[发明专利]一种半导体器件及其制造方法

说明书

本发明提供了一种半导体器件的制造方法，包括步骤：在衬底上形成栅沟槽；在栅沟槽中形成栅介质层以及其上的金属栅极层；在金属栅极层表面上形成扩散阻挡层；采用ALD工艺，在扩散阻挡层上形成填满栅沟槽的钨层，所述扩散阻挡层阻挡形成钨层过程中的前驱物中离子的扩散。扩散阻挡层阻挡ALD形成钨层时前驱物中离子的扩散，有效提高了器件的性能以及可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

目前，在CMOSFET(互补金属氧化物半导体场效应晶体管)制造工艺的研究可大概分为两个方向，即前栅工艺和后栅工艺。

后栅工艺目前广泛应用于先进的集成电路工艺制造中，其通常是先形成伪栅和源漏区，而后去除伪栅并在栅沟槽中重新填充高k金属栅堆叠的替代栅极。由于栅极形成在源漏极之后，此工艺中栅极不需要承受很高的退火温度，对栅层材料选择更广泛并且更能体现材料本征的特性。

现有技术中多采用CVD、PVD等常规方法制备Al、Mo等金属作为替代栅极的金属填充层，然而其台阶覆盖性较差，后续的CMP工艺难以实现对小尺寸器件的超薄金属层的控制，制备的金属层的质量无法满足40nm以下的工艺要求。

ALD(原子层沉积)工艺是基于化学吸收的表面限制反应，能够提供固有的单层沉积，在高深宽比缝隙中具有100％的台阶覆盖率。目前，在后栅工艺中通常采用ALD工艺进行金属钨(W)的填充来形成替代栅极的顶层金属，以提供具有良好台阶覆盖率和缝隙填充能力的高质量金属层，满足40nm以下尺寸的器件的要求。

然而，ALD制备W时，多采用硼烷(B2H6)与WF6来作为前驱物，其中B会扩散进入金属栅极以及高k材料的栅极绝缘层中，这会影响器件的性能和可靠性。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷，提供一种半导体器件的制造方法，避免ALD制备W时硼的扩散，提高器件的性能。

本发明提供了一种半导体器件的制造方法，应用于后栅工艺中，包括：

在衬底上形成栅沟槽；

在栅沟槽中形成栅介质层以及其上的金属栅极层；

在金属栅极层表面上形成扩散阻挡层；

采用ALD工艺，在扩散阻挡层上形成填满栅沟槽的钨层，所述扩散阻挡层阻挡形成钨层过程中的前驱物中离子的扩散。

可选地，形成所述扩散阻挡层和钨层的步骤具体为：

采用ALD工艺，对金属栅极层进行NH3表面预处理；

采用ALD工艺，通入形成钨层的前驱物，在该表面上形成氮化钨的扩散阻挡层，以及在扩散阻挡层上形成钨层。

可选地，前驱物为B2H6与WF6。

可选地，在形成栅介质层之后，形成金属栅极层之前，还包括步骤：在所述栅介质层上形成金属阻挡层。

可选地，所述金属阻挡层包括Al、Ti、TiAl、TiN、WN及其组合。

此外，本发明还提供了由上述方法形成的半导体器件，包括：

衬底；

衬底上的栅沟槽；

栅沟槽中的栅介质层以及其上的金属栅极层；

金属栅极层上的扩散阻挡层，所述扩散阻挡层为氮化钨；