專利名稱：用于減小接觸電阻的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及減小在接觸開(kāi)口中，典型地在硅化物接觸和上面的金屬之間的接觸電阻的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及制造該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
為了滿足日益增加的對(duì)于增加器件密度和性能的需要，通過(guò)雙鑲嵌方法限定的包括低k介質(zhì)材料(介電常數(shù)小于二氧化硅)和銅冶金的互連布線的半導(dǎo)體技術(shù)是后段制程(BEOL)現(xiàn)在的選擇。因?yàn)楦稍锏目諝饩哂欣碚撋献畹偷慕殡姵?shù)1，大部分低k材料，例如氣凝膠，氫硅倍半氧烷(HSQ)，氟化有機(jī)聚合物，和有機(jī)硅酸鹽玻璃(例如，SiCOH)通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積。阻擋層的選擇包括鉭，鎢和鈦基合金。
高性能互連由不同層上的高導(dǎo)電冶金的布線形成，不同層通過(guò)介質(zhì)材料層互相絕緣并在希望的點(diǎn)互連。為了防止或減小腐蝕雜質(zhì)進(jìn)入互連布線結(jié)構(gòu)中，在之前的標(biāo)準(zhǔn)絕緣體，例如通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)使用硅烷(SiH4)或原硅酸四乙脂(TEOS)前體沉積的氧化硅的一個(gè)或多個(gè)層中掩埋互連布線的最上層中的至少一層。因此，今天的高性能互連由高導(dǎo)電銅互連的一個(gè)或多個(gè)層構(gòu)成，掩埋在低k介質(zhì)SiCOH中，并在頂部和底部分別通過(guò)PECVD氧化物和BPSG的較密集層限制。
前段制程(FEOL)對(duì)應(yīng)用于制造晶體管的層，其由來(lái)自體硅或絕緣體上硅(SOI)晶片的硅，用于電絕緣特征的高k介質(zhì)氮化硅和在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)幾何形狀中的晶體管上的多晶硅柵極材料構(gòu)成。與CMOS晶體管的源極，柵極和漏極區(qū)域?qū)?yīng)的接觸經(jīng)常使用自對(duì)準(zhǔn)硅化物(SALICIDE)材料，其中在硅上沉積薄金屬層并退火以形成金屬硅化物。鎳表示用于當(dāng)前硅化物接觸的材料選擇，其具有約15到20μΩ-cm的體電阻率。
高性能半導(dǎo)體微型電路技術(shù)的速度主要取決于穿過(guò)器件和互連金屬的總電阻。隨著微處理器現(xiàn)有和將來(lái)的時(shí)代內(nèi)半導(dǎo)體特征的尺寸減小，會(huì)增加半導(dǎo)體器件的許多構(gòu)成結(jié)構(gòu)的電阻。例如，過(guò)孔的電阻，其將BEOL金屬的第一層與晶體管(FEOL)的源極和漏極區(qū)域連接，由于小尺寸下的電子散射，預(yù)計(jì)以縮放系數(shù)的平方增加。
總的過(guò)孔(即，接觸開(kāi)口)電阻的三個(gè)主要成分是過(guò)孔和阻擋層材料的體電阻率，在底部過(guò)孔界面的接觸電阻和在頂部過(guò)孔界面的接觸電阻?，F(xiàn)在的半導(dǎo)體制造使用鎢作為過(guò)孔材料和鈦基阻擋層。盡管鎢具有低體電阻率(5.5μΩ-cm)，體過(guò)孔電阻仍受到過(guò)孔內(nèi)空洞和縫隙的存在的影響，隨著使用常規(guī)沉積技術(shù)，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)填充過(guò)孔空穴變得更加困難，問(wèn)題變得更加普遍。然而，在底部過(guò)孔界面，在阻擋層和源極和漏極區(qū)域的頂部上形成的下面的硅化物材料之間的接觸電阻，表示總的過(guò)孔電阻的增加成分。
該問(wèn)題表示對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)性能和發(fā)展的重要影響。尋找一種方法以減小在最下面的BEOL過(guò)孔和下面的硅化物層之間的界面上的接觸電阻的影響。
T.Iijima等人的“A novel selective Ni3Si contact material technique fordeep-submicron ULSIs”，1992 Symposium on VLSI Technology Digest ofTechnical Papers，IEEE，70-71頁(yè)，公開(kāi)了具有低接觸電阻的Ni3Si接觸材料。通過(guò)在二氧化硅層中首先提供接觸開(kāi)口形成Ni3Si接觸材料。在提供接觸開(kāi)口后，沉積TiN/Ti膜。TiN/Ti膜用作粘合/硅化停止層。隨后將未摻雜的多晶Si沉積到接觸開(kāi)口中，之后形成Ni層。隨后通過(guò)在600℃下在氬中退火持續(xù)一分鐘形成Ni硅化物接觸材料。該現(xiàn)有工藝方法的一個(gè)問(wèn)題是Ni硅化物在相對(duì)高溫下形成，會(huì)對(duì)之前形成的器件產(chǎn)生不利地影響。
