CN113314455A - 互连结构及其形成方法 - Google Patents
互连结构及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113314455A CN113314455A CN202010121436.1A CN202010121436A CN113314455A CN 113314455 A CN113314455 A CN 113314455A CN 202010121436 A CN202010121436 A CN 202010121436A CN 113314455 A CN113314455 A CN 113314455A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- opening
- barrier layer
- forming
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 114
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 114
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 112
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 37
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 18
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 12
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 8
- NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H tungsten hexafluoride Chemical compound F[W](F)(F)(F)(F)F NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 5
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- -1 titanium ions Chemical class 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HIVGXUNKSAJJDN-UHFFFAOYSA-N [Si].[P] Chemical compound [Si].[P] HIVGXUNKSAJJDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGACIEPFGXRWCH-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ti] Chemical compound [Si].[Ti] UGACIEPFGXRWCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- XROWMBWRMNHXMF-UHFFFAOYSA-J titanium tetrafluoride Chemical compound [F-].[F-].[F-].[F-].[Ti+4] XROWMBWRMNHXMF-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
- H01L21/76829—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
- H01L21/76831—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers in via holes or trenches, e.g. non-conductive sidewall liners
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76886—Modifying permanently or temporarily the pattern or the conductivity of conductive members, e.g. formation of alloys, reduction of contact resistances
- H01L21/76889—Modifying permanently or temporarily the pattern or the conductivity of conductive members, e.g. formation of alloys, reduction of contact resistances by forming silicides of refractory metals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
本申请公开了一种互连结构及其形成方法，该方法包括：提供衬底，所述衬底包括有源区；在所述衬底上形成介质层，所述介质层具有贯穿所述介质层的开口，所述开口暴露所述有源区的表面；在所述开口的底部形成第一金属层；在所述第一金属层的表面形成第一阻挡层，所述第一阻挡层暴露开口的侧壁；在形成所述第一阻挡层之后，进行退火处理，使所述开口底部剩余的第一金属层与所述有源区表面的材料反应以形成金属硅化物层；在形成所述金属硅化物层之后，在所述第一阻挡层的表面、所述开口的侧壁形成第二阻挡层；以及在形成所述第二阻挡层之后，在所述开口中形成填满所述开口的第二金属层。本申请所公开的互连结构及其形成方法提高了互连结构的性能。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种互连结构及其形成方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，超大规模集成电路芯片的集成度已经高达几十亿甚至上百亿器件的规模，金属互连技术广泛实用。对于10nm及以下节点，降低互连结构的接触电阻(Rc)对于改善器件性能变得越来越重要。
