本发明专利技术的实施例提供了一种在半导体器件和后端工艺互连之间的电介质材料层中制造接触结构的方法。该方法包括在所述电介质材料层中生成至少一个接触开口；通过化学气相淀积工艺形成第一ＴｉＮ膜，所述第一ＴｉＮ膜对所述接触开口加衬；以及通过物理气相淀积工艺形成第二ＴｉＮ膜，所述第二ＴｉＮ膜对所述第一ＴｉＮ膜加衬。还提供了根据本发明专利技术的实施例制造的接触结构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】方法
本专利技术涉及半导体芯片的制造，具体地，涉及界面连接(interface )在有源半导体器件和上面的互连之间的中端工艺 (middle-of-the-line )接触结构及其制造。
技术介绍
在半导体工业中，由于鵠(W)具有相对低的电阻、较低的应力 和电迁移属性，因此主要用作中端工艺(MOL)接触材料。MOL接 触可以是导电突柱，用作有源半导体器件(或集成电路)(可被称为 前端工艺(FEOL))和其上面的互连或互连结构(可被称为后端工 艺(BEOL))的接触区域之间的界面。有源半导体器件的接触区域 可由例如硅化物材料制成。MOL接触通常在电介质材料层中形成，例如在有源半导体器件上面形成的Si02中形成。该电介质材料层具有开口，其中形成了MOL接触，该开口延伸到下面的半导体器件的接 触区域的表面。本领域中公知的是，由于大于例如3的高的纵横比(深度与宽度 的比)和小的特征尺寸(在约O.l微米或更小的量级)，在将W淀积 到电介质材料中的开口中以形成MOL接触时，通常应用化学气相淀 积(CVD )工艺。该淀积工艺典型地是在两个或更多个步骤中执行的， 例如，成核步骤和体填充步骤。在成核步骤的过程中，WF6和硅烷，例如SiH4，可以用作前体。 近来，WF6的还原中使用B2H6,并且可以发生如下化学反应WF6 (g) + B2H6 (g) — W (s) + 6 HF (g) + 2 B (s) 式1在体填充步骤的过程中，使用WF6和H2，并且可以发生如下化 学反应WF6 (g) + 3 H2 (g) — W (s) + 6 HF (g) 式2应当注意，在上式中，(g)表示气体，而(s)表示固体，用于指出 在反应过程中使用或产生的化学材料的状态。由上面的化学反应式1和2，显而易见，W的CVD淀积工艺可 以产生作为副产物的HF，公知HF对硅有腐蚀性。为了保护硅化物 内部的硅(Si)抵御腐蚀反应，可以在W的CVD淀积之前淀积衬垫 (liner)。此外，衬垫的4吏用可以降低硅化物接触区域和CVD淀积 的W接触之间的接触电阻，并且可以用作CVD淀积的W和其中生 成接触开口的电介质材料之间的粘合层。本领域中已知多种不同类型的衬垫。例如， 一个广泛使用的衬垫 可以包括Ti/CVD TiN叠层。Ti(钛)已知是一种良好的氧吸收剂 (getter)(即，Ti具有对于氧的高亲和性)，并且因此施加Ti层有 助于清理接触开口的表面氧化物。该叠层还包括在Ti层上面CVD淀 积的TiN层，用于提供接触开口的底部和端角的覆盖。CVD淀积的 TiN层有助于防止火山缺陷的形成，否则在成核和/或体填充步骤过程 中暴露的Ti和/或Si与WF6的反应将导致该火山缺陷。尽管Ti/CVD TiN叠层衬垫可以防止半导体器件的硅化物接触区 域，诸如源极和/或漏极和/或栅极区域，与在用于突柱(stud)接触 的W的CVD淀积过程中产生的腐蚀性HF接触，但是该叠层中的 CVD淀积的TiN的存在促进了 beta-W的形成，已知beta-W具有高 电阻，引起突柱接触的整体电阻的增加。考虑到上文，需要开发将克 服如上文提及的缺点的MOL接触结构。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种在半导体器件和后端工艺互连之间 的电介质材料层中制造接触结构的方法。该方法包括在电介质材料层 中生成至少一个接触开口；通过化学气相淀积工艺形成第一TiN膜， 该第一TiN膜对接触开口加衬；以及通过物理气相淀积工艺形成第二 TiN膜，该第二TiN膜对第一TiN膜加衬。根据一个实施例，形成第二 TiN膜可以包括将TiN层定向'减射 到第一TiN膜上，该TiN层在接触开口的底部具有约IOA至约150 A 的厚度并且在接触开口的侧壁上具有约5 A至约25A的厚度。根据另一实施例，形成第二 TiN膜可以包括将Ti层定向溅射到 第一 TiN膜上，并随后通过淀积后工艺将该Ti层转化为第二 TiN膜。 该淀积后工艺可以包括形成气体退火处理，该处理使用约5~10原子 %的H2和90 95原子％的N2的气体混合物，在约500°。~约65(TC的 温度下处理约15分钟 约1小时。可替换地，淀积后工艺包括执行约 5秒 约30秒的H2和N2的形成气体等离子体处理。此外，本专利技术的实施例还提供了一种在形成第一 TiN膜之前在 接触开口中淀积Ti衬垫的方法，该Ti衬垫具有范围从约20 A到约 400 A的厚度。本专利技术的实施例进一步提供了一种通过化学气相淀积 工艺利用导电材料，优选地是钨(W)，填充接触开口以形成接触栓 的方法。本专利技术的实施例还提供了一种界面连接半导体器件和后端工艺 互连的结构。该结构可以包括在电介质材料层中的至少一个接触开 口；沿接触开口形成的第一衬垫，该第一衬垫是化学气相淀积(CVD) 的TiN膜并且因此具有CVD-TiN膜的属性；和在第一衬垫上面形成 的第二村垫，该第二衬垫是物理气相淀积(PVD)的TiN膜并且因此 具有PVD-TiN膜的属性。