Sumi的美國(guó)專利No.5,700,722公開(kāi)了另外一種用于形成硅化物接觸材料的方法。在該現(xiàn)有工藝方法中，首先在層間絕緣層中形成接觸開(kāi)口。隨后沉積硅基材料的單層，接著是金屬層。金屬層包括Zr，Ni，Pd，Cu，Au，或Ag。在沉積金屬層后，將結(jié)構(gòu)加熱到硅基材料與金屬反應(yīng)以在接觸開(kāi)口內(nèi)形成硅化物材料的溫度。在‘722專利中，還提到了600℃的硅化溫度。
如果回顧上面，還需要提供用于接觸材料的新材料及其形成方法。提供的新材料會(huì)降低接觸開(kāi)口中的接觸電阻。另外，還需要提供制造接觸材料的方法，其中用在形成該材料中的熱預(yù)算比用在形成現(xiàn)有工藝硅化物接觸材料中的要低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了減小接觸開(kāi)口中接觸電阻的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。這在本發(fā)明中通過(guò)用含金屬鍺化物接觸材料取代常規(guī)接觸冶金，例如鎢，或金屬硅化物，例如Ni硅化物或Cu硅化物來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本申請(qǐng)中使用術(shù)語(yǔ)“金屬含鍺化物”表示純金屬鍺化物(即，MGe合金)或包括Si的金屬鍺化物(即，MSiGe合金)。
也就是，本申請(qǐng)的申請(qǐng)人確定在接觸開(kāi)口(即，過(guò)孔)中，典型地在接觸區(qū)域和上面的金屬之間的接觸電阻可以通過(guò)在層間絕緣層的接觸開(kāi)口中提供含金屬鍺化物接觸材料來(lái)減小。本申請(qǐng)的含金屬鍺化物接觸材料具有相對(duì)于等同的金屬硅化物接觸材料較低的表面電阻。例如，本申請(qǐng)的含金屬鍺化物接觸材料具有約6μΩ-cm或更小的表面電阻值，而等同的金屬硅化物接觸材料具有約40μΩ-cm或更大的表面電阻。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，含金屬鍺化物接觸材料通過(guò)擴(kuò)散阻擋層與下面的硅化物接觸隔開(kāi)。在本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的含金屬鍺化物接觸材料與下面的硅化物接觸直接接觸。在本發(fā)明的任一實(shí)施例中，硅化物接觸在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極/漏極和/或柵極區(qū)域上存在。
注意到本發(fā)明的含金屬鍺化物接觸材料在執(zhí)行在金屬和含鍺材料之間引起反應(yīng)的退火工藝后不包含未反應(yīng)的金屬或含鍺材料。
可以調(diào)整在形成本發(fā)明的含金屬鍺化物接觸材料中使用的金屬的選擇以減小與相鄰層的接觸電阻。盡管在本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例中的鍺化物的體電阻率的范圍在從約5μΩ-cm到約15μΩ-cm，期望接觸電阻可以控制總的過(guò)孔電阻。例如通過(guò)使用鍺化物材料獲得的具有低肖特基勢(shì)壘(小于0.4eV)的過(guò)孔材料(即，接觸材料)可以將接觸電阻降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
總之，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，包括在其上設(shè)置的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述半導(dǎo)體襯底包括位于鄰近所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的硅化物接觸區(qū)域；層間絕緣層，位于所述半導(dǎo)體襯底上并在所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上延伸，所述層間絕緣層具有暴露所述硅化物接觸區(qū)域的接觸開(kāi)口；以及含金屬鍺化物接觸材料，在所述接觸開(kāi)口中。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，含金屬鍺化物接觸材料通過(guò)擴(kuò)散阻擋層與下面的硅化物接觸隔開(kāi)。在本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的含金屬鍺化物接觸材料與下面的硅化物接觸直接接觸。在本發(fā)明的任一實(shí)施例中，硅化物接觸在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極/漏極和/或柵極區(qū)域上存在。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，包括在其上設(shè)置的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管；層間絕緣層，位于所述半導(dǎo)體襯底上并在所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上延伸，所述層間絕緣層具有接觸開(kāi)口；以及連續(xù)含金屬鍺化物材料，在所述接觸開(kāi)口內(nèi)，所述連續(xù)含金屬鍺化物材料具有用作器件接觸的下部分和用作與上面的金屬接觸的上部分。
本發(fā)明還提供了制造上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法?？傊?，在形成上述的包括含金屬鍺化物接觸材料的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括以下步驟提供包括在其上設(shè)置的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體襯底；形成位于所述半導(dǎo)體襯底上并在所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上延伸的層間絕緣層，所述層間絕緣層具有接觸開(kāi)口；以及在所述接觸開(kāi)口內(nèi)形成含金屬鍺化物接觸材料。
根據(jù)本發(fā)明的方法，形成所述含金屬鍺化物接觸材料包括以任意順序沉積金屬層和含Ge材料，退火以引起金屬層和含Ge層之間的反應(yīng)，并除去任何未反應(yīng)的材料。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在形成含金屬鍺化物接觸材料之前至少在層間絕緣層中的開(kāi)口中形成擴(kuò)散阻擋層，在該實(shí)施例中，形成的含金屬鍺化物接觸材料與位于結(jié)構(gòu)的源極/漏極區(qū)域和，可選的柵極區(qū)域上的下面的硅化物接觸隔開(kāi)。在本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的含金屬鍺化物接觸材料與下面的硅化物接觸區(qū)域直接接觸。在本發(fā)明的這些實(shí)施例的任一中，硅化物接觸在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極/漏極和/或柵極區(qū)域中存在。在本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例中，接觸材料的下部分用作與這些區(qū)域的接觸，而接觸材料的上部分用作與上面的金屬的接觸。
除上述在形成包括含金屬鍺化物接觸材料的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中使用的方法外，本發(fā)明還提供了形成包括含金屬鍺化物接觸材料或金屬硅化物接觸材料的結(jié)構(gòu)的方法。注意到本發(fā)明的方法利用了比現(xiàn)有工藝低的硅化物/鍺化物形成溫度，并因此降低了熱預(yù)算。
總之，本發(fā)明的該方法包括以下步驟提供包括在其上設(shè)置的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括位于鄰近所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的硅化物接觸區(qū)域；形成位于所述半導(dǎo)體襯底上并在所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上延伸的層間絕緣層，所述層間絕緣層具有暴露所述硅化物接觸區(qū)域的接觸開(kāi)口；以及在所述接觸開(kāi)口內(nèi)形成含金屬硅化物或金屬鍺化物接觸材料，其中所述形成所述接觸材料包括退火到約400℃或更小的溫度的步驟。


圖1A-1B是(通過(guò)截面圖)示出在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中使用的基本處理步驟的圖示。
圖2是(通過(guò)截面圖)示出利用本申請(qǐng)的可選實(shí)施例形成的結(jié)構(gòu)的圖示。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了在接觸開(kāi)口中具有減小的接觸電阻的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，現(xiàn)在將通過(guò)參考結(jié)合本申請(qǐng)的下面的描述和附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。在這里涉及的下面詳細(xì)描述的本申請(qǐng)的附圖是為了說(shuō)明目的，因此并沒(méi)有按比例畫出。