在采用钨(W)作为导电连接层的材料并采用氮化钛(TiN)作为扩散抑制层的材料的情况下，整个互连结构的接触电阻应该是钨的电阻与氮化钛的电阻的总和。众所周知，导电连接层的体积越大，其电阻越低。为了使导电连接层能够具备更大的体积，在不改变器件整体尺寸的情况下，通常可以考虑减小氮化钛层的厚度以便为导电连接层腾出更多空间。然而，如果过度牺牲氮化钛层的厚度，在钛离子与导电连接层沉积过程中产生的氟离子结合而变成氟化钛气体离开之后，所剩的氮化钛层可能已经无法实现扩散抑制的效果。
因此，还需要对互连结构形成方法进行改进。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种互连结构及其形成方法，该方法提高了互连结构的性能。
本申请的一个方面提供了一种互连结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底包括有源区；在所述衬底上形成介质层，所述介质层具有贯穿所述介质层的开口，所述开口暴露所述有源区的表面；在所述开口的底部形成第一金属层；在所述第一金属层的表面形成第一阻挡层，所述第一阻挡层暴露所述开口的侧壁；在形成所述第一阻挡层之后，进行退火处理，使所述开口底部剩余的第一金属层与所述有源区表面的材料反应以形成金属硅化物层；在形成所述金属硅化物层之后，在所述第一阻挡层的表面、所述开口的侧壁形成第二阻挡层；以及在形成所述第二阻挡层之后，在所述开口中形成填满所述开口的第二金属层。
可选地，所述第一金属层的材料包括钛，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的材料包括氮化钛。
可选地，所述第一金属层的厚度为70埃至140埃。
可选地，所述第一阻挡层的厚度为15埃至40埃。
可选地，所述第二阻挡层的厚度为10埃至15埃。
可选地，所述退火处理包括动态表面退火处理。
可选地，形成所述第一金属层的工艺为物理气相沉积工艺。
可选地，形成所述第一阻挡层的工艺为物理气相沉积工艺。
可选地，形成所述第二阻挡层的工艺为原子层沉积工艺。
本申请还提供一种互连结构，包括：衬底，所述衬底包括有源区；介质层，位于所述衬底上并具有贯穿所述介质层的开口，所述开口位于所述有源区上；金属硅化物层，位于所述开口的底部的有源区表面；第一阻挡层，位于所述金属硅化物层表面；第二阻挡层，位于所述第一阻挡层的表面以及所述开口的侧壁，且所述开口的侧壁的第二阻挡层与所述介质层接触；以及第二金属层，位于所述第二阻挡层的表面并填满所述开口。
可选地，所述金属硅化物层的厚度为70埃至140埃。
可选地，所述第一阻挡层的厚度为15埃至40埃。
可选地，所述第二阻挡层的厚度为10埃至15埃。
可选地，所述金属硅化物层的材料包括硅化钛，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的材料包括氮化钛。
本申请的技术方案具有以下有益效果：
本申请的技术方案中，通过物理气相沉积的方式在第一金属层的顶部区域形成第一阻挡层，避免在开口侧壁形成第一金属氮化物层。之后形成第二阻挡层，第二阻挡层位于开口的侧壁和底部。开口底部的第一阻挡层和第二阻挡层的总厚度大于开口侧壁的第二阻挡层的厚度。这样一来，位于开口底部第一阻挡层和第二阻挡层的叠加的阻挡作用较好，因此在形成第二金属层的过程中，避免用于形成第二金属层的源气体穿过第一阻挡层和第二阻挡层至金属硅化物层，避免对金属硅化物层造成侵蚀。其次，由于位于开口侧壁的第二阻挡层的厚度较小，因此为形成第二金属层(即，导电连接层)腾出了更多的空间，使得其能够具有更小的接触电阻，且第二金属层的填充性性能较好。
由于氟离子对阻挡层的侵袭主要发生在开口底部，因此，本申请的技术方案在确保开口底部的阻挡层具有足够厚度的前提下，尽可能的减小位于开口侧壁的阻挡层的厚度，以使得导电连接层能够具有更大的体积，从而降低接触电阻，提高了互连结构的性能。
附图说明
以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本公开的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
图1A至图1H为一种互连结构形成过程的结构示意图；
图2为根据本申请的实施例的互连结构形成方法的流程图；
图3A至图3H为本申请的实施例的互连结构形成过程的结构示意图。
具体实施方式
以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本公开不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
下面结合实施例和附图对本申请技术方案进行详细说明。
如图1A至图1H所示，一种互连结构的形成方法包括：提供衬底1，衬底1包括有源区2；在衬底1上形成介质层3，介质层3中具有开口4，开口4暴露有源区2；在开口4的底部和介质层2的表面形成第一金属层5(例如，钛)；在第一金属层5的表面和开口4的侧壁形成第一金属氮化物层6(例如，氮化钛)；进行退火处理，使位于开口4底部的第一金属层5与有源区2表面的材料反应以形成金属硅化物层7；在第一氮化钛层6的表面形成第二金属氮化物层8(例如，氮化钛)；在第二氮化钛层8的表面形成填满开口4的第二金属层9(例如，钨)；进行平坦化处理，以去除多余的第一金属层5、第一金属氮化物层6、第二金属氮化物层8和第二金属层9。
