包括无氟钨阻挡层的半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种形成具有降低的电阻率的无氟钨扩散阻挡层的方法、一种利用无氟钨扩散阻挡层的半导体器件，以及一种用于形成这样的半导体器件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种形成具有降低的电阻率的无氟钨扩散阻挡层的方法、一种利用无氟钨扩散阻挡层的半导体器件，以及一种用于形成这样的半导体器件的方法。【专利说明】相关申请的交叉引用本申请要求2012年8月31日提交的韩国专利申请N0.10-2012-0096679的优先权,其全部内容通过引用合并于此。
本专利技术的示例性实施例涉及半导体器件，更具体地，涉及一种。
技术介绍
如果利用氮化钛(TiN)作为金属栅电极，即使逐步地减小半导体器件的线宽，也存在电阻率高的问题。为了准确地控制流经形成在栅电极的源极与漏极之间的沟道上的电流量，需要平稳地控制施加给栅电极的操作电压。此外，高速操作可以经由快电流速度来实现，所述快电流速度是通过利用低电阻率材料形成位线而获得的。如果不解决电阻率高的问题，则可能产生过多热量，因而降低半导体器件的可靠性。为了解决此问题，必须改变现有材料的物理特性以使得现有材料具有低电阻率和高热导率，或必须引入新的金属。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种形成具有低电阻率的钨层的方法，以及一种利用所述方法来制造半导体器件的方法。根据本专利技术的一个实施例，一种形成钨层的方法可以包括以下步骤:利用无氟钨源(FFWS)在衬底之上形成无氟钨层；在无氟钨层之上形成体钨层；以及将所述无氟钨层和所述体钨层退火。根据本专利技术的另一个实施例，一种制造半导体器件的方法可以包括以下步骤:利用含有碳的无氟钨源(FFWS)在衬底之上形成无氟钨层；在无氟钨层之上形成钨成核层；在钨成核层之上形成体钨层；以及将无氟钨层、钨成核层和体钨层退火。根据本专利技术的又另一个实施例，一种半导体器件可以包括:衬底；栅绝缘层，所述栅绝缘层形成在衬底之上；无氟钨(FFW)层，所述无氟钨层形成在栅绝缘层之上；以及体钨层，所述体钨层形成在无氟钨层之上。根据本专利技术的另一个实施例，一种形成钨层的方法可以包括以下步骤:在衬底上吸附无氟钨化合物，所述无氟钨化合物至少包含钨成分和碳成分；去除任何未吸附的钨化合物；对提供的含氢材料执行等离子体处理，使得通过含氢材料与无氟钨化合物的反应来形成包括钨的薄膜；以及去除未反应的含氢材料。【专利附图】【附图说明】图1是示出根据一个示例性实施例的形成钨层的方法的图。图2A是示出根据一个示例性实施例的形成钨层的方法的图。图2B是示出根据图2A的钨层的结构的图。图3A是示出根据一个示例性实施例的形成钨层的方法的图。图3B是示出根据图3A的钨层的结构的图。图4是示出用作栅电极材料的材料的电阻率之间的比较的图。图5是示出无氟钨(FFW)层的氟扩散阻挡层的功能的图。图6是示出后退火(post-ANL)步骤后的晶粒尺寸的图。图7是示出后退火步骤后的相变的图。图8是示出后退火步骤后的碳浓度降低的图。图9A和图9B是示出利用根据一个示例性实施例的形成钨层的方法来形成平面栅结构的方法的图。图10是示出根据利用FFW层作为栅电极的C-V特性的图。图11是示出利用根据一个示例性实施例的形成钨层的方法的掩埋栅结构的图。图12是示出利用根据一个示例性实施例的形成钨层的方法的位线结构的实例的图。图13是示出利用根据一个示例性实施例的形成钨层的方法的位线结构的另一个实例的图。图14是示出利用根据一个示例性实施例的形成钨层的方法的位线结构的又另一个实例的图。图15是示出利用根据一个示例性实施例的形成钨层的方法的接触插塞的图。【具体实施方式】下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以用不同的方式实施，而不应解释为局限于本文所列的实施例。确切地说，提供这些实施例使得本说明书充分与完整，并向本领域技术人员充分地传达本专利技术的范围。