專利名稱：無電鍍形成的半導體裝置的接觸組件及用減少的剪力移除過多的材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于集成電路的制造，更特別地，是關于半導體裝置的接觸階層，其中接觸區(qū)域，例如柵極電極及汲極與源極區(qū)域，通過電化學沉積技術形成的接觸組件，連接至半導體裝置的金屬化系統(tǒng)。
背景技術：
在現(xiàn)在集成電路中，例如微處理器、儲存裝置等，在受限的芯片區(qū)域上，提供許多電路組件，特別是晶體管。關于電路組件的效能增加與尺寸減小，雖然近年來已經(jīng)發(fā)展許多方法，對于電子裝置增強的功能性需求促使半導體制造者穩(wěn)定減小電子組件的特征尺寸以及增加運作速度。然而，特征尺寸的持續(xù)縮小涉及努力重新設計工藝技術與發(fā)展新工藝方法與工具，因而符合新的設計規(guī)則。一般而言，在包含復雜邏輯部分的復雜電路中，有鑒于裝置效能與/或功率消耗與/或成本效率，MOS技術是較佳的制造技術。在包含MOS技術制造的邏輯部分的集成電路中，許多場效晶體管(FETs)典型地是以切換模式運作，亦即這些裝置具有高傳導狀態(tài)(開啟狀)與高阻抗狀態(tài)(關閉狀)。場效晶體管的狀態(tài)是由柵極電極控制，在使用適當控制電壓之后，控制在汲極終端與源極終端之間形成的通道的傳導性。在場校晶體管的基礎上，可組成更復雜的電路組件，例如逆變器(inverter)等， 因而形成復雜的邏輯電路、內(nèi)存裝置等。由于尺寸減小，電路組件的運作速度已經(jīng)隨著每個新裝置世代增加，然而，其中復雜集成電路最終達到運作速度的限制因子不再是個別晶體管組件，但是在包含實際半導體電路組件，例如晶體管與類似物，的裝置階層上方形成復雜線網(wǎng)絡的電效能。典型地，由于現(xiàn)在集成電路的許多電路組件與所需要的復雜布局，無法在相同裝置階層上建立個別電路組件的電連接，在其上制造電路組件，但是需要一或多個額外金屬化層，通常包括含金屬線，用于內(nèi)部階層電連接，以及也包括多個階層間連接，亦指為通孔。這些互結構包括適當?shù)慕饘伲⑶姨峁﹤€別電路組件與不同堆棧金屬層的電連接。再者，為了建立電路組件與金屬化層的連接，提供適當垂直接觸結構，連接至電路組件的個別接觸區(qū)域，例如晶體管的柵極電極與/或汲極與源極區(qū)域，以及金屬層中的個別金屬線。所述接觸結構可包括接觸組件或是包圍與鈍化電路組件的層間借電材料中形成的接觸插頭。在縮小裝置階層中電路組件的關鍵尺寸之后，金屬線的尺寸、通孔與接觸組件必須用于減小的尺寸，因而需要精密的含金屬材料與介電材料，用來降低金屬化層中的寄生電容，以及對個別金屬線與通孔提供足夠的高傳導性。例如，在復雜的金屬化系統(tǒng)中，典型使用銅與低k借電材料，介電材料的介電常數(shù)約為3.0更小，用來達到集成電路信賴性所需要的電效能與電遷移作用。根據(jù)裝置階層中電路組件的密度，在下方的金屬化層中，必須提供具有大小約100納米或更小的金屬線與通孔，用來達到所需要的“封裝密度”。在進一步減小電路組件的尺寸之后，例如使用關鍵尺寸50納米或更小，在接觸階層中的接觸組件可必須具有相同程度的適當尺寸。接觸組件典型代表插頭、溝槽與類似物， 形成適當金屬或是金屬組成物，其中在精密半導體裝置中，已經(jīng)證明鎢結合適當障蔽材料是可實行的接觸金屬。當形成以鎢為基礎的接觸組件時，可先形成典型層間介電材料，并被圖案化，用來接收接觸開口，可延伸穿過所述層間介電材料至電路組件的對應接觸區(qū)域。為達此目的，具有非常不同深度的開口必須形成在層間介電材料中，用來接觸柵極電極結構或是在半導體層上方形成的任何其他傳導線，而其他接觸開口必須向下延伸至半導體層， 亦即形成在其中的任何接觸區(qū)域。特別地，在高密度封裝的裝置區(qū)域中，汲極與源極區(qū)域的側向尺寸與接觸區(qū)域可獲得面積可為100納米或更小，因而需要非常復雜的微影蝕刻與蝕刻技術，用來形成具有已定義側向尺寸與高程度對準準確的接觸開口，而蝕刻深度的差異可額外貢獻至圖案化工藝的整體復雜性。在暴露接觸區(qū)域之后，在金屬硅化物區(qū)域的形式中通常必須提供障蔽材料，例如在含有鈦與氮化鈦的材料系統(tǒng)形式中，其中鈦材料可提供所需要的附著特性，而氮化鈦材料可在后續(xù)沉積鎢材料過程中保持層間介電材料的完整， 由精密CVD技術完成沉積，其中要避免二氧化硅為基礎與沉積鎢材料之間的直接接觸。典型地，可用在鎢的基礎上沉積成核層，進行鎢材料的實際沉積，這可由沉積步驟完成，而后可提供實際填充材料。在沉積這些材料之后，用CMP(化學機械破壞)移除任何過多材料， 因而在層間介電材料中形成絕緣接觸組件。雖然形成圖案化接觸開口且用障蔽材料填充這些開口的工藝順序造成尺寸為50nm的半導體裝置具有所要的接觸阻抗的接觸組件，更進一步減小晶體管的尺寸可造成接觸阻抗增加，這不再與裝置需求兼容。