層250的情況下，可以在阻擋層250上）形成功函數(shù)層260,以提高有效功函數(shù) (EWF)值。功函數(shù)層260可以包括具有期望的功函數(shù)值的材料，例如Ti、TaN、TiN、AlCo、 TiAlN中的一種或多種。功函數(shù)層260可以通過(guò)物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或其他合適的 方式形成。
[0035] 執(zhí)行步驟S140 :在柵極介電層和層間介電層上形成鎢層，鎢層填滿凹槽。
[0036] 如圖2D所示，在柵極介電層240和層間介電層220上形成鎢層270 '，且鎢層270 ' 填滿凹槽230。鎢層270'可以通過(guò)例如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或其他合適的方式形 成。優(yōu)選地，可以采用低壓化學(xué)氣相沉積法在柵極介電層240和層間介電層220上沉積鎢。 低壓化學(xué)氣相沉積可以使鎢能夠較好地填滿凹槽230,并且還能夠使鎢具有較大的晶粒尺 寸。然后，執(zhí)行熱處理工藝。通過(guò)熱處理可以使原始沉積的鎢層的晶粒尺寸進(jìn)一步增大。 這樣形成的鎢層270'具有較大的晶粒尺寸，從而可以降低最終形成的柵極金屬層270 (圖 2F)的電阻。優(yōu)選地，可以通過(guò)快速熱處理（RTP)的方式增大鎢層的晶粒尺寸，其熱處理溫 度例如可以為800°C-KKKTC?？焖贌崽幚淼纳郎厮俣瓤欤郎貢r(shí)間短。
[0037] 執(zhí)行步驟S150 :在鎢層上形成保護(hù)層。
[0038] 如圖2E所示，在鎢層270'上形成保護(hù)層280。保護(hù)層280覆蓋鎢層270'，在隨后 的化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中，保護(hù)層280可以避免鎢層270'發(fā)生低溫脆性斷裂。作為示例，保 護(hù)層280的厚度可以為50A-200A。保護(hù)層280的厚度在該范圍內(nèi)即可以起到良好的保護(hù) 作用，又能夠避免延長(zhǎng)工藝時(shí)間。
[0039] 優(yōu)選地，保護(hù)層280的拋光速率小于鎢層270'的拋光速率。如上文所述，期望形 成晶粒尺寸較大的鎢層270'來(lái)降低最終形成的柵極金屬層的電阻，但是帶來(lái)的不利影響是 鎢層270'表面的粗糙度較大。如果對(duì)鎢層270'表面直接進(jìn)行拋光，大尺寸的晶粒很容易 倒掉或被拔出，這樣會(huì)在鎢層270'表面留下缺陷。并且，由于被拔出處殘留的凹陷會(huì)導(dǎo)致 鎢層270'表面的粗糙度進(jìn)一步增大，結(jié)果可能是不斷地會(huì)有晶粒被拔出。此外，被拔出的 晶粒在拋光過(guò)程中會(huì)在鎢層270'表面移動(dòng)，刮劃鎢層270'表面，而對(duì)鎢層270'帶來(lái)二次 傷害。
[0040] 在化學(xué)機(jī)械拋光的起始時(shí)間段內(nèi)，拋光主要針對(duì)鎢層270'中晶粒的尖端，在同樣 材料的情況下，尖端處的材料層相對(duì)于平坦處的材料層具有較大的拋光速率。理想的情況 是，較快速地使尖端處變得平整，例如在拋光鎢層270'的起始時(shí)間段內(nèi)就在一定程度上避 免鎢層270'的晶粒倒掉或被拔出，避免發(fā)生低溫脆性斷裂。這樣能夠在一定程度上保證最 后得到平坦的表面。在該優(yōu)選實(shí)施例中，選擇拋光速率較小的材料層作為保護(hù)層280。在這 種情況下，尖端處的周圍的相對(duì)平坦處的拋光速率小于尖端處拋光的速率，因此，可以有利 于拋光的初始時(shí)間段內(nèi)尖端處達(dá)到和相對(duì)平坦處一樣的高度，因而使鎢層270'的整個(gè)表面 變得平坦，進(jìn)而降低在隨后的拋光過(guò)程中鎢層270'發(fā)生低溫脆性斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。
[0041] 此外，優(yōu)選地，保護(hù)層280的結(jié)合力優(yōu)選地大于鎢層270'的結(jié)合力。該結(jié)合力是 指晶體中粒子之間存在的相互作用力。保護(hù)層280內(nèi)部的粒子之間具有較大的結(jié)合力。保 護(hù)層280覆蓋在鎢層270'的表面可以對(duì)鎢層270'表面的晶粒起到束縛作用。即使在對(duì)鎢 層270'的尖端進(jìn)行拋光的初始時(shí)間段，尖端處的晶粒的側(cè)壁上也會(huì)由保護(hù)層280束縛。這 樣在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中，鎢層270'表面的晶粒不容易倒掉或被拔出，進(jìn)一步避免拋光過(guò) 程中鎢層270'發(fā)生低溫脆性斷裂。
[0042] 優(yōu)選地，保護(hù)層280可以為TiN、TaN、Ti、Ta中的一種或多種。上述材料不但具有 較低的拋光速率，而且還具有較大的結(jié)合力。
[0043] 執(zhí)行步驟S160 :進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光去除保護(hù)層和凹槽以外的鎢層，以形成柵極金 屬層。
[0044] 如圖2F所示，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，去除保護(hù)層280和凹槽230以外的鎢層270'，以 形成柵極金屬層270。將凹槽以外的材料層(包括整個(gè)保護(hù)層280以及凹槽230以外的鎢層 270'）都去除，由于在步驟S140中鎢層已經(jīng)填滿整個(gè)凹槽，因而形成柵極金屬層270?；瘜W(xué) 機(jī)械拋光具有高選擇性，能夠提供柵極金屬層270和層間介電層220平坦的表面。在拋光 凹槽230以外的鎢層270'時(shí)，如前所述的，由于有保護(hù)層270的保護(hù)作用，鎢層270'不容 易發(fā)生低溫脆性斷裂。
