CN115346918A - 半导体结构及制备方法、存储器 - Google Patents
半导体结构及制备方法、存储器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115346918A CN115346918A CN202211007663.7A CN202211007663A CN115346918A CN 115346918 A CN115346918 A CN 115346918A CN 202211007663 A CN202211007663 A CN 202211007663A CN 115346918 A CN115346918 A CN 115346918A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- metal
- silicon
- oxidation inhibiting
- semiconductor structure
- 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
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 178
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 177
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 145
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 145
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 107
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims abstract description 98
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 96
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 96
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 79
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 29
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 58
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 55
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 22
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 16
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 12
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 11
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 8
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- -1 nitrogen-containing compound Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 12
- 238000006388 chemical passivation reaction Methods 0.000 description 11
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- NNSIWZRTNZEWMS-UHFFFAOYSA-N cobalt titanium Chemical compound [Ti].[Co] NNSIWZRTNZEWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910021471 metal-silicon alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 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
- H01L21/76897—Formation of self-aligned vias or contact plugs, i.e. involving a lithographically uncritical step
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/538—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
- H01L23/5386—Geometry or layout of the interconnection structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Geometry (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本公开提供了一种半导体结构及制备方法和存储器。该半导体结构的制备方法包括如下步骤：于含硅衬底上制备氧化抑制层，氧化抑制层包括混合的第一金属和第二金属；对氧化抑制层进行热处理，使部分的第一金属与含硅衬底中的硅反应，形成位于氧化抑制层和含硅衬底之间的电接触层；及于氧化抑制层上制备粘附阻挡层。这一制备方法在不涉及对于金属的去除以及氧化层的去除的情况下，直接制备得到了包括电接触层、氧化抑制层和粘附阻挡层的半导体电接触结构。其不仅克服了金属硅化物极易被氧化的问题，还大幅简化了半导体结构的制备工艺。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体结构及制备方法、存储器。
背景技术
随着半导体器件的集成度越来越高，电路尺寸和通电电流越来越小，电路中金属导电结构和硅材料之间的接触电阻对半导体器件的电性影响相对来说也愈加明显。为了降低金属和硅材料之间的接触电阻，通常会采用金属硅化物作为金属和硅材料之间的过渡层。然而金属硅化物通常极易被氧化，少量的氧气即能够在金属硅化物表面形成一层二氧化硅，导致接触电阻的增加，甚至还会造成器件的断路，影响产品良率。以二硅化钴(CoSi2)为例，二硅化钴的接触电阻较低、退火温度较低、晶粒尺寸较小因而易于形核长大，并且二硅化钴对横向尺寸的变化较不敏感。因此，二硅化钴被广泛应用于深亚微米级尺寸的半导体器件中。然而二硅化钴也存在极易被氧化的问题。
为了尽可能避免上述问题，目前二硅化钴的制备工艺中，在沉积钴金属层之后，通常还需要经过去除钴金属层和氧化层的工艺，以确保形成的二硅化钴上无氧化层，再沉积其他的电接触层，这使得半导体器件中电接触部件的制备工艺通常较为复杂。
发明内容
基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种半导体结构的制备方法，以在克服金属硅化物极易被氧化的同时，简化电接触结构的制备工艺。
根据本公开的一些实施例，提供了一种半导体结构的制备方法，其包括如下步骤：
于含硅衬底上制备氧化抑制层，所述氧化抑制层包括混合的第一金属和第二金属；
对所述氧化抑制层进行热处理，使部分的所述第一金属与所述含硅衬底中的硅反应，以形成位于所述氧化抑制层和所述含硅衬底之间的电接触层；及
于所述氧化抑制层上制备粘附阻挡层。
在本公开的一些实施例中，所述第一金属在所述氧化抑制层中的物质的量含量为10％～90％。
在本公开的一些实施例中，所述第一金属包括钴、镍、锡和银中的一种或多种。
在本公开的一些实施例中，所述第一金属包括钴，使部分的所述第一金属与所述硅衬底反应的步骤中，所述第一金属与所述含硅衬底的反应产物为二硅化钴。
在本公开的一些实施例中，在对所述氧化抑制层进行热处理的步骤中，控制热处理的时间为10s～30s。
在本公开的一些实施例中，在对所述氧化抑制层进行热处理的步骤中，控制热处理的温度为500℃～600℃。
在本公开的一些实施例中，所述粘附阻挡层的材料包括第二金属的导电化合物。
在本公开的一些实施例中，所述第二金属包括钛、钽、钼、锆、铪和铌中的一种或多种，所述第二金属的导电化合物为所述第二金属的含氮化合物。
在本公开的一些实施例中，于所述氧化抑制层上制备粘附阻挡层的步骤包括：通过沉积的方式将所述粘附阻挡层的材料沉积于所述氧化抑制层上；或
采用含氮的反应物与所述氧化抑制层中的第二金属反应，在所述氧化抑制层表面生成所述氧化抑制层。
在本公开的一些实施例中，在于含硅衬底上制备包括第一金属和第二金属的氧化抑制层的步骤中，控制所述氧化抑制层的厚度为10nm～30nm。
在本公开的一些实施例中，在形成位于所述氧化抑制层和所述硅衬底层之间的电接触层的步骤中，控制所述电接触层的厚度为5nm～10nm。
在本公开的一些实施例中，在于所述氧化抑制层上制备粘附阻挡层的步骤之后，还包括：于所述粘附阻挡层上制备导电结构。
根据本公开的又一些实施例，还提供了一种半导体结构，其包括含硅衬底、电接触层、氧化抑制层和粘附阻挡层，所述电接触层层叠设置于所述含硅衬底上，所述氧化抑制层层叠设置于所述电接触层上，所述粘附阻挡层层叠设置于所述接触层上；
所述氧化抑制层包括相混合的第一金属与第二金属，所述电接触层包括导电硅金属化合物，所述导电硅金属化合物由所述氧化抑制层中的所述第一金属扩散至所述含硅衬底的表面形成，在所述氧化抑制层中，沿靠近所述电接触层的方向，所述第一金属的含量逐渐降低。
在本公开的一些实施例中，所述第一金属包括钴、镍、锡和银中的一种或多种。
