半导体器件及其制造方法技术

提供一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤：提供衬底；在所述衬底上形成介电层；在所述介电层中形成接触窗开口，所述接触窗开口的底部暴露出所述衬底；在所述接触窗开口底部表面形成金属层，在第一衬底温度下对所述金属层进行热处理以形成金属硅化物层；以及在第二衬底温度下将所述金属硅化物层在不存在等离子体的条件下暴露于还原性气体氛围中进行浸润处理。本发明专利技术是在形成阻挡层之前，向接触窗的开口内通入还原气体对金属硅化物层进行预处理，选择性还原表面的硅氧化物，进而减少接触阻值以及减少RC延迟，提高电信号传输的速度。

Semiconductor devices and their manufacturing methods

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法
本专利技术属于半导体制造领域，具体涉及一种去除接触窗的金属硅化物层的氧化物的方法。
技术介绍
集成电路向着集成度不断提高、特征尺寸不断缩小的超大规模方向发展，器件的纵向和横向尺寸都已进入了深亚微米领域。而对于高速集成电路，器件的工作速度要求却越来越高，同时其功耗则需不断降低。要满足这些要求，降低电路中的电阻是必然选择。由于器件尺寸的纵向缩小，不断缩小的金属-半导体接触孔面积使接触电阻增大到已能明显影响器件的性能，于是工业上对用于降低导线串联电阻和改善接触特性的低电阻率材料开始重视。作为栅极和互连金属，金属硅化物减小互连延迟有实际意义。金属硅化物常用于MOS管中的源极、漏极和栅极与金属互连导线接触的过渡层，以降低器件的串联方块电阻，从而可以提高器件开关速度，这种过渡层通过金属与硅衬底的固相反应形成，可在金属硅化物和衬底之间形成欧姆接触。在现有技术中，制备金属硅化物接触层是先在衬底上形成开口，然后在开口中先形成Co/Ni/Ti层，再通过快速热处理(RTP)的方式形成CoSix/NiSix/TiSix。之后通过沉积TiN薄膜来降低阻值并作为阻挡层来防止后续填充金属互联导线的扩散污染，但在CoSix/NiSix/TiSix表面很容易被自然氧化而覆盖一层SiO2薄膜，而导致接触电阻增大甚至断路。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提供一种半导体器件的制造方法及该方法制造的半导体器件。本专利技术提供一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤：提供衬底；在所述衬底上形成介电层；在所述介电层中形成接触窗开口，所述接触窗开口的底部暴露出所述衬底；在所述接触窗开口底部表面形成金属层，在第一衬底温度下对所述金属层进行热处理以形成金属硅化物层；以及在第二衬底温度下将所述金属硅化物层在不存在等离子体的条件下暴露于还原性气体氛围中进行浸润(soak)处理。根据本专利技术的一实施方式，所述介电层为二氧化硅、氮化硅中的一种或多种。根据本专利技术的另一实施方式，所述金属层为钴、镍、钛、钼、钽、钒中的一种或多种组成。根据本专利技术的另一实施方式，所述第一衬底温度为400-800℃，所述第一衬底温度对所述金属层进行热处理的时间为10-50s。根据本专利技术的另一实施方式，所述第一衬底温度为600-800℃，所述第一衬底温度对所述金属层进行热处理的时间为20-30s。根据本专利技术的另一实施方式，所述第二衬底温度为350-700℃。根据本专利技术的另一实施方式，所述还原性气体对所述金属硅化物物层进行浸润处理的过程为：气体流量范围为500～5000sccm、气体压力2-20Torr、处理时间为2-40s。根据本专利技术的另一实施方式，所述还原性气体为NH3，所述NH3的体积流量为500～5000sccm，压力为2～15Torr，处理时间为2～40s。根据本专利技术的另一实施方式，所述的制造方法还包括：在第三衬底温度下在经过浸润处理后的金属硅化物层表面通过等离子体增强化学气相沉积、低压化学气相沉积、超临界流体沉积、原子层沉积和等离子体增强原子层沉积中的一种或多种形成阻挡层。根据本专利技术的另一实施方式，所述第三衬底温度不小于所述第二衬底温度。根据本专利技术的另一实施方式，所述第三衬底温度为400-800℃。根据本专利技术的另一实施方式，所述阻挡层为氮化钛层。根据本专利技术的另一实施方式，所述氮化钛层的厚度为2-15nm。根据本专利技术的另一实施方式，所述的制造方法还包括：在所述接触窗开口中填充金属，所述金属为钨、铝、及它们的合金中的一种或多种。根据本专利技术的另一实施方式，所述金属通过化学气相沉积、溅射或电镀填充得到。本专利技术另一方面还提供一种通过上述方法制造的半导体器件。本专利技术是在形成阻挡层之前，向接触窗的开口内通入还原气体对金属硅化物层进行预处理，选择性还原表面的硅氧化物，进而减少接触阻值以及减少RC延迟，提高电信号传输的速度。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是本专利技术一实施例的半导体器件的制造流程图。图2A-2F是本专利技术一实施里的半导体器件的制造过程示意图。其中，附图标记说明如下：1：衬底2：介电层3：开口4：金属硅化物层5：硅氧化物6：Si层7：阻挡层8：金属具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。参考图1和图2A-2F，半导体的器件可以通过如下方式形成。首先提供一衬底1，衬底1为后续工艺提供操作平台，可以是本领域技术人员熟知的任何用以承载半导体集成电路组成元件的底材，可以是裸片，也可以是经过外延生长工艺处理后的晶圆。所述衬底可以是例如绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)基底、体硅(bulksilicon)基底、锗基底、锗硅基底、磷化铟(InP)基底、砷化镓(GaAs)基底或者绝缘体上锗基底等。之后，在衬底1上可以通过化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺等形成一定厚度的氮化硅或者氮氧化硅等同衬底1的材料之间存在较高选择比的介质材料，形成介电层2。然后在介电层2上形成掩膜图形，基于掩膜图形刻蚀介电层2，以于介电层2中形成接触窗口开口3，接触窗口开口3暴露出衬底1。开口3的形状、深度、高度等可以根据实际的需求设定。开口3的宽度可以是，但不限于，15-200nm；深度可以是，但不限于，20-200nm。接着，在接触窗开口3底表面沉积金属层，并完全覆盖接触窗开口3中暴露的衬底1。金属层可以通过金属直接沉积，也可以是金属前驱体沉积得到。金属层可以由钴、镍、钛、钼、钽、钒中的一种或多种组成。金属层的厚度为5-50nm。形成金属层后，在第一衬底温度下对金属层热处理形成金属硅化物层4，图2A示出形成金属硅化物层4后的结构。第一衬底温度为400-800℃，热处理时间为10-50s。优选，第一衬底温度为600-800℃，热处理时间为20-30s。在该温度范围内对金属层进行快速热处理(RTP)可以获得晶向取向更好的金属硅化物。在制备过程中，金属硅化物层4上很容易形成氧化物，即硅氧化物5，而导致接触短路。为了降低接触阻抗，在形成阻挡层7之前，进行还原处理消除硅氧化物5。然后，如图2B所示，向接触窗开口3通入还原性气体，在第二衬底温度下将金属硅化物层4在不存在等离子体的条件下进行浸润处理。本专利技术的还原气体是指能够将硅氧化物还原成硅、且不会产生影响半导体器件性能的产物的气体。在第二衬底温度下硅氧化物被还原气体，例如NH3，选择性还原形成硅。所述“选择性还原”是指NH3仅还原硅氧化物，不还原金属硅化物。还原反应如式(1)所示：SiO2(s)+2NH3(g)＝Si(S)+N2(g)+H2(g)+2H2O(g)(1)2SiO(s)+2NH3(g)＝2Si(S)+N2(g)+H2(g)+2H2O(g)(2)...

【技术保护点】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：/n提供衬底；/n在所述衬底上形成介电层；/n在所述介电层中形成接触窗开口，所述接触窗开口的底部暴露出所述衬底；/n在所述接触窗开口底部表面形成金属层，在第一衬底温度下对所述金属层进行热处理以形成金属硅化物层；以及/n在第二衬底温度下将所述金属硅化物层在不存在等离子体的条件下暴露于还原性气体氛围中进行浸润处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成介电层；
在所述介电层中形成接触窗开口，所述接触窗开口的底部暴露出所述衬底；
在所述接触窗开口底部表面形成金属层，在第一衬底温度下对所述金属层进行热处理以形成金属硅化物层；以及
在第二衬底温度下将所述金属硅化物层在不存在等离子体的条件下暴露于还原性气体氛围中进行浸润处理。


2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述介电层为二氧化硅、氮化硅中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述金属层为钴、镍、钛、钼、钽、钒中的一种或多种组成。


4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一衬底温度为400-800℃，所述第一衬底温度对所述金属层进行热处理的时间为10-50s。


5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一衬底温度为600-800℃，所述第一衬底温度对所述金属层进行热处理的时间为20-30s。


6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第二衬底温度为350-700℃。


7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述还原性气体对所述金属硅化物物层进行浸润处理的过程为：气体流量范围为500～5000sccm、气体压力2-20Torr、处理时间为2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中磊，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34