[發明專利]半導體器件及其制作方法

在審

• 申請號: 201310684020.0
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN104716030A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 蔣莉
• 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: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/321
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 高偉;付偉佳

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體地，涉及一種半導體器件及其制作方法。

背景技術

隨著半導體器件尺寸變得越來越小，柵極結構的尺寸也相應地減小。當半導體器件尺寸小于0.1μm時，通常需要采用金屬柵（例如鋁柵極）代替多晶硅柵。當半導體器件尺寸進一步減小時，例如小于20nm技術節點，通常采用鎢柵極代替鋁柵極。

在鎢柵極的制作過程中，通常需要使用化學機械拋光使表面平坦化。然而，鎢是一種具有高硬度、高熔點的金屬，并且在化學機械拋光器件很容易發生低溫脆性斷裂。低溫脆性斷裂包括穿晶脆斷和沿晶界的晶間脆斷兩種斷裂方式。穿晶脆斷主要是解理斷裂。常見的低溫脆性斷裂大多數是沿解理面的穿晶斷裂；而晶間脆斷通常在應力腐蝕或發生回火脆性的情況下出現。

化學機械拋光過程中產生的鎢的低溫脆性斷裂會導致在最終形成的鎢柵極表面留下缺陷。這種缺陷將給半導體器件的性能帶來不利影響。

因此，需要提出一種半導體器件及其制作方法，以解決現有技術中存在的問題。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

為了解決現有技術中存在的問題，根據本發明的一個方面，提出了一種半導體器件的制作方法。該方法包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底上形成層間介電層，在所述層間介電層中形成有暴露所述半導體襯底的凹槽；在所述凹槽的底部形成柵極介電層；在所述柵極介電層和所述層間介電層上形成鎢層，所述鎢層填滿所述凹槽；在所述鎢層上形成保護層；以及進行化學機械拋光去除所述保護層和所述凹槽以外的鎢層，以形成柵極金屬層。

優選地，所述保護層的拋光速率小于所述鎢層的拋光速率。

優選地，所述保護層的結合力大于所述鎢層的結合力。

優選地，所述保護層包括TiN、TaN、Ti、Ta中的一種或多種。

優選地，所述保護層的厚度為

優選地，所述方法還包括在形成所述鎢層之前，在所述凹槽內和所述層間介電層上形成功函數層。

優選地，所述功函數層包括Ti、TaN、TiN、AlCo、TiAlN中的一種或多種。

優選地，所述方法還包括在形成所述鎢層之前，在所述凹槽內和所述層間介電層上形成阻擋層。

優選地，所述鎢層的形成方法包括：采用低壓化學氣相沉積法在所述柵極介電層和所述層間介電層上沉積鎢；以及執行熱處理工藝。

根據本發明的另一個方面，還提供一種半導體器件。該半導體器件是采用上述任一種方法形成的。

根據本發明的半導體器件的制作方法，在鎢層的上面形成一層保護層。該保護層在化學機械拋光過程中覆蓋鎢層，可以保護鎢層，使其不容易發生脆斷，從而避免了最終形成的柵極金屬層中出現斷裂等缺陷，得到平整的表面。

以下結合附圖，詳細說明本發明的優點和特征。

附圖說明

本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。在附圖中，

圖1是根據本發明一個實施例的半導體器件的制作方法的流程圖；以及

圖2A-2F是采用圖1中示出的流程圖來制作半導體器件過程中各步驟獲得的器件的剖視圖。

具體實施方式

接下來，將結合附圖更加完整地描述本發明，附圖中示出了本發明的實施例。但是，本發明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發明的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。

應當明白，當元件或層被稱為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其他元件或層時，其可以直接地在其他元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其他元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其他元件或層時，則不存在居間的元件或層。