使用热处理的阻挡层形成制造技术

一种制造半导体器件的方法包括在半导体衬底的表面之上形成阻挡层。通过使所述阻挡层的暴露表面经受表面处理工艺来形成经处理的阻挡层。所述表面处理工艺包括用反应性材料处理所述表面。在所述经处理的阻挡层之上形成材料层。所述材料层包括金属。

【技术实现步骤摘要】
使用热处理的阻挡层形成
本专利技术总体上涉及半导体工艺，在特殊实施例中涉及使用热处理形成阻挡层的方法。
技术介绍
半导体器件用于许多电子设备和其它应用中。半导体器件可以包括形成在半导体晶片上的集成电路。替代性地，半导体器件可以形成为单片式器件，例如，分立器件。半导体器件通过在半导体晶片之上沉积许多类型的材料薄膜、图案化材料薄膜、掺杂半导体晶片的选择区域以及其它工艺而形成在半导体晶片上。制造过程中的可靠性和产品产量是半导体器件的重要考虑因素。由于在材料层内非期望的化合物和空隙的形成，层之间的物质的扩散可能导致器件故障。如果在制造过程中发生故障，则产生的产品在初始测试过程中可能无法通过性能鉴定。或者更糟的是，它们可能被用于由于故障而最终返回的构件中。阻挡层用于防止层之间的材料迁移。在这种情况下，阻挡层可以提高器件的可靠性，延长器件寿命，并增加器件的安全操作窗口。然而，当制造具有更高性能或更小尺寸的半导体器件时，需要改进先前使用的阻挡层。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，一种制造半导体器件的方法包括：在半导体衬底的表面之上形成阻挡层。通过使所述阻挡层的暴露表面经受表面处理工艺来形成经处理的阻挡层。所述表面处理工艺包括用反应性材料处理所述表面。在所述经处理的阻挡层之上形成材料层。所述材料层包括金属。根据本专利技术的一个实施例，一种制造半导体器件的方法包括：在半导体衬底中形成沟槽；在所述半导体衬底和沟槽的主表面之上形成钛钨层；通过将钛钨层暴露于包括氮、硼或碳的反应性元素下形成经处理的钛钨层；以及沉积包含铝、硅和铜的合金层，所述合金层与所述经处理的钛钨层接触。根据本专利技术的一个实施例，一种制造半导体器件的方法包括：在半导体衬底的主表面处形成金属硅化物。该方法还可以包括在所述金属硅化物之上形成具有压应力的第一导电层。所述第一导电层包括第一金属、第二金属和包含氮、硼或碳的反应性元素。该方法还可以包括沉积具有张应力的第二导电层，所述第二导电层与所述第一导电层接触。根据本专利技术的另一个实施例，一种半导体器件包括设置在半导体衬底的第一侧的阱区。掺杂区域设置在所述阱区中。经处理的阻挡层设置在所述掺杂区域、所述阱区和所述半导体衬底的第一侧之上。所述经处理的阻挡层包括反应性材料和至少两种金属。顶部接触部设置在所述经处理的阻挡层之上。所述顶部接触部包括与所述至少两种金属不同的金属。附图说明为了更完全理解本专利技术及其优点，现在参考结合附图所作的以下描述，其中：图1A-1E示出了根据本专利技术的一个实施例的使用热处理形成经处理的阻挡层的方法，其中，图1A示出了在形成凹陷区域之后的衬底的剖视图，其中，图1B示出了在衬底的表面和凹陷区域之上形成阻挡层之后的衬底的剖视图，其中，图1C示出了在存在反应性材料的情况下使用热处理步骤形成经处理的阻挡层期间的衬底的剖视图，其中，图1D示出了在经处理的阻挡层之上形成材料层之后的衬底的剖视图，其中，图1E示出了使用湿刻蚀工艺去除材料层的一部分和经处理的阻挡层的一部分之后的衬底的剖视图；图2A-2D示出了根据本专利技术的一个替代性实施例的使用热处理形成经处理的阻挡层的方法，其中，图2A示出了衬底的剖视图，其中，图2B示出了在衬底的表面之上形成阻挡层之后的衬底的剖视图，其中，图2C示出了在存在反应性材料的情况下使用热处理步骤形成经处理的阻挡层期间的衬底的剖视图，以及其中，图2D示出了在经处理的阻挡层之上形成材料层之后的衬底的剖视图；图3A-3C示出了根据本专利技术的另一个替代性实施例的使用热处理形成阻挡层的方法，其中，图3A示出了在衬底的表面之上形成第一阻挡层、阻挡改性材料源层和第二阻挡层之后的衬底的剖视图，其中，图3B示出了使用热处理步骤形成混合区域之后的衬底的剖视图，其中，图3C示出了在第二阻挡层之上形成材料层之后的衬底的剖视图；图4A-4C示出了根据本专利技术的另一个替代性实施例的使用热处理形成阻挡层的方法，其中，图4A示出了在衬底的表面之上形成阻挡改性材料源层，然后形成阻挡层之后的衬底的剖视图，其中，图4B示出了使用热处理步骤形成混合区域之后的衬底的剖视图，其中，图4C示出了在阻挡层之上形成材料层之后的衬底的剖视图；图5A-5C示出了根据本专利技术的另一个替代性实施例的使用热处理形成阻挡层的方法，其中，图5A示出了在衬底的表面之上形成阻挡层，然后形成阻挡改性材料源层之后的衬底的剖视图，其中，图5B示出了使用热处理步骤形成混合区域之后的衬底的剖视图，以及其中，图5C示出了在混合区域之上形成材料层之后的衬底的剖视图；图6A-6C示出了根据本专利技术的一个实施例的形成阻挡层的方法，其中，图6A示出了在衬底的表面之上形成第一阻挡层、阻挡改性材料源层、第二阻挡层和材料层之后的衬底的剖视图，其中，图6B示出了在衬底的表面之上形成阻挡改性材料源层、阻挡层和材料层之后的衬底的剖视图，以及其中，图6C示出了在衬底的表面之上形成阻挡层、阻挡改性材料源层和材料层之后的衬底的剖视图；以及图7A-7G示出了根据本专利技术的一个实施例的形成包括经处理的阻挡层的半导体器件的方法，其中，图7A示出了在衬底中形成深阱区并且在深阱区内形成阱区之后的衬底的剖视图，其中，图7B示出了在形成栅极电介质、在栅极电介质之上形成栅极材料以及在栅极材料之上形成绝缘区域之后的衬底的剖视图，其中，图7C示出了在绝缘区域、阱区和深阱区中形成凹陷区域之后的衬底的剖视图，其中，图7D示出了在凹陷区域和绝缘区域之上形成阻挡层之后的衬底的剖视图，其中，图7E示出了在存在反应性材料的情况下使用热处理步骤形成经处理的阻挡层期间的衬底的剖视图，其中，图7F示出了在经处理的阻挡层之上形成顶部接触部之后的衬底的剖视图，以及其中，图7G示出了在添加背侧经处理的阻挡层和背侧接触部之后的衬底的剖视图。除非另有说明，不同图中的相应的附图标记通常指相应的部件。附图是为了清楚地说明实施例的相关方面，并不一定按比例绘制。具体实施方式在传统的半导体加工中，硅衬底经常与铝接触部一起使用。然而，铝和硅可以参与金属间反应。因此，与铝接触的硅可以被吸收到铝层中，从而为铝扩散到硅衬底中提供了途径。可以形成刺入硅内部的铝刺。当与下方p/n结相交时，所述铝刺可导致短路并破坏器件功能。为了阻止铝刺入，可以在硅衬底上形成阻挡层，以防止铝从金属层扩散到衬底中。例如，阻挡层可以是钛钨(TiW。TiW作为阻挡层可能的好处是良好的导电性和导热性，对硅和铝的强的粘附力以及加工兼容性。然而，具有TiW阻挡层仍然可能发生铝刺入。根据多种实施例，本专利技术公开了在衬底上形成经处理的阻挡层的多种方法。以下说明描述了多种实施例。图1和图2示出了在存在气态反应性材料的情况下使用热处理形成经处理的阻挡层的实施例。在图3-5中示出了使用多层阻挡材料和密封剂材料随后再进行热处理形成经处理的阻挡层的实施例。在图6中示出了使用多层阻挡材料和密封剂材料而没有执行热处理步骤形成经处理的阻挡层的一个替代性实施例。在图7中示出了用于形成具有经处理的阻挡层的半导体器件的一个实施例。图1A-1E示出了根据本专利技术的一个实施例的使用热处理形成经处理的阻挡层的方法。图1A示出了根据本专利技术的一个实施例的在形成凹陷区域之后的衬底的剖视图。参考图1A，使用合适的已知方法在衬底10中形成凹陷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在半导体衬底的表面之上形成阻挡层；通过使所述阻挡层的暴露表面经受表面处理工艺而形成经处理的阻挡层，其中，所述表面处理工艺包括用反应性材料处理所述表面；以及在所述经处理的阻挡层之上形成材料层，其中，所述材料层包括金属。