使用化学气相沉积在开口中填充金属钨时，可采用氟化钨(WF6)作为源气体，在热辅助的条件下，使其与氢气(H2)进行还原反应，生成钨金属层和氟化氢(HF)。无论是氟化钨还是氟化氢，都具有很强的腐蚀性，能够在一定程度上腐蚀金属氮化物层并能够对其下方的金属硅化物层造成损害。
在上述方法中，位于开口4的底部和侧壁上的金属氮化物层的厚度基本相同，而氟化氢对开口4底部的金属氮化物层的腐蚀要远大于其对开口4侧面的金属氮化物层的腐蚀，故而开口4侧壁的金属氮化物层的厚度与实际需要相比存在一定程度的浪费，这限制了第二金属层9的体积扩大，不利于接触电阻的降低，进而影响整个互连结构的性能。
为了解决上述问题，本申请实施例提供一种互连结构形成方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S11：提供衬底，所述衬底包括有源区；
步骤S12：在所述衬底上形成介质层，所述介质层具有贯穿所述介质层的开口，所述开口暴露所述有源区的表面；
步骤S13：在所述开口的底部形成第一金属层；
步骤S14：在所述第一金属层的表面形成第一阻挡层，所述第一阻挡层暴露所述开口的侧壁；
步骤S15：在形成所述第一阻挡层之后，进行退火处理，使所述开口底部剩余的第一金属层与所述有源区表面的材料反应以形成金属硅化物层；
步骤S16：在形成所述金属硅化物层之后，在所述第一阻挡层的表面、所述开口的侧壁形成第二阻挡层；
步骤S17：在形成所述第二阻挡层之后，在所述开口中形成填满所述开口的第二金属层。
下面结合图3A至图3H对上述各个步骤进行详细说明。应注意，以其他顺序执行以上和以下步骤的方法也落入本公开的保护范围。
如图3A所示，提供衬底100，衬底100包括有源区200。
衬底100的材料可以为硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上锗(GOI)，或者其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。衬底100的材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种。衬底100还可以是绝缘体上硅结构或硅上外延层结构。在衬底100中，可形成有半导体器件(未示出)，例如具有栅极、源极和漏极的金属氧化物半导体器件。
有源区200的材料可以是硅磷(SiP)、硅锗(SiGe)等硅化物。有源区200可以通过离子注入、物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)、化学气相沉积(CVD，ChemicalVapor Deposition)等工艺形成在衬底100的沟槽中。所述沟槽可以通过各种合适的蚀刻工艺形成。
如图3B所示，在衬底100上形成介质层300，介质层300具有贯穿介质层300开口400，开口400暴露有源区200的表面。
介质层300的材料可以是氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等。在本实施例中，介质层300可采用氧化硅(SiO2)。介质层300可通过物理气相沉积、化学气相沉积等工艺来形成。
开口400的形成方法可以是在介质层300的表面旋涂光刻胶，经曝光显影工艺后，在光刻胶内形成开口图案，然后再刻蚀以形成开口400，刻蚀后通入氧气等离子体，灰化去除剩余的光刻胶。
如图3C所示，在开口400的底部形成第一金属层500。
在本实施例中，在开口400的底部和介质层300的表面均形成第一金属层500。
在本实施例中，第一金属层500的材料可以是钛(Ti)。第一金属层500的厚度可以为70埃至140埃。第一金属层500可通过物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等工艺来形成。在本实施例中，第一金属层500通过物理气相沉积工艺形成。在本实施例中，在开口400的侧壁不沉积或几乎不形成第一金属层500。在一些实施例中，形成在开口400的侧壁的第一金属层500仅为形成在开口400底部和介质层300表面的第一金属层500的1％至10％。
如图3D所示，在第一金属层500的表面形成第一阻挡层600，第一阻挡层600暴露开口400的侧壁。
在本实施例中，第一阻挡层600的材料为氮化钛(TiN)。第一阻挡层600可通过物理气相沉积、化学气相沉积等工艺来形成。在本实施例中，第一阻挡层600通过物理气相沉积工艺形成。在本实施例中，第一阻挡层600的厚度为15埃至40埃。在本实施例中，在开口400的侧壁不形成或几乎不形成第一阻挡层600。
通过在第一金属层的表面形成第一阻挡层，而避免在开口侧壁形成第一阻挡层。这样一来，由于位于开口侧壁的第二阻挡层的厚度较小，因此为后续形成第二金属层(即，导电连接层)腾出了更多的空间，使得其能够具有更小的接触电阻，且第二金属层的填充性性能较好。
如图3E所示，在形成第一阻挡层600之后，进行退火处理，使开口400底部剩余的第一金属层500与有源区200表面的材料反应以形成金属硅化物层700。
在本实施例中，金属硅化物层700的材料为硅化钛(TiSi)。在本实施例中，所述退火处理可以是动态表面退火(Dynamic Surface Annealing，DSA)处理，DSA能够在原子级别改变材料属性，并且可以在较短的时间内完成对局部有限区域的退火。所述退火处理也可以是快速热处理(RTP，Rapid Thermal Processing)，其可以在较短的时间内完成退火处理的步骤。金属硅化物层700的厚度可以为70埃至140埃。
如图3F所示，在形成金属硅化物层700之后，在第一阻挡层600的表面、开口400的侧壁形成第二阻挡层800。
在本实施例中，在形成金属硅化物层700之后，在第一阻挡层600的表面和侧壁、介质层300上方的第一金属层500的侧壁和开口400的侧壁形成第二阻挡层800。