亦即在進一步裝置尺寸化之后，因習知鎢接觸方式造成增加的接觸阻抗可呈現(xiàn)集成電路運作速度的限制因子，因而至少部分抵銷裝置階層中尺寸減小所得的許多優(yōu)點。鎢接觸技術中較差的接觸阻抗理由之一是需要障蔽材料，可能結合集核層，相較于后續(xù)的鎢填充材料更具增加阻抗。由于障蔽材料與集核層的厚度不被任意減少而不破壞材料系統(tǒng)的效應，所以與鎢材料相關的較低傳導材料的量可因而增加，因而超比例貢獻增加的接觸阻抗。為了這些理由，已經(jīng)建議使用其他材料或沉積方法，其中可避免降低傳導性的障蔽材料存在。例如，已經(jīng)提出使用濕化學沉積技術，例如無電鍍工藝形式中的電化學沉積，用來填充適當?shù)慕饘俨牧?，因而得到非常好的填充作用，以避免產(chǎn)生任何空隙或是其他沉積相關的不平整，這在復雜的CVD技術中常可見到，其中復雜材料系統(tǒng)可必須沉積在精密的接觸開口中，特別是當這些開口具有非常不同的深度。雖然無電沉積技術對于缺口填充與選擇適當接觸材料非常有利，因而提供避免任何障蔽材料的可能性，但發(fā)現(xiàn)選擇性的材料成長產(chǎn)生過多金屬的非連續(xù)層，而后可造成顯著的接觸失誤，參閱圖Ia至Ic的細節(jié)。圖1圖標說明半導體裝置100的橫切面，包括基板101與半導體層102。半導體層 102可包括任何適當?shù)陌雽w材料，例如硅、硅/鍺與類似物，這是用于形成內(nèi)部與上方電路組件150所需要的，例如在晶體管的形式中，圖Ia說明平面場效晶體管。應理解當在半導體102與基板101之間提供包埋的絕緣材料(未顯示)時，基板101與半導體層102可代表SOI (絕緣體上的硅或半導體)架構。在其他例子中，層102的半導體材料可直接連接至基板101的結晶半導體材料，因而形成塊狀結構。取決于裝置需求，半導體層102包括多個半導體區(qū)域或是主動區(qū)域102A…102C，是由隔離結構(未顯示)側向畫分或是可表示連續(xù)的半導體區(qū)域。主動區(qū)域102A…102C被理解為半導體區(qū)域，其中依不同組件電路組件， 例如晶體管150，的需求而建立適當?shù)膿劫|狀況。例如，根據(jù)晶體管150所需要的電子特性， 汲極與源極區(qū)域151可具有適當?shù)拇怪迸c側向摻質狀況。再者，汲極與源極區(qū)域151可具有超高傳導性的區(qū)域，例如提供金屬硅化物，例如鎳硅化物，如152所指，可至少部分作為接觸區(qū)域，用于連接至后續(xù)制造階段中形成的接觸組件。再者，電路組件150，例如場效晶體管，也可包括形成在半導體層102上方的組件，例如柵極電極結構152，在施加適當?shù)目刂齐妷褐?，可控制晶體管150中的電流。柵極電極結構152可具有任何適當?shù)募軜?，亦即可包括適當?shù)臇艠O介電材料，例如二氧化硅、氧氮化硅、具有介電常數(shù)10.0或更高的高k介電材料。再者，可提供適當?shù)碾姌O材料，例如摻雜的半導體材料、包含例如金屬硅化物的金屬材料、電極金屬與類似物。再者，在圖Ia中所示的制造階段中，在中間制造階段中提供接觸階層120。接觸階層120是半導體裝置100的裝置階層，用于在半導體層102中與上方形成的電路組件150 提供適當?shù)母綦x與鈍化，而同時將接觸組件150連接至接觸階層120上方形成的金屬化系統(tǒng)(未顯示)，它包括具有多個金屬化層的金屬特征，這是為了形成裝置100的電路布局所需的復雜互連結構。所述接觸階層120包括一或多個適當?shù)慕殡姴牧希缃殡妼?20，例如氮化硅材料、含氮豐富的碳化硅材料與類似物，結合二氧化硅層122，這些材料是已建立用于半導體裝置100接觸階層的介電材料。再者，制造階段中所述的接觸階層120，其中提供接觸開口 123A、132B，延伸至半導體層102，亦即延伸至半導體層102中所形成的任何接觸區(qū)域，例如金屬硅化物區(qū)域152。應理解其他的接觸開口(未顯示)可延伸至柵極電極結構152，而在其他例子中，在提供接觸開口 123A、12 之前或之后，可形成任何接觸組件延伸至半導體裝置100中不同的柵極階層?？墒褂靡韵鹿に嚪椒ㄐ纬蓤DIa所示的半導體裝置100。為了在半導體層102中形成溝渠，在形成適當?shù)母綦x結構(未顯示)之后，可使用精密的微影蝕刻、圖案化、沉積與平面化技術而完成主動區(qū)域102A…102C，向下延伸所要的深度，并且用適當?shù)慕殡姴牧咸畛錅锨?。如調整接觸組件150的基礎電子特性所需要，在形成隔離結構之前或之后，可將摻質物種導入主動區(qū)域102A…102C。接著，取決于所要的柵極電極結構152的架構，使用適當?shù)墓に嚪椒?，形成柵極電極結構152。例如，可形成適當?shù)臇艠O介電材料，而后沉積電極材料，而后用精密的微影蝕刻與蝕刻技術進行圖案化。而后，例如用離子植入等方法，可形成汲極與源極區(qū)域151，以及在任何退火工藝之后，使用已知的硅化技術，形成金屬硅化物區(qū)域152。取決于整體工藝方法，若需要，則在柵極電極結構152中形成金屬硅化物區(qū)域。 接著，例如使用等梨子CVD(化學蒸氣沉積)技術、高氣壓CVD、高密度等離子CVD與類似方法，可形成介電材料121、122。如果有需要，可使用例如已知的CMP(化學機械拋光)技術， 進行材料122的平面化，其中已知的工藝方法可用于移除一部分的材料122，例如二氧化硅材料，因而得到接觸階層120的實質平面表面。接著，為了提供蝕刻屏蔽(未顯示)，若有需要，例如在硬屏蔽材料上實施微影蝕刻工藝，定義接觸開口 123A、12!3B的側向位置與尺寸。 接著，可使用復雜蝕刻順序，而蝕刻通過介電材料122、121，因而最后暴露金屬硅化物區(qū)域 152的一部分，因此做為接觸區(qū)域。如前所述，接觸開口 123A、12!3B的側向，至少一個方向，例如圖Ia中的水平方向， 必須用于電路組件150的減小的側向尺寸，例如考慮柵極電極結構152的長度，晶體管尺寸為50納米或更小。因此，接觸開口 123A、12!3B也必須有相似的垂直尺寸，如上所述，當使用已知鎢與CVD沉積技術為基礎的工藝方法，逐漸造成增加的接觸阻抗而引起的裝置效能下降。結果，與CVD為基礎的鎢沉積方法相關，為了避免復雜障蔽材料與種子材料的沉積，已經(jīng)提出用于接觸階層120的新材料與沉積方法。所以，已經(jīng)發(fā)展選擇性的沉積技術，其中可在接觸區(qū)域巧4上直接形成適當?shù)牟牧隙恍枰佑|開口 123A、12!3B側壁上額外的障蔽與種子材料。例如，無電鍍是電化學沉積技術，其中提供適當?shù)碾娊庖?，包括還原劑與包含金屬成分的鹽以及其他化學劑。結果，在適當表面上，例如在接觸區(qū)域巧4上，進行金屬沉積， 因而作為催化劑材料，因而避免使用外部的電力以及避免使用額外的種子材料。結果，在沉積工藝過程中，金屬材料以自催化反應為基礎，漸漸成長在接觸區(qū)域巧4上，其中在進一步的工藝過程中，適當?shù)倪€原劑提供接觸金屬沉積在先前沉積的接觸金屬上。因此，通過無電鍍工藝，完成自底部至頂部的超成長作用，因而避免任何的不規(guī)則，例如空缺與裂縫，造成接觸金屬非常一致。由于缺少其他額外的障蔽與種子材料，可得到接觸組件的高傳導性，即使相較于例如純鎢材料，接觸金屬的比電阻(specific resistivity)有點較高。例如，可直接在金屬硅化物區(qū)域，例如接觸區(qū)域154，有效率沉積鈷，因而得到高傳導性的接觸組件， 雖然鈷比鎢具有較高的比電阻。圖Ib圖標概述更進一步制造階段中的半導體裝置100。如圖所示，用無電鍍工藝， 在接觸開口 123A、12!3B中形成接觸組件123，其中考慮補償工藝與裝置不一致性，例如不同深度的開口，不同局部成長條件造成的不同成長速度，這與接觸開口的不同密度有關，選擇性成長作用以及提供某種程度的快速成長造成接觸組件123的“蘑菇”狀架構。換句話說， 傳導接觸金屬可在接觸階層120的介電材料上方延伸，并且可沿著接觸階層的一部分側向延伸，然而，不形成通過接觸階層120整個表面的連續(xù)金屬層。然而，當使用已知的CMP技術從接觸階層120移除任何過多金屬時，接觸組件123過多材料的不連續(xù)架構明顯影響裝置100的后續(xù)工藝。圖Ic圖示說明當進行CMP工藝103移除接觸組件123任何過多材料時，半導體裝置100 —部分的橫切面。為了方便，說明拋光工藝103過程中的單一接觸組件123，其中由于組件123的“蘑菇”形狀，明顯的力103F作用在接觸組件123上。例如，明顯減小的剪力可造成對應的力矩力，而后造成接觸組件123的移位，如虛線所示。因此，在CMP工藝103 過程中，產(chǎn)生明顯的接觸錯誤，造成無法接受的良率損失。為了這些理由，目前努力辨識適當?shù)墓に噮?shù)用于CMP工藝103，例如下向的力、泥漿材料等，用來在使用CMP工藝進行鎢沉積時，減少接觸錯誤，其中接觸層120上形成連續(xù)的鎢層。本申請揭露內(nèi)容是關于多種方法可避免或至少減少上述一或多個問題的效應。

發(fā)明內(nèi)容
以下呈現(xiàn)本發(fā)明的簡述內(nèi)容，提供基本了解本發(fā)明。這概述內(nèi)容并不是本案整體的細節(jié)。并不是用來辨識本發(fā)明的關鍵組件或是描述本發(fā)明的范圍。目的是用簡單的形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些觀念，詳細說明討論在后。一般而言，本發(fā)明揭露內(nèi)容提供制造技術，其中用選擇性沉積技術，例如無電鍍， 形成半導體裝置的接觸組件，其中在接觸金屬沉積后，在接觸階層的平面化過程可避免任何過度的機械壓力。為達此目的，在一些實施例中，接觸金屬可適當包埋在適當?shù)牟牧现校?