為了更好地理解本發(fā)明，在下面的描述中提供了許多具體說(shuō)明，例如具體結(jié)構(gòu)，元件，材料，尺寸，處理步驟和技術(shù)。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到本發(fā)明沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)踐。在其它示例中，為了不使本發(fā)明晦澀，沒(méi)有詳細(xì)描述公知結(jié)構(gòu)或處理步驟。
可以理解當(dāng)作為層，區(qū)域或襯底的元件被稱為“在其它元件上”或“在其它元件上面”時(shí)，其直接在其它元件上或還存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接在其它元件上”或“直接在其它元件上面”時(shí)，沒(méi)有中間元件存在。還可以理解當(dāng)元件被稱為“在其它元件下”或“在其它元件下面，，時(shí)，其可以直接在其它元件下或下面，或存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接在其它元件下”或“直接在其它元件下面”時(shí)，則不存在中間元件。
根據(jù)本發(fā)明，提供含金屬鍺化物接觸材料，其減小在接觸開(kāi)口中，典型地在下面的硅化物接觸區(qū)域和上面的金屬之間的接觸電阻?？梢哉{(diào)整形成含鍺化物接觸材料的金屬的選擇以減小與相鄰材料的接觸電阻，但優(yōu)選地其包括W，Cu或Ni。優(yōu)選的接觸材料具有低肖特基勢(shì)壘高度，其控制與相鄰材料的接觸電阻，并通過(guò)退火在低于用于形成下面的硅化物接觸區(qū)域的溫度中形成。在常規(guī)半導(dǎo)體器件制造中，下面的硅化物接觸區(qū)域典型地由鎳硅化物或鎳合金硅化物組成，其中合金包括鉑，鈀，錸，鎢或它們的組合。因?yàn)樵谝恍?shí)施例中，下面的硅化物層和接觸材料通過(guò)擴(kuò)散阻擋層接合，選擇擴(kuò)散阻擋層的組成以形成與硅化物接觸區(qū)域和含金屬鍺化物接觸材料的低肖特基勢(shì)壘，同時(shí)阻止這些區(qū)域之間的互擴(kuò)散。
首先參考圖1A-1B，其示出在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中使用的基本處理步驟。在圖1A-1B中示出的實(shí)施例中，在本發(fā)明的含金屬鍺化物接觸材料和下面的硅化物接觸區(qū)域之間設(shè)置擴(kuò)散阻擋層。盡管在該實(shí)施例中使用了擴(kuò)散阻擋層，該實(shí)施例還適用于沒(méi)有的情況。
首先參考圖1A，其示出在本發(fā)明中使用的初始結(jié)構(gòu)10。如所示，初始結(jié)構(gòu)10包括具有位于其表面上的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管14的半導(dǎo)體襯底12。該初始結(jié)構(gòu)10還包括硅化物接觸區(qū)域16A，16B和16C。注意到硅化物接觸區(qū)域16A和16B位于相鄰場(chǎng)效應(yīng)晶體管14的源極和漏極區(qū)域(沒(méi)有示出)上，而硅化物接觸區(qū)域16C位于晶體管的柵極導(dǎo)體上。盡管初始結(jié)構(gòu)10預(yù)期硅化物接觸區(qū)域16C位于柵極導(dǎo)體上，但本發(fā)明不限于該實(shí)施例。例如，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在柵極導(dǎo)體上沒(méi)有硅化物接觸區(qū)域。在硅化工藝中當(dāng)在柵極導(dǎo)體上存在介質(zhì)覆層時(shí)會(huì)發(fā)生該種情況初始結(jié)構(gòu)10還包括位于襯底12上的層間介質(zhì)18以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管14。層間介質(zhì)18具有暴露每個(gè)下面的硅化物接觸區(qū)域16A-16C的部分的開(kāi)口20。
初始結(jié)構(gòu)10由對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的材料構(gòu)成。而且，初始結(jié)構(gòu)10利用對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍公知的半導(dǎo)體工藝形成。