在本实施例中，第二阻挡层800的材料为氮化钛。第二阻挡层800可通过物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等工艺来形成。在本实施例中，第二阻挡层800通过原子层沉积工艺形成。第二阻挡层800的厚度为10埃至15埃。
如图3G所示，在形成第二阻挡层800之后，在开口400中形成填满开口400的第二金属层900。
在本实施例中，在形成第二阻挡层800之后，在第二阻挡层800的表面形成填满开口400的第二金属层900。
在本实施例中，第二金属层900的材料为钨(W)。第二金属层900可通过物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等工艺来形成。
当在开口400中填充金属钨时(例如，使用化学气相沉积工艺)，可采用氟化钨作为源气体，在热辅助的条件下，使其与氢气进行还原反应，生成第二金属层900和氟化氢。无论是氟化钨还是氟化氢，都具有很强的腐蚀性，能够腐蚀第一阻挡层600和第二阻挡层800并能够对其下方的金属硅化物层700造成损害。
在本申请中，通过避免在开口400侧壁形成第一阻挡层600，开口400底部的第一阻挡层600和第二阻挡层800的总厚度大于开口400侧壁的第二阻挡层800的厚度。这样一来，位于开口400底部第一阻挡层600和第二阻挡层800的叠加的阻挡作用较好，因此在形成第二金属层900的过程中，避免用于形成第二金属层800的源气体蚀穿第一阻挡层600和第二阻挡层800至金属硅化物层700，从而对金属硅化物层700造成侵蚀。
另外，而氟化钨和氟化氢对开口400底部的阻挡层的腐蚀要远大于其对开口400侧面的阻挡层的腐蚀，故减小位于开口400侧壁的阻挡层的总体厚度并不会对整个互连结构的性能产生影响。非但如此，这样做还会使第二金属层能够具有更大的体积，从而降低接触电阻。
如图3H所示，在形成第二金属层900之后，进行平坦化处理，以去除位于介质层300上方的第一金属层500、第一阻挡层600、第二阻挡层800和第二金属层900，并使得第二金属层900的顶部与介质层300的顶部齐平。
在本实施例中，所述平坦化处理为化学机械抛光(Chemical-MechanicalPolishing，CMP)。
相应的，本申请还提供一种互连结构，其包括：衬底100，衬底100包括有源区200；介质层300，位于衬底100上并具有贯穿介质层300的开口400，开口400位于有源区200上；金属硅化物层700，位于开口400的底部的有源区表面；第一阻挡层500，位于金属硅化物层700表面；第二阻挡层800，位于第一阻挡层600的表面以及开口400的侧壁，且开口400的侧壁的第二阻挡层800与介质层300接触；以及第二金属层900，位于第二阻挡层800的表面并填满开口400。
衬底100的材料可以为硅、锗、硅锗、碳化硅、绝缘体上硅、绝缘体上锗，或者其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。
有源区200的材料可以是硅磷、硅锗等硅化物。有源区200可以通过离子注入、物理气相沉积、化学气相沉积等工艺形成在衬底100的沟槽中。
介质层300的材料可以是氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等。在本实施例中，介质层300可采用氧化硅。介质层300可通过物理气相沉积、化学气相沉积等工艺来形成。
开口400的形成方法可以是在介质层300的表面旋涂光刻胶，经曝光显影工艺后，在光刻胶内形成开口图案，然后再刻蚀以形成开口400，刻蚀后通入氧气等离子体，灰化去除剩余的光刻胶。
第一阻挡层600的材料可以包括氮化钛。在本实施例中，第一阻挡层600通过物理气相沉积工艺形成。在本实施例中，第一阻挡层600的厚度为15埃至40埃。
金属硅化物层700的材料可以包括硅化钛。在本实施例中，金属硅化物层700通过对预先形成的金属层进行动态表面退火处理而形成。在本实施例中，金属硅化物层700的厚度可以为70埃至140埃。
第二阻挡层800的材料可以包括氮化钛。在本实施例中，第二阻挡层800通过原子层沉积工艺形成。在本实施例中，第二阻挡层800的厚度为10埃至15埃。
第二金属层900的材料可以包括钨。第二金属层900可通过物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等工艺来形成。
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。
Claims (14)
1.一种互连结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底包括有源区；
在所述衬底上形成介质层，所述介质层具有贯穿所述介质层的开口，所述开口暴露所述有源区的表面；
在所述开口的底部形成第一金属层；
在所述第一金属层的表面形成第一阻挡层，所述第一阻挡层暴露所述开口的侧壁；
在形成所述第一阻挡层之后，进行退火处理，使所述开口底部剩余的第一金属层与所述有源区表面的材料反应以形成金属硅化物层；
在形成所述金属硅化物层之后，在所述第一阻挡层的表面、所述开口的侧壁形成第二阻挡层；以及
在形成所述第二阻挡层之后，在所述开口中形成填满所述开口的第二金属层。
2.如权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述第一金属层的材料包括钛，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的材料包括氮化钛。
3.如权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述第一金属层的厚度为70埃至140埃。
4.如权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述第一阻挡层的厚度为15埃至40埃。
