用于减小接触电阻的方法和结构技术

本发明专利技术提供了减小接触开口内接触电阻的半导体结构以及形成该结构的方法。这在本发明专利技术中通过用含金属锗化物接触材料取代常规的接触冶金，例如钨，或金属硅化物，例如Ｎｉ硅化物或Ｃｕ硅化物实现。在本申请中使用术语“含金属锗化物”表示纯金属锗化物（即，ＭＧｅ合金）或包括Ｓｉ的金属锗化物（即，ＭＳｉＧｅ合金）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体结构及其制造方法。更具体地说，本专利技术涉及减小在接触开口中，典型地在硅化物接触和上面的金属之间的接触电阻的半导体结构。本专利技术还涉及制造该半导体结构的方法。
技术介绍
为了满足日益增加的对于增加器件密度和性能的需要，通过双镶嵌方法限定的包括低k介质材料(介电常数小于二氧化硅)和铜冶金的互连布线的半导体技术是后段制程(BEOL)现在的选择。因为干燥的空气具有理论上最低的介电常数1，大部分低k材料，例如气凝胶，氢硅倍半氧烷(HSQ)，氟化有机聚合物，和有机硅酸盐玻璃(例如，SiCOH)通过化学气相沉积(CVD)沉积。阻挡层的选择包括钽，钨和钛基合金。高性能互连由不同层上的高导电冶金的布线形成，不同层通过介质材料层互相绝缘并在希望的点互连。为了防止或减小腐蚀杂质进入互连布线结构中，在之前的标准绝缘体，例如通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)使用硅烷(SiH4)或原硅酸四乙脂(TEOS)前体沉积的氧化硅的一个或多个层中掩埋互连布线的最上层中的至少一层。因此，今天的高性能互连由高导电铜互连的一个或多个层构成，掩埋在低k介质SiCOH中，并在顶部和底部分别通过PECVD氧化物和BPSG的较密集层限制。前段制程(FEOL)对应用于制造晶体管的层，其由来自体硅或绝缘体上硅(SOI)晶片的硅，用于电绝缘特征的高k介质氮化硅和在互补金属氧化物半导体(CMOS)几何形状中的晶体管上的多晶硅栅极材料构成。与CMOS晶体管的源极，栅极和漏极区域对应的接触经常使用自对准硅化物(SALICIDE)材料，其中在硅上沉积薄金属层并退火以形成金属硅化物。镍表示用于当前硅化物接触的材料选择，其具有约15到20μΩ-cm的体电阻率。高性能半导体微型电路技术的速度主要取决于穿过器件和互连金属的总电阻。随着微处理器现有和将来的时代内半导体特征的尺寸减小，会增加半导体器件的许多构成结构的电阻。例如，过孔的电阻，其将BEOL金属的第一层与晶体管(FEOL)的源极和漏极区域连接，由于小尺寸下的电子散射，预计以缩放系数的平方增加。总的过孔(即，接触开口)电阻的三个主要成分是过孔和阻挡层材料的体电阻率，在底部过孔界面的接触电阻和在顶部过孔界面的接触电阻。现在的半导体制造使用钨作为过孔材料和钛基阻挡层。尽管钨具有低体电阻率(5.5μΩ-cm)，体过孔电阻仍受到过孔内空洞和缝隙的存在的影响，随着使用常规沉积技术，例如化学气相沉积(CVD)填充过孔空穴变得更加困难，问题变得更加普遍。然而，在底部过孔界面，在阻挡层和源极和漏极区域的顶部上形成的下面的硅化物材料之间的接触电阻，表示总的过孔电阻的增加成分。该问题表示对半导体技术性能和发展的重要影响。寻找一种方法以减小在最下面的BEOL过孔和下面的硅化物层之间的界面上的接触电阻的影响。T.Iijima等人的“A novel selective Ni3Si contact material technique fordeep-submicron ULSIs”，1992 Symposium on VLSI Technology Digest ofTechnical Papers，IEEE，70-71页，公开了具有低接触电阻的Ni3Si接触材料。通过在二氧化硅层中首先提供接触开口形成Ni3Si接触材料。在提供接触开口后，沉积TiN/Ti膜。TiN/Ti膜用作粘合/硅化停止层。随后将未掺杂的多晶Si沉积到接触开口中，之后形成Ni层。随后通过在600℃下在氩中退火持续一分钟形成Ni硅化物接触材料。该现有工艺方法的一个问题是Ni硅化物在相对高温下形成，会对之前形成的器件产生不利地影响。Sumi的美国专利No.5,700,722公开了另外一种用于形成硅化物接触材料的方法。在该现有工艺方法中，首先在层间绝缘层中形成接触开口。随后沉积硅基材料的单层，接着是金属层。金属层包括Zr，Ni，Pd，Cu，Au，或Ag。在沉积金属层后，将结构加热到硅基材料与金属反应以在接触开口内形成硅化物材料的温度。在‘722专利中，还提到了600℃的硅化温度。如果回顾上面，还需要提供用于接触材料的新材料及其形成方法。提供的新材料会降低接触开口中的接触电阻。另外，还需要提供制造接触材料的方法，其中用在形成该材料中的热预算比用在形成现有工艺硅化物接触材料中的要低。
技术实现思路
本专利技术提供了减小接触开口中接触电阻的半导体结构。这在本专利技术中通过用含金属锗化物接触材料取代常规接触冶金，例如钨，或金属硅化物，例如Ni硅化物或Cu硅化物来实现。在本申请中使用术语“金属含锗化物”表示纯金属锗化物(即，MGe合金)或包括Si的金属锗化物(即，MSiGe合金)。也就是，本申请的申请人确定在接触开口(即，过孔)中，典型地在接触区域和上面的金属之间的接触电阻可以通过在层间绝缘层的接触开口中提供含金属锗化物接触材料来减小。本申请的含金属锗化物接触材料具有相对于等同的金属硅化物接触材料较低的表面电阻。例如，本申请的含金属锗化物接触材料具有约6μΩ-cm或更小的表面电阻值，而等同的金属硅化物接触材料具有约40μΩ-cm或更大的表面电阻。根据本专利技术的一个实施例，含金属锗化物接触材料通过扩散阻挡层与下面的硅化物接触隔开。在本申请的另一个实施例中，本专利技术的含金属锗化物接触材料与下面的硅化物接触直接接触。在本专利技术的任一实施例中，硅化物接触在场效应晶体管的源极/漏极和/或栅极区域上存在。注意到本专利技术的含金属锗化物接触材料在执行在金属和含锗材料之间引起反应的退火工艺后不包含未反应的金属或含锗材料。可以调整在形成本专利技术的含金属锗化物接触材料中使用的金属的选择以减小与相邻层的接触电阻。尽管在本申请的优选实施例中的锗化物的体电阻率的范围在从约5μΩ-cm到约15μΩ-cm，期望接触电阻可以控制总的过孔电阻。例如通过使用锗化物材料获得的具有低肖特基势垒(小于0.4eV)的过孔材料(即，接触材料)可以将接触电阻降低一个数量级。总之，本专利技术提供的半导体结构包括半导体衬底，包括在其上设置的至少一个场效应晶体管，所述半导体衬底包括位于邻近所述至少一个场效应晶体管的硅化物接触区域；层间绝缘层，位于所述半导体衬底上并在所述至少一个场效应晶体管上延伸，所述层间绝缘层具有暴露所述硅化物接触区域的接触开口；以及含金属锗化物接触材料，在所述接触开口中。根据本专利技术的一个实施例，含金属锗化物接触材料通过扩散阻挡层与下面的硅化物接触隔开。在本申请的另一个实施例中，本专利技术的含金属锗化物接触材料与下面的硅化物接触直接接触。在本专利技术的任一实施例中，硅化物接触在场效应晶体管的源极/漏极和/或栅极区域上存在。在本专利技术的另一实施例中，半导体结构包括半导体衬底，包括在其上设置的至少一个场效应晶体管；层间绝缘层，位于所述半导体衬底上并在所述至少一个场效应晶体管上延伸，所述层间绝缘层具有接触开口；以及连续含金属锗化物材料，在所述接触开口内，所述连续含金属锗化物材料具有用作器件接触的下部分和用作与上面的金属接触的上部分。本专利技术还提供了制造上述半导体结构的方法。总之，在形成上述的包括含金属锗化物接触材料的半导体结构的方法包括以下步骤提供包括在其上设置的至少一个场效应晶体管的半导体衬底；形成位于所述半导体衬底上并在所述至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：半导体衬底，包括在其上设置的至少一个场效应晶体管，所述半导体衬底包括位于邻近所述至少一个场效应晶体管的硅化物接触区域；层间绝缘层，位于所述半导体衬底上并在所述至少一个场效应晶体管上延伸，所述层间绝缘层具 有暴露所述硅化物接触区域的接触开口；含金属锗化物接触材料，在所述接触开口中。

