半导体器件及其形成方法技术

一种半导体器件及其形成方法，所述形成方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有层间介质层、包括金属栅电极层的栅极结构和位于所述栅极结构两侧的侧墙，其中所述栅极结构、侧墙位于所述层间介质层内并与层间介质层表面齐平，所述栅极结构两侧的半导体衬底内形成有源区和漏区；去除栅极结构中部分厚度的金属栅电极层，形成开口；形成覆盖所述开口底部、但暴露出开口侧壁的过渡金属层；形成覆盖所述过渡金属层表面、并与所述层间介质层表面齐平的盖帽层；形成盖帽层后，形成贯穿所述层间介质层厚度，并分别与源区和漏区电连接的导电插塞。有效避免了金属栅电极层和导电插塞之间短路所造成的半导体器件的性能受影响的问题。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
技术介绍
随着超大规模集成电路(ULSI，UltraLargeScaleIntegration)的飞速发展，元件的特征尺寸(FeatureSize)不断变小，密度不断增大，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细，对各步工艺，尤其是光刻工艺，提出了更高的要求。在此情况下，自对准技术因其可以降低对光刻精度的要求，进而减少形成晶体管所需要的面积而受到广泛的关注。如，在半导体工艺制造中，常利用一种自对准接触（SAC，selfalignmentcontact）技术形成多晶硅自对准插塞。所谓插塞是为了实现硅片上多层电路间的电连接而制作的。通常在半导体工艺制作中，金属因其熔点较低、难以形成良好的图形，一般只用于形成传输大电流的互连，如电源线和地线等；而掺杂多晶硅层因具有高的熔点且易于形成良好的图形，常被用于半导体器件间的局部互连，如DRAM器件的位线等。因此，在半导体器件制作过程中，常需要进行多晶硅插塞的制作，目前，该种插塞通常是利用SAC方法形成。现有技术的半导体器件的形成方法中，为满足实际工业需求，有的晶体管的源极、漏极以及栅极均分别与上述插塞相连，然而，有的晶体管只需分别将其源极和漏极与插塞相连，而无需将其栅极与插塞连接。然而，现有技术的上述半导体器件的性能并不理想。如何提高上述半导体器件的性能，成为亟需解决的技术问题。更多关于半导体器件的形成方法，请参考公开号为“US20060223302A1”的美国专利。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种性能优越的半导体器件及其形成方法。为解决上述问题，本专利技术提供了一种半导体器件的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有层间介质层、包括金属栅电极层的栅极结构和位于所述栅极结构两侧的侧墙，其中所述栅极结构、侧墙位于所述层间介质层内并与层间介质层表面齐平，所述栅极结构两侧的半导体衬底内形成有源区和漏区；去除栅极结构中部分厚度的金属栅电极层，形成开口；形成覆盖所述开口底部、但暴露出开口侧壁的过渡金属层；形成覆盖所述过渡金属层表面、并与所述层间介质层表面齐平的盖帽层；形成盖帽层后形成贯穿所述层间介质层厚度，并分别与源区和漏区电连接的导电插塞。可选地，所述过渡金属层的形成步骤包括：采用侧壁沉积速率小于底部沉积速率的工艺形成覆盖所述开口底部和侧壁的过渡金属薄膜，其中，位于所述开口侧壁的部分过渡金属薄膜的厚度小于位于开口底部的部分过渡金属薄膜的厚度；采用湿法刻蚀工艺去除位于开口侧壁的部分过渡金属薄膜。可选地，所述侧壁沉积速率小于底部沉积速率的工艺为溅射工艺。可选地，所述湿法刻蚀工艺采用的化学试剂为NH4OH-H2O2-H2O的混合液，三者的体积比为（1:1:5）-（1:2:7）。可选地，所述湿法刻蚀工艺采用的化学试剂为质量分数为10%-40%的过氧化氢溶液、质量分数为0.1%-15%的有机酸式盐，质量分数为0.1%-0.5%的氨水、含羧基的酸式盐、或柠檬酸式盐。可选地，所述湿法刻蚀的温度为30摄氏度-60摄氏度。可选地，所述湿法刻蚀工艺采用的化学试剂为质量分数为2%-20%的硝酸、质量分数为2%-20%含羧基的酸以及水的混合物。可选地，所述湿法刻蚀的温度为10摄氏度-60摄氏度。可选地，所述含羧基的酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸或乙二酸。可选地，所述湿法刻蚀采用的试剂为体积分数为1%-5%的过氧化氢、以及硝酸铁和丙二酸溶液。可选地，所述湿法刻蚀的温度小于100摄氏度。可选地，所述过渡金属层的材料为钛、钨化钛或钽。可选地，所述去除栅极结构中部分厚度的金属栅电极层的工艺为各向异性的干法刻蚀工艺或各向异性的湿法刻蚀工艺。可选地，所述盖帽层的材料为氮化硅、氮化钛、氮氧化硅或氧化硅。可选地，所述导电插塞采用自对准接触技术形成。可选地，所述导电插塞的形成步骤包括：形成盖帽层后，刻蚀栅极结构和侧墙两侧的部分层间介质层，形成暴露所述源区和漏区的接触孔；向所述接触孔内填充满导电材料，形成所述接触孔和层间介质层的导电薄膜；平坦化所述导电薄膜，形成与所述层间介质层表面齐平的导电插塞。可选地，所述导电插塞的材料为铜、铝或钨。可选地，所述半导体衬底为体衬底或绝缘体上硅衬底。可选地，所述栅极结构采用前栅工艺或后栅工艺形成。相应的，专利技术人提供了一种采用上述方法形成的半导体器件，所述半导体器件中包括一晶体管，所述晶体管的栅极和导电插塞断开，但源区和漏区分别与导电插塞电连接。