[發明專利]半導體器件及其形成方法

有效

• 申請號: 201210379979.9
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN103715134A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 三重野文健
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/336;H01L29/78
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種半導體器件及其形成方法。

背景技術

隨著半導體工藝技術的不斷發展，隨著工藝節點逐漸減小，后柵（gate-last）工藝得到了廣泛應用，來獲得理想的閾值電壓，改善器件性能。并且，為了能夠在半導體器件的柵極、源極和漏極施加電壓，通常需要分別形成連接柵極和源極和漏極的導電插塞。

現有技術的半導體器件的形成方法，包括：

請參考圖1，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100表面形成有第一層間介質層101以及貫穿所述層間介質層101的第一開口（未標示），所述第一開口兩側的半導體襯底100內形成有源區108和漏區109，所述第一開口底部形成有柵極結構和位于所述柵極結構兩側的側墻107，所述柵極結構采用后柵工藝形成，包括：形成于所述第一開口內的高K介質層103，和覆蓋所述高K介質層103表面的金屬柵電極層105，且所述金屬柵電極層105表面與所述第一開口表面齊平。

請參考圖2，形成第一光刻膠層111，所述第一光刻膠層111具有第二開口（未標示），所述第二開口暴露出柵極結構；沿所述第二開口刻蝕部分厚度的柵極結構，使刻蝕后的柵極結構表面低于層間介質層101表面。

請參考圖3，在刻蝕后的柵極結構表面形成保護層113，所述保護層113與層間介質層101表面齊平，用于保護后續工藝中柵極結構不被破壞；去除第一光刻膠層111（如圖2所示），直至暴露出層間介質層101表面。

請參考圖4，形成位于層間介質層101表面、且覆蓋保護層113的第二光刻膠層115，所述光刻膠層115具有位于源區108、漏區109上方的第三開口（未標示）；沿所述第三開口刻蝕所述層間介質層101，直至暴露出部分源區108、漏區109，形成第四開口117。

請參考圖5，去除所述第二光刻膠層115（如圖4所示），并向所述第四開口117（如圖4所示）內填充導電材料，形成連接源區108、漏區109、且與層間介質層101表面齊平的導電插塞119。

請參考圖6，去除所述保護層113（如圖5所示），形成第五開口（未標示）；向所述第五開口內填充導電材料，形成連接金屬柵電極層105的導電插塞121。

然而，現有技術形成的半導體器件，其性能不夠穩定，有待進一步提高。

更多關于半導體器件的形成方法，請參考公開號為US2006/0223302A1的美國專利。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種半導體器件及其形成方法，所述半導體器件的穩定性更好。

為解決上述問題，本發明提供了一種半導體器件的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有層間介質層以及貫穿所述層間介質層的開口，所述開口底部形成有柵極結構，所述柵極結構包括：形成于所述開口底部的高K介質層，和形成于所述高K介質層表面的金屬柵電極層，且所述金屬柵電極層表面低于所述開口表面；形成覆蓋所述金屬柵電極層的金屬層，所述金屬層表面低于所述開口表面；形成覆蓋所述柵極結構的保護層，所述保護層與開口表面齊平。

可選地，所述金屬層的材料為鋁、鈦或鈦化鎢中的一種或多種組合。

可選地，所述金屬層的形成工藝為選擇性沉積工藝或原子層沉積工藝。

可選地，所述選擇性沉積工藝的工藝參數范圍為：反應氣體為三氟化氯和氬氣，沉積壓強為0.1托-1.0托，反應溫度為80攝氏度-120攝氏度，偏壓為5毫托-15毫托。

可選地，所述金屬層的形成工藝為選擇性化學氣相沉積工藝。

可選地，所述選擇性化學氣相沉積工藝的工藝參數范圍為：反應物為Al(CH₃)₂H和氫氣，沉積壓強為0.8托-1.5托，反應溫度為150攝氏度-250攝氏度，偏壓為8毫托-15毫托。

可選地，所述金屬層的厚度為2納米-10納米。

可選地，所述保護層內形成有空氣隙。

可選地，所述保護層的形成工藝為等離子體增強化學氣相沉積工藝，所述等離子體增強化學氣相沉積工藝的沉積腔的壓力為0.3托-0.5托。

可選地，所述保護層的材料為氮化硅、氮氧化硅或氮碳氧化硅。

可選地，所述金屬柵電極層的材料為鎢。

可選地，所述高K柵介質層的材料為氧化鉿、氧化硅鉿、氮氧化硅鉿、氧化鉿鉭、氧化鉿鈦、氧化鉿鋯中的一種或多種組合。

可選地，所述柵極結構還包括：形成于所述高K介質層和金屬柵電極層之間的功能層；形成于所述開口側壁的側墻。