包括:作为第一还原剂的含A1的第一前驱物，例如包括三烧基招(trialkyl aluminum)、烧基招烧(alkyl aluminumhydride)、或氨配位招烧(aluminium hydride-trialkyl amine)等含A1碳氢<化合物；以及作为氧化剂的含难熔金属的的第二前驱物，例如包括难熔金属的卤代物或难熔金属的有机化合物。其中，所含的难熔金属的卤代物通式为MaHbX。，其中Μ选自T1、Ta、Hf、Mo、W、Co、N1、Cr等难熔金属，X为包括F、Cl、Br、I的卤族元素，Η为氢，a、c为大于等于1的正整数，b为大于等于0的整数；并且所含的难熔金属的卤代物优选地选自以下之一及其组合:TiCl4、TiBr4、Til4、TaCl5、TaBr5、Tal5、HfCl4、MoC15 ;所述含难熔金属的有机化合物选自以下之一及其组合:钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、二氯二茂钛、二烯基二茂钛、四氢茚基钛、含吡咯基团配体的钛、钽酸五酯、钽酸五丁酯、钽酸五异丙酯、茂基氯化钽、烯基茂基钽、四氢茚基钽、含吡咯基团配体的钽、铪的环戊二烯基衍生物、四(二乙基酰胺)铪、醋酸钥。
[0037]将上述第一前驱物与第二前驱物置于相应的源瓶中，采用对源瓶加热或者向源瓶中通入载气的方式，使前驱物交替通入反应腔室，到达包含衬底1的晶片表面，在40—450摄氏度的反应腔室内反应并形成金属薄膜，从而最终在待沉积的后栅结构或ILD沟槽或孔中留下含难熔金属的铝合金层，在图1B中构成了功函数层7，在图1C中则构成了阻挡层
4。在此过程中，由于两种前驱物仅通过加热即可反应，无需采用等离子体轰击去除残留物(反应腔室无需额外添加射频等离子体源，由此降低了制造设备成本并且同时节省了时间(开启、关停等离子体源均耗时较多)，因此避免了下层结构受损。同时，由于ALD法制备薄膜的致密性以及良好台阶覆盖率，使得功函数层7填充性能良好，不会在沟槽4G中上部形成悬臂而阻挡后续层的沉积。
[0038]值得注意的是，如本申请【背景技术】部分所述，常规的PVD、CVD工艺难以形成台阶覆盖率良好、沟槽填充率良好的共形的含难熔金属铝合金层，因此只有采用本发明所述的ALD法沉积才能实现本申请的技术效果。
[0039]在上述ALD过程中，可以通过调整工艺参数来调整含难熔金属的铝合金中难熔金属(如1^&、把、10等)与A1的比值(也即合金配比，通常以原子数计算)、或合金电阻率，工艺参数诸如前驱物脉冲序列(也即第一、第二前驱物依次/循环通入的顺序)、不同前驱物脉冲周期的比例(例如第一与第二前驱物脉冲式通入次数的比值)、前驱物脉冲时间(例如第一、第二前驱物脉冲式通入单次或者总的时间，与最终通入的量成正比)等。
[0040]此外，由于反应室内通气流量控制精度问题或者反应室腔内分布不均匀等问题，可能在某些地方难熔金属有机物反应不完全而具有残留物，这些残留物难以在后续工艺中完全去除，将大大影响栅极功函数调整精确度或者引起互连结构中金属迁移导致电连接失效或者下方沟道区迁移率变化，大大降低了器件的可靠性。为此，除了含A1的第一前驱物之外，还可以添加第二还原剂，包括H2、册13等，以增强金属还原反应，从而使得难熔金属的前驱物反应完全，不会在栅极沟槽或者互连通孔中留下未反应的难熔金属。
[0041]最后，在金属层之上形成金属材质的上层结构。
[0042]在图1B中上层结构包括栅电极层8，其材质选自Al、Co、N1、Cu、Pd、Pt、Ru、Re、Mo、Ta、T1、Hf、Zr、W、Ir、Eu、Nd、Er、La等金属、这些金属的合金以及这些金属的氮化物,或者其组合。层8中还可掺杂有C、F、N、0、B、P、As等元素以进一步调节功函数。在本发明一个优选实施例中，图1B中的栅电极层8为单层或者多层结构，其材质可以包括:TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、TiAIN、MoAIN、HfAIN、TaYbN、TaErN、TaTbN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Ir、ff> Mo、Re、RuOx、RuTax、HfRux、多晶娃或金属娃化物。在图1C中上层结构包括互连线金属5，其材质通常包括Al、Cu、W、Mo等及其组合。
[0043]依照本发明的半导体器件制造方法，采用铝基还原剂与金属前驱物反应形成功函数层，避免了悬挂效应造成的孔洞形成，提高了金属填充率，同时避免下层结构受损，提高了器件可靠性。
[0044]尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对器件结构或方法流程做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的器件结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。