在本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體襯底12包括任意半導(dǎo)體材料，包括但不限于Si，Ge，SiGe，SiC，SiGeC，Ga，GaAs，InAs，InP以及其它III/VI或II/V化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體襯底12還包括有機(jī)半導(dǎo)體或分層半導(dǎo)體，例如Si/SiGe，絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上SiGe(SGOI)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，優(yōu)選的半導(dǎo)體襯底12由含Si半導(dǎo)體材料，即，包括硅的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。半導(dǎo)體襯底12可以摻雜，未摻雜或包含其中的摻雜和未摻雜區(qū)域。
當(dāng)使用SOI襯底時(shí)，這些襯底包括至少部分通過(guò)掩埋絕緣層分開(kāi)的頂部和底部半導(dǎo)體，例如，硅層。掩埋絕緣層包括，例如，晶體或非晶體氧化物，氮化物或其中任意組合。優(yōu)選地，掩埋絕緣層是氧化物。典型地，掩埋絕緣層在層轉(zhuǎn)移工藝的初級(jí)階段時(shí)或離子注入和退火工藝，例如，SIMOX(注氧隔離)時(shí)形成。
襯底12具有單晶體取向或可選地使用具有不同晶體取向的表面區(qū)域的混合半導(dǎo)體襯底?；旌弦r底允許在具體的晶體取向上形成FET以增強(qiáng)形成的具體的FET的性能。例如，混合襯底允許提供在(100)晶體取向上形成nFET時(shí)在(110)晶體取向上形成pFET的結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用混合襯底時(shí)，其具有類SOI特性，類體特性或類SOI和體特性的組合。
場(chǎng)效應(yīng)晶體管14典型地包括柵極介質(zhì)和上面的柵極導(dǎo)體。在本發(fā)明的附圖中，柵極介質(zhì)和上面的柵極導(dǎo)體為清晰以單材料層疊示出。
柵極介質(zhì)(沒(méi)有具體地示出)由具有約4.0或更大的介電常數(shù)的絕緣材料構(gòu)成。這里涉及的所有的介電常數(shù)除說(shuō)明外都是相對(duì)于真空。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極介質(zhì)包括高k材料。術(shù)語(yǔ)“高k”表示具有大于4.0，優(yōu)選地大于7.0的介電常數(shù)的介質(zhì)。具體地說(shuō)，本發(fā)明中使用的柵極介質(zhì)包括，但不限于氧化物，氮化物，氧氮化物和/或包括金屬硅化物和氮化金屬硅化物的硅化物。在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地柵極介質(zhì)由氧化物，例如，SiO2，HfO2，ZrO2，Al2O3，TiO2，La2O3，SrTiO3，LaAlO3，Y2O3，Ga2O3，GdGaO和其混合物。
柵極導(dǎo)體由導(dǎo)電材料，包括，例如，多晶硅，SiGe，金屬，金屬合金，金屬硅化物，金屬氮化物，金屬碳化物或包括其多層的組合構(gòu)成。當(dāng)存在多層時(shí)，在每個(gè)導(dǎo)電層之間設(shè)置擴(kuò)散阻擋層(沒(méi)有示出)，例如，TiN或TaN。在柵極導(dǎo)體(即，柵極電極)上設(shè)置介質(zhì)覆層(也沒(méi)有示出)，例如氧化物，或氮化物；覆層的存在可用于防止隨后在所述柵極電極上形成硅化物接觸。在柵極電極包括含Si材料并不存在覆層時(shí)典型地形成柵極電極上的硅化物接觸。
注意到每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括位于半導(dǎo)體襯底12中的源極/漏極區(qū)域。源極/漏極區(qū)域?qū)⑵骷臏系绤^(qū)域分開(kāi)。溝道區(qū)域位于柵極介質(zhì)/柵極導(dǎo)體材料層疊的下面。為清晰，在本申請(qǐng)的附圖中沒(méi)有示出場(chǎng)效應(yīng)晶體管14的源極/漏極區(qū)域和溝道區(qū)域。
場(chǎng)效應(yīng)晶體管14還包括位于柵極介質(zhì)/柵極導(dǎo)體材料層疊的側(cè)壁上的至少一個(gè)隔離物。所述至少一個(gè)隔離物由絕緣材料包括，例如，氧化物，氮化物，和氧氮化物構(gòu)成。典型地，所述至少一個(gè)隔離物由硅氧化物或硅氮化物構(gòu)成。
利用對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的常規(guī)處理技術(shù)形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管，至少一個(gè)隔離物，以及柵極/漏極區(qū)域。例如，通過(guò)沉積多個(gè)材料層，并通過(guò)光刻和蝕刻構(gòu)圖形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管。作為選擇，通過(guò)替換柵極工藝形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管。通過(guò)常規(guī)離子注入和激活退火形成源極/漏極區(qū)域，而通過(guò)沉積和蝕刻形成所述至少一個(gè)隔離物。