例如接觸階層的介電材料，可能與其他犧牲材料結合，造成接觸階層的平面化而不用施加過度的機械壓力至接觸金屬。例如，適當選擇接觸階層的介電材料初始厚度，可避免接觸開口的任何過度填充，因此用蝕刻工藝與/或拋光工藝，進行接觸階層的平面化，可移除接觸階層的任何過多材料而不會機械應變所述接觸金屬。在其他實施例中，用電化學蝕刻工藝，移除接觸金屬的過多材料，完成接觸階層的平面化，因而也有效率地避免接觸組件的任何過度機械壓力。因此，選擇性的沉積技術，例如無電鍍，可有效用于沉積具有高一致性的接觸金屬，同時避免接觸階層平面化過程中過度的接觸錯誤。本案所揭露的一種方法是關于在半導體裝置中形成接觸組件。所述方法包括在接觸階層的介電材料中形成的接觸開口中，進行選擇性沉積工藝，形成金屬，其中所述接觸開口連接電路組件的接觸區(qū)域，所述電路組件是至少部分形成在半導體裝置的半導體層中。 所述方法更包括從所述金屬形成接觸組件，被側向包埋。此外，所述方法包括在側向包埋的接觸組件上進行平面化工藝，用來提供所述接觸階層的后續(xù)平坦表面。本案所揭露的另一種方法包括在半導體裝置的接觸階層的介電材料中，形成接觸開口。再者，所述方法包括在所述接觸開口內(nèi)選擇性形成傳導材料，不過度填充所述接觸開口。此外，所述方法包括移除所述介電材料的一部分，用以提供所述接觸階層的平面表面。本案所揭露的另一種方法包括在半導體裝置的接觸階層的介電材料中，形成接觸開口，其中接觸開口延伸至電路組件的接觸區(qū)域。所述方法更包括進行選擇性沉積工藝，用傳導材料填充所述接觸開口。再者，所述方法包括在所述介電材料與所述傳導材料上方，形成犧牲材料層。此外，所述方法包括進行蝕刻工藝，在所述犧牲材料曾存在下開始，平面化所述接觸階層的表面。


參考以下說明與附隨圖式以了解本揭露內(nèi)容，其中相同組件符號是指相同組件。圖Ia-Ic圖標說明用無電路工藝形成接觸組件以及用習知的CMP工藝移除接觸組件的任何過多材料，在不同制造階段過程中半導體裝置的橫切面。圖2a_2c是根據(jù)實施例，圖示說明用選擇性沉積技術形成接觸組件的制造階段中半導體裝置的橫切面，其中可通過側向包埋接觸階層的介電材料中的接觸金屬，完成接觸階層的平面化，不需要施加過度機械壓力至接觸組件。圖2(1- 是根據(jù)實施例，圖標說明半導體裝置的橫切面，其中接觸組件可包埋在犧牲填充材料，用以在平面化所述接觸階層后減少過度機械壓力。圖2f1k是根據(jù)實施例，圖標說明使用電化學蝕刻工藝平面化半導體裝置接觸階層的工藝方法。雖然本申請揭露的主題可有各種修飾與變化形式，但圖式已經(jīng)說明特定的實施例，并且詳細敘述這耶實施例。然而，應理解特定實施例的描述并不是用來將本發(fā)明限制為特定形式，而是涵蓋權利要求書定義本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)所有的修飾、均等物與變化。
具體實施例方式本發(fā)明的不同實施例如下所述。為了清楚說明，并不是所有實際執(zhí)行的特征都描述在說明書中。可理解在發(fā)展任何實際實施中，必須有許多執(zhí)行上特定的決定用來達到發(fā)展者的特定目標，例如符合系統(tǒng)相關與商業(yè)相關的規(guī)范，不同實施之間會有變化。再者，可理解這樣的發(fā)展努力可能很復雜且耗時，但是對于熟知此技藝的人士，在本案揭露內(nèi)容的基礎上則屬例行公事。本發(fā)明的描述參閱所附圖式。圖式中描述的不同結構、系統(tǒng)與裝置僅作為解釋，熟知此技藝的人士已知的細節(jié)并不混淆本申請揭露內(nèi)容。然而，附加的圖式是描述與解釋本發(fā)明揭露內(nèi)容的例子。本申請使用的文字與語詞應被理解且解釋與熟知此技藝的人士已知的文字與語詞意義一致。在本申請中語詞的使用，用詞無特別定義，亦即不同于熟知此技藝的人士慣用語的定義。具有特別意義的用詞，亦即與熟知此技藝的人士理解的意思不同，此特別定義會用定義的方式清楚描述在說明書中，直接且明確提供用詞的特別定義。本申請揭露內(nèi)容提供制造方法，其中通過使用選擇性沉積技術，例如無電鍍與類似的方法，在接觸階層的介電材料中形成半導體裝置的接觸組件，可完成接觸階層的平面化而不需要施加過度的機械壓力置所述接觸組件。在本申請的一些實施例中，接觸階層的初始介電材料可具有過多高度，因而接觸金屬可被填充置所述接觸開口中，而可靠地避免接觸開口的任何過度填充。因此，可用任何適當?shù)牟牧弦瞥に?，進行接觸階層的后續(xù)平面化，在一些實施例中，只有一種介電材料需要移除，例如用CMP工藝，而同時所述接觸金屬被側向包埋在介電材料中。在其他實施例中，除了在接觸階層的初始介電材料中側向包埋接觸組件外，可使用犧牲填充材料，例如平面化材料的形式，并且在接觸階層的平面化過程中使用犧牲填充材料，因而提供接觸組件更多的限制?？墒褂梦g刻工藝或是拋光工藝或是二者結合，移除所述犧牲填充材料與接觸階層的介電材料的過多材料。