5.如权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述第二阻挡层的厚度为10埃至15埃。
6.如权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述退火处理包括动态表面退火处理。
7.如权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一金属层的工艺为物理气相沉积工艺。
8.如权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一阻挡层的工艺为物理气相沉积工艺。
9.如权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，形成所述第二阻挡层的工艺为原子层沉积工艺。
10.一种互连结构，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底包括有源区；
介质层，位于所述衬底上并具有贯穿所述介质层的开口，所述开口位于所述有源区上；
金属硅化物层，位于所述开口的底部的有源区表面；
第一阻挡层，位于所述金属硅化物层表面；
第二阻挡层，位于所述第一阻挡层的表面以及所述开口的侧壁，且所述开口的侧壁的第二阻挡层与所述介质层接触；以及
第二金属层，位于所述第二阻挡层的表面并填满所述开口。
11.如权利要求10所述的互连结构，其特征在于，所述金属硅化物层的厚度为70埃至140埃。
12.如权利要求10所述的互连结构，其特征在于，所述第一阻挡层的厚度为15埃至40埃。
13.如权利要求10所述的互连结构，其特征在于，所述第二阻挡层的厚度为10埃至15埃。
14.如权利要求10所述的互连结构，其特征在于，所述金属硅化物层的材料包括硅化钛，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的材料包括氮化钛。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010121436.1A CN113314455A (zh) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | 互连结构及其形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010121436.1A CN113314455A (zh) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | 互连结构及其形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113314455A true CN113314455A (zh) | 2021-08-27 |
Family
ID=77369933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010121436.1A Pending CN113314455A (zh) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | 互连结构及其形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113314455A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113314454A (zh) * | 2020-02-26 | 2021-08-27 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 互连结构及其形成方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6277739B1 (en) * | 2000-10-30 | 2001-08-21 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Method of forming a barrier layer underlying a tungsten plug structure in a high aspect ratio contact hole |
| US20100099262A1 (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-22 | Yi-Hsiu Chen | Method of manufacturing non-volatile memory cell using self-aligned metal silicide |
| CN102915918A (zh) * | 2011-08-04 | 2013-02-06 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 金属硅化物形成方法 |
| US20190067098A1 (en) * | 2017-08-28 | 2019-02-28 | Globalfoundries Inc. | Double barrier layer sets for contacts in semiconductor device |
-
2020
- 2020-02-26 CN CN202010121436.1A patent/CN113314455A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6277739B1 (en) * | 2000-10-30 | 2001-08-21 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Method of forming a barrier layer underlying a tungsten plug structure in a high aspect ratio contact hole |
