为150-250埃(例如150埃、200埃、210埃或者250埃)ο
[0037]优选的，第一样本栅41和第二样本栅42的材质均为多晶硅或无定形碳。
[0038]优选的，上述介质层的材质为氧化物。
[0039]步骤二、制备一掩膜堆叠5覆盖在第一样本栅41和第二样本栅42的顶部，并将第二栅槽32内位于第二样本栅42之上的间隙空间完全予以填充，在本发明一个优选的实施例中，掩膜堆叠5包括氧化物层和覆盖氧化物层的氮化硅层(该氧化物层和氮化硅层并未于图中标识出)；如图3c所示的结构。
[0040]可选的，采用化学气相沉积的方法制备一掩膜堆叠5覆盖在第一样本栅41和第二样本栅42的顶部。
[0041]步骤三、采用刻蚀工艺完全移除位于第一样本栅41之上的掩膜堆叠5,同时移除第二样本栅42之上的一部分掩膜堆叠5并在第二样本栅42之上保留部分掩膜堆叠5 ;如图3d所示的结构。
[0042]在本发明一个优选的实施例中，在步骤三中，移除第二样本栅42之上的一部分掩膜堆叠后，在第二样本栅42之上保留部分掩膜堆叠5中，氮化硅层的厚度为450-550埃(例如450埃、490埃、500埃或者550埃等)，氧化物层的厚度为50-90埃(例如50埃、65埃、 70埃或者90埃等)。
[0043]可选的，采用干法刻蚀工艺完全移除位于第一样本栅41之上的掩膜堆叠5,同时移除第二样本栅42之上的一部分掩膜堆叠5并在第二样本栅42之上保留部分掩膜堆叠5。
[0044]步骤四、对介质层进行研磨(ILD CMP)，以移除部分第一样本栅41并对第二样本栅42之上的余下的掩膜堆叠5进行部分移除，如图3e所示的结构。
[0045]在本发明一个优选的实施例中，在步骤四中，对第二样本栅42之上的余下的掩膜堆叠5进行部分移除后，第二样本栅之上的剩余的氮化硅层的厚度为50-100埃(例如50 埃、70埃、80埃或者100埃等)。
[0046]可选的，采用化学机械研磨工艺对介质层进行研磨，移除部分第一样本栅41并将第二样本栅42之上的余下的掩膜堆叠5进行部分移除。
[0047]步骤五、刻蚀以完全移除第一栅槽31内余下的第一样本栅41 (DPRM)，在此过程中，由于不同的材质刻蚀速率的不同，第二样本栅42之上剩余的掩膜堆叠5仅部分被移除， 由于剩余的掩膜堆叠5的保护，第二样本栅42得以完全保留，形成如图3f所示的结构。
[0048]在本发明一个优选的实施例中，采用干法刻蚀工艺刻蚀以完全移除第一栅槽31 内余下的第一样本栅41。在此需要说明的是，采用干法刻蚀工艺是针对第一样本栅41材料为多晶硅的情况下进行的，若样本栅为无定形碳，则采用灰化处理移除样本栅。
[0049]步骤六、填充金属至第一栅槽31内并进行研磨，籍由第二样本栅42之上的残留的掩膜堆叠5保障第二样本栅42在研磨过程中免受损伤，进而在形成金属栅极6,且在形成金属栅极6的过程中第二样本栅42得以完整保留。
[0050]在本发明一个优选的实施例中，填充金属至第一栅槽31内并进行研磨所采用的研磨工艺为化学机械研磨。[0051 ]在本发明一个优选的实施例中，该金属的材质为A1。
[0052]在本发明一个优选的实施例中，在移除第一样本栅41之后，且在填充金属之前， 先制备一层高K介电层覆盖在第一栅槽31暴露的表面，以在填充金属之后，在第一栅槽31 内形成高K金属栅极。
[0053]本发明公开了一种PSM对准标记结构的制备方法，通过于浅沟槽隔离结构上方设置样本栅，在该样本栅的顶部制备掩膜堆叠，且在高介电常数金属栅极的工艺中，由于浅沟槽隔离结构和有源区的台阶高度使得部分该掩膜堆叠得以保留，并籍由位于该样本栅之上的残留的掩膜堆叠保障第二样本栅在研磨过程中免受损伤，从而使得该样本栅的厚度得以完整保留，进而提高了接触孔与金属栅的对准质量，且该工艺简单方便，与传统工艺的兼容性强，具有很强的实用性。
[0054]本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
[0055]以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种PSM对准标记结构的制备方法，应用于高介电常数金属栅极工艺中，其特征在于，包括如下步骤: 步骤S1、提供一具有浅沟槽隔离结构和有源区的衬底，所述衬底的表面设置有介质层，所述介质层中形成有位于所述有源区上方的第一栅槽和位于所述浅沟槽隔离结构上方的第二栅槽，所述第一栅槽内设置有第一样本栅，所述第二栅槽内设置有第二样本栅，且所述第一样本栅的长度等于所述第一栅槽的深度，所述第二样本栅的长度小于所述第二栅槽的深度； 步骤S2、制备一掩膜堆叠覆盖在所述第一样本栅和所述第二样本栅的顶部，并将所述第二栅槽内位于所述第二样本栅之上的间隙空间完全予以填充； 步骤S3、完全移除位于第一样本栅之上的掩膜堆叠，同时移除第二样本栅之上的一部分掩膜堆叠并在第二样本栅之上保留部分掩膜堆叠； 步骤S4、对所述介质层进行研磨，以移除部分所述第一样本栅并对第二样本栅之上的余下的掩膜堆叠进行部分移除； 步骤S5、刻蚀以完全移除第一栅槽内余下的第一样本栅； 步骤S6、填充金属至第一栅槽内并进行研磨，籍由第二样本栅之上的残留的掩膜堆叠保障第二样本栅在研磨过程中免受损伤。2.如权利要求1所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，所述掩膜堆叠包括氧化物层和覆盖所述氧化物层的氮化硅层。3.如权利要求2所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，移除第二样本栅之上的一部分掩膜堆叠后，在第二样本栅之上保留部分掩膜堆叠中，所述氮化硅层的厚度为450-500埃，氧化物层的厚度为50-90埃。4.如权利要求2所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中，对第二样本栅之上的余下的掩膜堆叠进行部分移除后，所述第二样本栅之上的剩余的氮化硅层的厚度为50-100埃。5.如权利要求1所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，所述浅沟槽隔离结构的深度为150-250埃。6.如权利要求1所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，所述介质层的材质为氧化物。7.如权利要求1所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，在步骤S4和步骤S6中，所述研磨均为化学机械研磨。8.如权利要求1所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，所述样本栅为多晶娃或无定形碳。9.如权利要求1所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，所述金属为Al。10.如权利要求1所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，在移除第一样本栅之后，且在填充金属之前，先制备一层高K介电层覆盖在第一栅槽暴露的表面。11.如权利要求1所述的PSM对准标记结构的制备方法，其特征在于，所述方法应用于28nm高介电常数金属栅极的工艺中。
【文档编号】H01L21/02GK105990094SQ201510061273
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月5日
【发明人】赵简, 邵群, 王杭萍
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司, 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司