硅化物接觸區(qū)域16A，16B，和可選地16C由具有包括，例如，Ni，Ti，Co，Pt，Ta，W，Pt，Pd和其它類似材料的金屬成分的金屬硅化物構(gòu)成。典型地，形成Ni硅化物接觸。在一些實(shí)施例中，硅化物接觸區(qū)域還包括合金添加劑，包括，但不限于Pt，Pd，Re，W或其組合。利用對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的常規(guī)硅化工藝形成硅化物接觸區(qū)域。這包括，例如，在含Si層(含Si層本身是襯底或是在非含Si襯底上設(shè)置的隔離層)上形成金屬層，可選地形成覆層，例如TaN，首先退火以形成硅化物，如果使用并如果需要選擇地蝕刻包括覆層的未反應(yīng)的材料，并可選地執(zhí)行第二退火步驟。在形成硅化物接觸區(qū)域中使用的第一退火步驟典型地在低于第二退火溫度的較低溫度下執(zhí)行。典型地，第一退火步驟在從約350℃到約600℃的溫度下執(zhí)行，而第二退火步驟在從約600℃到約800℃的溫度下執(zhí)行。
在形成硅化物接觸區(qū)域后，形成包括接觸開(kāi)口20的層間絕緣層18。層間絕緣層18包括任何常規(guī)介質(zhì)材料。介質(zhì)材料是多孔或非多孔。用作層間絕緣層18的介質(zhì)材料的一些示例包括，但不限于SiO2，摻雜或未摻雜的硅酸鹽玻璃，包括Si，C和H原子的C摻雜氧化物(即，有機(jī)硅酸鹽)，熱固聚芳基醚，氮化硅，氮氧化硅或任意組合，包括其多層。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選使用通過(guò)TEOS前體形成的SiO2作為層間絕緣層?？梢允褂萌我獬Ｒ?guī)沉積工藝形成層間絕緣層18。
通過(guò)光刻和蝕刻形成接觸開(kāi)口20(其還可稱為過(guò)孔)。典型地，使用反應(yīng)離子蝕刻工藝形成接觸開(kāi)口。
接著，如圖1B所示，擴(kuò)散阻擋層22典型地，但不是必須地通過(guò)常規(guī)保形沉積工藝，例如，物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積形成。擴(kuò)散阻擋層22防止周圍的層間絕緣層18和含金屬鍺化物接觸材料(隨后形成)之間相互作用。再次強(qiáng)調(diào)在本發(fā)明的該實(shí)施例中，選擇擴(kuò)散阻擋層22以形成與硅化物接觸區(qū)域和含金屬鍺化物材料的低肖特基勢(shì)壘，同時(shí)阻止這些區(qū)域之間的互擴(kuò)散。由此，擴(kuò)散阻擋層22由，但不限于TaN，TiN，W，Ru或其組合構(gòu)成。
在包括接觸開(kāi)口20內(nèi)的壁部分的層間絕緣層18的暴露表面上形成的擴(kuò)散阻擋層22的厚度根據(jù)形成擴(kuò)散阻擋層使用的技術(shù)，擴(kuò)散阻擋層本身的材料，以及擴(kuò)散阻擋層內(nèi)材料層的數(shù)量而變化。典型地，擴(kuò)散阻擋層22的厚度從約6nm到約12nm。
圖1B還示出在每個(gè)接觸開(kāi)口20內(nèi)形成含金屬鍺化物接觸材料24后的結(jié)構(gòu)。如上所述，調(diào)整接觸材料的金屬成分以減小與相鄰材料的接觸電阻。接觸材料的金屬成分包括與在硅化物接觸區(qū)域中存在的相同或不同的金屬。典型地，本發(fā)明的接觸材料的金屬成分是W，Cu和Ni中之一。接觸材料的含鍺化物成分包括純Ge或SiGe。
以任意順序通過(guò)沉積金屬層和含Ge層(即，純Ge或SiGe合金)形成含金屬鍺化物接觸材料24。通過(guò)一系列金屬和含Ge材料的交替層，或通過(guò)共濺射實(shí)現(xiàn)沉積。選擇金屬與含Ge材料的體積成分比以與要求的鍺化物相的化學(xué)計(jì)量匹配。例如，Cu3Ge包含與Ge相比3倍體積的Cu。
沉積在形成含金屬鍺化物接觸材料中使用的材料后，退火結(jié)構(gòu)以形成單相過(guò)孔含金屬鍺化物接觸材料24，之后平面化結(jié)構(gòu)以除去過(guò)多的鍺化物，即，在接觸開(kāi)口20外生長(zhǎng)的材料。
在低于形成硅化物接觸區(qū)域使用的溫度的較低溫度下執(zhí)行形成本發(fā)明的含金屬鍺化物接觸材料24中使用的退火步驟。具體地說(shuō)，在約400℃或更小的溫度下執(zhí)行形成本發(fā)明的接觸材料24中使用的退火步驟，從約200℃到約300℃的溫度更典型。在氣體氣氛，如，He，Ar，N2或形成氣體中執(zhí)行退火步驟。
使用常規(guī)平面化處理，例如，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去在接觸開(kāi)口20外延伸的過(guò)多的材料，以使如圖1B中所示的所得結(jié)構(gòu)具有與在層間絕緣層18上表面上的擴(kuò)散阻擋層22齊平的含金屬鍺化物接觸材料24。
