[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410219008.7
• 申請(qǐng)日: 2014-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105097929A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于書(shū)坤;韋慶松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體集成電路制作技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種半導(dǎo)體器件及其制作方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體器件微型化、高密度化、高速化、高可靠化和系統(tǒng)集成化等需求的推動(dòng)下，半導(dǎo)體器件的最小特征關(guān)鍵尺寸一直在不斷縮小，導(dǎo)致各種實(shí)際的限制和技術(shù)挑戰(zhàn)開(kāi)始出現(xiàn)。其中，由于多晶硅柵極/SiO₂柵極介質(zhì)厚度逐減小引起的柵極的漏電流增大，成為半導(dǎo)體器件縮小的過(guò)程中的最大挑戰(zhàn)之一。為此，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)采用金屬柵/High-K柵極介質(zhì)替代傳統(tǒng)的多晶硅柵極/SiO₂柵極介質(zhì)。

目前，通常采用后柵工藝制作金屬柵/High-K柵極介質(zhì)。如圖1至圖4所示，在制作包含金屬柵/高介電常數(shù)(High-K)柵極介質(zhì)的半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟：首先，在襯底10′上依次形成柵介質(zhì)層61′、偽柵21′和硬掩膜層30′，進(jìn)而形成如圖1所示的基體結(jié)構(gòu)；然后，在柵介質(zhì)層61′、偽柵21′和硬掩膜層30′的側(cè)壁上形成依次偏移間隙壁40′和側(cè)壁層50′，進(jìn)而形成如圖2所示的基體結(jié)構(gòu)；接下來(lái)，在偽柵21′兩側(cè)的襯底中形成源漏極，并去除側(cè)壁層50′和硬掩膜層30′，進(jìn)而形成如圖3所示的基體結(jié)構(gòu)；最后，去除偽柵21′形成溝槽，并在溝槽中形成金屬柵極23′，進(jìn)而形成如圖4所示的基體結(jié)構(gòu)。

在上述制作方法中，去除側(cè)壁層的目的是增大相鄰偽柵之間的距離，以提高隨后沉積的介電層的填充能力。然而去除側(cè)壁層的步驟會(huì)對(duì)偽柵的頂端肩部造成損壞，進(jìn)而在去除偽柵時(shí)產(chǎn)生殘留物，或使得形成溝槽的形狀發(fā)生改變(如形成圖4所示的倒梯形的溝槽)。在凹槽中填充形成柵極的步驟中，倒梯形的溝槽中會(huì)產(chǎn)生空洞(如圖4中的a所示)等缺陷，進(jìn)而降低半導(dǎo)體器件的性能。目前，技術(shù)人員嘗試通過(guò)在偽柵和側(cè)壁層之間形成具有較低刻蝕速率的偏移間隙壁，以減少去除側(cè)壁層的過(guò)程對(duì)偽柵的頂端肩部造成的損壞。然而，具有較低刻蝕速率的偏移間隙壁的形成溫度普遍較高，使得在高溫條件下High-K柵介質(zhì)層會(huì)發(fā)生重結(jié)晶，從而降低High-K柵極介質(zhì)的質(zhì)量及性能，進(jìn)而降低半導(dǎo)體器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)旨在提供一種半導(dǎo)體器件及其制作方法，以提高半導(dǎo)體器件的性能。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N半導(dǎo)體器件，包括襯底，沿遠(yuǎn)離襯底的方向上依次設(shè)置于襯底的表面的柵介質(zhì)層和柵極，以及設(shè)置于柵極和柵介質(zhì)層的側(cè)壁上的偏移間隙壁，其中偏移間隙壁包括：第一偏移間隙壁，設(shè)置在柵極和柵介質(zhì)層的側(cè)壁上；第二偏移間隙壁，設(shè)置在第一偏移間隙壁遠(yuǎn)離柵極的一側(cè)，第二偏移間隙壁的刻蝕速率小于第一偏移間隙壁的刻蝕速率。

進(jìn)一步地，上述半導(dǎo)體器件中，第二偏移間隙壁的刻蝕速率為第一偏移間隙壁的刻蝕速率的1/10～1/2。

進(jìn)一步地，上述半導(dǎo)體器件中，第一偏移間隙壁為SiN；第二偏移間隙壁為SiCN。

進(jìn)一步地，上述半導(dǎo)體器件中，SiCN中C的摻雜量為1E+16～1E+19atoms/cm³。

進(jìn)一步地，上述半導(dǎo)體器件中，第二偏移間隙壁和第一偏移間隙壁的厚度之比為0.2～2：1。

進(jìn)一步地，上述半導(dǎo)體器件中，柵介質(zhì)層為High-K材料，優(yōu)選為HfO₂、HfON和HfSiON中任一種或多種。

進(jìn)一步地，上述半導(dǎo)體器件中，在柵介質(zhì)層和柵極之間設(shè)置有粘附層，粘附層優(yōu)選為TiN層。

本申請(qǐng)還提供了一種半導(dǎo)體器件的制作方法，包括：提供襯底；在襯底的表面沿遠(yuǎn)離襯底的方向依次形成柵介質(zhì)層和偽柵；在偽柵和柵介質(zhì)層的側(cè)壁上依次形成偏移間隙壁和側(cè)壁層；去除側(cè)壁層；去除偽柵形成凹槽，以及在凹槽中形成柵極；其中形成偏移間隙壁的步驟包括：在偽柵和柵介質(zhì)層的側(cè)壁上形成第一偏移間隙壁；在第一偏移間隙壁上形成刻蝕速率小于第一偏移間隙壁的第二偏移間隙壁。

進(jìn)一步地，在上述半導(dǎo)體器件的制作方法中，形成的第二偏移間隙壁步驟中，形成刻蝕速率為第一偏移間隙壁的刻蝕速率1/～1/2的第二偏移間隙壁。

進(jìn)一步地，在上述半導(dǎo)體器件的制作方法中，第一偏移間隙壁的形成溫度為550～600℃，第二偏移間隙壁的形成溫度為600～800℃。

進(jìn)一步地，在上述半導(dǎo)體器件的制作方法中，第一偏移間隙壁為SiN，第二偏移間隙壁為C的摻雜量為1E+16～1E+19atoms/cm³的SiCN。

進(jìn)一步地，在上述半導(dǎo)體器件的制作方法中，形成的第二偏移間隙壁步驟中，形成厚度為第一偏移間隙壁厚度0.2～2倍的第二偏移間隙壁。