[發明專利]包括無氟鎢阻擋層的半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201310102336.4
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN103681285B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 姜東均
• 申請（專利權）人: 愛思開海力士有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/768;H01L29/49
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙)11363
• 代理人: 俞波,周曉雨

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年8月31日提交的韓國專利申請No.10-2012-0096679的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明的示例性實施例涉及半導體器件，更具體地，涉及一種包括無氟鎢阻擋層的半導體器件及其制造方法。

背景技術

如果利用氮化鈦（TiN）作為金屬柵電極，即使逐步地減小半導體器件的線寬，也存在電阻率高的問題。為了準確地控制流經形成在柵電極的源極與漏極之間的溝道上的電流量，需要平穩地控制施加給柵電極的操作電壓。此外，高速操作可以經由快電流速度來實現，所述快電流速度是通過利用低電阻率材料形成位線而獲得的。如果不解決電阻率高的問題，則可能產生過多熱量，因而降低半導體器件的可靠性。為了解決此問題，必須改變現有材料的物理特性以使得現有材料具有低電阻率和高熱導率，或必須引入新的金屬。

發明內容

本發明的實施例提供一種形成具有低電阻率的鎢層的方法，以及一種利用所述方法來制造半導體器件的方法。

根據本發明的一個實施例，一種形成鎢層的方法可以包括以下步驟：利用無氟鎢源（FFWS）在襯底之上形成無氟鎢層；在無氟鎢層之上形成體鎢層；以及將所述無氟鎢層和所述體鎢層退火。

根據本發明的另一個實施例，一種制造半導體器件的方法可以包括以下步驟：利用含有碳的無氟鎢源（FFWS）在襯底之上形成無氟鎢層；在無氟鎢層之上形成鎢成核層；在鎢成核層之上形成體鎢層；以及將無氟鎢層、鎢成核層和體鎢層退火。

根據本發明的又另一個實施例，一種半導體器件可以包括：襯底；柵絕緣層，所述柵絕緣層形成在襯底之上；無氟鎢（FFW）層，所述無氟鎢層形成在柵絕緣層之上；以及體鎢層，所述體鎢層形成在無氟鎢層之上。

根據本發明的另一個實施例，一種形成鎢層的方法可以包括以下步驟：在襯底上吸附無氟鎢化合物，所述無氟鎢化合物至少包含鎢成分和碳成分；去除任何未吸附的鎢化合物；對提供的含氫材料執行等離子體處理，使得通過含氫材料與無氟鎢化合物的反應來形成包括鎢的薄膜；以及去除未反應的含氫材料。

附圖說明

圖1是示出根據一個示例性實施例的形成鎢層的方法的圖。

圖2A是示出根據一個示例性實施例的形成鎢層的方法的圖。

圖2B是示出根據圖2A的鎢層的結構的圖。

圖3A是示出根據一個示例性實施例的形成鎢層的方法的圖。

圖3B是示出根據圖3A的鎢層的結構的圖。

圖4是示出用作柵電極材料的材料的電阻率之間的比較的圖。

圖5是示出無氟鎢（FFW）層的氟擴散阻擋層的功能的圖。

圖6是示出后退火（post-ANL）步驟后的晶粒尺寸的圖。

圖7是示出后退火步驟后的相變的圖。

圖8是示出后退火步驟后的碳濃度降低的圖。

圖9A和圖9B是示出利用根據一個示例性實施例的形成鎢層的方法來形成平面柵結構的方法的圖。

圖10是示出根據利用FFW層作為柵電極的C-V特性的圖。

圖11是示出利用根據一個示例性實施例的形成鎢層的方法的掩埋柵結構的圖。

圖12是示出利用根據一個示例性實施例的形成鎢層的方法的位線結構的實例的圖。

圖13是示出利用根據一個示例性實施例的形成鎢層的方法的位線結構的另一個實例的圖。

圖14是示出利用根據一個示例性實施例的形成鎢層的方法的位線結構的又另一個實例的圖。

圖15是示出利用根據一個示例性實施例的形成鎢層的方法的接觸插塞的圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施例。然而，本發明可以用不同的方式實施，而不應解釋為局限于本文所列的實施例。確切地說，提供這些實施例使得本說明書充分與完整，并向本領域技術人員充分地傳達本發明的范圍。在說明書中，相似的附圖標記在本發明的不同附圖與實施例中表示相似的部分。

附圖并不一定按比例繪制，并且在某些情況下，為了清楚地示出實施例的特征可能對比例做夸大處理。當提及第一層在第二層“上”或在襯底“上”時，其不僅表示第一層直接形成在第二層上或襯底上的情況，還表示在第一層與第二層或襯底之間存在第三層的情況。

在示例性實施例中，應用具有低電阻率的鎢層作為鎢圖案（諸如20nm或更小的存儲器件的柵電極、位線等），以及利用含有很少量碳的無氟鎢（FFW）層作為擴散阻擋層。