形成金属硅化物层的方法和由此形成的金属硅化物层技术

本文中描述用于使用物理气相沉积(PVD)工艺和退火工艺中的一种或物理气相沉积工艺和退火工艺的组合形成低电阻率的金属硅化物互连的方法。在一个实施方式中，一种形成多个导线互连的方法包含使溅射气体流入处理腔室的处理空间中，向设置在所述处理空间中的靶施加功率，在靠近所述靶的溅射表面的区域中形成等离子体，和在基板的表面上沉积金属和硅层。本文中，所述第一靶包括金属硅合金，并且所述第一靶的溅射表面相对于基板的表面成在约10°与约50°之间的角度。

The method of forming metal silicide layer and the metal silicide layer thus formed

【技术实现步骤摘要】
形成金属硅化物层的方法和由此形成的金属硅化物层
本文所述实施方式大体上涉及半导体器件制造设备和工艺的领域，并且更特定地涉及使用物理气相沉积(PVD)和高压退火工艺形成金属硅化物互连的方法。
技术介绍
随着下一代器件的电路密度增加并且晶体管尺寸继续缩小，用于导线互连(wireinterconnect)的材料的特性开始在主要性能指标(包含功耗、电阻-电容(RC)延迟和可靠性)方面主导器件性能。在过去的二十年中，铜已用于先进的USLI和VSLI技术中的导线互连，因为铜大体表现出相对低的电阻率，并且因此具有高导电性。然而，当器件的互连布线的宽度缩小到互连布线材料的电子平均自由程(eMFP)的尺寸或更小的尺寸时，材料的有效电阻率由于在互连布线的表面处和互连布线的晶界界面处不希望的侧壁电子散射而增加。因此，对于具有铜的39nm的eMFP以下的宽度的铜互连，铜(通常用于互连的材料)的有效电阻率开始增加，并且对于具有20nm或更小的宽度的互连而言铜的有效电阻率显著增加。另外，与铜互连一起使用的阻挡层(以防止铜材料不希望地扩散到周围的电介质材料中)进一步促使增加导线互连的总电阻率。铜作为导线互连材料的一种有希望的替代品是硅化镍，硅化镍具有相对低的电阻率和小于10nm的eMFP(取决于镍与硅的材料组成)，使硅化镍成为用于具有20nm或更小并且甚至为10nm或更小的沟槽临界尺寸(CD)的导线互连的合适材料。金属硅化物(诸如硅化镍)广泛用于需要低电阻率和热稳定导体材料的前端(FEOL)半导体器件制造工艺中。例如，金属硅化物通常用于形成与源极、漏极和栅极器件特征的欧姆接触。不幸的是，形成金属硅化物的传统方法(诸如退火金属和硅的交替层以引起金属和硅的交替层的相互扩散和金属与硅原子之间的固态反应)一般与后端(BEOL)半导体器件制造工艺(包含形成导线互连的工艺)的较低热预算要求不相容。因此，本领域需要在较低温度下形成金属硅化物和金属硅化物导线互连的改进的方法。
技术实现思路
本文中的实施方式涉及半导体器件制造，并且更特定地涉及使用物理气相沉积(PVD)和高压退火的工艺程序形成金属硅化物互连的方法。在一个实施方式中，一种在基板上形成金属和硅层的方法包含使气体流入处理腔室的处理空间中，向设置在所述处理空间中的靶施加功率，在靠近所述靶的溅射表面的区域中形成等离子体，和在基板的表面上沉积金属和硅层。本文中，所述靶包括金属硅合金，并且所述靶的溅射表面相对于基板的表面成在约10°与约50°之间的角度。在另一实施方式中，一种使多个互连特征退火的方法包含使用输送到第一处理空间中的气体将第一处理空间加压到大于大气压力的约1倍的压力，将设置在第一处理空间中的基板加热到不大于约400℃的退火温度，和将所述基板维持在所述退火温度约30秒或更长时间。在这个实施方式中，第一处理空间是第一处理腔室的处理空间，并且基板包括电介质层，所述电介质层具有形成在所述电介质层中的多个互连特征。所述多个互连特征是使用包含以下步骤的方法形成的：使气体流入第二处理空间中，向设置在第二处理空间中的靶施加功率，在靠近第一靶的溅射表面的区域中形成等离子体，和在基板的表面上和在形成于电介质层中的多个开口中沉积金属和硅层。在这个实施方式中，第二处理空间是第二处理腔室的处理空间，靶包括金属-硅合金，并且靶的溅射表面相对于基板的表面成在约10°与约50°之间的角度。在另一实施方式中，一种器件的特征在于图案化基板，所述图案化基板具有形成在设置于所述图案化基板上的电介质层中的多个开口；和金属硅化物，所述金属硅化物设置在所述多个开口中以形成对应的多个互连。在另一实施方式中，图案化基板的特征在于基板；设置在基板上的电介质层，所述电介质层具有形成于所述电介质层中的多个开口；和沉积在多个开口中和沉积在电介质层的场表面上的金属和硅层，其中如所沉积的金属和硅层包括金属和硅的混合物，所述混合物具有MXSi(1-X)的原子组成，其中X在约0.4与约0.6之间。在另一实施方式中，提供一种图案化基板。所述图案化基板包含基板；设置在基板上的电介质层，所述电介质层包含形成在电介质层中的多个开口；和沉积在多个开口中和沉积在电介质层的场表面上的镍和硅层。本文中，如所沉积的镍和硅层包括金属和硅的混合物，所述混合物具有NiXSi(1-X)的原子组成，其中X在约0.4与约0.6之间。附图说明因此，可以详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可以通过参考实施方式获得以上简要概述的本公开内容的更具体描述，实施方式中的一些在附图中进行图示。然而，应注意，附图仅仅图示本公开内容的典型实施方式，并且因此不应被视为对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可以允许其他同等有效的实施方式。图1A是根据一个实施方式的用于实践本文所述方法的示例性多阴极物理气相沉积(PVD)腔室的示意性横截面图。图1B图示根据一个实施方式的在基板处理期间设置在图1A的PVD腔室中的靶和基板的相对位置。图2是根据一个实施方式的用于实践本文所述方法的示例性高压退火腔室的示意性横截面图。图3A是根据一个实施方式的在基板上形成金属和硅层的方法的流程图。图3B是根据一个实施方式的退火多个互连特征的方法的流程图。图4A至图4D图示根据一个实施方式的使用图3A至图3B中所述的组合方法来形成金属硅化物互连。具体实施方式本文中的实施方式涉及半导体器件制造，并且更特定地涉及使用物理气相沉积(PVD)和高压退火的工艺程序形成金属硅化物互连的方法。在一些实施方式中，所述工艺程序包含在基板(所述基板上形成有多个开口)上沉积金属和硅的混合物的层，在金属和硅层上沉积诸如金属氮化物层的钝化层，和在高压气氛中使基板退火。通常，多阴极PVD腔室用于沉积金属和硅层与钝化层两者，并且高压退火腔室用于使金属和硅层退火以形成低电阻率金属硅化物互连。使用多阴极(即，多溅射靶)PVD腔室来实践本文所述的方法允许比通常用于传统单靶PVD腔室的靶直径小的靶直径。一些靶材料(诸如，氮化物、氧化物、金属和硅合金，和金属硅化物)的较小靶直径有益地减少由这些靶材料形成的靶由于在靶的寿命期间来自靶表面的材料的不均匀侵蚀而破裂的机会。靶材料的不均匀磨损引起靶内机械应力，所述靶内机械应力在沉积工艺期间引起靶材料弯曲和挠曲。靶的这种弯曲和挠曲导致不希望的破裂。然而，因为与较小直径的靶相关联的弯曲小于与较大直径的靶相关联的弯曲，所以本文中使用的较小直径的靶理想地较不易破裂。另外，使用多靶PVD腔室允许沉积钝化层而不使基板和沉积在基板上的金属和硅层暴露于大气条件或者需要到第二处理腔室的耗时的传送程序。使用高压(例如，高于大气压力)处理腔室来使金属和硅层退火使得能够通过金属和硅层的低温高压退火在与BEOL热预算要求相容的退火温度下(本文中是在400℃或更低的退火温度下)形成结晶相金属硅化物层。如本文中所使用，大气压力为约1巴。图1A是根据一个实施方式的用于实践本文所述方法的示例性多阴极物理气相沉积(PVD)腔室的示意性横截面图。PVD腔室100的特征在于一个或多个侧壁101、腔室盖102和腔室底座103，它们一起限定处理空间104。处理空间104流体地耦接到真空，诸如一个或多个专用真空泵，所述真空泵将处理空间104维持在低于大气压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理基板的方法，包括：在基板上形成金属和硅层，包括：使第一溅射气体流入第一处理空间，其中所述第一处理空间是第一处理腔室的处理空间；向设置在所述第一处理空间中的第一靶施加功率，其中所述第一靶包括金属‑硅合金，并且所述第一靶的溅射表面相对于基板的表面成在约10°与约50°之间的角度；在靠近所述第一靶的所述溅射表面的区域中形成第一等离子体；和在所述基板的所述表面上沉积所述金属和硅层。