【技术特征摘要】
US 2006-5-24 11/440,2021.一种半导体结构，包括半导体衬底，包括在其上设置的至少一个场效应晶体管，所述半导体衬底包括位于邻近所述至少一个场效应晶体管的硅化物接触区域；层间绝缘层，位于所述半导体衬底上并在所述至少一个场效应晶体管上延伸，所述层间绝缘层具有暴露所述硅化物接触区域的接触开口；含金属锗化物接触材料，在所述接触开口中。2.根据权利要求1的半导体结构，还包括扩散阻挡层，位于所述接触开口的至少壁部分上，所述扩散阻挡层将所述含金属锗化物接触材料与所述硅化物接触区域分开。3.根据权利要求1的半导体结构，其中所述含金属锗化物接触材料与所述硅化物接触区域直接接触。4.根据权利要求2的半导体结构，其中在每个接触开口的底部附近的区域包括原子物质以减小接触开口/扩散阻挡层界面处的肖特基势垒高度。5.根据权利要求2的半导体结构，其中在每个接触开口的顶部附近的区域包括原子物质以减小接触开口/扩散阻挡层界面处的肖特基势垒高度。6.根据权利要求1的半导体结构，其中所述含金属锗化物接触包括金属锗化物合金或金属硅锗化物合金。7.根据权利要求6的半导体结构，其中所述金属是W，Cu，和Ni中的一种。8.一种半导体结构，包括半导体衬底，包括在其上设置的至少一个场效应晶体管；层间绝缘层，位于所述半导体衬底上并在所述至少一个场效应晶体管上延伸，所述层间绝缘层具有接触开口；以及连续含金属锗化物材料，在所述接触开口内，所述连续含金属锗化物材料具有用作器件接触的下部分和用作与上面的金属接触的上部分。9.根据权利要求8的半导体结构，其中所述含金属锗化物材料包括金属锗化物合金或金属硅锗化物合金。10.根据权利9的半导体结构，其中所述金属是W，Cu和Ni中的一种。11.一种形成半导体结构的方法，包括以下步骤提供包括在其上设置的至少一个场效应晶体管的半导体衬底；形成位...

【专利技术属性】
技术研发人员：CE默里，C拉沃耶，KP罗德贝尔，
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]