[0045] 綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制作方法，在鎢層270'的上面形成一層保 護(hù)層280。該保護(hù)層280在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中覆蓋鎢層270'，可以保護(hù)鎢層270'，使其不 容易發(fā)生脆斷，從而避免了最終形成的柵極金屬層中出現(xiàn)斷裂等缺陷，得到平整的表面。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種半導(dǎo)體器件200。該半導(dǎo)體器件200是采用 上述任一種方法形成。如圖2F所示，該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底210、形成在半導(dǎo)體襯底 210上的中間具有凹槽的層間介電層220、形成在凹槽內(nèi)的柵極介電層240以及位于柵極介 電層240上的柵極金屬層270。此外，優(yōu)選地，為了防止例如柵極金屬層270中的金屬擴(kuò)散 到柵極介電層240中，可以在柵極介電層240和柵極金屬層270之間形成阻擋層250。阻擋 層250可以包括TiN、TaN中的一種或多種。另外，還可以在柵極介電層240和柵極金屬層 270之間形成功函數(shù)層260,以提高有效功函數(shù)（EWF)值。功函數(shù)層260可以包括具有期望 的功函數(shù)值的材料，例如11、1&隊(duì)1^、41(：〇、1^以中的一種或多種。
[0047] 本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于 舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的 變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由 附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述方法包括： 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成層間介電層，在所述層間介電層中形成有暴露所述半導(dǎo)體襯 底的凹槽； 在所述凹槽的底部形成柵極介電層； 在所述柵極介電層和所述層間介電層上形成鎢層，所述鎢層填滿所述凹槽； 在所述鎢層上形成保護(hù)層；以及 進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光去除所述保護(hù)層和所述凹槽以外的鎢層，以形成柵極金屬層。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)層的拋光速率小于所述鎢層的拋 光速率。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)層的結(jié)合力大于所述鎢層的結(jié)合 力。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)層包括TiN、TaN、Ti、Ta中的一種 或多種。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)層的厚度為50A-200A。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在形成所述鎢層之前，在所 述凹槽內(nèi)和所述層間介電層上形成功函數(shù)層。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述功函數(shù)層包括Ti、TaN、TiN、AlCo、TiAlN 中的一種或多種。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在形成所述鎢層之前，在所 述凹槽內(nèi)和所述層間介電層上形成阻擋層。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鎢層的形成方法包括： 采用低壓化學(xué)氣相沉積法在所述柵極介電層和所述層間介電層上沉積鎢；以及 執(zhí)行熱處理工藝。
10. -種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件是采用權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法形成 的。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件及其制作方法。該方法包括：提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成層間介電層，在所述層間介電層中形成有暴露所述半導(dǎo)體襯底的凹槽；在所述凹槽的底部形成柵極介電層；在所述柵極介電層和所述層間介電層上形成鎢層，所述鎢層填滿所述凹槽；在所述鎢層上形成保護(hù)層；以及進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光去除所述保護(hù)層和所述凹槽以外的鎢層，以形成柵極金屬層。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制作方法，避免了最終形成的柵極金屬層中出現(xiàn)斷裂等缺陷，得到平整的表面。
【IPC分類】H01L21-28, H01L21-321
【公開號(hào)】CN104716030
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310684020
【發(fā)明人】蔣莉
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2013年12月12日