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，其中，半导体器件的形成方法包括：提供基底，所述基底表面具有层间介质层，且所述层间介质层内具有凹槽，所述凹槽暴露出基底表面；形成覆盖所述凹槽底部和侧壁的栅介质层；形成覆盖所述栅介质层的第一阻挡层；对第一阻挡层进行非晶化处理，使得第一阻挡层转变为第二阻挡层；形成覆盖第二阻挡层的金属层，所述金属层的表面与所述层间介质层表面齐平。所述半导体器件及其形成方法提高了半导体器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
技术介绍
MOS晶体管是现代集成电路中最重要的元件之一。MOS晶体管的基本结构包括：半导体衬底；位于衬底表面的栅极结构，位于栅极结构一侧半导体衬底内的源区和位于栅极结构另一侧半导体衬底内的漏区。MOS晶体管通过在栅极结构施加电压，调节通过栅极结构底部沟道的电流来产生开关信号。随着MOS晶体管集成度越来越高，MOS晶体管工作需要的电压和电流不断降低，晶体管开关的速度随之加快，随之对半导体工艺方面要求大幅度提高。因此，业界找到了替代SiO2的高介电常数材料(High-KMaterial)作为栅介质层，以更好的隔离栅极结构和MOS晶体管的其它部分，减少漏电。同时，为了与高K(K大于3.9)介电常数材料兼容，采用金属材料替代原有多晶硅作为栅电极层。高K栅介质层金属栅电极的MOS晶体管的漏电进一步降低。然而，随着特征尺寸的进一步缩小，现有技术中形成的MOS晶体管的性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体器件及其形成方法，提高半导体器件的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底，所述基底表面具有层间介质层，且所述层间介质层内具有凹槽，所述凹槽暴露出基底表面；形成覆盖所述凹槽底部和侧壁的栅介质层；形成覆盖所述栅介质层的第一阻挡层；对第一阻挡层进行非晶化处理，使得第一阻挡层转变为第二阻挡层；形成覆盖第二阻挡层的金属层，所述金属层的表面与所述层间介质层表面齐平。可选的，还包括：在形成栅介质层之前，形成界面层，所述界面层覆盖所述凹槽的底部和侧壁。可选的，还包括：在形成所述金属层之前，形成覆盖第二阻挡层的功函数层。可选的，当所述半导体器件为N型MOS晶体管时，所述功函数层的材料为TiAl；当所述半导体器件为P型MOS晶体管时，所述功函数层的材料为TaN。可选的，所述基底包括衬底和位于衬底表面的鳍部；所述凹槽暴露出鳍部的顶部表面和侧壁。可选的，所述基底为衬底，所述凹槽暴露出衬底表面。可选的，所述栅介质层的材料为高K介质材料。可选的，所述第一阻挡层的材料为TiN或TaN。可选的，所述非晶化处理的方法为：采用第一离子注入工艺在第一阻挡层中掺杂第一离子；对掺杂有第一离子的第一阻挡层进行第一退火处理，使得第一阻挡层转变为第二阻挡层。可选的，所述第一离子注入工艺的参数为：注入离子为硅离子，注入能量为0.5KeV～5KeV，注入剂量为1E15atom/cm2～5E16atom/cm2，注入角度为7度～20度。可选的，所述第一退火处理为尖峰退火，采用的气体为N2或Ar，退火温度为950摄氏度～1050摄氏度。可选的，当所述第一阻挡层为TiN，第一离子为Si离子时，形成的第二阻挡层为TiSiN。可选的，所述非晶化处理的方法为：形成覆盖第一阻挡层的硅层；对硅层和第一阻挡层进行第二退火处理，使得硅层中的硅原子进入第一阻挡层中，形成第二阻挡层；形成第二阻挡层后，去除硅层。可选的，形成所述硅层的工艺为低压化学气相沉积工艺，具体的工艺参数为：采用的气体为SiH4，SiH4的流量为10sccm～60sccm，温度为350摄氏度～500摄氏度，沉积腔室压强为0.4torr～2torr。可选的，所述硅层的厚度为40埃～100埃。可选的，所述第二退火处理为尖峰退火，采用的气体为N2或Ar，退火温度为800摄氏度～1000摄氏度。可选的，当第一阻挡层为TiN时，所述第二阻挡层为TiSiN。可选的，所述第二阻挡层的厚度为10埃～30埃。可选的，所述金属层为W、Al、Ti、Cu、Mo或Pt。本专利技术还提供了采用上述任意一项方法形成的半导体器件，包括：基底；所述基底表面具有层间介质层，且所述层间介质层内具有凹槽，所述凹槽暴露出基底表面；覆盖所述凹槽底部和侧壁的栅介质层；覆盖所述栅介质层的第二阻挡层，所述第二阻挡层具有非晶结构；覆盖第二阻挡层的金属层，所述金属层的表面与所述层间介质层表面齐平。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的半导体器件的形成方法，由于对所述第一阻挡层进行了非晶化处理，使得所述第一阻挡层转变为第二阻挡层，第二阻挡层具有非晶结构，使得第二阻挡层的阻挡作用大于第一阻挡层的阻挡作用，第二阻挡层能够有效的阻挡金属层中的金属原子进入栅介质层中；另外，在形成金属层的过程中，第二阻挡层能够有效的阻挡前驱体产生的中间产物进入栅介质层中。进一步的，在形成栅介质层之前，形成覆盖所述凹槽的底部和侧壁的界面层。所述界面层作为基底和栅介质层之间的过渡层，避免栅介质层直接和基底结合不牢固的现象。同时，第二阻挡层能够有效的阻挡金属层中的金属原子进入界面层中，以及在形成金属层过程中，有效的阻挡前驱体产生的中间产物进入界面层中。进一步的，在第二阻挡层和金属层之间形成功函数层。所述功函数层能够调节半导体器件的阈值电压。