在本公开的一些实施例中，所述第一金属包括钴，所述导电硅金属化合物包括二硅化钴。
在本公开的一些实施例中，所述粘附阻挡层包括所述第二金属的导电化合物。
在本公开的一些实施例中，所述第二金属包括钛、钽、钼、锆、铪和铌中的一种或多种。
在本公开的一些实施例中，还包括设置于所述粘附阻挡层上的导电结构。
根据本公开的再一些实施例，一种存储器，其包括上述任一实施例所述的半导体器件。
于上述至少部分实施例的半导体结构的制备方法中，通过直接在含硅衬底上设置包含第一金属和第二金属的氧化抑制层，通过热处理使得氧化抑制层中的第一金属扩散至含硅衬底上，以直接与硅反应以形成电接触层。此过程中氧化抑制层能够阻挡电接触层的氧化。随后再直接在氧化抑制层上制备粘附阻挡层。这一制备方法在不涉及对于金属的去除以及氧化层的去除的情况下，直接制备得到了包括电接触层、氧化抑制层和粘附阻挡层的半导体结构。其不仅克服了金属硅化物极易被氧化的问题，还大幅简化了半导体结构的制备工艺。
上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能够更清楚了解本公开的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本公开的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一个实施例中的半导体接触结构的制备过程；
图2为由图1中的步骤S1制备的工件的结构示意图；
图3为由图1中的步骤S2制备的工件的结构示意图；
图4为由图1中的步骤S3制备的工件的结构示意图；
图5为由图1中的半导体接触结构的制备过程制备的半导体接触结构的示意图；
图6示出了另一实施例中的半导体结构的示意图；
图7示出了另一实施例中农的半导体结构的示意图；
其中，各附图标记及其含义如下：
110、含硅衬底；120、电接触层；130、氧化抑制层；140、粘附阻挡层；150、导电结构；201、有源区；202、栅介质层；210、含硅衬底；120、电接触层；230、氧化抑制层；240、粘附阻挡层；150、导电结构；301、电容器；310、含硅衬底；320、电接触层；330、氧化抑制层；340、粘附阻挡层；350、导电结构。
具体实施方式
为了便于理解本公开，下面将参照相关附图对本公开进行更全面的描述。附图中给出了本公开的首选实施例。但是，本公开可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本公开的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
本公开提供了一种半导体结构的制备方法，其包括如下步骤。
于含硅衬底上制备氧化抑制层，氧化抑制层包括混合的第一金属和第二金属；对氧化抑制层进行热处理，使部分的第一金属与含硅衬底中的硅反应，形成位于氧化抑制层和含硅衬底之间的电接触层；及于氧化抑制层上制备粘附阻挡层。
本公开的半导体结构的制备方法中，通过直接在含硅衬底上设置包含第一金属和第二金属的氧化抑制层，通过热处理使得氧化抑制层中的第一金属扩散至含硅衬底上，以直接与硅反应以形成电接触层。此过程中氧化抑制层能够阻挡电接触层的氧化。随后再直接在氧化抑制层上制备粘附阻挡层。这一制备方法在不涉及对于金属的去除以及氧化层的去除的情况下，直接制备得到了包括电接触层、氧化抑制层和粘附阻挡层的电接触结构。其不仅克服了金属硅化物极易被氧化的问题，还大幅简化了电接触结构的制备工艺。
为了便于理解该半导体结构的制备方法，请参照图1所示，该半导体结构的制备方法的一个实施例，其包括步骤S1～S4。具体如下。
步骤S1，于含硅衬底110上制备包括第一金属和第二金属的氧化抑制层130。
图2示出了由步骤S1制备的工件的结构示意图。参照图2所示，制备的工件包括含硅衬底110和位于含硅衬底110上的氧化抑制层130。氧化抑制层130包括相混合的第一金属和第二金属。可以理解，第一金属和第二金属为不同的金属，第一金属和第二金属位于同一层，该氧化抑制层130同时包括第一金属和第二金属的原子。
其中，第一金属能够与硅发生合金化反应。第二金属可以是不与硅发生合金化反应的金属，也可以是能够与硅发生合金化反应的金属。
在该实施例的一些具体示例中，第二金属是能够与硅发生和进化反应的金属，则相较于第二金属，第一金属更优先与含硅衬底110发生合金化反应。例如，相对于第二金属，第一金属从该氧化抑制层130扩散至硅衬底并与硅发生合金化反应所需的温度更高，以使得在后续的热处理过程中，第一金属更优先扩散至硅衬底并与硅发生合金化反应。
在该实施例的一些具体示例中，第一金属包括钴。在该实施例的其他具体示例中，该第一金属也可以包括镍、锡和/或银等能够与硅发生合金化反应且生成导电的电接触层120的金属。
在该实施例的一些具体示例中，第二金属包括钛。在该实施例的其他具体示例中，该第二金属也可以包括钽、钨、钼、锆、铪和/或铌等相对不易与硅发生合金化反应的金属。
在该实施例的一些具体示例中，该氧化抑制层130包括钴钛合金。
