半导体结构和制造半导体结构的方法技术

本发明专利技术提供一种半导体结构，它包括含Ｃｏ的衬垫，布置在吸氧层与含金属的导电材料之间。含Ｃｏ的衬垫、吸氧层和含金属的导电材料形成ＭＯＬ金属化层，其中含Ｃｏ的衬垫取代了传统的ＴｉＮ衬垫。“含Ｃｏ”意指衬垫单独地包括元素Ｃｏ，或包括元素Ｃｏ和Ｐ或Ｂ中的至少一个。为了在高深宽比的接触开口之内提供本发明专利技术的含Ｃｏ的衬垫的更好阶梯覆盖，通过无电镀淀积工艺形成该含Ｃｏ的衬垫。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体结构和一种制造半导体结构的方法。更特别地，本专利技术涉及将硅化物接触(源极/漏极和/或栅极)与互连结构相接合的线路中间(MOLmiddle-of-the-line)金属化层(metallurgy)，以及制造这样的MOL金属化层的方法。
技术介绍
钨(W)广泛地用于半导体工业，作为线路中间(MOL)金属化层，将半导体器件或集成电路的硅化物接触与上覆的互连结构相接合。MOL金属化层典型地在构图的电介质材料(例如SiO2)之内形成，这种构图的电介质材料具有一个或多个接触开口，这些接触开口延伸到各硅化物接触的表面。由于形成到电介质材料中的接触开口的高深宽比(深宽比大于3)和小特征尺寸(在约0.1微米或更小的量级上)，所以通过化学汽相淀积(CVD)工艺来淀积W，该工艺通常包括WF6和硅烷作为前体(precursor)。在这样的环境中，在成核步骤(由以下的方程式1表示)和体填充步骤(由以下的方程式2表示)中淀积W。观察到在以下方程式中，‘g’表示气体，并且‘s’表示固体。在成核期间，发生以下反应2WF6(g)+3SiH4(g)→2W(s)+3SiF4+6H2(g)—方程式1在体填充处理步骤期间，发生以下反应WF6(g)+3H2(g)→W(s)+6HF(g) —方程式2然而，已知WF6与游离硅起反应，以通过以下反应形成元素钨和硅烷 2WF6(g)+3Si(g)→2W(s)+3SiF4(g)+6H2(g)—方程式3因为方程式3所述的反应，所以在CVD W工艺之前，必须淀积衬垫，以保护硅。然而，衬垫还需要降低硅化物接触与W之间的接触电阻，并且作为CVD W与电介质材料之间的粘附层。很多不同类型的衬垫是已知的，并且已经在现有技术中得到了应用。一种广泛使用的衬垫是Ti/CVD TiN叠层。已知Ti是一种良好的氧‘吸气剂’(也就是，Ti对于氧具有高亲和力)，并且从而帮助清理表面氧化物。然而，过量的Ti是有害的，原因是它将与WF6或HF起反应，形成火山爆发缺陷，这种情况在所形成的氟化Ti作为挥发性核素留下时发生。对于一些早期的技术，在Ti淀积之后，使衬垫叠层经受形成气体退火(例如，550℃，1/2小时)，以将过量的Ti转换成TiN。然而，对于现今的高性能器件生成，特别是使用一硅化Ni的那些器件的生成，除去或省略了这种形成气体退火，原因是当经受高温退火工艺时，一硅化镍将转换成电阻更大的二硅化镍。克服反应Ti问题的一种解决方案是增加CVD TiN的厚度。然而，CVD TiN是一种相对高电阻的材料，它典型地具有大约比元素Ti大4至10倍的薄片电阻率。因为接地线宽(ground rule)或器件几何尺寸正变得越来越小，并且接触开口深宽比正变得越来越大，所以TiN的阶梯覆盖也正受到关注，原因是减小的阶梯覆盖要求TiN衬垫足够厚，以保证在接触开口之内的足够淀积。鉴于以上情况，持续地需要研制出避免采用现有技术MOL金属化层而带来的上述缺陷的新的MOL金属化层。
技术实现思路
本专利技术提供一种新的MOL金属化层，其中用含Co的衬垫取代上述传统的TiN衬垫。“含Co”意指衬垫单独地包括元素Co，或包括元素Co和P或B中的一个。可选地，还可以使用W。因而，本专利技术提供一种含Co的衬垫，它包括Co、CoP、CoWP、CoB或CoWB中的至少一个。注意，在从含氟金属前体进行CVD W或其他类似的含金属的导电材料的淀积期间，上述含Co的衬垫起氟阻挡层的作用。另外，本专利技术的含Co的衬垫用作上覆的含金属的导电材料的成核(即种子)层。而且，本专利技术的含Co的衬垫提供上覆的含金属的导电材料到邻接电介质材料的足够粘附。为了在形成到电介质材料中的高深宽比接触开口之内对本专利技术的含Co的衬垫提供更好的阶梯覆盖，通过无电镀淀积工艺形成含Co的衬垫。概括地说，本专利技术提供一种半导体结构，它包括本专利技术的含Co的衬垫，布置在吸氧层与含金属的导电材料之间。在本专利技术的一些实施例中，在吸氧层与含Co的衬垫之间可选地布置扩散阻挡层。一般地说，本专利技术提供一种半导体结构，包括半导体衬底，其上设置有至少一个半导体器件，所述至少一个半导体器件包括至少一个硅化物接触区域；电介质材料，布置在所述半导体衬底和所述至少一个半导体器件的顶上，所述电介质材料具有接触开口，使各硅化物接触区域暴露；以及设置在所述接触开口之内的金属化层，包括吸氧层，布置在所述吸氧层顶上的含Co的衬垫，以及上覆的含金属的导电材料。在本专利技术的一些实施例中，在吸氧层与含Co的衬垫之间可选地布置扩散阻挡层。上述半导体结构还可以包括一个或多个互连级，布置在所述电介质材料的顶上，其中各所述互连级包括层间电介质，其中埋置有导电部件(线路、通孔或它们的组合)。互连级之内的埋置导电部件还可以包括上述本专利技术的金属化层。除提供上述半导体结构外，本专利技术还提供一种形成上述半导体结构的方法。概括地说，本专利技术的方法包括在吸氧层与含金属的导电材料之间淀积含Co的衬垫，其中通过无电镀淀积来淀积所述含Co的衬垫。