同时，所述第二阻挡层能够有效的阻挡功函数层中的金属原子进入栅介质层中。进一步的，所述非晶化处理的方法为：形成覆盖第一阻挡层的硅层；对硅层和第一阻挡层进行第二退火处理，使得硅层中的硅原子进入第一阻挡层中，形成第二阻挡层；形成第二阻挡层后，去除硅层。所述非晶化处理方法能够使得第一阻挡层转变为第二阻挡层；另外，在进行第二退火处理的过程中，所述硅层能够吸附界面层中的氧原子，使得界面层的等效氧化物厚度减小，从而提高了半导体器件的性能。本专利技术提供的半导体器件中，由于所述第二阻挡层具有非晶结构，使得第二阻挡层的阻挡作用较强，所述第二阻挡层能够有效的阻挡金属层中的金属原子进入栅介质层中；另外，第二阻挡层能够有效的阻挡在形成金属层的过程中产生的中间产物进入栅介质层中。附图说明图1至图3为本专利技术一实施例中半导体器件形成过程的示意图；图4至图13为本专利技术另一实施例中半导体器件形成过程的示意图；图14至图18为本专利技术又一实施例中半导体器件形成过程的示意图。具体实施方式随着特征尺寸的进一步缩小，现有技术中形成的半导体器件的性能较差。图1至图3为本专利技术一实施例中半导体器件的形成过程的结构示意图。参考图1，提供基底，所述基底包括衬底100和位于衬底100表面的鳍部120；所述基底表面形成有层间介质层130，且所述层间介质层130内形成有凹槽131，所述凹槽131暴露出鳍部120的顶部表面和侧壁。参考图2，形成覆盖所述凹槽131(参考图1)底部和侧壁的栅介质层140；形成覆盖所述栅介质层140的阻挡层141；形成覆盖所述阻挡层141的金属层142，所述金属层142的整个表面高于层间介质层130表面。所述阻挡层141的材料为TiN，所述金属层142的材料为W。参考图3，以层间介质层130为停止层，平坦化金属层142、阻挡层141和栅介质层140，使得金属层142、阻挡层141和栅介质层140与层间介质层130齐平。研究发现，上述方法形成的半导体器件存在性能差的原因在于：由于在形成金属层的过程中，形成金属层采用具有含氟的前驱体，如WF6，所述前驱体产生含氟的中间产物，所述中间产物中的氟原子容易扩散进入栅介质层中。另外，由于所述阻挡层的材料为TiN，TiN具有多晶结构，所述阻挡层的阻挡作用较弱，使得所述中间产物的氟原子容易通过阻挡层中的晶界扩散进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底表面具有层间介质层，且所述层间介质层内具有凹槽，所述凹槽暴露出基底表面；形成覆盖所述凹槽底部和侧壁的栅介质层；形成覆盖所述栅介质层的第一阻挡层；对第一阻挡层进行非晶化处理，使得第一阻挡层转变为第二阻挡层；形成覆盖第二阻挡层的金属层，所述金属层的表面与所述层间介质层表面齐平。

【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：提供基底，所述基底表面具有层间介质层，且所述层间介质层内具有凹槽，所述凹槽暴露出基底表面；形成覆盖所述凹槽底部和侧壁的栅介质层；形成覆盖所述栅介质层的第一阻挡层；对第一阻挡层进行非晶化处理，使得第一阻挡层转变为第二阻挡层；形成覆盖第二阻挡层的金属层，所述金属层的表面与所述层间介质层表面齐平。2.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，还包括：在形成栅介质层之前，形成界面层，所述界面层覆盖所述凹槽的底部和侧壁。3.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述金属层之前，形成覆盖第二阻挡层的功函数层。4.根据权利要求3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，当所述半导体器件为N型MOS晶体管时，所述功函数层的材料为TiAl；当所述半导体器件为P型MOS晶体管时，所述功函数层的材料为TaN。5.根据权利要求1、2或3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述基底包括衬底和位于衬底表面的鳍部；所述凹槽暴露出鳍部的顶部表面和侧壁。6.根据权利要求1、2或3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述基底为衬底，所述凹槽暴露出衬底表面。7.根据权利要求1、2或3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述栅介质层的材料为高K介质材料。8.根据权利要求1、2或3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一阻挡层的材料为TiN或TaN。9.根据权利要求1、2或3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述非晶化处理的方法为：采用第一离子注入工艺在第一阻挡层中掺杂第一离
\t子；对掺杂有第一离子的第一阻挡层进行第一退火处理，使得第一阻挡层转变为第二阻挡层。10.根据权利要求9所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一离子注入工艺的参数为：注入离子为硅离子，注入能量为0.5KeV～5KeV，注入剂量为1E15atom/cm2～5E16atom/cm2，注入角度为7度～2...

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