【主权项】
1.一种半导体器件制造方法，包括: 在下层结构上形成介质层； 在介质层中形成暴露下层结构一部分的沟槽和/或孔； 在沟槽和/或孔中生长界面层； 在界面层上沉积绝缘介质层； 在绝缘介质层上沉积栅电极层； 采用原子层沉积法，在栅电极层上形成含难熔金属的铝合金层，其中前驱物至少包括作为第一还原剂的含铝的第一前驱物、以及含难熔金属的第二前驱物； 在含难熔金属的铝合金层上形成金属材质的上层结构。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述界面层材质为Si02，并且其厚度为0.3nm?lnm03.根据权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘介质层包含一层或多层绝缘介质。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述栅电极层包含一层栅电极结构或多层栅电极结构。 根据权利要求1所述的绝缘介质层，其中，所述绝缘介质层包含以下材料中的至少一种:Hf02、HfS1x、HfON、HfS1N、HfA10x、A1203、Zr02、ZrS1x、Ta205、La203、HfLaOx、LaA10x、LaS1x、Y203、AIN、以上所述任一种材料的氮化物、以上所述任一种材料的氮氧化物、SiNx或Si0No5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述栅电极层包含以下材料中的至少一种:TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、TiAIN、MoAIN、HfAIN、TaYbN、TaErN、TaTbN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Ir、W、Mo、Re、RuOx、RuTax、HfRux、多晶??圭或金属娃化物。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含难熔金属的铝合金层采用原子层法沉积。7.如权利要求1的方法，其中，第一前驱物包括含铝的碳氢化合物。8.如权利要求7的方法，其中，所述含铝的碳氢化合物选自以下之一及其组合:三烷基招、烧基招烧、或氣配位招烧。9.如权利要求1的方法，其中，第二前驱物包括难熔金属的卤代物或含难熔金属的有机化合物。10.如权利要求9的方法，其中，所含的难熔金属的卤代物选自以下之一及其组合:TiCl4、TiBr4、Til4、TaCl5、TaBr5、Tal5、HfCl4、MoC15 ;所述含难熔金属的有机化合物选自以下之一及其组合:钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、二氯二茂钛、二烯基二茂钛、四氢茚基钛、含吡咯基团配体的钛、钽酸五酯、钽酸五丁酯、钽酸五异丙酯、茂基氯化钽、烯基茂基钽、四氢茚基钽、含吡咯基团配体的钽、铪的环戊二烯基衍生物、四(二乙基酰胺)铪、醋酸钥。11.如权利要求1的方法，其中，前驱物还包括第二还原剂。12.如权利要求11的方法，其中，第二还原剂包括H2、NH32—及其组合。13.如权利要求1的方法，其中，含难熔金属的铝合金层用作后栅工艺的金属功函数层、或者多层互连工艺的金属阻挡层。14.如权利要求1的方法，其中，通过调整工艺参数而调整含难熔金属的铝合金的配比或电阻率。15.如权利要求14的方法，其中，所述工艺参数包括以下之一及其组合:前驱物脉冲序列、不同前驱物脉冲周期的比例、前驱物脉冲时间。
【专利摘要】本发明公开了一种半导体器件制造方法，包括：在下层结构上形成介质层；在介质层中形成暴露下层结构一部分的沟槽和/或孔；在沟槽和/或孔中生长界面层；在界面层上沉积绝缘介质层；在绝缘介质层上沉积栅电极层；采用原子层沉积法，在栅电极层上形成难熔金属的铝合金层，其中前驱物至少包括作为第一还原剂的含铝的第一前驱物、以及含难熔金属的第二前驱物；在难熔金属的铝合金层上形成金属材质的上层结构。依照本发明的半导体器件制造方法，采用铝基还原剂与金属前驱物反应形成功函数层，避免了悬挂效应造成的孔洞形成，提高了金属填充率，同时避免下层结构受损，提高了器件可靠性。
【IPC分类】H01L21/285, H01L21/768
【公开号】CN105448812
【申请号】CN201410351208
【发明人】项金娟, 赵超
【申请人】中国科学院微电子研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年7月23日