通过约束来进行的硅化物相控制制造技术

本文所述的实现方式大体涉及金属硅化物的选择性沉积的方法。更具体地，本文所述的实现方式大体涉及形成用于半导体应用的硅化镍纳米线的方法。在一个实现方式中，提供一种处理基板的方法。所述方法包括以下步骤：在基板表面上形成含硅层；在所述含硅层上形成含金属层，所述含金属层包含过渡金属；在所述含金属层的暴露的表面上形成约束层；以及在低于400摄氏度的温度下使所述基板退火，以便从所述含硅层和所述含金属层形成金属硅化物层，其中所述约束层抑制富金属的金属硅化物相的形成。

【技术实现步骤摘要】

本文所述的实现方式大体涉及金属硅化物的选择性沉积的方法。更具体地，本文所述的实现方式大体涉及形成用于半导体应用的金属硅化物纳米线的方法。
技术介绍
集成电路已演化成在单个芯片上可包括数百万个部件(例如，晶体管、电容器和电阻器)的复杂器件。芯片设计的演进不断地要求更快的电路以及更大的电路密度。对更大电路密度的需求必然需要集成电路部件尺度的减小。几十年来，已将铜(Cu)互连件用为铝(Al)的替代。形成在基板上的晶体管的数量正在达到与摩尔定律一致的能够包封在小面积中的数百万的范围。随着晶体管数量增加以及晶体管尺寸减小，一旦金属直线尺度接近或低于39纳米(“nm”)的Cu平均自由行程，Cu电阻率就会呈指数增加。后铜时代必然需要具有低电阻率和更小的平均自由行程的新互连材料。平均自由行程是移动颗粒(诸如，电子、原子或光子)在改变此移动颗粒的方向或能量或其他颗粒性质的连续的冲击(撞击)之间行进的平均距离。一些已经在研究中的金属包括钴(Co)、钨(W)以及一些金属合金。鉴于Ni-Si的约5nm的小平均自由行程，硅化物(诸如，硅化镍(Ni-Si)互连件和硅化钴(CoSi2)互连件)是强有力的潜在候选。即使Ni-Si电阻率高于Cu电阻率，约5nm的Ni-Si窄平均自由行程也使Ni-Si有利的优势以取代Cu而用于7nm或更低的先进未来技术节点。然而，对于强有力的潜在候选来说，当前的处理方法不适合于进行直接的器件集成。涉及硅化物纳米线的大多数研究针对独立式纳米线进行，因为当前的处理方法可能导致电介质损坏、热预算问题、晶格缺陷以及其他问题。关于热预算问题，低电阻率Ni-Si相形成通常涉及高于约650摄氏度的高退火温度。这些高退火温度不适合于后端工艺(BEOL)集成，部分原因在于大多数的低k材料的温度预算限制(例如，低于约400摄氏度)。然而，在低于约650摄氏度的温度下来使Ni-Si退火导致Ni-Si体积膨胀以及高电阻率的Ni-Si相形成。因此，需要适合于半导体制造应用的在低温下形成低电阻率Ni-Si相的方法。
技术实现思路
本文所述的实现方式大体涉及金属硅化物的选择性沉积的方法。更具体地，本文所述的实现方式大体涉及形成用于半导体应用的硅化镍纳米线的方法。在一个实现方式中，提供一种处理基板的方法。所述方法包括以下步骤：在基板表面上形成含硅层；在所述含硅层上形成含金属层，所述含金属层包含过渡金属；在所述含金属层的暴露的表面上形成约束层；以及在低于400摄氏度的温度下使所述基板退火，以便从所述含硅层和所述含金属层形成金属硅化物层。所述约束层抑制富金属的金属硅化物相的形成。在另一实现方式中，提供一种处理基板的方法。所述方法包括以下步骤：在基板的含氧化物表面上形成含硅纳米线；在所述含硅纳米线上形成含镍层；在所述含镍层的暴露的表面上形成约束层；以及在低于400摄氏度的温度下使所述基板退火，以便从所述含硅层和所述含镍层形成单硅化镍纳米线。所述约束层抑制富镍硅化镍相的形成。在又一实现方式中，提供一种处理基板的方法。所述方法包括：通过以下步骤在基板的含氧化物表面上形成含硅纳米线：在含氧化物表面上沉积含硅层；以及使所述含硅层图案化，以便在所述含氧化物表面上形成至少一个含硅纳米线。所述方法进一步包括以下步骤：在所述含硅纳米线上形成含镍层；在所述含镍层的暴露的表面上形成约束层；以及在约15摄氏度与400摄氏度之间的温度下使所述基板退火，以便从所述包含含硅纳米线的层和所述含镍层形成单硅化镍纳米线。所述约束层抑制富镍硅化镍相的形成。附图说明因此，为了能够详细理地解本公开的上述特征所用方式，上文所简要概述的各实现方式的更具体的描述可以参考实现方式进行，在附图中说明实现方式中的一些。然而，应当注意，附图仅仅说明本公开的典型实现方式，并且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他等效实现方式。图1A是根据本文所述的实现方式的适于执行蒸气沉积工艺的等离子体处理腔室的一个实现方式的横截面示意图；图1B是根据本文所述的实现方式的适于执行蒸气沉积工艺的等离子体处理腔室的另一实现方式的横截面示意图；图2描绘根据本文所述的实现方式的用于在基板上形成金属硅化物层的流程图；以及图3A-3E描绘根据图2的工艺而形成在基板上的金属硅化物层的横截面示意图。为了促进理解，已尽可能使用相同的元件符号指定各图所共有的相同的元件。应预见到，一个实现方式的要素和特征可有利地并入其他实现方式，而无需进一步陈述。然而，应当注意，附图仅仅说明本公开的示例性的实现方式，并且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他等效实现方式。具体实施方式下文公开内容描述用于半导体应用的在低温下形成金属硅化物纳米线的方法。在下文描述和图1A-3E中阐明某些细节，以便提供对本公开的各种实现方式的透彻理解。在以下公开内容中不阐明描述通常与金属硅化物形成和半导体应用关联的公知的结构和系统的其他细节，以便避免不必要地使对各种实现方式的描述含糊。在附图中示出的许多细节、尺寸、角度和其他特征仅说明特定的实现方式。因此，其他实现方式可以具有其他细节、部件、尺度、角度和特征而不本利本公开的精神或范围。另外，可以在无需下述细节中的若干细节的情况下来实践本公开的进一步的实现方式。本文所述的实现方式提供适合于半导体制造应用的在低温(例如，低于400摄氏度)下形成低电阻率金属硅化物(例如，Ni-Si)相的方法。低电阻率金属硅化物相的形成通常涉及高于约650摄氏度的高退火温度。然而，这些高退火温度不适合于大多数半导体制造应用(包括后端工艺(BEOL)集成)，部分原因在于低k材料的温度预算限制(例如，低于约400摄氏度)。然而，在低于约400摄氏度的温度下来使Ni-Si退火导致金属硅化物的体积膨胀和高电阻率的富金属的金属硅化物相材料的形成。本文所述的实现方式提供约束层，所述约束层在后续退火工艺期间在以物理方式、以化学方式、或既以物理方式又以化学方式来减少下方含硅层和下方含金属层的体积膨胀。因此，如本文所述的约束层提供在低于400摄氏度的生产温度下生产低电阻率金属硅化物。在下文中将参照可使用可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(AppliedMaterials,Inc.ofSantaClara,California)购得的适当地适配的SE或GT处理系统来执行的硅化镍工艺来描述本文所述的实现方式。能够执行硅化镍工艺的其他工具也可适配用于从本文所述实现方式中受益。另外，可有利地使用实现本文所述的硅化镍工艺的任何系统。本文所述的装置描述是说明性的，并且不应理解或解释为限制本文所述的实现方式范围。本公开的实现方式描述用于形成金属硅化物层的方法，所述金属硅化物层可以用作例如用于半导体器件制造的后端互连结构的导电纳米线。在一个示例中，通过在低于400摄氏度的温度下进行的沉积工艺来形成金属硅化物层。可使用循环沉积技术来沉积金属硅化物纳米线。可用于形成金属硅化物层的合适沉积技术包括等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)工艺、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、热化学气相沉积(热-CVD)工艺、低压力化学气相沉积(LPCVD)、亚大气压化学气相沉积(SACVD)、原子层沉积(ALD)等、或任何合适的沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理基板的方法，所述方法包括以下步骤：在基板表面上形成含硅层；在所述含硅层上形成含金属层，所述含金属层包含过渡金属；在所述含金属层的暴露的表面上形成约束层；以及在低于400摄氏度的温度下使所述基板退火，以便从所述含硅层和所述含金属层形成金属硅化物层，其中所述约束层抑制富金属的金属硅化物相的形成。