在本申請的其他實施例中，使用工藝參數(shù)沉積接觸金屬，造成一些程度的過度填充，提供犧牲平面化或填充材料，完成接觸金屬的有效包埋。而后，在犧牲材料存在時，進行適當?shù)钠矫婊に?，而后在平面化工藝過程中有效移除。平面化工藝可包括蝕刻工藝、拋光工藝或是二者結合，其中當使用拋光工藝十，所述犧牲材料可減少任何的側向剪力。在本申請的其他實施例中，接觸金屬可包埋在傳導材料，例如金屬材料，它是在用適當沉積技術提供實際接觸金屬后而被沉積，用來在接觸階層的介電材料上，提供連續(xù)傳導層?；谒鲞B續(xù)傳導層，可使用電化學蝕刻工藝，移除接觸組件的過多材料，因而提供接觸階層的實質平坦表面。在一些實施例中，可在額外的犧牲材料上進行電化學蝕刻工藝，造成較高的工藝條件，例如在電化學蝕刻工藝的初始相，覆蓋傳導層的一部分。結果，由于可進行接觸階層的平面化，其中可避免例如由習知CMP形成的過度機械壓力，因此可高彈性有效使用選擇性沉積技術，例如無電鍍工藝，提供接觸金屬的概念， 例如關于過度填充任何接觸開口。參閱圖h_2k，更詳細說明其他實施例，其中需要參閱圖la-lc。圖加圖標說明半導體裝置200的橫切面，包括基板201與半導體層202，在其中與上方形成半導體為基礎的電路組件250。如前所述并參考半導體裝置100，基板201與半導體層202可具有任何適當?shù)募軜?，例如SOI架構、塊架構與類似架構。再者，電路組件250 可以是在半導體層202的半導體材料上形成的任何電路組件，例如場效晶體管、電阻、電容與類似物，其中至少一些組件可形成在半導體層202中。例如，摻雜區(qū)251，例如場效晶體管的汲極或源極區(qū)，可形成在半導體層202中，并且可以成為電路組件250的一部分。再者，可在半導體層202中提供接觸區(qū)域252，例如金屬硅化物材料，作為電路組件250的一部分。應理解上述的任何標準與參考半導體裝置100及對應的電路組件150也可用于電路組件150。更需注意電路組件250也可包括任何組件，例如柵極電極結構與類似物，形成在半導體層202上方，以及可需要適當?shù)霓D接接觸組件，如上所述。
再者，半導體裝置200可包括接觸階層220，被理解作為介電材料222，可包含兩個或多個個別的材料層，取決于接觸階層220的整體需求與架構。如上所述并且參考半導體裝置100，接觸階層220與介電材料222可形成于上方且側向相鄰于任何半導體電路組件， 因而提供電路組件250所要的鈍化。為了方便，介電材料222成為連續(xù)材料系統(tǒng)，例如參考上述半導體裝置100，圖案化接觸階層220需要提供兩個或多個個別層，例如蝕刻停止層與類似層。在一些例子里，當接觸階層220的應力階層可在半導體層202的一部分中提供更高的電荷載體移動性，介電材料222或是至少一部分可具有高內(nèi)部應力階層，用來增加電路組件，例如晶體管與類似物，的效能。在圖加的實施例與對應的制造階段中，說明接觸階層220，介電材料222可包括額外部分222E，可以是接觸階層220的犧牲材料部分，這在后續(xù)的制造階段中會被移除。再者，在接觸階層220中提供接觸組件223，連接至半導體層202 中的接觸區(qū)域252，在其他例子中，除了接觸組件223，可提供任何其他的接觸組件，可連接至形成在半導體層202上方的其他電路組件，例如柵極電極結構與類似物，如前所述。接觸組件223可以是接觸開口 223A、22!3B中的傳導材料，延伸至所要的高度階層，而不會過度填充接觸開口 223A、223B。在一些實施例中，接觸組件223的傳導材是實質一致的材料，因而提供更高的傳導性以及接觸階層220更高的接觸阻抗。在這例子中，接觸組件223中不提供額外的障蔽材料與類似物。為了達到這個目的，可提供任何適當?shù)膫鲗Р牧?，例如鈷或是任何其他適當?shù)慕饘倮玟X與類似物。如圖加所示，可用以下工藝形成半導體裝置200?？墒褂蒙鲜龅墓に嚰夹g并參考半導體裝置100，在半導體層202中與上方完成電路組件250之后，可沉積介電材料或接觸階層220的材料，其中相較于前述的習知方法，可增加接觸階層220的最終材料層厚度或是提供個別的材料層而形成犧牲部分222E，其中選擇額外部分222E的厚度，因而用任何適當圖案化方法進行圖案化之后，傳導材料可確實限制在接觸開口 223A、22!3B中。也就是選擇接觸階層220的初始總高度，因而當必須形成任何接觸開口延伸至較低深度時，例如連接至柵極電極結構與類似物時，選擇性沉積接觸組件223的傳導材料不會造成接觸開口 223A.223B的過度填充，不考慮任何工藝相關的變化或是不考慮接觸開口的任何深度差。在圖案化接觸開口 223A、22!3B之后，可進行選擇性沉積工藝，例如無電鍍工藝，其中接觸區(qū)域 252的暴露部分可作為催化材料，因而免除分別提供催化材料在接觸區(qū)域252上。例如，可用已知的電化學沉積方法，在金屬硅化物上直接形成金屬，例如鈷。