【技术特征摘要】
2018.04.06 US 62/653,981;2019.03.27 US 16/366,5391.一种处理基板的方法，包括：在基板上形成金属和硅层，包括：使第一溅射气体流入第一处理空间，其中所述第一处理空间是第一处理腔室的处理空间；向设置在所述第一处理空间中的第一靶施加功率，其中所述第一靶包括金属-硅合金，并且所述第一靶的溅射表面相对于基板的表面成在约10°与约50°之间的角度；在靠近所述第一靶的所述溅射表面的区域中形成第一等离子体；和在所述基板的所述表面上沉积所述金属和硅层。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在第二处理空间中使所述金属和硅层退火，其中所述第二处理空间是第二处理腔室的处理空间，并且其中使所述金属和硅层退火包括：使用输送到所述第二处理空间中的加压气体将所述第二处理空间加压到大于大气压力的约1倍的压力；将所述基板加热到不大于约400℃的退火温度；和将所述基板维持在所述退火温度约30秒或更长时间。3.如权利要求1所述的方法，其中所述金属-硅合金的金属是Ti、Ni、Pt、Co或上述项的组合。4.如权利要求3所述的方法，其中所述金属-硅合金是具有NiXSi(1-X)原子组成的非晶镍-硅合金，并且其中X在约0.4与约0.6之间。5.如权利要求4所述的方法，其中所述基板包括电介质层，所述电介质层具有形成于所述电介质层中的多个开口，并且其中在所述基板上沉积所述金属和硅层包含在所述多个开口中沉积所述金属和硅层以形成多个NiSi互连。6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一靶的直径为约200mm或更小。7.如权利要求5所述的方法，进一步包括在所述金属和硅层上沉积钝化层，所述钝化层包括金属氧化物、金属氮化物、氧化硅、氮化硅或上述项的组合中的一种。8.如权利要求5所述的方法，进一步包括：在第二处理空间中使所述金属和硅层退火，其中所述第二处理空间为第二处理腔室的处理空...

【专利技术属性】
技术研发人员：任·何，马克西米利安·克莱蒙斯，石美仪，于敏锐，本切基·梅巴基，梅裕尔·B·奈克，殷正操，斯里尼瓦斯·D·内曼尼，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US