[发明专利]包括无氟钨阻挡层的半导体器件及其制造方法

说明书

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No.10-2012-0096679的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及半导体器件，更具体地，涉及一种包括无氟钨阻挡层的半导体器件及其制造方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

根据本发明的一个实施例，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。

根据本发明的另一个实施例，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。

根据本发明的又另一个实施例，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。

根据本发明的另一个实施例，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。

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发明的示例性实施例。然而，本发明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发明的范围。在说明书中，相似的附图标记在本发明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。