半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件及其制造方法。根据本发明专利技术的一种半导体器件，包括：衬底，其具有有源区；在所述有源区上的栅极结构；以及栅极结构两侧的间隔物；所述栅极结构包括：栅极电介质层，其位于所述有源区上；金属栅极，其位于所述栅极电介质层上，以及竖直的侧墙，其位于所述栅极电介质层上并且在所述金属栅极和间隔物之间，其中所述侧墙由自组装材料形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及。
技术介绍
随着半导体技术的持续发展，器件的关键尺寸不断降低。如本领域技术人员所知的，对于场效应晶体管制造工艺，存在后形成栅极(gate-last)和先形成栅极(gate-first)方法。另外，在半导体制造技术中越来越多地应用高介电常数(也称作高k(high-k))材料，以进一步减小器件尺寸。高k材料的应用所带来的一个问题是寄生电容的增加，特别是对于其中高k材料形成了侧墙(side-wall)的情况更是如此。在美国专利N0.7670894中公开了一种选择性地沉积高k电介质膜的方法，如图1中所示意性地示出的。根据该专利文献的公开，对抗蚀剂101进行处理，以使得抗蚀剂表面带-O-CH3基团；然后，利用原子层沉积(ALD)，以HfCl4和水蒸气(H2O)作为前体，选择性地沉积氧化铪层103。然而，在该专利文献中，存在高k电介质形成的侧墙，从而增加了寄生电容。另一方面，在如此形成的侧墙上形成金属覆盖时，即使使用ALD来沉积也仍会造成覆盖的问题，例如会在沉积的金属201中形成空洞、造成开路等等，如图2中所示，从而降低了成品率。侧墙形状对于金属栅极材料的沉积是重要的，因此，该专利文献所公开的技术需要复杂的制造工艺。因此，存在对减轻或解决上述问题的需求。针对此，专利技术人提出了新颖的富有创造性的，以减轻或消除现有技术中的一个或更多个问题。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于减轻或消除上述的一个或多个问题。本专利技术的另一目的在于降低半导体器件中侧墙部分的电介质(例如，其可能作为栅极电介质)的k值(即，介电常数)。本专利技术的进一步的目的在于消除高k电介质形成的侧墙，从而降低寄生电容。本专利技术的又一目的在于改善应用了高k电介质材料的半导体器件及其制造工艺(特别是，后形成栅极(即，所谓的gate-last)工艺)中的金属膜覆盖。本专利技术的再一目的在于提供一种半导体器件，其包括:衬底，其具有有源区；在所述有源区上的栅极结构；以及栅极结构两侧的间隔物；所述栅极结构包括:栅极电介质层，其位于所述有源区上；金属栅极，其位于所述栅极电介质层上，以及竖直的侧墙，其位于所述栅极电介质层上并且在所述金属栅极和间隔物之间，其中所述侧墙由自组装材料形成。优选地，所述栅极电介质层由高k电介质形成。优选地，所述高k电介质是铪的氧化物。优选地，所述自组装材料包括CH3 (CH2) xCH2SiCl3，其中，x为从6_10的整数，更优选地，X为8。优选地，所述半导体器件进一步包括:导电的缓冲层，所述导电的缓冲层插入在所述栅极电介质层和所述金属栅极之间，并且在所述竖直的侧墙之间。优选地，所述缓冲层由钛的氮化物、钽、钽的氮化物、氮化钽氮化铝合金、或氮化钛氮化铝合金形成。优选地，所述间隔物由硅的氮化物形成。优选地，所述半导体器件还包括:层间电介质层，其在所述衬底上，所述栅极结构形成在所述层间电介质层中。优选地，所述层间电介质层的上表面与所述金属栅极的上表面基本齐平。本专利技术的另一目的在于提供一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤:(a)提供衬底，所述衬底具有有源区，在所述衬底上形成有层间电介质层，所述层间电介质层具有开口以露出有源区的部分表面，在所述开口的侧表面上形成有间隔物，在所述间隔物之间的有源区的表面上形成有第一电介质层；(b)形成自组装材料层以至少覆盖所述间隔物的表面和所述第一电介质层的表面；(C)去除自组装材料层的形成在所述第一电介质层的表面上的部分，并去除所述第一电介质层，以露出所述有源区的部分表面，并使得在间隔物表面上的自组装材料被保留作为侧墙；(d)选择性地在所述有源区的露出的表面上形成第二电介质层。优选地，所述方法还包括:(e)在形成所述自组装材料层之前，对所述层间电介质的表面、所述间隔物的表面以及所述第一电介质的表面进行预处理，以使得在这些表面上形成悬挂键。优选地，利用H2S04/H202或SC-2溶液进行所述预处理，以使得在这些表面上形成氢氧根。优选地，自组装材料层的所述部分是自组装材料的单层。优选地，利用稀释的氢氟酸来进行所述自组装材料层的所述部分以及所述第一电介质层的去除。优选地，所述第二电介质层由高k电介质材料形成。优选地，所述高k电介质材料是铪的氧化物。优选地，所述铪的氧化物由前体HfCl4和水蒸气制备而来。优选地，所述铪的氧化物由前体Hf (Obu)4和O2制备而来。优选地，所述自组装材料是CH3(CH2)xCH2SiCl3,其中，x为从6-10的整数，更优选地，X为8。优选地，所述方法还包括:(f)以所述自组装材料层为掩模选择性地在所述第二电介质层上形成导电的缓冲层。 