CN106328509B - 一种形成mis结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种形成MIS结构的方法，包括：第一步骤：对硅衬底进行离子注入以及热退火形成N型阱或者P型阱；第二步骤：在暴露的硅衬底表面生长SiO2层；第三步骤：在SiO2层上依次生长金属Ti层和TiN层；第四步骤：在暴露SiO2层的凹槽中填充钨塞，然后对钨塞、金属Ti层和TiN层进行平坦化处理。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种能够降低接触电阻的形成MIS(metal insulator semiconductor，金属-绝缘体-半导体)结构的方法。
背景技术
费米能级的钉扎效应是指金属半导体接触后，会产生金属诱导分裂能级，造成电子突破势垒的几率下降。当插入一层很薄的绝缘层后，会减少或消除这个诱导的分裂能级，消除钉扎效应，降低势垒。
随着CMOS尺寸的缩减，对接触电阻率(contact resistivity)的要求也越来越高，但是由于费米能级的钉扎效应(Femi-level pinning)的影响，接触电阻率很难通过硅化物进一步做低，MIS因其可以减轻或消除费米能级的钉扎效应，可以有效的较低接触电阻率。
金属-绝缘层-半导体结构MIS在理想情况下满足：1.金属与半导体之间功函数差为零。即金属与半导体之间无电压，也就是说不会对绝缘层加压；2.绝缘层内没有电荷存在，完全不导电；3.绝缘层与半导体之间的界面处不存在任何界面态。
MIS中的绝缘层对厚度敏感，同时考虑到N型和P型的需求，TiO2因对厚度敏感性小，N和P衬底都可以用，是目前最佳的选择材料。制作MIS结构的难点在于中间的金属氧化物绝缘物的厚度和工艺控制。传统上为了得到足够薄的可控厚度的TiO2薄膜，通常选择原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)来生长。但是ALD薄膜沉积成本高，沉积速度慢，薄膜中会存在残留的杂质元素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够降低接触电阻的形成MIS结构的方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种形成MIS结构的方法，包括：
第一步骤：对硅衬底进行离子注入以及热退火形成N型阱或者P型阱；
第二步骤：在暴露的硅衬底表面生长SiO2层；
第三步骤：在SiO2层上依次生长金属Ti层和TiN层；
第四步骤：在暴露SiO2层的凹槽中填充钨塞，然后对钨塞、金属Ti层和TiN层进行平坦化处理。
优选地，在第一步骤，硅衬底上形成有层间电介质层图案，并且利用层间电介质层图案对硅衬底进行离子注入以及热退火形成N型阱或者P型阱。在第二步骤，在层间电介质层图案暴露的硅衬底表面生长SiO2层。在第三步骤，在SiO2层和层间电介质层图案上依次生长金属Ti层和TiN层。在第四步骤，对钨塞、金属Ti层和TiN层进行平坦化处理直到露出层间电介质层图案。
优选地，生长SiO2层的方式包括化学气相沉积、原子层沉积、热氧化和低压化学气相沉积。
优选地，SiO2层的厚度为0.5～2nm。
优选地，生长金属Ti层的方式包括物理气相沉积和化学气相沉积。金属Ti层的厚度为2～10nm。
优选地，生长TiN层的方式包括物理气相沉积、有机金属化学气相沉积和原子层沉积。
优选地，TiN层的厚度为2～5nm。填
优选地，充钨塞包括通过物理气相沉积或化学气相沉积来沉积金属钨。
由此，本发明提出了一种更为精确的控制方法，首先精确控制SiO2层的厚度，SiO2的厚度可控性更好，生长方式多样；然后使沉积的Ti和SiO2反应生成精确厚度的TiO2。该反应过程可以自发进行，不需要施加额外的热条件。该方法简单，厚度可以精确控制，薄膜均匀性好，洁净度高，薄膜之间的界面层清晰。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1至图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的形成MIS结构的方法的各个步骤。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1至图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的形成MIS结构的方法的各个步骤。
