[發明專利]一種半導體器件的制造方法

有效

• 申請號: 201410141701.7
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN104979181B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 王桂磊;趙超;徐強;陳韜;楊濤;李俊峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/285
• 分類號: H01L21/285;H01L21/8238
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 王立民;張應

本發明提供了一種半導體器件的制造方法，包括步驟：在襯底上形成柵溝槽；在柵溝槽中形成柵介質層以及其上的金屬柵極層；在金屬柵極層表面上形成擴散阻擋層；采用ALD工藝填充鎢層，具體步驟為：通過交替進行第一反應和第二反應填充鎢層，其中，第一反應的反應氣體包括含硅反應氣體，第二反應的反應氣體包括硼烷。本發明通過交替通入含硅氣體和硼烷氣體進行反應來形成鎢層，在保證了鎢的填孔性能的同時，避免了硼元素在擴散阻擋層的界面富集以及穿透到之下的柵極介質層和柵極中，提升了后道CMP工藝集成的可靠性，同時也降低了柵極電阻。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種半導體器件的制造方法。

背景技術

目前，在CMOSFET(互補金屬氧化物半導體場效應晶體管)制造工藝的研究可大概分為兩個方向，即前柵工藝和后柵工藝。

后柵工藝目前廣泛應用于先進的集成電路工藝制造中，其通常是先形成偽柵和源漏區，而后去除偽柵并在柵溝槽中重新填充高k金屬柵堆疊的替代柵極。由于柵極形成在源漏極之后，此工藝中柵極不需要承受很高的退火溫度，對柵層材料選擇更廣泛并且更能體現材料本征的特性。

現有技術中多采用CVD、PVD等常規方法制備Al、Mo等金屬作為替代柵極的金屬填充層，然而其臺階覆蓋性較差，后續的CMP工藝難以實現對小尺寸器件的超薄金屬層的控制，制備的金屬層的質量無法滿足40nm以下的工藝要求。

ALD(原子層沉積)工藝是基于化學吸收的表面限制反應，能夠提供固有的單層沉積，在高深寬比縫隙中具有100％的臺階覆蓋率。目前，在后柵工藝中通常采用ALD工藝進行金屬鎢(W)的填充來形成替代柵極的頂層金屬，以提供具有良好臺階覆蓋率和縫隙填充能力的高質量金屬層，滿足40nm以下尺寸的器件的要求。

然而，ALD制備W時，多采用硼烷(B₂H₆)與WF₆來作為前驅物，其中B會擴散進入金屬柵極以及高k材料的柵極絕緣層中，這會影響器件的性能和可靠性。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷，提供一種半導體器件的制造方法，避免ALD制備W時硼的擴散，提高器件的性能。

本發明提供了一種半導體器件的制造方法，應用于后柵工藝中，包括：

在襯底上形成柵溝槽；

在柵溝槽中形成柵介質層以及其上的金屬柵極層；

在金屬柵極層表面上形成擴散阻擋層，擴散阻擋層形成步驟包括：將晶片送入CVD反應式，加熱至300℃從而對晶片進行預熱；通入硅烷氣體，淀積形成薄硅層，從而得到擴散阻擋層，薄硅層為單原子的硅層；

采用ALD工藝填充鎢層，具體步驟為：通過交替進行第一反應和第二反應填充鎢層，其中，第一反應的反應氣體包括含硅氣體，第二反應的反應氣體包括硼烷。

可選的，所述含硅氣體為硅烷或硅乙烷。

可選的，形成擴散阻擋層的步驟具體為：

進行預熱；

通過將含硅氣體進行分解形成硅的擴散阻擋層。

可選的，形成擴散阻擋層的步驟或者為：采用ALD工藝，對金屬柵極層進行NH₃表面預處理；通入氟化鎢，在金屬柵極層的表面上形成氮化鎢的擴散阻擋層。

可選的，在形成柵介質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散至柵介質層中。

可選的，所述蓋帽層為Ti、Ta、TaN、TiN、WN及其組合。

可選的，ALD工藝中的溫度范圍為250-350°。