[發明專利]一種半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201711037435.3
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN109728078B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 鄧銀屏
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司;中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: H01L29/40
• 分類號: H01L29/40;H01L29/423
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;高偉

本發明提供一種半導體器件及其制造方法，所述方法包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有柵極凹槽；在所述柵極凹槽的底部和側壁上形成功函數層；在所述功函數層上形成富金屬的擴散阻擋層；在所述富金屬的擴散阻擋層上形成富氮的擴散阻擋層；在所述富氮的擴散阻擋層上形成填充所述柵極凹槽的金屬柵電極。本發明提供的半導體器件及其制造方法，在功函數層上依次形成了富金屬的擴散阻擋層和富氮的擴散阻擋層，所述富金屬的擴散阻擋層能夠避免功函數層中的金屬擴散到擴散阻擋層中，所述富氮的擴散阻擋層提高了擴散阻擋層整體的擴散阻擋能力。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體而言涉及一種半導體器件及其制造方法。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發展，集成電路性能的提高主要是通過不斷縮小集成電路器件的尺寸以提高它的速度來實現的。目前，由于在追求高器件密度、高性能和低成本中半導體工業已經進步到納米技術工藝節點，半導體器件的制備受到各種物理極限的限制。

在半導體工藝制程的節點達到28nm及以下時，傳統的柵結構面臨著柵漏電、多晶硅損耗以及由薄柵氧化硅介質層所引起的硼穿透等問題，用高k介電層/金屬柵結構代替傳統的氮氧化硅或氧化硅介質層/多晶硅柵結構被視為解決傳統的柵結構所面臨的問題的主要方法。

在高k介電層/金屬柵結構中，在電場的作用下會發生元素的擴散，例如，金屬柵極中的金屬會擴散到高k介電層中，使器件性能降低甚至失效。因此需要在金屬柵極下方加入擴散阻擋層以阻止金屬柵極中金屬元素的擴散。目前常用的擴散阻擋層為TiN層。然而，現有的擴散阻擋層的擴散阻擋性能不能滿足需求。

因此，為了解決上述問題，有必要提出一種新的半導體器件及其制造方法。

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。

針對現有技術的不足，本發明提供一種半導體器件的制造方法，所述方法包括：

提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有柵極凹槽；

在所述柵極凹槽的底部和側壁上形成功函數層；

在所述功函數層上形成富金屬的擴散阻擋層；

在所述富金屬的擴散阻擋層上形成富氮的擴散阻擋層；

在所述富氮的擴散阻擋層上形成填充所述柵極凹槽的金屬柵電極。

示例性地，通過提高反應物中氮氣的流量，以在所述富金屬的擴散阻擋層上形成富氮的擴散阻擋層。

示例性地，在形成所述金屬柵電極之前，還包括在形成于所述柵極凹槽側壁上的富氮的擴散阻擋層上形成另一富金屬的擴散阻擋層。

示例性地，所述富金屬的擴散阻擋層為富Ti的TiN層，所述富氮的擴散阻擋層為富氮的TiN層。

示例性地，使用高偏置功率以在所述柵極凹槽的底部產生再濺射效應，從而在形成于所述柵極凹槽側壁上的富氮的擴散阻擋層上形成另一富金屬的擴散阻擋層，其中所述高偏置功率大于800W。

示例性地，形成所述富氮的擴散阻擋層所使用的氮氣的流量大于60sccm。

示例性地，所述金屬柵電極的材料為鋁。

示例性地，在形成所述功函數層之前，還包括在所述柵極凹槽的底部形成高k介電層的步驟。

本發明還提供一種半導體器件，所述半導體器件包括：

半導體襯底；

形成于所述半導體襯底上的柵極凹槽；