在可選實(shí)施例中，也可以通過(guò)CMP除去位于層間絕緣層18上的擴(kuò)散阻擋層22的頂部，在包括含金屬鍺化物接觸材料24的整個(gè)結(jié)構(gòu)上沉積新的擴(kuò)散阻擋層(沒(méi)有示出)。按照這種方式，通過(guò)擴(kuò)散阻擋材料完全封閉含金屬鍺化物接觸材料24，以防止與包括低導(dǎo)電率金屬，例如Cu，Al或Ag的上面的金屬的任何反應(yīng)。
在其它可選實(shí)施例中，在平面化之前或之后用原子物質(zhì)摻雜結(jié)構(gòu)以使接觸材料24的上界面周圍的區(qū)域包含足夠的二次材料的濃度以降低與上面的金屬的肖特基勢(shì)壘。摻雜劑的選擇取決于接觸材料24和上面的金屬層的成分，但包括Al，Mo，W，Ni，Cr，Cu，Hf，Ta或Ti。
在沉積金屬和含Ge材料之前，中間或之后，在接觸開(kāi)口20底部中使用相同的操作以修改含金屬鍺化物接觸材料24和下面的擴(kuò)散阻擋層22之間的肖特基勢(shì)壘。
在可選實(shí)施例中，在源極，漏極和柵極表面直接形成含金屬鍺化物接觸材料24，如圖2中所示。通過(guò)PVD或CVD基方法在與擴(kuò)散阻擋層不平行的接觸開(kāi)口20中沉積金屬和含Ge材料，并隨后退火以形成要求的鍺化物材料。在圖2中示出的本發(fā)明的該實(shí)施例在具有下部分24A和上部分24B的接觸開(kāi)口20中提供了連續(xù)的含金屬鍺化物材料。下部分用作與源極/漏極和可選地柵極區(qū)域的接觸，同時(shí)上部分用作用與上面的金屬的接觸。按照這種方式，除去接觸開(kāi)口底部周圍的一些界面，減小與該區(qū)域減的總接觸電阻。接觸材料24的過(guò)孔金屬成分的選擇包括，但不限于Ni，Cu，或W。在接觸開(kāi)口上沉積擴(kuò)散阻擋層以防止接觸材料24和上面的金屬的擴(kuò)散。
在其它可選實(shí)施例中，在沉積金屬和含Ge材料之前，中間或之后，用原子物質(zhì)在接觸開(kāi)口20底部中摻雜結(jié)構(gòu)，以修改含金屬鍺化物接觸材料24和下面的源極/漏極區(qū)域之間的肖特基勢(shì)壘。摻雜劑的選擇取決于接觸材料24B和摻雜源極/漏極區(qū)域的成分，但包含用于n型摻雜源極/漏極區(qū)域的Er或Yb和用于p型摻雜源極/漏極區(qū)域的Pt或Ir。
盡管通過(guò)其優(yōu)選實(shí)施例具體地顯示和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以做上述和其它形式和細(xì)節(jié)的變化。因此本發(fā)明并不限于描述和示出的精確的形式和細(xì)節(jié)，但要落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，包括在其上設(shè)置的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述半導(dǎo)體襯底包括位于鄰近所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的硅化物接觸區(qū)域；層間絕緣層，位于所述半導(dǎo)體襯底上并在所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上延伸，所述層間絕緣層具有暴露所述硅化物接觸區(qū)域的接觸開(kāi)口；含金屬鍺化物接觸材料，在所述接觸開(kāi)口中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括擴(kuò)散阻擋層，位于所述接觸開(kāi)口的至少壁部分上，所述擴(kuò)散阻擋層將所述含金屬鍺化物接觸材料與所述硅化物接觸區(qū)域分開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述含金屬鍺化物接觸材料與所述硅化物接觸區(qū)域直接接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中在每個(gè)接觸開(kāi)口的底部附近的區(qū)域包括原子物質(zhì)以減小接觸開(kāi)口/擴(kuò)散阻擋層界面處的肖特基勢(shì)壘高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中在每個(gè)接觸開(kāi)口的頂部附近的區(qū)域包括原子物質(zhì)以減小接觸開(kāi)口/擴(kuò)散阻擋層界面處的肖特基勢(shì)壘高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述含金屬鍺化物接觸包括金屬鍺化物合金或金屬硅鍺化物合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述金屬是W，Cu，和Ni中的一種。