在该实施例的一些具体示例中，在该氧化抑制层130中，钴的物质的量含量可以是10％～90％。可选地，在钴钛合金中，钴的物质的量含量可以是10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％，或其中各物质的量含量之间的范围。
在该实施例的一些具体示例中，通过沉积的方式制备该氧化抑制层130。可选地，沉积该氧化抑制层130的方式为物理气相沉积法。物理气相沉积法所用的靶材可以是对应的金属合金靶材，或者是第一金属靶材和第二金属靶材。
在该实施例的一些具体示例中，控制制备的氧化抑制层130的厚度为10nm～30nm。可选地，控制制备的氧化抑制层130的厚度为10nm、12nm、15nm、18nm、22nm、25nm、28nm、30nm，或其中各氧化抑制层130的厚度范围。
步骤S2，对氧化抑制层130进行热处理，使第一金属与硅反应形成电接触层120。
图3示出了步骤S2制备的工件的结构示意图。参照图3所示，制备的工件包括含硅衬底110、电接触层120和氧化抑制层130。其中，电接触层120设置于含硅衬底110与氧化抑制层130之间。可以理解，在步骤S2中，对氧化抑制层130进行热处理，则氧化抑制层130中的第一金属的原子扩散至含硅衬底110上，并与含硅衬底110中的硅原子发生反应，因而能够直接在含硅衬底110与氧化抑制层130之间形成硅与第一金属的合金。该硅金属合金应当能够导电，以作为氧化抑制层130与含硅衬底110之间的电接触层120。
在该实施例的一些具体示例中，在对氧化抑制层130进行热处理的过程中，控制热处理的时间为10s～30s。
在该实施例的一些具体示例中，第一金属包括钴，在对氧化抑制层130进行热处理的过程中，控制热处理的温度为500℃～600℃。
通过控制热处理的时间，能够使得氧化抑制层130中的钴原子有足够的时间扩散至含硅衬底110上，直接生成低阻相的二硅化钴(CoSi2)，尽可能减少或者避免高阻相的硅化二钴(Co2Si)和一硅化一钴(CoSi)的生成。并且，在进一步的具体示例中，第二金属中的钛在该热处理温度下基本不会与硅发生反应。
可选地，在对氧化抑制层130进行热处理的过程中，控制热处理的温度为500℃、520℃、540℃、550℃、560℃、580℃、600℃，或其中各热处理温度之间的范围。
可选地，在对氧化抑制层130进行热处理的过程中，控制热处理的时间为10s、12s、15s、18s、20s、22s、25s、28s、30s，或其中各热处理时间之间的范围。
在该实施例的一些具体示例中，控制热处理形成的电接触层120的厚度为5nm～10nm。可选地，控制热处理形成的电接触层120的厚度为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm，或其中各电接触层120的厚度范围。
在该实施例的一些具体示例中，在形成电接触层120之后，氧化抑制层130仍然包括第一金属和第二金属。可以理解，在热处理的过程中，部分第一金属的原子扩散至含硅衬底110上，因而氧化抑制层130仍然包括第一金属和第二金属。包括第一金属和第二金属的氧化抑制层130起到阻挡氧化物的作用，防止电接触层120被氧化。
由于二硅化钴的各方面性能均符合电接触层材料的需求，因此本领域通常采用二硅化钴作为电接触层的材料。传统技术中总是通过在硅表面沉积一层钴，再使硅与钴反应的方式制备二硅化钴。然而，由于这样的制备方法通常会先形成高阻的硅化二钴或硅化钴，无法作为电接触层，因此传统技术中往往还需要在去除钴之后进一步进行一次热处理，以获得能够作为电接触层的二硅化钴。而该实施例的步骤S2中，通过设置包括第一金属和第二金属的氧化抑制层，减缓第一金属的扩散速率，并且通过设置合适的热处理温度以及热处理时间，能够实现直接制备得到低阻的二硅化钴作为电接触层120。
基于此，本公开提供的半导体结构的制备方法在不去除氧化抑制层130的金属的情况下，直接在氧化抑制层130下形成低阻的电接触层120，随后利用氧化抑制层130的金属继续制备后续的粘附阻挡层140和导电结构150，大幅简化了半导体接触结构的制备过程。
步骤S3，于氧化抑制层130上制备粘附阻挡层140。
图4示出了步骤S3制备的工件的结构示意图。参照图4所示，其在氧化抑制层130远离电接触层120的一侧表面上进一步制备了粘附阻挡层140。粘附阻挡层140用于阻止位于其上的其他层或器件中的原子向电接触层120中扩散，以防止电接触层120的电阻增大或失效。因而粘附阻挡层140可以包括能够起到阻止原子扩散作用的材料。
在该实施例的一些具体示例中，粘附阻挡层140为包括第二金属的化合物，以与氧化抑制层130之间具有较强的粘附力。可选地，第二金属的化合物可以是第二金属的氮化物。例如，第二金属包括钛，则粘附阻挡层140可以是钛的化合物，例如氮化钛。氮化钛不仅与钛之间具有较强的粘附力，还具有较好的导电性，并且与其他金属之间具有较强的粘附力，便于后续导电结构150的制备。