在说明书中，相似的附图标记在本专利技术的不同附图与实施例中表示相似的部分。附图并不一定按比例绘制，并且在某些情况下，为了清楚地示出实施例的特征可能对比例做夸大处理。当提及第一层在第二层“上”或在衬底“上”时，其不仅表示第一层直接形成在第二层上或衬底上的情况，还表示在第一层与第二层或衬底之间存在第三层的情况。在示例性实施例中，应用具有低电阻率的钨层作为钨图案(诸如20nm或更小的存储器件的栅电极、位线等)，以及利用含有很少量碳的无氟钨(FFW)层作为扩散阻挡层。图1是示出根据本专利技术的一个示例性实施例的形成钨层的方法的图。参见图1，可以利用原子层沉积(ALD)法来形成钨层。用于钨层的ALD法100包括作为单位循环的无氟钨源(FFWS)注入步骤S11、净化(purge)步骤S12、反应物注入步骤S13和净化步骤S14。可以通过在步骤S15多次地重复单位循环来沉积具有期望厚度的钨层。可以在约150°C至约320°C的温度利用约250W的功率来执行ALD法。在FFWS注入步骤SI I中，在衬底上吸附金属有机系列FFWS。衬底可以由适用于半导体工艺的特定材料(诸如硅(Si))制成。可以在衬底之上提供诸如电介质层和导电层的层。衬底的表面是指衬底的沉积了钨层的特定表面，或指形成在衬底上的材料的表面。例如，根据使用，衬底的表面可以包括诸如硅、氧化硅、高介电物质、氮化硅、掺杂的硅、金属、金属氮化物或其它导电材料的材料。在一个示例性实施例中，衬底的表面可以包括氧化硅(SiO2)0氧化硅(SiO2)可以包括用作晶体管的栅绝缘层的材料。可以利用金属有机钨源作为FFWS。FFWS可以包括不含氟(F)的金属有机钨源。FFWS可以包括含有钨(W)和碳(C)的化合物。另外，FFWS可以包括含有钨(W)、碳(C)和氮(N)的化合物。例如，FFWS可以包括二羰基(η5-甲基-环戊二烯基)亚硝酰钨(C8H7NO3W)或双(t-丁基亚胺基)双(二甲基胺基)钨(C12H3tlN4W)15利用FFWS沉积的钨层的电阻率可以通过碳含量来降低，并且可以起到阻挡层的作用。可以控制FFWS的流速，使得碳含量变成40at% (原子百分比)或更低。接着，为了去除未吸附的FFWS，执行净化步骤S12。可以通过供应诸如氩(Ar)的惰性气体来执行净化步骤。在反应物注入步骤S13中，通过与吸附的FFWS反应而以原子层单位沉积钨层。这里，反应物可以包括还原剂或还原气体。反应物可以包括含氢(H2)的材料。反应物注入步骤S13可以包括氢(H2)等离子体处理。在一个示例性实施例中，反应物注入步骤S13可以包括氢(H2)等离子体处理。如果如上述执行氢(H2)等离子体处理，则通过FFWS与氢(H2)的反应来沉积钨层。可以控制通过氢(H2)等离子体处理所沉积的钨层的碳含量，使得它变成约40原子百分比(at%)或更低。为了控制碳含量，可以控制用于氢(H2)等离子体处理的条件(例如，250W的功率)。可以通过氢(H2)等离子体处理来去除钨层中的诸如氮或氧的杂质。接着，执行净化步骤S14，从而去除任何未反应的反应物或反应副产物。可以通过供应诸如氩(Ar)的惰性气体来执行净化步骤。可以通过在步骤S15多次地重复包括FFWS注入步骤S11、净化步骤S12、反应物注入步骤S13和净化步骤S14的单位循环来将钨层沉积至期望的厚度。根据一个示例性实施例的钨层可以形成至约20 A至约30 A的厚度。因为利用了 ALD法，所以台阶覆盖良好。根据一个示例性实施例的钨层可以包括无氟钨(FFW)层或含有很少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成钨层的方法，所述方法包括以下步骤：利用无氟钨源在衬底之上形成无氟钨层；在所述无氟钨层之上形成体钨层；以及将所述无氟钨层和所述体钨层退火。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：姜东均，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR