半導(dǎo)體器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種半導(dǎo)體器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件尺寸變得越來(lái)越小，柵極結(jié)構(gòu)的尺寸也相應(yīng)地減小。當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸小于0.1 μπι時(shí)，通常需要采用金屬柵(例如鋁柵極)代替多晶硅柵。當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸進(jìn)一步減小時(shí)，例如小于20nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，通常采用鎢柵極代替鋁柵極。
[0003]在鎢柵極的制作過(guò)程中，通常需要使用化學(xué)機(jī)械拋光使表面平坦化。然而，鎢是一種具有高硬度、高熔點(diǎn)的金屬，并且在化學(xué)機(jī)械拋光器件很容易發(fā)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(jiàn)的低溫脆性斷裂大多數(shù)是沿解理面的穿晶斷裂；而晶間脆斷通常在應(yīng)力腐蝕或發(fā)生回火脆性的情況下出現(xiàn)。
[0004]化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中產(chǎn)生的鎢的低溫脆性斷裂會(huì)導(dǎo)致在最終形成的鎢柵極表面留下缺陷。這種缺陷將給半導(dǎo)體器件的性能帶來(lái)不利影響。
[0005]因此，需要提出一種半導(dǎo)體器件及其制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括:半導(dǎo)體襯底；層間介電層，所述層間介電層位于所述半導(dǎo)體襯底上，且所述層間介電層中形成有暴露所述半導(dǎo)體襯底的凹槽；以及柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述凹槽內(nèi)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極介電層和位于所述柵極介電層之上的柵極金屬層，所述柵極金屬層的至少上部由鎢合金形成。
[0008]優(yōu)選地，所述鎢合金包括鎢鑰合金、鎢錸合金、鎢鋁合金、鎢鉭合金、鎢釷合金以及鎢硅合金中的至少一種。
[0009]優(yōu)選地，所述鎢合金中的鎢的質(zhì)量百分比為80%?97%。
[0010]優(yōu)選地，所述鎢合金為鎢鑰合金，且所述鎢鑰合金中鑰的質(zhì)量百分比為3%_20%。
[0011]優(yōu)選地，所述鎢合金為所述鎢錸合金，且所述鎢錸合金中錸的質(zhì)量百分比為3%-20%。
[0012]優(yōu)選地，所述柵極金屬層全部由所述鎢合金形成。
[0013]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體器件還包括阻擋層和/或功函數(shù)層，所述阻擋層和/或功函數(shù)層在所述凹槽內(nèi)包圍所述柵極金屬層。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種半導(dǎo)體器件的制作方法。該方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)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(dǎo)體襯底的凹槽；在所述凹槽的底部沉積柵極介電層；以及在所述柵極介電層上形成柵極金屬層，其中所述柵極金屬層的至少上部由鎢合金形成。
[0015]優(yōu)選地，所述柵極金屬層的形成方法包括:在所述柵極介電層上直接沉積鎢合金；以及進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，去除所述凹槽以外的鎢合金。
[0016]優(yōu)選地，所述柵極金屬層的形成方法包括:在所述柵極介電層上沉積鎢層；在所述鎢層上沉積待合金層；進(jìn)行熱處理，以使所述待合金層與所述鎢層反應(yīng)形成所述鎢合金；以及進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝，去除所述凹槽以外的鎢合金。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的柵極金屬層的至少上部由鎢合金形成。鎢合金的塑性較鎢高，因此在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中在柵極金屬層的表面不易出現(xiàn)斷裂等缺陷，不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件的性能帶來(lái)不利影響。
[0018]以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說(shuō)明】
[0019]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制作方法的流程圖；以及
[0021]圖2A-2E以及圖3A-圖3D是采用圖1中示出的流程圖來(lái)制作半導(dǎo)體器件過(guò)程中各步驟獲得的器件的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]接下來(lái)，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開(kāi)徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0023]應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其他元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其他元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)印Ｏ喾?，?dāng)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?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)印?br>[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件的制作方法。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制作方法的流程圖，圖2A-2E以及圖3A-3D示出了采用圖1中示出的流程圖來(lái)制作半導(dǎo)體器件過(guò)程中各步驟獲得的器件的剖視圖。根據(jù)圖1所示的流程圖可以最終得到如圖2E或圖3D所示的半導(dǎo)體器件。下面將結(jié)合圖1所示的流程圖以及圖2A-2E和圖3A-3D所示的半導(dǎo)體器件剖視圖描述本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制作方法。
[0025]執(zhí)行步驟SllO:提供半導(dǎo)體襯底。
[0026]如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底210。該半導(dǎo)體襯底210可以是硅、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上層疊硅(SS0I)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)中的至少一種。半導(dǎo)體襯底210中可以形成有用于隔離有源區(qū)的淺溝槽隔離(STI)等，淺溝槽隔離可以由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氟摻雜玻璃和/或其他現(xiàn)有的低介電材料形成。當(dāng)然，半導(dǎo)體襯底210中還可以形成有摻雜阱(未示出)等等。為了圖示簡(jiǎn)潔，在這里僅用方框來(lái)表示。
[0027]執(zhí)行步驟S120:在半導(dǎo)體襯底上形成層間介電層，在該層間介電層中形成有暴露半導(dǎo)體襯底的凹槽。
[0028]如圖2B所示，在半導(dǎo)體襯底210上形成層間介電層220。層間介電層220可為氧化硅層，包括利用熱化學(xué)氣相沉積(thermal CVD)制造工藝或高密度等離子體(HDP)制造工藝形成的有摻雜或未摻雜的氧化硅的材料層，例如未經(jīng)摻雜的硅玻璃(USG)、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。此外，層間介電層220也可以是摻雜硼或摻雜磷的自旋涂布式玻璃(spin-on-glass，S0G)、摻雜磷的四乙氧基硅烷(PTEOS)或摻雜硼的四乙氧基硅烷(BTEOS)0
[0029]此外，層間介電層220的材料還可以包括例如S12、碳氟化合物(CF)、摻碳氧化硅(S1C)、或碳氮化硅(SiCN)等?；蛘?，也可以使用在碳氟化合物(CF)上形成了 SiCN薄膜的膜等。碳氟化合物以氟(F)和碳(C)為主要成分。碳氟化合物也可以使用具有非晶體(非結(jié)晶性)構(gòu)造的物質(zhì)。層間介電層220還可以使用例如摻碳氧化硅(S1C)等多孔質(zhì)構(gòu)造。
[0030]層間介電層220上形成有暴露半導(dǎo)體襯底的凹槽230。其中，凹槽230可以通過(guò)例如預(yù)先形成偽柵極的方式形成。具體地，可以首先在襯底210上形成偽柵極，該偽柵極可以包括例如多晶硅。然后在襯底210中形成源極/漏極區(qū)域，源極/漏極區(qū)域可以以本領(lǐng)域公知的任何方式形成。之后，在半導(dǎo)體襯底210之上形成層間介電層220，并且使層間介電層220平坦化，以露出偽柵極。最后，去除偽柵極。該偽柵極可以通過(guò)例如刻蝕的方式去除，從而在層間介電層220中間形成凹槽230。
[0031]執(zhí)行步驟S130:在凹槽的底部沉積柵極介電層。
[0032]如圖2C所示，在凹槽230的底部沉積柵極介電層240。在實(shí)踐中，柵極介電層240可以僅形成在凹槽的底部。在僅形成在凹槽230底部的實(shí)施例中，可以采用本領(lǐng)域已知的氧化工藝來(lái)形成。柵極介電層240例如是爐管氧化、快速熱退火氧化(RT0)、原位水蒸氣氧化(ISSG)等氧化工藝形成氧化硅材質(zhì)的柵極介質(zhì)層。當(dāng)然，還可以如圖2C所示的，柵極介電層240不僅形成在凹槽230的底部，還形成在凹槽230的側(cè)壁上。在圖2C所示的實(shí)施例中，柵極介電層240可以通過(guò)原子層沉積法或其他合適的方式形成。柵極介電層240可以為高K介電材料，例如氧化鉿(HfO2)。
[0033]此外，在實(shí)踐中，為了防止后續(xù)要形成于其上的材料，例如柵極金屬層擴(kuò)散到柵極介電層240中，優(yōu)選地，如圖2D所示，還可以在柵極介電層240上形成阻擋層250。阻擋層250可以包括TiN、TaN中的一種或多種。阻擋層250可以通過(guò)物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積等的方法形成在柵極介電層240上。
[0034]另外，優(yōu)選地，如圖2D所示，還可以在柵極介電層240上(當(dāng)柵極介電層240上沉積有阻擋層250的情況下，可以在阻擋層250上)形成功函數(shù)層260，以提供高有效功函數(shù)(EWF)值。功函數(shù)層260可以包括具有期望的功函數(shù)值的材料，例如TiAl合金、TaC、TaCN0、TaCN, TaN, TiN0功函數(shù)層260可以通過(guò)物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或其他合適的方式形成。
[0035]執(zhí)行步驟S140:在柵極介電層上形成柵極金屬層，其中柵極金屬層的至少上部由鎢合金形成。
[0036]如圖2D-2E或圖3A-3D所示，本發(fā)明提供了兩種在柵極介電層240上形成柵極金屬層270或270’的方法。其中柵極金屬層270或270’的至少上部由鎢合金形成，例如鎢鑰合金、鎢錸合金、鎢鋁合金、鎢釷合金、鎢鉭合金、鎢硅合金等。
[0037]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖2E所示，柵極金屬層270全部由鎢合金組成。在該實(shí)施例中，可以先如圖2D所示地，在柵極介電層220上直接通過(guò)例如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或其他合適的沉積方式沉積鎢合金280。然后再進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝，去除凹槽230以外的鎢合金部分，從而形成最終的柵極金屬層270。該方