半导体结构的形成方法技术

本公开实施例说明改良间隙填充特性的金属化工艺方法。方法包括形成接点开口于氧化物层中，形成阻障层于接点开口中，形成衬垫层于阻障层上，以及形成第一金属层于衬电层上以部分地填入接点开口。方法亦包括形成第二金属层于第一金属层上以填满接点开口，其中形成第二金属层的步骤包括以第一射频功率与直流电功率溅镀沉积第二金属层，以第二射频功率再流动第二金属层。

Formation of Semiconductor Structure

The embodiment of the present disclosure illustrates a metallization process method for improving gap filling characteristics. The method includes forming a contact opening in the oxide layer, forming a barrier layer in the contact opening, forming a cushion layer on the barrier layer, and forming a first metal layer on the electric layer to partially fill the contact opening. The method also includes forming a second metal layer on the first metal layer to fill the contact opening. The step of forming a second metal layer includes depositing a second metal layer by sputtering with the first radio frequency power and DC power, and then flowing the second metal layer with the second radio frequency power.

【技术实现步骤摘要】
半导体结构的形成方法
本专利技术实施例关于改良间隙填充的金属化工艺。
技术介绍
在制作集成电路时，由于接点开口所需的几何形状，充填接点开口的挑战性越来越高。如此一来，沉积金属以充填接点开口时难以不形成空洞或缝隙。接点中的空洞不符需求，因为空洞会增加接点电阻并负面地影响集成电路可信度。
技术实现思路
本专利技术一实施例提供的半导体结构的形成方法，包括：形成接点开口于氧化物层中；沉积阻障层于接点开口中；沉积衬垫层于阻障层上；沉积第一金属层于衬垫层上，以部分地填入接点开口；以及沉积第二金属层于第一金属层上，以填入开口，其中沉积第二金属层的步骤包括：采用第一射频功率与直流电功率溅镀沉积第二金属层；以及采用第二射频功率再流动第二金属层。附图说明图1是一些实施例中，具有共沉积/再流动步骤的接点金属化方法的流程图。图2是一些实施例中，具有个别外延层埋置于基板上的介电层中的两个相邻栅极结构的剖视图。图3是一些实施例中，在形成接点开口于介电层中之后，具有个别外延层埋置于基板上的介电层中的两个相邻栅极结构的剖视图。图4是一些实施例中，在沉积金属与阻障层于接点开口中之后，介电层中的接点开口的剖视图。图5是一些实施例中，在形成硅化物于接点开口的底部之后，介电层中的接点开口剖视图。图6是一些实施例中，在沉积衬垫层于接点开口中之后，介电层中的接点开口的剖视图。图7是一些实施例中，在部分沉积钴层于接点开口中之后，介电层中的接点开口的剖视图。图8是一些实施例中，以共沉积与再流动工艺沉积钴层之后，介电层中的金属接点的剖视图。图9是一些实施例中，可独立控制沉积金属步骤的共沉积与再流动工艺的物理气相沉积反应器的剖视图。图10是一些实施例中，在化学机械平坦化工艺之后，介电层中的金属接点的剖视图。符号说明100方法110、120、130、140、150、160、170步骤200基板210介电层220栅极230高介电常数的介电层240间隔物250盖层260源极/漏极外延层300接点开口400金属410阻障层500硅化物层600衬垫层700、800金属层710开口900物理气相沉积反应器910上表面915磁体920、930、980馈通连接器940钴靶材950空间960晶圆970静电座990线圈磁体1000金属接点具体实施方式可以理解的是，下述内容提供的不同实施例或实例可实施本专利技术的不同结构。特定构件与排列的实施例是用以简化本专利技术而非局限本专利技术。举例来说，形成第一构件于第二构件上的叙述包含两者直接接触，或两者之间隔有其他额外构件而非直接接触。此外，本专利技术的多种例子中可重复标号，但这些重复仅用以简化与清楚说明，不代表不同实施例和/或设置之间具有相同标号的单元之间具有相同的对应关系。此外，空间性的相对用语如“下方”、“其下”、“较下方”、“上方”、“较上方”、或类似用语可用于简化说明某一元件与另一元件在图示中的相对关系。空间性的相对用语可延伸至以其他方向使用的元件，而非局限于图示方向。