因此，在電路組件223 的傳導材料沉積過程中，當減小的側向尺寸的接觸開口被填充時，可完成所想要的較好的底部至頂部填充作用，而免除或至少減少CVD技術典型發(fā)生的任何沉積相關的不規(guī)則。再者，在選擇性沉積的過程中，可控制工藝時間，達到在接觸開口 223A、22!3B中想要的填充高度，不考慮接觸開口的初始深度。在另一方面，由于有額外部分222E，接觸開口 223A、223可具有適當深度，在所想要的沉積時間之內(nèi)，避免接觸開口的任何過度填充。應理解可先決定沉積速度，例如依照實驗，因而可估計需要的工藝時間，在任何的接觸開口 223A、22!3B中得到填充高度，對應于接觸組件223所要的高度。圖2b圖示說明為了提供接觸階層220的平坦表面，當進行平面化工藝203時的半導體裝置200。在一些實施例中，可用CMP工藝進行平面化工藝203，其中可移除接觸階層 220的主要材料，亦即過多的或犧牲材料部分222E。為了達到這個目的，有多種已知的CMP 工藝方法，其中完成材料移除不需要過度影響接觸組件223，因為這些組件被有效包埋在接觸階層220中。例如，當提供材料222與222E成為二氧化硅材料的形式時，可使用已知的 CMP技術，用來移除二氧化硅材料。結果，在平面化工藝203的過程中，至少在移除工藝203 的大部分過程中，單一材料必須被移除，因而最終暴露接觸組件223的頂部表面。在一些實施例中，可繼續(xù)用CMP工藝進行平面化工藝203，移除一部分的材料222，如222D所指，用來補償接觸開口 223A、22!3B中接觸組件223高度差。使用某程度的過度拋光，可完成接觸階層一部分的對應移除，其中可適當調整接觸階層220的初始高度或厚度考慮對應材料損失。應理解由于接觸組件223仍側向包埋在接觸階層220的介電材料中，因此在平面化工藝203最終相過程中，可避免關于接觸組件223的任何明顯剪力。圖2c根據(jù)其他實施例圖標說明半導體裝置200，其中可在進行平面化工藝203之前，在接觸階層220上方，提供額外的犧牲材料224。為了這個目的，犧牲材料2M可為平面化材料的形式，亦即可用于旋涂技術的材料，因而提供較平坦的表面，例如完全填充接觸開口 223A、223B。為了達到這個目的，有多個聚合物材料，可用在低黏性狀態(tài)并且隨后可被硬化，因而提供實質平坦的表面。在一些實施例中，可用蝕刻工藝203A進行平面化工藝203， 其中材料224以及蝕刻工藝203A過程中的材料222E可被移除，而不會過度暴露接觸組件 223至工藝203A的反應工藝環(huán)境。例如，材料M與材料222E具有類似的蝕刻作用，因而造成更好的表面。在其他例子中，平面化工藝203可包括拋光工藝2(X3B，其中材料224以及最終材料222E可被有效移除，而提供接觸組件223的更高的完整性，在拋光工藝20 最終相可被暴露，因而避免工藝20 與接觸組件223的過度反應。在其他實施例中，可用工藝203A與20 進行平面化工藝203，例如先蝕刻材料224、222E，以及后續(xù)使用拋光工藝 2(X3B，在這過程中，可減少接觸組件223的高度差，如前所述并且參考圖2b。圖2d是根據(jù)其他實施例圖標說明半導體裝置200。如圖所示，接觸階層220可包括具有實質“蘑菇”狀架構的接觸組件223，是在選擇性沉積工藝過程中某程度過度填充接觸開口 223A、22!3B造成的，如前所述并參考半導體裝置100。再者，可在接觸階層220上方形成犧牲材料225，例如平面化材料，因而接觸組件223被包埋，亦即被側向包埋在接觸階層220的介電材料222與犧牲材料225中。為了達到這個目的，在形成理想過度填充的接觸組件223之后，可用例如旋涂技術與類似方法沉積材料225，提供較好的平坦表面。在其他例子中，可用任何其他沉積技術結合例如拋光工藝的平面化工藝，提供材料225。以圖2d 所示的架構為基礎，可使用其他的平面化工藝，對接觸階層220提供平坦表面。圖加圖示說明平坦化工藝203中間階段進行蝕刻工藝203A與/或拋光工藝20 的半導體裝置200。例如，當使用蝕刻工藝203A時，可使用適當?shù)奈g刻方法，例如等離子輔助蝕刻工藝、濕化學蝕刻工藝，其中材料225與接觸組件223的傳導材料可具有非常相似的移除速度。因此，在圖2e所示的蝕刻工藝203A中，可同時移除材料225與接觸組件223的材料，其中可在材料222上控制對應的蝕刻工藝，它可作為有效的蝕刻停止材料。在其他的實施例中，可進行拋光工藝2(X3B，其中材料225與接觸組件223可得到實質相同的移除速度。例如，當提供聚合物材料時，進行適當?shù)奶幚?，與/或當使用其他材料時，選擇適當?shù)幕静牧辖M合，可有效調整犧牲材料225的特性，例如硬度。例如，接觸組件223的傳導材料可以是均質金屬，可具有較小的厚度，因此聚合物材料可適合用于拋光方法具有相似的移除速度，其中以實質物理移除機制為主。因此，可避免工藝20B過程中任何過度的剪力，因而降低產(chǎn)生接觸錯誤的可能性，如前所述。