在该实施例的一些具体示例中，于氧化抑制层130上制备粘附阻挡层140的步骤包括：于氧化抑制层130上，通过沉积的方式将粘附阻挡层140的材料沉积于氧化抑制层130上。其中，粘附阻挡层140的材料可以是第二金属的化合物，可选地，粘附阻挡层140的材料为第二金属的氮化物。例如，第二金属包括钛，则通过沉积的方式将氮化钛沉积于氧化抑制层130上。
在该实施例的另一些具体示例中，于氧化抑制层130上制备粘附阻挡层140的步骤包括：采用反应物与氧化抑制层130中的第二金属反应，以在氧化抑制层130表面生成第二金属的化合物。可选地，粘附阻挡层140的材料为第二金属的氮化物。例如，第二金属包括钛，则可以通入含氮气体与第二金属反应，以形成第二金属的氮化物。其中，含氮气体可以包括氨气。
步骤S4，于粘附阻挡层140表面制备导电结构150。
其中，可以理解，导电结构150用于电连接含硅衬底110与该含硅衬底110上设置的部件。
在该实施例的一些具体示例中，导电结构150可以包括钨、铝、铜、银和/或金等电阻率较低的材料。可选地，导电结构150包括钨。钨的电阻率较低、熔点较高，与粘附阻挡层140中的氮化钛的粘附性能较好、台阶覆盖率较高。同时，粘附阻挡层140中的氮化钛还能够起到抑制钨原子向含硅衬底110扩散的作用。
在该实施例的一些具体示例中，制备导电结构150的方式可以是沉积。例如，可以通过物理气相沉积法或化学气相沉积法制备导电结构150。
通过步骤S1～S4，可以完成该半导体结构的制备。
本公开的又一实施例还提供了一种半导体结构，其由上述包括步骤S1～S4的实施例制备得到。
参照图5所示，该半导体结构包括含硅衬底110、电接触层120、氧化抑制层130和粘附阻挡层140。其中，氧化抑制层130中包括相混合的第一金属和第二金属。电接触层120包括第一金属与硅形成的导电硅金属化合物，电接触层120接触含硅衬底110和氧化抑制层130设置。氧化抑制层130包括相混合的第一金属与第二金属，氧化抑制层130设置于电接触层120远离含硅衬底110的一侧表面。粘附阻挡层140设置于氧化抑制层130远离电接触层120的一侧表面上，粘附阻挡层140用于阻止原子向含硅衬底110的扩散。在氧化抑制层130中，沿靠近电接触层120的方向，第一金属的含量逐渐降低。
在该实施例的一些具体示例中，该半导体结构还包括导电结构150，导电结构150设置于粘附阻挡层140远离氧化抑制层130的一侧表面上，导电结构150用于电连接至其他器件。
在该实施例的一些具体示例中，第一金属包括钴、镍、锡和银中的一种或多种。可选地，该半导体结构中的第一金属包括钴。对应地，电接触层120中的导电硅金属化合物包括二硅化钴。
在该实施例的一些具体示例中，粘附阻挡层140包括第二金属的导电化合物。
在该实施例的一些具体示例中，该半导体结构中的第二金属包括钛、钽、钼、锆、铪和铌中的一种或多种。可选地，该半导体结构中的粘附阻挡层140包括氮化钛。
在该实施例的一些具体示例中，该半导体结构中的导电结构150钨、铝、铜、银和金中的一种或多种。可选地，导电结构150包括钨。。
在该实施例的一些具体示例中，电接触层120的厚度为5nm～10nm。可选地，电接触层120的厚度为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm，或其中各电接触层120的厚度范围。
在该实施例的一些具体示例中，氧化抑制层130的厚度为10nm～30nm。可选地，控制制备的氧化抑制层130的厚度为10nm、12nm、15nm、18nm、22nm、25nm、28nm、30nm，或其中各氧化抑制层130的厚度范围。
可以理解，该半导体结构中，含硅衬底可以是半导体基材，接触层和硅化金属层可以用作导电接触，将位于其上的导电结构与位于下方的含硅衬底连接起来。在该实施例的一些具体示例中，该半导体结构可以用于半导体存储单元。可选地，该半导体存储单元可以包括晶体管、位线、栅极字线和电容器等部件。
参照图6所示，本公开的其中一个实施例提供了一种半导体存储单元，该半导体存储单元中的晶体管包括有源区201、栅介质层202和栅极，栅极包括含硅衬底210、电接触层220、氧化抑制层230和粘附阻挡层240。电接触层220设置于含硅衬底210上，氧化抑制层230设置于电接触层220上，粘附阻挡层240设置于氧化抑制层230上。其中，氧化抑制层230中包括相混合的第一金属和第二金属，电接触层220包括导电硅金属化合物，导电硅金属化合物由氧化抑制层230中的第一金属扩散至含硅衬底210上形成。在制备电接触层220时，氧化抑制层230中的第一金属扩散至含硅衬底210上，则，在氧化抑制层230中沿靠近电接触层220的方向，氧化抑制层230中第一金属的含量逐渐降低。
可选地，该栅极还包括导电结构250，导电结构250设置于粘附阻挡层240上，粘附阻挡层240一方面可以用于粘附导电结构250，另一方面还可以用于阻挡导电结构250中的原子向含硅衬底方向的扩散。
其中，可选地，该含硅衬底210为多晶硅。进一步可选地，该含硅衬底210可以是P型掺杂或N型掺杂的多晶硅。
在氧化抑制层230中，第一金属可以包括钴、镍、锡和银中的一种或多种。可选地，第一金属包括钴。对应地，电接触层220中的导电硅金属化合物为二硅化钴。
