半导体结构及其制备方法与流程

本申请涉及半导体，具体涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术：

1、互补式金属氧化物半导体（cmos，complementary metal oxide semiconductor）器件制造工艺随着关键尺寸的不断缩小，金属硅化物阻挡层（sab，salicide block）也由传统的氧化硅层过渡到了氧化硅叠加氮化硅的叠层。氮化硅层在淀积时，由于使用到的是氨气（nh3）等含氮（n）元素的反应气体，会造成最终形成的金属硅化物阻挡层中掺杂有大量的氮元素。在后续的制程中需要在前述的金属硅化物阻挡层上涂覆光刻胶层进行光刻，而金属硅化物阻挡层中的氮元素与光刻胶层底部的化学物质会产生反应，进而导致光刻胶层的质量以及光刻胶层控制光刻尺寸的能力下降，最终导致半导体互连的关键尺寸不一致，即“光阻中毒”现象。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种半导体结构及其制备方法，解决了因为金属硅化物阻挡层中的氮元素与光刻胶层底部的化学物质会产生反应，进而导致光刻胶层的质量以及光刻胶层控制光刻尺寸的能力下降，最终造成半导体互连的关键尺寸不一致的问题，提高了半导体结构的良率。

2、为实现本申请的目的，本申请提供了如下的技术方案：

3、第一方面，本申请提供了一种半导体结构的制备方法，包括：

4、提供衬底；

5、于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层，所述金属硅化物阻挡层中含有氮元素；

6、于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层。

7、本申请的半导体结构的制备方法，通过在金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层，在氮元素扩散阻挡层的上表面形成图形化光刻胶层时，可以避免金属硅化物阻挡层中的氮元素与图形化光刻胶层底部的化学物质产生反应而造成的“光阻中毒”现象，从而提高了图形化光刻胶层的质量以及图形化光刻胶层控制光刻尺寸的能力，提高了半导体结构的良率。

8、在其中一个实施例中，所述氮元素扩散阻挡层包括氧化硅层，所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的反应气体包括甲硅烷和一氧化二氮；或所述氮元素扩散阻挡层包括氮氧化硅层；所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的反应气体包括甲硅烷、一氧化二氮及氦气。

9、在其中一个实施例中，所述金属硅化物阻挡层包括氮化硅层，于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层的反应气体包括甲硅烷、氮气和氨气；所述氮元素扩散阻挡层包括氧化硅层，所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的反应气体包括甲硅烷和一氧化二氮；

10、所述于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层，包括：将所述衬底置于化学气相沉积设备中；向所述化学气相沉积设备中通入甲硅烷、氮气和氨气进行反应，以于所述衬底的上表面形成所述金属硅化物阻挡层；

11、所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层，包括：停止向所述化学气相沉积设备中通入氨气和氮气，继续向所述化学气相沉积设备中通入甲硅烷，并向所述化学气象沉积设备中通入一氧化二氮，甲硅烷与一氧化二氮进行反应，以于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成所述氮元素扩散阻挡层。

12、在其中一个实施例中，于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的甲硅烷的气体流量，大于于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的甲硅烷的气体流量。

13、在其中一个实施例中，所述金属硅化物阻挡层包括氮化硅层，于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层的反应气体包括甲硅烷、氮气和氨气；所述氮元素扩散阻挡层包括氮氧化硅层；所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的反应气体包括甲硅烷、一氧化二氮及氦气；

14、所述于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层，包括：将所述衬底置于化学气相沉积设备中；向所述化学气相沉积设备中通入甲硅烷、氮气和氨气进行反应，以于所述衬底的上表面形成所述金属硅化物阻挡层；

15、所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层，包括：停止向所述化学气相沉积设备中通入氨气，继续向所述化学气相沉积设备中通入甲硅烷和氮气，并向所述化学气相沉积设备中通入一氧化二氮和氦气，一氧化二氮和氦气与甲硅烷进行反应，以于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成所述氮元素扩散阻挡层。