在本专利技术的一些实施例中，在吸氧层与含Co的衬垫之间可选地布置扩散阻挡层。概括地说，本专利技术的方法包括提供半导体衬底，其上设置有至少一个半导体器件，所述至少一个半导体器件包括至少一个硅化物接触区域；在所述半导体衬底和所述至少一个半导体器件的顶上，形成电介质材料，所述电介质材料具有接触开口，使各硅化物接触区域暴露；在所述接触开口之内形成吸氧层；通过无电镀淀积在所述吸氧层上形成含Co的衬垫；以及用含金属的导电材料填充接触开口。在本专利技术的一些实施例中，在吸氧层与含Co的衬垫之间可选地布置扩散阻挡层。上述一般方法还可以包括在所述电介质材料的顶上形成一个或多个互连级，其中各所述互连级包括层间电介质，其中埋置有导电部件(线路、通孔或它们的组合)。按照本专利技术，在层间电介质之内埋置的导电部件可以包括本专利技术的金属化层。附图说明图1A至图1E是绘出本专利技术直至但不包括互连形成的基本处理步骤的图示(通过截面视图)。图2是绘出图1E的包括至少一个布置在其上的互连级的结构的图示(通过截面视图)。具体实施例方式现在将通过参考以下伴随本申请的描述和附图，更详细地描述本专利技术，它提供一种用于MOL应用的无电镀含Co的衬垫。注意，本专利技术的附图是为了说明目的而提供的，并且同样地，它们不是按比例绘制的。在以下描述中，提出大量特定细节，例如特定结构、元件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域技术人员将会理解，本专利技术可以在没有这些特定细节的情况下实施。换句话说，为了避免与使本专利技术混淆，并没有详细地描述公知的结构或处理步骤。如上所述，本专利技术提供MOL金属化层，其中含Co的衬垫取代了上述传统的TiN衬垫。“含Co”意指衬垫仅仅包括元素Co，或包括元素Co和P或B中的至少一个。可选地，还可以使用W。因而，本专利技术提供一种含Co的衬垫，它包括Co、CoP、CoWP、CoB或CoWB中的至少一个。注意，在从含氟金属前体进行CVD W或其他类似的含金属的导电材料的淀积期间，上述含Co的衬垫起氟阻挡层的作用。另外，本专利技术的含Co的衬垫用作上覆的含金属的导电材料的成核(即种子)层。而且，本专利技术的含Co的衬垫提供上覆的含金属的导电材料到邻接电介质材料的足够粘附。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括含Ｃｏ的衬垫，布置在吸氧层与含金属的导电材料之间。

【技术特征摘要】
US 2006-3-10 11/308,1861.一种半导体结构，包括含Co的衬垫，布置在吸氧层与含金属的导电材料之间。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述含Co的衬垫包括元素Co，或元素Co和P或B中的至少一个。3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述含Co的衬垫还包括W。4.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述含Co的衬垫包括CoP或CoWP中的至少一个。5.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述吸氧层包括Ti或W。6.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述含金属的导电材料包括导电金属、包括导电金属的合金、金属硅化物或它们的任意组合。7.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述吸氧层包括Ti，所述含Co的衬垫包括CoWP，并且所述含金属的导电材料包括Cu或含Cu的合金。8.一种半导体结构，包括半导体衬底，其上设置有至少一个半导体器件，所述至少一个半导体器件包括至少一个硅化物接触区域；电介质材料，布置在所述半导体衬底和所述至少一个半导体器件的顶上，所述电介质材料具有接触开口，使各硅化物接触区域暴露；以及设置在所述接触开口之内的金属化层，包括吸氧层、布置在所述吸氧层顶上的含Co的衬垫以及上覆的含金属的导电材料。9.根据权利要求8所述的半导体结构，其中所述含Co的衬垫包括Co，可选地包括P或B中的至少一个，并且还可选地包括W。10.根据权利要求8所述的半导体结构，其中所述含Co的衬垫包括CoP或CoWP中的至少一个。11.根据权利要求8所述的半导体结构，其中所述吸氧层包括Ti或W。12.根据权利要求8所述的半导体结构，其中所述含金属的导电材料包括导电金属，包括导电金属的合金，金属硅化物，或它们的任意组合。13.根据权利要求8所述的半导体结构，其中所述吸氧层包括Ti，所述含Co的衬垫包括CoWP，并且所述含金属的导电材料包括Cu或含Cu的合金。14.根据权利要求8所述的半导体结构，还包括布置在包括所述金属化层的所述电介质材料上的至少一个层间电介质，其中埋置有至少一个导电部件。15.根据权利要求8所述的半导体结构，其中所述至少一个半导体器件是场效应晶体管。16.根据权利要求8...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄洸汉，王允愈，HS怀尔德曼，CC帕克斯，杨智超，
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]