[发明专利]一种用于45纳米及以下技术节点的金属前介质集成工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成工艺的技术领域，尤其涉及一种用于45纳米及以下技术节点的金属前介质集成工艺。

背景技术

进入45纳米技术节点之后，应用材料公司的专利技术高纵深比工艺HARP（High Aspect Ratio Process）大规模应用与浅沟槽隔离STI（Silicon Trench Isolation）和金属前介质PMD（Pre-Metal Dielectric）结构的空隙填充工艺中。该技术不但能满足技术节点空隙填充的需求，而且因为其内在拉应力的作用，对NMOS器件性能也有很好的促进作用。

但是采用HARP工艺沉积得到的介电质材料也有其缺点，比如说因为采用四乙基原硅酸盐（TEOS）作为反应物而且反应不完全而留存很多活性键结构等，当材料暴露在开放环境中时，非常容易造成材料性质的改变，图1为HARP膜（film）应力随时间变化的曲线的示意图，请参见图1所示。比如应力会随着时间的增加因为吸收水汽而降低很多，因此这些结构需要在集成工艺中采取办法加以消除，以获得性质稳定的介电质。在实际操作中，针对STI集成工艺，采用了高温的热处理工艺来消除这些不稳定结构；但是针对PMD集成工艺，因为前工艺NiSi的引入，使高温的后续热处理不可能被采用。

在2006年度Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers的文章“Pre-Metal Dielectric Stress Engineering by a Novel Plasma Treatment and Integration Scheme for NMOS Performance Improvement”中，提出了一种改进工艺，图2为现有工艺处理示意图，图3为不同等离子对HARP膜应力影响的示意图，图4为离子收益和等离子工艺条件的示意图，请参见图2、图3和图4所示。可以对HARP材料进行氮气（N2），氧气（O2）或者臭氧（O3）等离子体处理，提高介电质内部应力并且提高NMOS的离子（Ion）最高达10%。

但是文章中没有评估等离子处理后的时间效应，因此特别通过对控片上的HARP沉积薄膜进行的一系列实验，得到以下结果：

图5为等离子处理后HARP膜内部应力随时间变化的曲线的示意图，请参见图5所示。单纯氮气（N2）等离子体处理后HARP膜的应力随着时间的变化而逐渐降低，即氮气（N2）等离子体处理并没有从根本上彻底改变内部结构，材料仍然会在较短时间内因为吸水而降低内部应力；

单纯氧气（O2）/臭氧（O3）等离子体处理后，材料的应力非常稳定，不会随着时间的变化而变化，这是因为在材料表面形成了一层相对致密的氧化物，对外部的水汽起到比较好的隔绝作用。对于这一点，文章中并没有揭示。

在图2所示的工艺流程中，实际上PMD-CMP之后的等离子处理（plasma treatment）并不会对源漏（S/D）区上面的HARP膜产生作用，而仅仅对栅极上方的局部HARP膜产生正面作用，而且在通孔（CT hole）形成后HARP膜会直接暴露在空气中，图6为现有工艺流程图，请参见图6所示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于45纳米及以下技术节点的金属前介质集成工艺，通过改进45纳米现有金属前介质的集成工艺，达到增进并稳定前介质HARP介质层内部的拉应力作用，从而改进NMOS器件的性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于45纳米及以下技术节点的金属前介质集成工艺，其中，包括：S1：提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有器件层；S2：在所述半导体衬底上依次沉积张应力氮化硅层和HARP膜；S3：对所述HARP膜进行氮气、氧气、臭氧等离子体处理；S4：在所述HARP膜上沉积PETEOS氧化硅层；S5：进行化学机械研磨工艺，直至暴露出所述HARP膜的表面；S6：再次对所述HARP膜进行氮气、氧气、臭氧等离子体处理；S7：在所述HARP膜和PETEOS氧化硅层、氮化硅层中形成通孔之后，然后利用氮气的等离子体同时对所述HARP膜从PETEOS氧化硅层中外露的部分以及在通孔中外露的部分进行处理。

上述的一种用于45纳米及以下技术节点的金属前介质集成工艺，其中，步骤S3包括：采用氮气或惰性气体对HARP膜进行等离子体处理；以及采用含氧气体对所述HARP膜进行等离子体处理。