在氧化抑制层230中，第二金属可以包括钛、钽、钼、锆、铪和铌中的一种或多种。可选地，第二金属包括钛。
可选地，粘附阻挡层240中包括第二金属的导电化合物。例如，第二金属的导电化合物包括第二金属的氮化物，例如氮化钛。
可选地，导电结构250包括钨、铝、铜、银和金中的一种或多种。可选地，导电结构250包括钨。
可以理解，该实施例中的半导体存储单元的制备方法可以参照本公开提供的半导体结构的制备方法对应制备得到。
参照图7所示，本公开的又一实施例提供了一种半导体存储单元，该半导体存储单元中包括电容器301、含硅衬底310、电接触层320、氧化抑制层330和粘附阻挡层340。其中，含硅衬底310即该半导体存储单元的有源区，电容器301通过电接触层320、氧化抑制层330和粘附阻挡层340电连接于含硅衬底310。
其中，电接触层320设置于含硅衬底310上，氧化抑制层330设置于电接触层320上，粘附阻挡层340设置于氧化抑制层330上。其中，氧化抑制层330中包括相混合的第一金属和第二金属，电接触层320包括导电硅金属化合物，导电硅金属化合物由氧化抑制层330中的第一金属扩散至含硅衬底310上形成。在制备电接触层320时，氧化抑制层330中的第一金属扩散至含硅衬底310上，则，在氧化抑制层330中沿靠近电接触层320的方向，氧化抑制层330中第一金属的含量逐渐降低。
可选地，该半导体存储单元还包括导电结构350，导电结构350设置于粘附阻挡层340上，电容器301设置于导电结构350上。粘附阻挡层340一方面可以用于粘附导电结构350，另一方面还可以用于阻挡导电结构350中的原子向含硅衬底方向的扩散。
在氧化抑制层330中，第一金属可以包括钴、镍、锡和银中的一种或多种。可选地，第一金属包括钴。对应地，电接触层320中的导电硅金属化合物为二硅化钴。
在氧化抑制层330中，第二金属可以包括钛、钽、钼、锆、铪和铌中的一种或多种。可选地，第二金属包括钛。
可选地，粘附阻挡层340中包括第二金属的导电化合物。例如，第二金属的导电化合物包括第二金属的氮化物，例如氮化钛。
可选地，导电结构350包括钨、铝、铜、银和金中的一种或多种。可选地，导电结构350包括钨。
可以理解，图6和图7提供了本公开的半导体结构的部分具体实施例，但是该半导体结构的制备方法还可以用于制备其他需要形成电接触部件的半导体结构。
本公开的又一实施例还提供了一种存储器，其包括上述实施例中的半导体结构，或根据上述实施例中的半导体结构的制备方法制备的半导体结构。
为了便于理解上述实施例的区别，本公开还进一步提供了如下的实施例。通过实施例的内容，以及对该实施例以及已知技术之间的区别点的分析，本公开相对于已知技术的优点将更为明显。
实施例1
以浅沟槽隔离结构作为含硅衬底，通过物理气相沉积的方法，在含硅衬底上沉积钴钛合金，作为氧化抑制层，其中，控制钴的物质的量含量为50％，控制氧化抑制层的总厚度为20nm；
对含硅衬底及氧化抑制层进行加热，控制对含硅衬底及氧化抑制层的加热温度为550℃，控制加热时长为20s，使得含硅衬底与氧化抑制层之间形成一层约7nm厚的二硅化钴层，作为电接触层；
在氧化抑制层表面沉积氮化钛层，作为粘附阻挡层；
在粘附阻挡层上沉积钨金属层，作为导电结构；
在钨金属层上制备位线。
实施例1的半导体电接触结构的制备方法中，通过直接在含硅衬底上设置包含钴金属和钛金属的氧化抑制层，通过热处理使得氧化抑制层中的钴金属扩散至含硅衬底上，以直接与硅反应以形成二硅化钴层，再直接在氧化抑制层上制备粘附阻挡层和导电结构。
与实施例1不同的是，传统技术的半导体电接触结构的制备方法中，则先沉积单一的钴金属层，随后进行第一次热处理，在第一次热处理的过程中，大量钴原子扩散至含硅衬底表面形成硅化二钴。硅化二钴层的电阻过高，不能直接作为电接触层。为了形成导电的金属硅化物，需要先去除钴金属层，再通过第二次热处理使得硅化二钴层转化为低阻的二硅化钴层，以作为导电合金层。随后再沉积钛层、粘附阻挡层和导电结构，并进一步在导电结构上制备其他器件。
实施例1的制备方法在不涉及对于金属的去除以及氧化层的去除的情况下，直接制备得到了包括电接触层、氧化抑制层和粘附阻挡层的半导体电接触结构，大幅度简化了半导体金属接触结构的制备工艺。
请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本公开的限制。
应该理解的是，除非本文中有明确的说明，的步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，的步骤的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (19)
1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
于含硅衬底上制备氧化抑制层，所述氧化抑制层包括混合的第一金属和第二金属；
对所述氧化抑制层进行热处理，使部分的所述第一金属与所述含硅衬底中的硅反应，以形成位于所述氧化抑制层和所述含硅衬底之间的电接触层；及
于所述氧化抑制层上制备粘附阻挡层。
2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第一金属在所述氧化抑制层中的物质的量含量为10％～90％。
3.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第一金属包括钴、镍、锡和银中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第一金属包括钴，使部分的所述第一金属与所述硅衬底反应的步骤中，所述第一金属与所述含硅衬底的反应产物为二硅化钴。
5.根据权利要求3所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，在对所述氧化抑制层进行热处理的步骤中，控制热处理的时间为10s～30s。
6.根据权利要求5所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，在对所述氧化抑制层进行热处理的步骤中，控制热处理的温度为500℃～600℃。
7.根据权利要求1～6任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述粘附阻挡层的材料包括第二金属的导电化合物。
8.根据权利要求7所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第二金属包括钛、钽、钼、锆、铪和铌中的一种或多种，所述第二金属的导电化合物为所述第二金属的含氮化合物。
9.根据权利要求8所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，于所述氧化抑制层上制备粘附阻挡层的步骤包括：通过沉积的方式将所述粘附阻挡层的材料沉积于所述氧化抑制层上；或
采用含氮的反应物与所述氧化抑制层中的第二金属反应，在所述氧化抑制层表面生成所述氧化抑制层。
10.根据权利要求1～6及8～9任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，在于含硅衬底上制备包括第一金属和第二金属的氧化抑制层的步骤中，控制所述氧化抑制层的厚度为10nm～30nm。
11.根据权利要求1～6及8～9任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，在形成位于所述氧化抑制层和所述硅衬底层之间的电接触层的步骤中，控制所述电接触层的厚度为5nm～10nm。
12.根据权利要求1～6及8～9任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，在于所述氧化抑制层上制备粘附阻挡层的步骤之后，还包括：于所述粘附阻挡层上制备导电结构。
13.一种半导体结构，其特征在于，包括含硅衬底、电接触层、氧化抑制层和粘附阻挡层，所述电接触层层叠设置于所述含硅衬底上，所述氧化抑制层层叠设置于所述电接触层上，所述粘附阻挡层层叠设置于所述接触层上；
所述氧化抑制层包括相混合的第一金属与第二金属，所述电接触层包括导电硅金属化合物，所述导电硅金属化合物由所述氧化抑制层中的所述第一金属扩散至所述含硅衬底的表面形成，在所述氧化抑制层中，沿靠近所述电接触层的方向，所述第一金属的含量逐渐降低。
14.根据权利要求13所述的半导体结构，其特征在于，所述第一金属包括钴、镍、锡和银中的一种或多种。
15.根据权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述第一金属包括钴，所述导电硅金属化合物包括二硅化钴。
16.根据权利要求13～15任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述粘附阻挡层包括所述第二金属的导电化合物。
17.根据权利要求16所述的半导体结构，其特征在于，所述第二金属包括钛、钽、钼、锆、铪和铌中的一种或多种。
18.根据权利要求13～15任一项所述的半导体结构，其特征在于，还包括设置于所述粘附阻挡层上的导电结构。
19.一种存储器，其特征在于，包括根据权利要求1～12任一项所述的半导体结构的制备方法制备的半导体结构，或包括权利要求13～18任一项所述的半导体结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211007663.7A CN115346918A (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 半导体结构及制备方法、存储器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211007663.7A CN115346918A (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 半导体结构及制备方法、存储器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115346918A true CN115346918A (zh) | 2022-11-15 |