再者，在其他實施例中，可使用蝕刻工藝與拋光工藝的結合。圖2f是根據(jù)其他實施例圖標說明半導體裝置200，其中在接觸階層220上方，接觸組件223可形成不連續(xù)材料系統(tǒng)，例如由某種程度的過度填充造成的，如上所述，其中犧牲材料2 可以是連續(xù)傳導材料層的形式。為達這個目的，在用選擇性沉積工藝形成接觸組件223之后，可提供連續(xù)傳導層226，例如使用任何適當?shù)某练e技術，例如CVD、濺鍍沉積與類似方法，因而接觸組件223可被介電材料222與傳導材料層2 包埋。傳導材料層226 可由任何適當?shù)膫鲗Р牧辖M成，例如金屬層與類似物，可作為電流分布層，用于電化學機制的移除工藝。圖2g圖標說明電化學系統(tǒng)沈0，用以接收基板201，在圖2f所示包括傳導犧牲層 22的接觸階層220上進行電化學平面化工藝。系統(tǒng)260可包括支持系統(tǒng)沈2，用來接收基板201，其中在實施例中，可在反應器或容器中提供待處理的表面，亦即接觸階層220。再者，系統(tǒng)260可包括電極組沈4，可以是可移動的電極組，通過基板201被掃瞄，因而形成待處理表面接觸階層220與移動電極組264之間的可移動間隙(movable gap)。再者，電極組 264可提供一或多個適當流體的噴出物，如265所指，例如用于提供電解質溶液或是起始電化學材料移除工藝所需要的任何其他合適工藝流體。例如，電解質265可包含頓性溶劑與非氧化酸鹽的混合物。再者，可提供功率來源沈3，用來在作為陽極的表面220與作為陰極的可移動電極組26之間，施加電壓與電流脈沖。結果，在起始適當電壓或一系列電壓脈沖之后，可通過工藝流體沈5，在包括傳導層2 與接觸組件223 (圖2f)過多材料的傳導階層 220待處理表面與可移動電極組264之間，建立電流。以對應的掃描速度為基礎，可起始電壓脈沖系列、電解質溶液或工藝流體265的組合物、層2 與接觸組件223過多材料的有效材料移除，其中形成在接觸階層220上方具有厚度增加的金屬部分可進行材料移除。因此， 在電化學蝕刻工藝過程中，整體表面可逐漸平面化，例如通過基板201掃描數(shù)次，使用不同的工藝條件，例如脈沖順序、掃描速度等。圖池圖標說明在電化學蝕刻工藝267過程中的基板201，其中可以工藝參數(shù)例如電壓與脈沖的形狀及頻率、沿著方向266的掃描速度為基礎，沿著掃描方向沈6，移除可移動電極組264。圖2i圖標說明在電化學蝕刻工藝267另一階段中的基板201，其中可在接近基板 201的中心，定位可移動的電極組沈4。結果，掃描通過基板201—或數(shù)次，可移除接觸組件223與犧牲傳導材料層226(圖2f)的任何過多材料，因而形成實質平坦的表面。應理解可進行電化學蝕刻工藝，用不同的工藝參數(shù)以及觀察不同參數(shù)設定的移除作用與平面化效果，建立適當?shù)墓に噮?shù)。圖2 j圖標說明半導體裝置200具有平坦表面，如220S所指。在這例子哩，接觸組件223具有理想的平坦架構，不需要施加任何過度的機械壓力至接觸組件223。圖業(yè)是根據(jù)另一實施例，圖標說明半導體裝置200，其中可在傳導材料層2 上方形成另一犧牲材料227。另一犧牲材料227可為平面化材料，例如聚合物才療，并且可在使用之后被回蝕，在接觸組件223外部的接觸階層220表面部分覆蓋材料226，這在進行濕化學蝕刻工藝267是有益的，如上所述。亦即可用任何適當工藝參數(shù)開始電化學蝕刻工藝，其中由于有另一犧牲材料227存在，所以可壓抑層2 的初始材料移除。因此，在電化學蝕刻工藝的對應相中，材料層2 的暴露部分與接觸組件223的過多材料較佳可被移除，因而更促進電化學工藝的平面化效果。濕化學蝕刻工藝具有實質自身限制作用，接觸組件223附近的傳導材料可被移除，最后中斷接觸組件223附近的傳導層226。而后，可移除層227，例如用濕化學蝕刻技術、等離子輔助的蝕刻工藝，接著可用濕化學蝕刻工藝、CMP或類似方法， 移除層2 的剩余部分。在其他例子中，在達到某種程度的平面化之后，可中斷濕化學蝕刻工藝，用以移除材料227，而后關于層2 與接觸組件223之間的高度差，以較不精密的工藝條件為基礎，繼續(xù)濕化學蝕刻工藝，移除剩余的材料2 與接觸組件223任何不想要的過多材料。結果，本發(fā)明揭露內(nèi)容提供的工藝方法中，可用選擇行沉積技術，例如無電鍍，形成接觸組件，其中可完成接觸階層的后續(xù)平面化，而不需要在接觸組件中誘導過度的機械壓力。 為了達到這個目的，在一些實施例中，避免對應接觸開口的過度填充與/或提供犧牲材料， 可達到適當包埋接觸組件的接觸金屬，在平面化工藝過程中，例如在蝕刻工藝、拋光工藝或兩種工藝結合中，可保持接觸組件的完整性。在其他實施例中，可用電化學蝕刻工藝完成移除接觸組件的任何過多材料，其中犧牲傳導層可作為電流分布層。因此，在接觸階層的平坦表面上繼續(xù)其他工藝，而后形成金屬化系統(tǒng)的第一金屬化層，適當連接至接觸階層中的接觸組件，由于使用選擇性沉積技術形成接觸組件的金屬，所以具有高傳導性。
上述的特定實施例是用來說明本申請案，對于熟知此技藝的人士而言，在本申請的教導后，本發(fā)明的不同修飾與實施是顯而易見的。例如，可用不同的順序進行上述的工藝步驟。再者，本申請的詳細說明或設計除了權利要求書的內(nèi)容之外，并沒有特別限制。因此， 上述的特定實施例可被改變或修飾，并且這些變化都屬于本發(fā)明的范圍與精神之內(nèi)。因此， 本發(fā)明的保護范圍如權利要求書中所述。
權利要求
1. 一種在半導體裝置中形成接觸組件的方法，所述方法包括 進行選擇性沉積工藝，在接觸階層的介電材料的接觸開口中形成金屬，所述接觸開口連接至電路組件的接觸區(qū)域，所述電路組件至少部分形成在所述半導體裝置的半導體層中；從所述金屬形成接觸組件，所述接觸組件被側向包埋；以及在所述側向包埋的接觸組件基礎上進行平面化工藝，提供所述接觸階層的實質平坦表
2.如權利要求1所述的方法，其中形成所述接觸組件包括填充所述接觸開口至一高度階層，低于所述接觸階層的所述介電材料的表面的高度接層。
3.如權利要求2所述的方法，其中進行所述平面化工藝包括進行化學機械拋光工藝， 移除所述介電材料的一部分。
4.如權利要求2所述的方法，更包括在形成所述金屬之后以及進行所述平面化工藝之前，在所述介電材料上方形成犧牲填充材料。
5.如權利要求4所述的方法，其中進行所述平面化工藝包括進行蝕刻工藝與拋光工藝至少其中一種。
6.如權利要求1所述的方法，其中形成所述接觸組件包括過度填充所述接觸開口，以及形成至少側向相鄰所述接觸組件的犧牲材料。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述犧牲材料是平面化材料形式，以及其中進行所述平面化工藝包括在所述平面化材料存在時，進行蝕刻工藝與拋光工藝至少其中一種。
8.如權利要求6所述的方法，其中形成所述犧牲材料包括提供連續(xù)傳導材料層，以及其中進行所述平面化工藝包括使用所述連續(xù)傳導材料層作為電流分布層，進行電化學蝕刻工藝。
9.如權利要求8所述的方法，其中形成所述犧牲材料更包括形成平面化層。
10.如權利要求1所述的方法，其中進行所述選擇性沉積工藝包括進行無電鍍工藝以及使用所述接觸區(qū)域作為催化材料。
11.一種方法，包括在半導體裝置的接觸階層的介電材料中，形成接觸開口 ；在所述接觸開口內(nèi)選擇性形成傳導材料，而不過度填充所述接觸開口 ；以及移除所述介電材料的一部分，用來提供所述接觸階層的平坦表面。
12.如權利要求11所述的方法，其中進行無電鍍工藝，在所述接觸開口中，選擇性形成所述傳導材料。
13.如權利要求11所述的方法，其中移除所述介電材料的一部份包括進行拋光工藝。
14.如權利要求13所述的方法，其中進行所述無電路工藝包括直接沉積金屬在半導體區(qū)域中形成的接觸區(qū)域上。
15.如權利要求11所述的方法，更包括在移除所述介電材料的一部份之前，在所述傳導材料上方，形成犧牲平面化材料。
16.如權利要求15所述的方法，其中移除所述介電材料的一部份包括在所述犧牲平面化材料存在時，進行蝕刻工藝與拋光工藝至少其中一種。
17.一種方法，包括在半導體裝置的接觸階層的介電材料中，形成接觸開口，所述接觸開口延伸至電路組件的接觸區(qū)域；進行選擇性沉積工藝，用傳導材料填充所述接觸開口 ； 在所述介電材料與所述傳導材料上方，形成犧牲材料層；以及進行蝕刻工藝，平面化所述接觸階層的表面，在所述犧牲材料層存在中開始所述蝕刻工藝。
18.如權利要求17所述的方法，其中形成所述犧牲材料層包括在所述介電材料與所述傳導材料上方，形成連續(xù)傳導層。
19.如權利要求18所述的方法，其中進行蝕刻工藝包括進行電化學蝕刻工藝。
20.如權利要求19所述的方法，其中形成所述犧牲材料層包括在所述介電材料上方， 形成含金屬層，以及在所述含金屬層上方，形成平面化材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無電鍍形成的半導體裝置的接觸組件及用減少的剪力移除過多的材料。以例如無電鍍的選擇性沉積技術為基礎，形成半導體裝置接觸階層中的接觸組件，其中達到接觸階層有效的平面化，而不需要施加過度機械壓力至所述接觸組件。在一些實施例中，可避免接觸開口的過度填充，以及用非關鍵拋光工藝為基礎完成表面的平面化。在其他例子中，使用電化學蝕刻技術結合傳導犧牲電流分布層，用來移除接觸組件的任何過多材料，而不會誘導過度的機械壓力。
文檔編號H01L21/768GK102208361SQ20111008464
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權日2010年3月31日
發(fā)明者A·普羅伊塞, N·斯科勒得, U·斯特克金 申請人:格羅方德半導體公司