[发明专利]半导体器件制作工艺及传导结构

说明书

本发明一般涉及半导体器件，更详细地，涉及半导体器件制作工艺。

较小的半导体器件要求使用新材料以制造高性能的半导体晶体管。焦点包含两个方面，用高-k栅电介质材料和金属栅。正在研究用中间带隙能级材料用作金属电极。被研究作金属栅的材料包含难熔金属如钛，钽，和钨化合物。钨有一个问题是在代表性的形成中有六氟化钨(WF₆)和分子氢(H₂)气体反应。反应时显著数量的氟会进入沉积的膜中。当晶片进一步加工时，氟离开钨扩散进栅电介质。在栅电介质中，氟能降低栅电介质的品质和降低其介电常数。在器件里使用的高-k栅电介质，氟抵消了高-k栅电解质的效果。进一步讲，即使用二氧化硅栅，膜的有效介电常数也要减少，栅电极与下面半导体基底间的电容性耦合量下降。随着采用WF₆和H₂反应而来的另外的问题是，氟太多引起在氧化物层和金属层之间粘连问题，以及形成的晶体管的较高的漏电流。

使用某些难熔金属氮化物，靠其自身，难以阻断氟的渗透。例如，如果氮化钛层被以常规形成的钨层覆盖，在随后的退火阶段氟仍能穿过氮化钛，引起相同的问题。

金属栅材料的物理蒸汽沉积不是一个好的办法。在物理蒸汽沉积时会通常产生等离子体。在溅射过程期间栅电介质可能遭受损坏或实际上去除了一些栅电介质。所以，对金属栅PVD是不可取的。一种用羰基源(如W(CO)₆)的化学蒸发沉积可能有碳污染问题。

本发明以实例说明，并不局限于附图，其中相同标号指示相同部件，其中：

图1．示出栅电介质层形成后半导体器件基底部分的截面图；

图2．示出非晶金属层制成后图1基底的截面图；

图3．示出图2中形成的非晶金属层的顶表面；

图4．示出晶质金属层和罩层制成后图2基底的截面图；

图5．示出图4中形成的晶质金属层顶表面；

图6．示出场效应晶体管形成后图4基底的截面图；

图7．示出中间级电介质层和接触结构形成后图6基底的截面图；

图8．示出基本上完整器件形成后图7基底的截面图。

普通技术人员应当理解图中的元件均以简捷明晰的方式示出，没有按比例绘制。例如，图中某些元件的尺寸相对于其它元件可能夸张，这是为了更好的理解本发明的实施方案。

可以形成具有金属层的半导体器件和传导结构。在一种实施方案中，半导体器件包括非晶金属层和晶质金属层。非晶质金属层可减少经由该层可能的渗透杂质。更具传导性晶质金属层可在非晶质金属层上形成，以保持相对较低的电阻率。当形成传导结构时，含金属的气体和清扫气体至少在一个同一时刻流过。传导结构可以是栅电极的一部分。本发明由权利要求书所限定，在阅读以下实施方案说明之后会更好地理解。

图1包含半导体器件基底10的部分截面图。本说明中，半导体器件基底包含单晶半导体晶片，绝缘体上半导体晶片，半导体复合晶片(如硅锗晶片，硅-锗-碳晶片)，或任何其它用于制成半导体器件的基底。场隔离区12形成在基底10内。然后在基底10上形成栅电介质层14。在这个具体的实施方案中，栅电介质层14可包含传统的栅电介质材料如二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅等，还可包含金属氧化物，如二氧化钛，五氧化钽，锶钛氧化物或其它高-k栅电介质材料。按本说明的意图，高-k栅电介质这种材料其介电常数至少为10。

然后非晶金属层22在栅电介质层14上形成，如图2中所示。在沉积期间，至少要用两种气体。一种气体含金属元素，另一种气体含半导电元素。在此，半导电元素包括任意ⅣA族元素，如硅，锗等。第一种气体包括含钨，含钛，或含钽化合物。例如金属卤化物(如六氟化钨(WF₆)，四氯化钛(TiCl₄)等)，碳酰基钨(W(CO)₆)，含钽化合物和各种金属有机化合物，代表性地含钨，钛，钽，铪，锆，铝等等。金属栅不局限于这些特定金属的任意一种。但是，难熔金属特别得到使用因为它们较其它金属能承受相对更高的温度。

第二种气体代表性地包括“清扫”气体。清扫气体帮助中和金属原子附属的族。例如，如果金属原子附属的族是卤化物(F,Cl,Br,I)，则清扫气体典型地包含半导电元素或氮。例如包含硅烷，二氯硅烷，各种氯硅烷，乙硅烷，锗和各种其它的含锗或含硅化合物。如果金属原子附属的族为有机质(如羰基)则清扫气体典型地含氧。当有机族附属于金属原子时，清扫气体可包括半导电元素或氮。所以几乎任何半导电元素，氮，和氧的结合都可在清扫气体内使用。