具体地，如图1至图4所示，根据本发明优选实施例的形成MIS结构的方法包括：
第一步骤：对硅衬底100进行离子注入以及热退火形成N型阱或者P型阱；
例如，在第一步骤，硅衬底100上形成有层间电介质层图案200，并且利用层间电介质层图案200对硅衬底100进行离子注入以及热退火形成N型阱或者P型阱。
第二步骤：在暴露的硅衬底表面生长SiO2层300；
例如，在第二步骤，在层间电介质层图案200暴露的硅衬底表面生长SiO2层300。
优选地，生长SiO2层300的方式包括化学气相沉积、原子层沉积、热氧化和低压化学气相沉积。
优选地，SiO2层300的厚度为0.5～2nm。
第三步骤：在SiO2层300上依次生长金属Ti层400和TiN层500；
例如，在第三步骤，在SiO2层300和层间电介质层图案200上依次生长金属Ti层400和TiN层500。
优选地，生长金属Ti层400的方式包括物理气相沉积和化学气相沉积。
优选地，金属Ti层400的厚度为2～10nm。
优选地，生长TiN层500的方式包括物理气相沉积、有机金属化学气相沉积和原子层沉积。
优选地，TiN层500的厚度为2～5nm。
第四步骤：在暴露SiO2层300的凹槽中填充钨塞600，然后对钨塞600、金属Ti层400和TiN层500进行平坦化处理。
填充钨塞600包括通过物理气相沉积或化学气相沉积来沉积金属钨。
例如，在第四步骤，在层间电介质层图案200的暴露SiO2层300的凹槽中填充钨塞600，对钨塞600、金属Ti层400和TiN层500进行平坦化处理直到露出层间电介质层图案200。
其中，金属Ti和SiO2反应，吸收氧原子，形成TiO2 700。原来的SiO2被还原成Si。剩余的Ti和覆盖层TiN直接充当粘合层和阻挡层。
由此，本发明提出了一种更为精确的控制方法，首先精确控制SiO2层的厚度，SiO2的厚度可控性更好，生长方式多样；然后使沉积的Ti和SiO2反应生成精确厚度的TiO2。该反应过程可以自发进行，不需要施加额外的热条件。该方法简单，厚度可以精确控制，薄膜均匀性好，洁净度高，薄膜之间的界面层清晰。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种形成MIS结构的方法，其特征在于包括：
第一步骤：对硅衬底进行离子注入以及热退火形成N型阱或者P型阱，所述硅衬底上形成有层间电介质层图案；
第二步骤：在所述层间电介质层图案暴露的硅衬底表面生长SiO2层，所述层间电介质层图案具有暴露所述SiO2层的凹槽；
第三步骤：在SiO2层上依次生长金属Ti层和TiN层，生长金属Ti层的方式包括物理气相沉积和化学气相沉积，使沉积的Ti和SiO2自发反应生成精确厚度的TiO2，所述的SiO2被还原成Si；
第四步骤：在所述凹槽中填充钨塞，然后对钨塞、金属Ti层和TiN层进行平坦化处理。
2.根据权利要求1所述的形成MIS结构的方法，其特征在于，在第一步骤，利用层间电介质层图案对硅衬底进行离子注入以及热退火形成N型阱或者P型阱；在第三步骤，在SiO2层和层间电介质层图案上依次生长金属Ti层和TiN层；在第四步骤，对钨塞、金属Ti层和TiN层进行平坦化处理直到露出层间电介质层图案。
3.根据权利要求1或2所述的形成MIS结构的方法，其特征在于，生长SiO2层的方式包括化学气相沉积、原子层沉积、热氧化和低压化学气相沉积。
4.根据权利要求1或2所述的形成MIS结构的方法，其特征在于，SiO2层的厚度为0.5～2nm。
5.根据权利要求1或2所述的形成MIS结构的方法，其特征在于，金属Ti层的厚度为2～10nm。
6.根据权利要求1或2所述的形成MIS结构的方法，其特征在于，生长TiN层的方式包括物理气相沉积、有机金属化学气相沉积和原子层沉积。
7.根据权利要求1或2所述的形成MIS结构的方法，其特征在于，TiN层的厚度为2～5nm。
8.根据权利要求1或2所述的形成MIS结构的方法，其特征在于，填充钨塞包括通过物理气相沉积或化学气相沉积来沉积金属钨。
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