优选地，所述缓冲层由钛的氮化物(TiN)、钽(Ta)、钽的氮化物(TaN)、氮化钽氮化铝合金(TaAlN)、或氮化钛氮化铝合金(TiAlN)形成。优选地，所述缓冲层由等离子化的含钛前体和含氮前体通过增强的原子层沉积形成，并且在所述形成过程中首先通入含钛的前体。优选地，所述方法还包括:(g)在所述缓冲层上形成金属栅极。优选地，所述层间电介质层的上表面与所述金属栅极的上表面基本齐平。优选地，所述方法还包括:(h)在形成所述自组装材料层之后，进行退火。尽管本专利技术在先进的半导体制造技术(例如，存储器、逻辑器件)中是特别有用的，然而本专利技术并不限于此。实际上，本专利技术具有广泛的应用范围。从下面结合附图的具体描述，本专利技术的其他的优点、目的、方面将变得更加明了。附图说明本申请包含附图。附图与说明书一起用于说明本专利技术的原理。通过参考附图阅读下面的详细描述，将更好地理解本专利技术，在附图中:图1是示出了现有技术中形成高k电介质层的步骤的示意图；图2是示出了现有技术中所存在的问题之一的示意图；图3是示出了根据本专利技术一个实施例的半导体器件的示意图；以及图4-11是示出了根据本专利技术一个实施例的半导体器件的制造方法的示意图。应当理解，这些附图仅仅是示例性的，而不是限制本专利技术的范围。在附图中，各组成部分并未严格按比例或严格按实际形状示出，其中的某些组成部分(例如，层或部件)可以被相对于其他的一些放大，以便更加清楚地说明本专利技术的原理。并且，那些可能导致使得本专利技术的要点模糊的细节并未在附图中示出。具体实施例方式下面将结合附图说明本专利技术的实施例。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种半导体器件，如图3所示，该半导体器件包括衬底301。所述衬底可以具有有源区319。在某些实现方案中，有源区可以被沟槽隔离(STI)303隔开，然而本专利技术不限于此。例如，在某些应用中，也可以采用场氧隔离等。另外，有源区中可以形成有沟道区、源区、漏区、轻掺杂扩散区(LDD)等等，由于这些并非是本专利技术所关注的对象，因此，在图中并未示出并且省略了对其说明。所述半导体器件还包括位于衬底301的有源区上的栅极结构以及在所述栅极结构两侧的间隔物309。所述栅极结构包括位于有源区上的栅极电介质层311。优选地，栅极电介质层311由高k电介质(例如，铪的氧化物(HfO)等)形成。然而本专利技术并不限于此。所述栅极结构还包括位于所述栅极电介质层311上的金属栅极317。所述金属栅极可以由金属(诸如，铜(Cu)、铝等)或金属合金形成。在某些实施方案中，所述半导体器件还可以包括在所述栅极电介质层上并且在所述竖直的侧墙之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：衬底，其具有有源区；在所述有源区上的栅极结构；以及栅极结构两侧的间隔物；所述栅极结构包括：栅极电介质层，其位于所述有源区上；金属栅极，其位于所述栅极电介质层上，以及竖直的侧墙，其位于所述栅极电介质层上并且在所述金属栅极和间隔物之间，其中所述侧墙由自组装材料形成。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括: 衬底，其具有有源区； 在所述有源区上的栅极结构；以及 栅极结构两侧的间隔物； 所述栅极结构包括: 栅极电介质层，其位于所述有源区上； 金属栅极，其位于所述栅极电介质层上，以及 竖直的侧墙，其位于所述栅极电介质层上并且在所述金属栅极和间隔物之间， 其中所述侧墙由自组装材料形成。2.按权利要求1所述的半导体器件，其中所述栅极电介质层由高k电介质形成。3.按权利要求1所述的半导体器件，其中所述高k电介质是铪的氧化物。4.按权利要求1所述的半导体器件，其中所述自组装材料包括CH3(CH2)xCH2SiCl3，其中，X为从6-10的整数。5.按权利要求4所述的半导体器件，其中X为8。6.按权利要求1所述的半导体器件，进一步包括: 导电的缓冲层，所述导电的缓冲层插入在所述栅极电介质层和所述金属栅极之间，并且在所述竖直的侧墙之间。7.按权利要求6所述的半导体器件，其中所述缓冲层由钛的氮化物、钽、钽的氮化物、氮化钽氮化铝合金、或氮化钛氮化铝合金形成。8.按权利要求1所述的半导体器件，所述间隔物由硅的氮化物形成。9.按权利要求1所述的半导体器件，还包括: 层间电介质层，其在所述衬底上，所述栅极结构形成在所述层间电介质层中。10.按权利要求9所述的半导体器件，其中所述层间电介质层的上表面与所述金属栅极的上表面基本齐平。11.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤: (a)提供衬底，所述衬底具有有源区，在所述衬底上形成有层间电介质层，所述层间电介质层具有开口以露出有源区的部分表面，在所述开口的侧表面上形成有间隔物，在所述间隔物之间的有源区的表面上形成有第一电介质层； (b)形成自组装材料层以至少覆盖所述间隔物的表面和所述第一电介质层的表面； (c)去除自组装材料层的形成在所述第一电介质层的表面上的部分，并去除所述第一电介质层，以露出所述有源区的部分表面，并使得在间隔物表面上的自组装材料被保留作为侧墙； (d)选择性地在所述有源区的露...

【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北京有限公司，
类型：发明
国别省市：