8.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，包括在其上設(shè)置的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管；層間絕緣層，位于所述半導(dǎo)體襯底上并在所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上延伸，所述層間絕緣層具有接觸開(kāi)口；以及連續(xù)含金屬鍺化物材料，在所述接觸開(kāi)口內(nèi)，所述連續(xù)含金屬鍺化物材料具有用作器件接觸的下部分和用作與上面的金屬接觸的上部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述含金屬鍺化物材料包括金屬鍺化物合金或金屬硅鍺化物合金。
10.根據(jù)權(quán)利9的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述金屬是W，Cu和Ni中的一種。
11.一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟提供包括在其上設(shè)置的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體襯底；形成位于所述半導(dǎo)體襯底上并在所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上延伸的層間絕緣層，所述層間絕緣層具有接觸開(kāi)口；以及在所述接觸開(kāi)口內(nèi)形成含金屬鍺化物接觸材料。
12.根據(jù)權(quán)利11的方法，還包括在所述形成所述含金屬鍺化物接觸材料之前形成位于所述接觸開(kāi)口的至少壁部分上的擴(kuò)散阻擋層，所述擴(kuò)散阻擋層將含金屬鍺化物接觸材料與下面的硅化物接觸區(qū)域分開(kāi)。
13.根據(jù)權(quán)利11的方法，其中所述含金屬鍺化物接觸材料與下面的硅化物接觸區(qū)域直接接觸。
14.根據(jù)權(quán)利11的方法，其中所述含金屬鍺化物接觸材料具有下部分和上部分，其中所述下部分用作與所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極/漏極和可選地與柵極區(qū)域的接觸，而所述上部分用作與上面的金屬的接觸。
15.根據(jù)權(quán)利11的方法，還包括形成在每個(gè)接觸開(kāi)口的底部附近的區(qū)域，其包括原子物質(zhì)以減小接觸開(kāi)口/擴(kuò)散阻擋層界面處的肖特基勢(shì)壘高度。
16.根據(jù)權(quán)利11的方法，還包括形成在每個(gè)接觸開(kāi)口的頂部附近的區(qū)域，其包括原子物質(zhì)以減小接觸開(kāi)口/擴(kuò)散阻擋層界面處的肖特基勢(shì)壘高度。
17.根據(jù)權(quán)利11的方法，其中所述形成所述含金屬鍺化物材料包括以任意順序沉積金屬層和含Ge材料，可選地形成阻擋層，退火以引起所述金屬層和所述含Ge材料之間的反應(yīng)，并除去未反應(yīng)材料。
18.根據(jù)權(quán)利17的方法，其中所述退火在約400℃或更小的溫度下執(zhí)行。
19.根據(jù)權(quán)利11的方法，其中所述含金屬鍺化物材料包括金屬鍺化物合金或金屬硅鍺化物合金。
20.一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟提供包括在其上設(shè)置的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括位于鄰近所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的硅化物接觸區(qū)域；形成位于所述半導(dǎo)體襯底上并在所述至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上延伸的層間絕緣層，所述層間絕緣層具有暴露所述硅化物接觸區(qū)域的接觸開(kāi)口；以及在所述接觸開(kāi)口內(nèi)形成含金屬硅化物或金屬鍺化物接觸材料，其中所述形成所述接觸材料包括加熱到約400℃或更小的溫度的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了減小接觸開(kāi)口內(nèi)接觸電阻的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及形成該結(jié)構(gòu)的方法。這在本發(fā)明中通過(guò)用含金屬鍺化物接觸材料取代常規(guī)的接觸冶金，例如鎢，或金屬硅化物，例如Ni硅化物或Cu硅化物實(shí)現(xiàn)。在本申請(qǐng)中使用術(shù)語(yǔ)“含金屬鍺化物”表示純金屬鍺化物(即，MGe合金)或包括Si的金屬鍺化物(即，MSiGe合金)。
文檔編號(hào)H01L23/532GK101079419SQ20071010380
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者C·E·默里, C·拉沃耶, K·P·羅德貝爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司