【技术特征摘要】
2015.09.25 US 62/232,848;2016.08.18 US 15/240,4101.一种处理基板的方法，所述方法包括以下步骤：在基板表面上形成含硅层；在所述含硅层上形成含金属层，所述含金属层包含过渡金属；在所述含金属层的暴露的表面上形成约束层；以及在低于400摄氏度的温度下使所述基板退火，以便从所述含硅层和所述含金属层形成金属硅化物层，其中所述约束层抑制富金属的金属硅化物相的形成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡金属选自由以下各项组成的组：Ni、Ti、Fe、Co、Cr和Mn。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含硅层由包含硅烷的含硅前体形成。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属硅化物层包含硅化镍，并且大部分硅化镍是单硅化镍(NiSi)相。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硅化镍具有从约10.5Ω·cm至约18Ω·cm的电阻率。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属硅化物层具有在约与约之间的厚度。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属硅化物层形成为用于半导体后端互连结构的纳米线。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束层包含选自金属基材料或有机物基材料的材料。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述约束层是选自以由下各项组成的组的难熔金属氮化物材料：氮化钛、氮化钽和氮化钨。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束层是选自由以下各项组成的组的电介质材料：氧化物层、氮化物层以及它们的组合。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富金属的金属硅化物相选自由以下各项组成的组：Ni3Si、Ni31Si12、Ni2Si、Ni3Si2以及它们的组合。12.一种处理基板的方法，所述方法包括以下步骤：在基板的含氧化物表面上形成含硅纳米线；在所述含硅纳米线上形成含...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·麦巴奇，E·Y·叶，M·B·奈克，S·D·耐马尼，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US