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：半导体器件的形成方法中，对于无需将其栅极与插塞连接的晶体管，由于形成的过渡金属层仅覆盖开口底部，但暴露出开口侧壁，后续形成的盖帽层可实现金属栅电极层和导电插塞之间的完全隔离，有效避免了金属栅电极层和插塞之间短路所造成的半导体器件的性能受影响的问题。进一步的，在形成过渡金属层时，首先采用侧壁沉积速率小于底部沉积速率的溅射工艺形成覆盖所述开口底部和侧壁的过渡金属薄膜，使得形成的位于所述开口侧壁的部分过渡金属薄膜的厚度小于位于开口底部的部分过渡金属薄膜的厚度。因此，后续在采用湿法刻蚀工艺去除位于开口侧壁的部分过渡金属薄膜时，虽然也刻蚀了部分厚度的位于开口底部的过渡金属薄膜，但当开口侧壁的过渡金属薄膜去除干净时，所述开口底部仍然保留有部分厚度的过渡金属薄膜，即过渡金属层，形成工艺简单，可操作性强。附图说明图1是现有技术的半导体器件的剖面结构示意图；图2-图10是本专利技术的半导体器件的形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，现有技术的半导体器件的性能并不理想。经过研究，专利技术人发现，对于前述提到的半导体器件中无需将其栅极与导电插塞连接的晶体管，请参考图1，虽然在该晶体管的栅极101表面形成了盖帽层（caplayer）105，但是其栅极101表面的过渡金属层103与自对准接触工艺形成的导电插塞107之间极易接触，如图中109处所示，形成短路，影响半导体器件的性能。经过研究，专利技术人发现，真正起作用的是开口底部的这部分过渡金属层103，但由于现有技术中过渡金属层103采用化学气相沉积（CVD）或原子层沉积（ALD）工艺形成，由于采用上述工艺形成的过渡金属层103在开口（未标示）的底部和侧壁具有相同的厚度，想要去除开口侧壁的部分过渡金属层103则势必会去除开口底部的部分过渡金属层103，因此，想要保留开口底部的部分过渡金属层103，开口侧壁势必会有过渡金属层103的存在，而所述位于开口侧壁的部分过渡金属层103则会造成现有技术中过渡金属层103与导电插塞107接触，影响半导体器件的性能。经过进一步研究，专利技术人发现一种新的形成上述过渡金属层的方法，使得开口侧壁的过渡金属层的厚度小于开口底部的过渡金属层的厚度，从而可以在后续步骤中仅保留开口底部的部分过渡金属层，以解决上述技术问题。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。请参考图2，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200表面形成有层间介质层201、包括金属栅电极层203的栅极结构205和位于所述栅极结构205两侧的侧墙207，其中所述栅极结构205、侧墙207位于所述层间介质层201内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有层间介质层、包括金属栅电极层的栅极结构和位于所述栅极结构两侧的侧墙，其中所述栅极结构、侧墙位于所述层间介质层内并与层间介质层表面齐平，所述栅极结构两侧的半导体衬底内形成有源区和漏区；去除栅极结构中部分厚度的金属栅电极层，形成开口；形成覆盖所述开口底部、但暴露出开口侧壁的过渡金属层；形成覆盖所述过渡金属层表面、并与所述层间介质层表面齐平的盖帽层；形成盖帽层后，形成贯穿所述层间介质层厚度，并分别与源区和漏区电连接的导电插塞。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有层间介质层、包括金属栅电极层的栅极结构和位于所述栅极结构两侧的侧墙，其中所述栅极结构、侧墙位于所述层间介质层内并与层间介质层表面齐平，所述栅极结构两侧的半导体衬底内形成有源区和漏区；去除栅极结构中部分厚度的金属栅电极层，形成开口；形成覆盖所述开口底部、但暴露出开口侧壁的过渡金属层，所述过渡金属层采用过渡金属形成；形成覆盖所述过渡金属层表面、并与所述层间介质层表面齐平的盖帽层；形成盖帽层后，形成贯穿所述层间介质层厚度，并分别与源区和漏区电连接的导电插塞；所述过渡金属层的形成步骤包括：采用侧壁沉积速率小于底部沉积速率的工艺形成覆盖所述开口底部和侧壁的过渡金属薄膜，其中，位于所述开口侧壁的部分过渡金属薄膜的厚度小于位于开口底部的部分过渡金属薄膜的厚度；采用湿法刻蚀工艺去除位于开口侧壁的部分过渡金属薄膜。2.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述侧壁沉积速率小于底部沉积速率的工艺为溅射工艺。3.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺采用的化学试剂为NH4OH-H2O2-H2O的混合液，三者的体积比为(1:1:5)-(1:2:7)。4.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺采用的化学试剂为质量分数为10％-40％的过氧化氢溶液、质量分数为0.1％-15％的有机酸式盐，质量分数为0.1％-0.5％的氨水、含羧基的酸式盐、或柠檬酸式盐。5.如权利要求4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀的温度为30摄氏度-60摄氏度。6.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺采用的化学试剂为质量分数为2％-20％的硝酸、质量分数为2％-20％含羧基的酸以及水的混合物。7.如权利要求6所述的半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31