Family
ID=83954775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211007663.7A Pending CN115346918A (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 半导体结构及制备方法、存储器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115346918A (zh) |
-
2022
- 2022-08-22 CN CN202211007663.7A patent/CN115346918A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100650467B1 (ko) | 반도체 집적 회로 장치 및 그 제조 방법 | |
| US9064854B2 (en) | Semiconductor device with gate stack structure | |
| US6586321B2 (en) | Method for forming metal silicide layer | |
| US6198143B1 (en) | Semiconductor device including a layer of thermally stable titanium silicide | |
| US6156644A (en) | Method for forming interconnects for semiconductor devices using reaction control layers, and interconnects formed thereby | |
| WO2007060797A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| KR100755121B1 (ko) | 전극구조체의 형성방법 및 반도체장치의 제조방법 | |
| US5645887A (en) | Method for forming platinum silicide plugs | |
| US6602754B1 (en) | Nitrogen implant into nitride spacer to reduce nickel silicide formation on spacer | |
| US6437445B1 (en) | Niobium-near noble metal contact structures for integrated circuits | |
| US6432817B1 (en) | Tungsten silicide barrier for nickel silicidation of a gate electrode | |
| CN100442462C (zh) | Mosfet器件及其制造方法 | |
| JP3224787B2 (ja) | 金属−シリコン接触バリア被膜用の平坦な界面を有する接点及びその生成方法 | |
| KR0161380B1 (ko) | 반도체장치의 트랜지스터 및 그 제조방법 | |
| CN115346918A (zh) | 半导体结构及制备方法、存储器 | |
| US5877085A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
| JP2850883B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| WO2007064473A1 (en) | Low resistivity compound refractory metal silicides with high temperature stability | |
| JP2900897B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2882352B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2004006903A (ja) | 半導体デバイスおよびその製造方法 | |
| US6180521B1 (en) | Process for manufacturing a contact barrier | |
| JPH10229052A (ja) | 半導体集積回路装置およびその製造方法 | |
| CN100517609C (zh) | 在含SiGe衬底表面上制作硅化物的方法 | |
| JPH01239971A (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 |