、絲網(wǎng)印刷、CVD 等常規(guī)方法形成低k材料的ILD7,其材質(zhì)包括但不限于有機(jī)低k材料(例如含芳基或者多 元環(huán)的有機(jī)聚合物)、無(wú)機(jī)低k材料(例如二氧化硅、無(wú)定形碳氮薄膜、多晶硼氮薄膜、氟硅玻 璃、BSG、PSG、BPSG)、多孔低k材料(例如二硅三氧烷（SSQ)基多孔低k材料、多孔二氧化硅、 多孔SiOCH、摻C二氧化硅、摻F多孔無(wú)定形碳、多孔金剛石、多孔有機(jī)聚合物)。采用回刻 (濕法和/或干法刻蝕)、CMP等技術(shù)平坦化ILD7和應(yīng)力襯層6,直至暴露出偽柵極3,如圖4 所示。
[0049] 而后，形成柵溝槽3T所示，如圖5所示。
[0050]對(duì)于多晶硅、非晶硅、微晶硅等Si基材質(zhì)的偽柵極3,可以采用TMAH濕法腐蝕，或 者碳氟基氣體等離子體干法刻蝕，去除偽柵極3,直至露出襯墊層2。
[0051]接著，進(jìn)一步地，可以重新形成界面層。具體地，例如可以通過(guò)HF濕法腐蝕液去除 氧化硅的襯墊層2,并清洗、干燥暴露出的襯底1表面，以減小溝道區(qū)表面缺陷。隨后，在襯 底1上柵極溝槽3T中形成界面層8,如圖6所示。本實(shí)施例中，界面層8為氧化硅，其形成 方法可以是PECVD、HDPCVD、MBE、ALD等常規(guī)方法，還可以是化學(xué)氧化方法，例如在含有一定 濃度臭氧的去離子水中浸泡20s，使得硅材質(zhì)的襯底1表面被氧化形成氧化硅的界面層8。 該薄層界面層用于降低襯底1與之后形成的高k材料的柵極絕緣層之間的界面態(tài)密度。
[0052] 而后，依次淀積替代的柵極介質(zhì)層9、金屬阻擋層10以及金屬柵極層11，如圖7-9 所示。
[0053]柵極介質(zhì)層9可以為高k介質(zhì)材料(相對(duì)于氧化硅具有高的介電常數(shù))，包括但不 限于氮化物(例如SiN、AIN、TiN)、金屬氧化物(主要為副族和鑭系金屬元素氧化物，例如 A1203、Ta205、Ti0 2、ZnO、Zr02、Hf02、Ce02、Y20 3、La203)、鈣鈦礦相氧化物(例如PbZrxTil_x03 (PZT)、BaxSrl-xTi03 (BST))。形成方法可以是CVD、PVD、ALD等常規(guī)方法。隨后，采用沉積 后退火（PDA)，例如在450°C下退火15s，以提高高k介質(zhì)材料的質(zhì)量。
[0054] 該金屬阻擋層10的材質(zhì)例如是Ti、Ta、TiN、TaN及其組合，該金屬阻擋層可以阻擋 上層的金屬(金屬柵極中的A1等)擴(kuò)散到柵介質(zhì)層9中，此外該阻擋層還可以是氮化鎢（WN) 以進(jìn)一步防止后續(xù)形成W的過(guò)程中B向下擴(kuò)散進(jìn)入柵介質(zhì)層9,并且可以提高ALDW薄膜的 粘附性。
[0055]在本實(shí)施例中，金屬柵極層11為金屬柵極中調(diào)整功函數(shù)的功能層，對(duì)于NM0S而 言，可以選用Al、TiAl、對(duì)于PM0S而言可以選用Ti、TiN、Ta、TaN。沉積方法例如是CVD、PVD、 ALD等。在其他實(shí)施例中，金屬柵極層還可以為金屬柵堆疊中形成頂層的金屬填充層之前的 任意柵極層。
[0056] 而后，在金屬柵極層11上形成擴(kuò)散阻擋層12,如圖10所示。
[0057] 該擴(kuò)散阻擋層12可用于調(diào)整柵極的功函數(shù)以及用于勢(shì)壘阻擋層，同時(shí)，在后續(xù) ALD工藝淀積鎢層的過(guò)程中，可以有效阻擋其前驅(qū)物中的離子，如B，向下擴(kuò)散至柵極及柵 介質(zhì)層中，并增加了鎢層的粘附性和后續(xù)鎢層平坦化的工藝窗口和可靠性。擴(kuò)散阻擋層可 以為Si、WN或TiN等。
[0058]在本實(shí)施例中，采用ALD工藝，預(yù)先對(duì)金屬柵極層11的表面使用NH3進(jìn)行處理；而 后，通入含有鎢的前軀物，如WF6，與金屬柵極層的表面反應(yīng)，在金屬柵極層的表面上形成氮 化鎢的擴(kuò)散阻擋層。
[0059]在其他的實(shí)施例中，還可以通過(guò)形成薄硅的擴(kuò)散阻擋層。在一個(gè)具體的實(shí)施中，首 先，預(yù)熱晶片，可以將晶片送入CVD反應(yīng)式，加熱至300°C，以提高整個(gè)晶片的熱量促進(jìn)分子 的運(yùn)動(dòng)，利于后續(xù)的反應(yīng)和沉積。而后，通入硅烷等含硅氣體，含硅氣體分解后，淀積形成薄 硅層，該薄硅層為單原子的硅層，其同樣可以避免后續(xù)ALD形成鎢層時(shí)前驅(qū)物中的離子，如 F，向下擴(kuò)散至柵極及柵介質(zhì)層中。
[0060] 而后，采用ALD工藝填充鎢13,如圖11所示。
[0061] 在本發(fā)明中，通過(guò)交替進(jìn)行第一反應(yīng)和第二反應(yīng)填充鎢層，其中，第一反應(yīng)的反應(yīng) 氣體包括含硅反應(yīng)氣體，第二反應(yīng)的反應(yīng)氣體包括硼烷。其中，含硅反應(yīng)氣體可以為在ALD 工藝中用于形成鎢的任意含硅前驅(qū)反應(yīng)氣體，例如硅烷（SiH4)或硅乙烷（Si2H6)等。在本實(shí) 施例中，第一反應(yīng)中采用硅烷和氟化硅（WF6)作為反應(yīng)氣體，第二反應(yīng)中采用硼烷（B2H6)和 氟化鎢作為反應(yīng)氣體，具體的，首先采用硅烷氣體進(jìn)行表面處理，而后進(jìn)行反應(yīng)生成鎢層， 在該反應(yīng)形成的鎢中并不包含硼，而后，通入硼烷進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)一步形成鎢層，至此完成一 個(gè)周期的鎢的淀積，而后，重復(fù)上述步驟，交替通入硅烷和硼烷，形成硅烷鎢和硼烷鎢交替 層疊的鎢層。在該實(shí)施例中，硅烷鎢的沉積速率例如是5人/周期至7A/周期，優(yōu)選為6A/周期，硼烷鎢的沉積速率例如是2.3A/周期至3.0A/周期，優(yōu)選為2.7A/周期，最終沉 積得到的鎢層13的厚度例如是1〇~1〇〇〇A，優(yōu)選是750A。
[0062] 而后，進(jìn)行平坦化，從而形成替代柵極，如圖12所示。
[0063] 可以采用CMP的方法進(jìn)行平坦化，直至暴露層間介質(zhì)層7,從而在柵溝槽中形成替 代柵極。
[0064] 而后，根據(jù)需要，完成器件的后續(xù)加工工藝。例如形成金屬硅化物層14和源漏接 觸等，如圖13、14所示。
[0065] 在本實(shí)施例中，首先，在層間介質(zhì)層7中刻蝕形成源漏接觸孔7C，直至暴露源漏區(qū) 4H。在源漏接觸孔7C中沉積Ni、Pt、Co、Ti等形成金屬薄層，進(jìn)行退火使得金屬薄層與源漏 區(qū)中的硅反應(yīng)形成金屬硅化物層14,隨后濕法刻蝕去除未反應(yīng)的金屬薄層，如圖13所示。 而后，在源漏接觸孔7C中沉積1~7nm厚的TiN、TaN的阻擋層15,隨后采用CVD或者ALD 法沉積金屬W、Al、Mo、Cu及其組合，形成源漏接觸16,最后進(jìn)行CMP或者回刻，直至暴露層 間介質(zhì)層7,從而形成源漏接觸，如圖14所示。
[0066] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。
[0067] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng) 域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi) 容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此， 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單 修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括步驟： 在襯底上形成柵溝槽； 在柵溝槽中形成柵介質(zhì)層以及其上的金屬柵極層； 在金屬柵極層表面上形成擴(kuò)散阻擋層； 采用ALD工藝填充鎢層，具體步驟為：通過(guò)交替進(jìn)行第一反應(yīng)和第二反應(yīng)填充鎢層，其 中，第一反應(yīng)的反應(yīng)氣體包括含娃反應(yīng)氣體，第二反應(yīng)的反應(yīng)氣體包括硼燒。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含娃氣體為硅烷或娃乙燒。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成擴(kuò)散阻擋層的步驟具體為： 進(jìn)行預(yù)熱； 通過(guò)將含硅氣體進(jìn)行分解形成硅的擴(kuò)散阻擋層。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成擴(kuò)散阻擋層的步驟具體為：采用ALD 工藝，對(duì)金屬柵極層進(jìn)行NH3表面預(yù)處理；通入氟化鎢，在金屬柵極層的表面上形成氮化鎢 的擴(kuò)散阻擋層。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成柵介質(zhì)層與金屬柵極層之間還包 括步驟：形成蓋帽層，以阻擋上層金屬離子擴(kuò)散至柵介質(zhì)層中。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述蓋帽層為Ti、Ta、TaN、TiN、WN及其組 合。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，ALD工藝中的溫度范圍為250-350°。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第二反應(yīng)的沉積速率小于第一反應(yīng)的沉 積速率。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，第一反應(yīng)的沉積速率為5-7 A /周期。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，第二反應(yīng)的沉積速率為2.3-3人/周期。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括步驟：在襯底上形成柵溝槽；在柵溝槽中形成柵介質(zhì)層以及其上的金屬柵極層；在金屬柵極層表面上形成擴(kuò)散阻擋層；采用ALD工藝填充鎢層，具體步驟為：通過(guò)交替進(jìn)行第一反應(yīng)和第二反應(yīng)填充鎢層，其中，第一反應(yīng)的反應(yīng)氣體包括含硅反應(yīng)氣體，第二反應(yīng)的反應(yīng)氣體包括硼烷。本發(fā)明通過(guò)交替通入含硅氣體和硼烷氣體進(jìn)行反應(yīng)來(lái)形成鎢層，在保證了鎢的填孔性能的同時(shí)，避免了硼元素在擴(kuò)散阻擋層的界面富集以及穿透到之下的柵極介質(zhì)層和柵極中，提升了后道CMP工藝集成的可靠性，同時(shí)也降低了柵極電阻。
【IPC分類】H01L21/285, H01L21/8238
【公開號(hào)】CN104979181
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410141701
【發(fā)明人】王桂磊, 趙超, 徐強(qiáng), 陳韜, 楊濤, 李俊峰
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2014年4月9日