附图说明结合附图，由下面的本专利技术的详细描述，可以更加全面地理解和 认识本专利技术，在附图中图1~7是根据本专利技术的实施例的形成突柱接触结构的方法的简 化图示；并且图8是与传统形成的突柱接触结构相比照的根据本专利技术的一个 实施例形成的突柱接触结构的x射线衍射的样本测试结果。将认识到，出于使说明筒化和清楚的目的，附图中示出的元件没有必要依比例绘制。例如，为了清楚，某些元件的尺寸可以相对于其 他元件放大。具体实施例方式在下面的描述中，阐述了许多具体细节，诸如特定的结构、部件、 材料、尺寸、处理步骤和技术，以便于提供对本专利技术的彻底理解。然 而，本领域的普通技术人员将认识到，本专利技术可以实践而不需要这些 具体细节。在其他实例中，未详细描述公知的结构或处理步骤以避免使本专利技术的描述模糊不清。在本申请中，术语半导体有时可用于表示半导体材料或者半导体材料的組合，包括，例如Si、 SiGe、 SiGeC、 SiC、 Ge合金、GaAs、 InAs、 InP和其他III/V或II/VI族化合物半导体。术语半导体衬底 有时可用于表示半导体材料的分层结构，例如，Si/SiGe、 Si/SiC、绝 缘体上硅(SOI)或绝缘体上硅锗(SGOI)等。半导体村底可以是掺 杂的、未掺杂的，或者其中可以包含掺杂的和/或未掺杂的区域；可以 是应变的、非应变的，或者其中可以包含应变的和/或非应变的区域； 其中可以具有单一结晶取向或者不同结晶取向的区域；以及可以具有 位于其中的一个或多个隔离区域，例如，沟槽隔离区域或者场氧化物隔离区域等。图1是半导体器件10的简化图示，根据本专利技术的实施例随后可 以在该半导体器件IO上形成一个或多个中端工艺(MOL)突柱接触 结构。半导体器件10可以是例如场效应晶体管(FET)。然而，本 专利技术不限于此并且可以应用于形成其他半导体器件的接触结构，所述 其他半导体器件例如电容器、二极管、双极型晶体管、BiCMOS器件、 存储器器件等。在下文中，为便于参考，半导体器件IO可被称为FET 10。FET 10可以通过本领域公知的任何传统的半导体处理技术制 造。例如，可以使用淀积、光刻、刻蚀和离子注入等技术。FET 10 可以在半导体衬底12上形成以包括栅极电介质18、栅极导体20、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种界面连接半导体器件和后端工艺互连的结构，所述结构包括： 电介质材料层中的至少一个接触开口； 沿所述接触开口形成的第一衬垫，所述第一衬垫是化学气相淀积（ＣＶＤ）的ＴｉＮ膜并且因此具有ＣＶＤ－ＴｉＮ膜的属性；和 在所述第一 衬垫上面形成的第二衬垫，所述第二衬垫是物理气相淀积（ＰＶＤ）的ＴｉＮ膜并且因此具有ＰＶＤ－ＴｉＮ膜的属性。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-9-6 11/470,3491.一种界面连接半导体器件和后端工艺互连的结构，所述结构包括电介质材料层中的至少一个接触开口；沿所述接触开口形成的第一衬垫，所述第一衬垫是化学气相淀积(CVD)的TiN膜并且因此具有CVD-TiN膜的属性；和在所述第一衬垫上面形成的第二衬垫，所述第二衬垫是物理气相淀积(PVD)的TiN膜并且因此具有PVD-TiN膜的属性。2. 如权利要求1所述的结构，其中所述第二衬垫在所述接触开 口的底部处具有约IO A至约150 A的厚度，并且在所述接触开口的 侧壁处具有约5A至约25A的厚度，并且直接形成在所述第一衬垫上 面，并且可选地，所述第二衬垫包括定向溅射到所述第一衬垫上面的 非保形的TiN膜，在所述接触开口底部处比在所述接触开口侧壁处 厚。3. 如权利要求1或2所述的结构，其中通过在所述第一衬垫上 面淀积Ti层形成所述第二衬垫，并且通过淀积后工艺将所述Ti层转 化为所述第二衬垫，并且a )使用约5~10原子％的H2和90 95原子％的N2的气体混合物， 在约500。C 约650'C的温度下，处理约15分钟~约1小时，通过形成 气体退火的所述淀积后工艺，形成所述第二衬垫，或者b)通过执行约5秒~约30秒的112和N2的形成气体等离子体的 所述淀积后工艺，形成所述第二衬垫。4. 如权利要求l、 2或3所述的结构，进一步包括在所述第二衬 垫上面的填充以形成接触突柱的鵠(W)材料的接触栓，所述接触突 柱与所述半导体器件的至少一个接触区域接触，并且可选地，进一步包括在所述第一衬垫和环绕所述接触开口的所述电介质材料层之间形成的Ti衬垫，所述Ti衬垫具有约20A至约400A的厚度。5. —种在半导体器件和后端工艺互连之间的电介质材料层中制 造接触结构的方法，所述方法包括在所述电介质材料层中生成至少一个接触开口； 通过化学气相淀积工艺形成第一 TiN膜，所述第一 TiN膜对所述接触开口力口4于；以及通过物理气相淀积工艺形成第二 TiN膜，所述第二 TiN膜对所述第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：SV德什潘德，PW德哈文，A马丹，黄洸汉，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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