元件亦可转动90°或其他角度，因此方向性用语仅用以说明图示中的方向。用语“名义上(nominal)”是指用于构件或工艺步骤所欲的目标、特性数值或参数，在产品的设计阶段时己设定好，连同设定所欲数值的上下限范围。数值的范围一般来自于工艺中的轻微变动或公差(tolerances)。此处所述的用语“垂直”指的是名义上垂直于基板表面。在制作芯片时，下层的内连线(又称作金属接点)可电性连接一或多场效晶体管的端点(如栅极、源极、和/或漏极端点)至上层内连线。金属接点的形成方法可为蚀刻层间介电堆叠，以形成一或多个接点开口于晶体管的栅极与源极/漏极区的外延层上。将金属填入接点开口，可形成金属接点。形成金属接点的步骤亦可称作「接点金属化」。由于接点开口所需的几何形状，充填接点开口的挑战性越来越高。举例来说，接点开口的深宽比(由开口的深度与宽度之间的比例定义)可介于约3至约10之间(如6)，开口顶部的关键尺寸小于约17nm，且开口底部的关键尺寸小于约14nm。与此同时，接点深度可大于约60nm。如此一来，金属沉积填入接点开口时难以不形成空洞或隙缝。接点中的空洞不符需求，因为空洞会增加接点电阻并负面地影响芯片可信度。举例来说，后续的化学机械平坦化工艺可能露出空洞，端视空洞的尺寸与接点中的位置而定。一旦露出空洞，化学机械平坦化工艺的浆液将进入空洞并自接点移除金属。在金属充填工艺中，夹断(pinch-off)为可能产生空洞于接点中的失效机制。当金属沉积速率高而金属沉积的时间不足以到达接点底部时，可能开始出现夹断。如此一来，沉积的金属累积于接点开口的顶部，而阻止沉积的金属到达接点的底部。夹断的另一个原因关于金属充填工艺时的接点轮廓。举例来说，接点轮廓具有反向的顶部开口，其中开口的顶部关键尺寸小于中间的关键尺寸与底部的关键尺寸。在此例中，当金属沉积速率够低时，可能触发夹断的问题。此处所述的实施例关于改良间隙填充的钴金属化工艺。实施例可用于金属充填接点，其深宽比可介于约3至约10之间，且其深度大于约60nm。举例来说(但不限于此)，本专利技术实施例包含共沉积与再流动的物理气相沉积工艺，其采用射频功率以独立地控制沉积金属的沉积与再流动工艺。图1为一些实施例中，金属沉积的方法100的流程图。金属沉积的方法100说明形成钴金属于接点中的方法。举例来说，接点的深宽比可介于约3至约10之间，且深度大于约60nm。在金属沉积的方法100的多种步骤之间可进行其他工艺步骤，不过此处未详述其他步骤以求叙述清楚。金属沉积的方法100并不限于图1所示的步骤，而可能为其他替代方法。此外，用于说明方法100的附图仅用以举例而不必依比例示出。为了达到说明目的，可刻意增加一些结构、膜状物、或几何形状。方法100开始进行步骤110，提供介电层210形成其上的基板200，如图2所示。在一些实施例中，基板亦称作晶圆上的鳍状结构。举例来说，基板200可为晶圆上的半导体鳍状物的部分。在一些实施例中，鳍状物与晶圆的组成可为相同或不同材料。此外，基板200可为基体半导体晶圆上的鳍状物，或绝缘层上硅晶圆上的鳍状物。另一方面，基板200的组成可为硅或(i)另一半导体元素如锗；(ii)半导体化合物如碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟、和/或锑化铟；(iii)半导体合金如硅锗、磷砷化镓、砷化铝铟、砷化铝镓、砷化镓铟、磷化镓铟、和/或磷砷化镓铟；或(iv)上述的组合。举例来说，方法100中的基板200可描述为硅晶圆上的硅鳍状物(如单晶硅)。本专利技术实施例亦可采用其他材料，此亦属本专利技术实施例构思与范围。图2包含额外结构，比如栅极220、高介电常数的介电层230、间隔物240、盖层250、与源极/漏极外延层260。在一些实施例中，栅极220、高介电常数的介电层230、间隔物240、与盖层250形成场效晶体管的栅极结构。此外，沿着相邻的源极/漏极外延层的栅极结构可形成场效晶体管的端点。在一些实施例中，可形成较少或额外的栅极结构与源极/漏极外延层260于基板200上。因此栅极结构或源极/漏极外延层260的数目不限于图2所示。在一些实施例中，源极/漏极外延层260可为p型的外延成长硅锗堆叠，或n型的掺杂碳的外延硅堆叠。在一些实施例中，介电层210可为层间介电层，其组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构的形成方法，包括：形成一接点开口于一氧化物层中；沉积一阻障层于该接点开口中；沉积一衬垫层于该阻障层上；沉积一第一金属层于该衬垫层上，以部分地填入该接点开口；以及沉积一第二金属层于该第一金属层上，以填入该开口，其中沉积该第二金属层的步骤包括：采用一第一射频功率与一直流电功率溅镀沉积该第二金属层；以及采用一第二射频功率再流动该第二金属层。

【技术特征摘要】
2017.11.15 US 62/586,330;2018.04.30 US 15/967,0561.一种半导体结构的形成方法，包括：形成一接点开口于一氧化物层中；沉积一阻障层...

【专利技术属性】
技术研发人员：周典霈，林钰庭，林圣轩，张根育，白岳青，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71