| US20100099262A1 (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-22 | Yi-Hsiu Chen | Method of manufacturing non-volatile memory cell using self-aligned metal silicide |
| CN102915918A (zh) * | 2011-08-04 | 2013-02-06 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 金属硅化物形成方法 |
| US20190067098A1 (en) * | 2017-08-28 | 2019-02-28 | Globalfoundries Inc. | Double barrier layer sets for contacts in semiconductor device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113314454A (zh) * | 2020-02-26 | 2021-08-27 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 互连结构及其形成方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8466052B2 (en) | Method of fabricating semiconductor device having buried wiring | |
| US6287964B1 (en) | Method for forming a metallization layer of a semiconductor device | |
| US6376368B1 (en) | Method of forming contact structure in a semiconductor device | |
| US8309448B2 (en) | Method for forming buried word line in semiconductor device | |
| US5804499A (en) | Prevention of abnormal WSix oxidation by in-situ amorphous silicon deposition | |
| CN108538712B (zh) | 接触孔的制造方法 | |
| JP7343619B2 (ja) | 充填による選択的金属用のプロセス統合アプローチ | |
| US7709376B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device and semiconductor device | |
| CN105140172A (zh) | 互连结构及其形成方法 | |
| KR100707656B1 (ko) | 금속배선의 형성 방법 및 그에 의해 형성된 금속배선을포함하는 반도체 소자 | |
| CN102005405A (zh) | 钨栓塞的制造方法 | |
| JP2023500622A (ja) | 低抵抗コンタクト相互接続のための方法および装置 | |
| US7320919B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device with metal-polycide gate and recessed channel | |
| US6060389A (en) | Semiconductor fabrication employing a conformal layer of CVD deposited TiN at the periphery of an interconnect | |
| CN113314455A (zh) | 互连结构及其形成方法 | |
| WO2022041981A1 (zh) | 半导体结构及半导体结构的制造方法 | |
| US7306993B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device with recessed channel | |
| CN113314454A (zh) | 互连结构及其形成方法 | |
| US6291346B1 (en) | Titanium silicide layer formation method | |
| WO2022006225A1 (en) | Selective tungsten deposition at low temperatures | |
| JP3515428B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| CN114078745A (zh) | 互连结构及其形成方法 | |
| KR100503312B1 (ko) | 반도체 소자의 콘택 전극 제조 방법 | |
| KR101103550B1 (ko) | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 | |
| JP2006108452A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |