[发明专利]半导体器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种半导体器件及其制作方法。

背景技术

随着半导体器件尺寸变得越来越小，栅极结构的尺寸也相应地减小。当半导体器件尺寸小于0.1μm时，通常需要采用金属栅（例如铝栅极）代替多晶硅栅。当半导体器件尺寸进一步减小时，例如小于20nm技术节点，通常采用钨栅极代替铝栅极。

在钨栅极的制作过程中，通常需要使用化学机械抛光使表面平坦化。然而，钨是一种具有高硬度、高熔点的金属，并且在化学机械抛光器件很容易发生低温脆性断裂。低温脆性断裂包括穿晶脆断和沿晶界的晶间脆断两种断裂方式。穿晶脆断主要是解理断裂。常见的低温脆性断裂大多数是沿解理面的穿晶断裂；而晶间脆断通常在应力腐蚀或发生回火脆性的情况下出现。

化学机械抛光过程中产生的钨的低温脆性断裂会导致在最终形成的钨栅极表面留下缺陷。这种缺陷将给半导体器件的性能带来不利影响。

因此，需要提出一种半导体器件及其制作方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供一种半导体器件的制作方法。该方法包括：a）提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介电层，所述层间介电层中具有露出所述半导体衬底的凹槽；b）在所述层间介电层上和所述凹槽内形成第一钨层，所述第一钨层具有第一晶粒尺寸；c）在所述第一钨层上形成第二钨层，所述第二钨层具有小于所述第一晶粒尺寸的第二晶粒尺寸；以及d）采用化学机械抛光去除所述凹槽以外的所述第一钨层和所述第二钨层。

优选地，所述b）步骤包括：在所述层间介电层上和所述凹槽内沉积具有所述第二晶粒尺寸的钨层；以及对所述钨层进行热处理，以形成具有所述第一晶粒尺寸的所述第一钨层。

优选地，所述钨层通过低压化学气相沉积法形成。

优选地，所述第二钨层通过低压化学气相沉积法形成。

优选地，所述方法在形成所述第一钨层之前还包括：在所述凹槽的底部形成栅极介电层；在所述凹槽内和所述层间介电层上形成功函数层。

优选地，所述功函数层包括Ti、TaN、TiN、AlCO、TiAlN中的一种或多种。

优选地，所述第一钨层恰好填满所述凹槽。

优选地，所述第一钨层的厚度为和/或所述第二钨层的厚度为

优选地，所述热处理为快速热处理。

优选地，所述快速热处理的温度为800℃-1000℃。

根据本发明的另一个方面，还提供一种半导体器件。该半导体器件包括：半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介电层，所述层间介电层中具有露出所述半导体衬底的凹槽；栅极介电层，所述栅极介电层位于所述凹槽的底部；第一钨层，所述第一钨层位于所述凹槽内且位于所述栅极介电层上，所述第一钨层具有第一晶粒尺寸；以及第二钨层，所述第二钨层位于所述凹槽内且位于所述第一钨层上，所述第二钨层具有小于所述第一晶粒尺寸的第二晶粒尺寸。

根据本发明的半导体器件的制作方法在具有较大的第一晶粒尺寸的第一钨层上形成具有较小的第二晶粒尺寸的第二钨层，化学机械抛光作用在第二钨层上，既实现了栅极表面平坦化，又可以使第一钨层保持较大的第一晶粒尺寸，降低了栅极电阻，还不会使第一钨层发生晶间脆断或穿晶脆断，避免了因为第一钨层发生晶间脆断或穿晶脆断给半导体器件带来的不利影响。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是根据本发明一个实施例的半导体器件的制作方法的流程图；以及

图2A-2F是采用图1中示出的流程图来制作半导体器件过程中各步骤获得的器件的剖视图。

具体实施方式