16、在其中一个实施例中，于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的甲硅烷的气体流量，大于于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的甲硅烷的气体流量；于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的氮气的气体流量，等于于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的氮气的气体流量。

17、在其中一个实施例中，所述衬底包括硅衬底；所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层之后，还包括：

18、于所述氮元素扩散阻挡层的上表面形成图形化光刻胶层；

19、基于所述图形化光刻胶层刻蚀所述氮元素扩散阻挡层及所述金属硅化物阻挡层，以形成接触孔，所述接触孔暴露出所述衬底的部分上表面；

20、于所述接触孔内形成金属层，所述金属层与所述衬底裸露的上表面相接触；

21、对所得结构进行热退火处理，使得部分所述金属层与部分所述衬底反应以形成金属硅化物层；

22、去除所述图形化光刻胶层及未反应的所述金属层。

23、第二方面，本申请还提供一种半导体结构，所述半导体结构包括：

24、衬底；

25、金属硅化物阻挡层，位于所述衬底的上表面，所述金属硅化物阻挡层中含有氮元素；

26、氮元素扩散阻挡层，位于所述金属硅化物阻挡层的上表面。

27、本申请的半导体结构，通过在金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层，在氮元素扩散阻挡层的上表面形成图形化光刻胶层时，可以避免金属硅化物阻挡层中的氮元素与图形化光刻胶层底部的化学物质产生反应而造成的“光阻中毒”现象，从而提高了图形化光刻胶层的质量以及图形化光刻胶层控制光刻尺寸的能力，提高了半导体结构的良率。

28、在其中一个实施例中，所述金属硅化物阻挡层包括氮化硅层；所述氮元素扩散阻挡层包括氧化硅层或氮氧化硅层。

29、在其中一个实施例中，还包括：

30、接触孔，位于所述氮元素扩散阻挡层和所述金属硅化物阻挡层内，暴露出所述衬底的部分上表面；

31、金属硅化物层，位于所述接触孔内，且位于所述衬底裸露的上表面。

技术特征：

1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述氮元素扩散阻挡层包括氧化硅层，所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的反应气体包括甲硅烷和一氧化二氮；或所述氮元素扩散阻挡层包括氮氧化硅层；所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的反应气体包括甲硅烷、一氧化二氮及氦气。

3.根据权利要求2所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述金属硅化物阻挡层包括氮化硅层，于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层的反应气体包括甲硅烷、氮气和氨气；所述氮元素扩散阻挡层包括氧化硅层，所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的反应气体包括甲硅烷和一氧化二氮；

4.根据权利要求3所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的甲硅烷的气体流量，大于于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的甲硅烷的气体流量。

5.根据权利要求2所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的甲硅烷的气体流量，大于于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的甲硅烷的气体流量；于所述衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的氮气的气体流量，等于于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层的过程中向所述化学气相沉积设备中通入的氮气的气体流量。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述衬底包括硅衬底；所述于所述金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层之后，还包括：

8.一种半导体结构，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，所述金属硅化物阻挡层包括氮化硅层；所述氮元素扩散阻挡层包括氧化硅层或氮氧化硅层。

10.根据权利要求8或9所述的半导体结构，其特征在于，还包括：

技术总结
本申请涉及一种半导体结构及其制备方法。该半导体结构的制备方法包括：提供衬底；于衬底的上表面形成金属硅化物阻挡层，金属硅化物阻挡层中含有氮元素；于金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层。本申请通过在金属硅化物阻挡层的上表面形成氮元素扩散阻挡层，在氮元素扩散阻挡层的上表面形成图形化光刻胶层时，可以避免金属硅化物阻挡层中的氮元素与图形化光刻胶层底部的化学物质产生反应而造成的“光阻中毒”现象，从而提高了图形化光刻胶层的质量以及图形化光刻胶层控制光刻尺寸的能力，提高了半导体结构的良率。

技术研发人员：曹雪婷,庞洪荣,单亚兵,林旭,仇峰,王恒宇
受保护的技术使用者：上海积塔半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29