【技术特征摘要】
2016.08.26 US 15/249,0671.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在半导体衬底的表面之上形成阻挡层；通过使所述阻挡层的暴露表面经受表面处理工艺而形成经处理的阻挡层，其中，所述表面处理工艺包括用反应性材料处理所述表面；以及在所述经处理的阻挡层之上形成材料层，其中，所述材料层包括金属。2.根据权利要求1所述的方法，其中，用所述反应性材料处理所述表面包括沉积包含所述反应性材料的材料层。3.据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：在半导体衬底的表面之上形成阻挡层之前，在半导体衬底中形成凹陷区域，其中，阻挡层是共形阻挡层。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阻挡层的垂直厚度在25纳米和500纳米之间。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阻挡层包括难熔金属。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半导体衬底包括硅，所述阻挡层包括钛钨，所述反应性材料包括氮、硼或碳，并且所述材料层包括包含铝、硅和铜的合金。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述反应性材料包括氮气(N2)。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述反应性材料包括氨(NH3)。9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述经处理的阻挡层包括氮化钛和氮化钨。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表面处理工艺在500℃至1000℃之间的温度下进行10秒至180秒之间的时长。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括使用湿刻蚀工艺图案化经处理的阻挡层。12.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在半导体衬底中形成沟槽；在所述半导体衬底和沟槽的主表面之上形成钛钨层；通过将钛钨层暴露于包括氮、硼或碳的反应性元素下形成经处理的钛钨层；以及沉积包含铝、硅和铜的合金层，所述合金层与所述经处理的钛钨层接触。13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过暴露形成所述经处理的钛钨层包括：在包含反应性元素的炉中退火。14.根据权利要求13所述的方法，其中，在退火期间，炉中的氛围包括氨或分子氮。15.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在半导体衬底的主表面处形成金属硅化物；在所述金属硅化物之上形成具有压应力的第一导电层，所述第一导电层包含第一金属、第二金属和反应性元素，所述反应性元素包括氮、硼或碳；以及沉积具有张应力的第二导电层，所述第二导电层与所述第一导电层接触。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一金属包括钛，所述第二金属包括钨，所述第二导电层包括铝、硅和铜。17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述金属硅化物包括硅化铂。18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法还包括对所述第二导电层进行钯镀覆。19.一种半导体器件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·K·乔希，KH·旺，S·维尔克菲尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE