[發明專利]一種半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201010250698.4
• 申請日: 2010-08-11
• 公開（公告）號: CN102376686A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 王文武;趙超;韓鍇;馬雪麗;陳大鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L23/532
• 分類號: H01L23/532;H01L21/768
• 代理公司: 北京市立方律師事務所 11330
• 代理人: 馬佑平

技術領域

本發明通常涉及一種半導體器件及其制造方法，具體來說，涉及一種具有更高性能的碳納米管接觸塞的半導體器件及其制造方法。

背景技術

隨著集成電路制造技術進入到32納米及以下技術節點，CMOS工藝面臨著越來越多的挑戰，如柵漏電流、源漏寄生電阻、遷移率退化和短溝道效應(SCE)等。為解決上述問題，國際上主要的半導體公司和研發組織都開展了大量的研究，其中，接觸塞技術也是非常關注的研究課題。

傳統的接觸塞填充材料是W(鎢)，而隨著器件尺寸的不斷縮小，由于接觸塞橫截面積的減小及材料本身的電阻限制，接觸塞的電阻值急劇增大，這使得該部分的寄生電阻對CMOS器件產生明顯的退化影響。為了克服上述困難，一種可能的解決方案是采用Cu(銅)接觸技術，即采用Cu為填充材料。Cu接觸技術雖然解決了接觸電阻值高的問題，但另一方面卻帶來了可靠性問題，即由于Cu擴散問題造成的器件性能下降。隨著CMOS工藝的進一步發展，開發新的接觸塞材料及填充工藝成為延續CMOS器件按比例縮小的一個重要推動力。其中，金屬性的碳納米管(CNT)就是比較有前景的材料之一。CNT材料不僅有很好的抗電遷移(EM)特性，而且還具有非常好的電導性和熱傳到性，大電流通過后不會產生熱量。但是，對于CNT材料在集成電路中的應用還存在著一些挑戰性問題，如CNT與其下部基底間由于較差的黏著性而產生的接觸問題，納米量級金屬催化顆粒向基底擴散的問題和CNT材料間由于存在大量空隙而產生的電阻增高問題等。

因此，有必要提出一種具有更高性能的碳納米管接觸塞的半導體器件及其制造方法。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提供了一種半導體器件，所述器件包括：半導體襯底以及其上的柵極區；形成于所述柵極區兩側的半導體襯底內的源/漏區；形成于所述柵極區兩側襯底上的層間介質層；形成于層間介質層內的接觸孔以及形成于所述接觸孔內、源/漏區上的接觸塞，其中所述接觸塞包括催化金屬顆粒和其上的碳納米管；形成于接觸孔內壁與接觸塞之間的阻擋擴散層。

本發明還提供了一種形成上述半導體器件的方法，所述方法包括：A、提供半導體襯底以及在其上形成的柵極區；B、在所述柵極區兩側的襯底內形成源/漏區、在所述柵極區兩側的襯底上形成層間介質層，以及在所述源/漏區上的層間介質層內形成接觸孔；C、在所述接觸孔內壁上形成擴散阻擋層，以及在所述擴散阻擋層上形成接觸塞，其中所述接觸塞包括催化金屬顆粒和其上的碳納米管。

本發明還提供了另一種形成上述半導體器件的方法，所述方法包括：A、提供半導體襯底以及在其上形成的柵極區；B、在所述柵極區兩側的襯底內形成源/漏區、在所述柵極區兩側的襯底上形成層間介質層，以及在所述源/漏區上的層間介質層內形成第一接觸孔；C、在所述第一接觸孔內壁上形成擴散阻擋層以及在其上形成填滿所述第一接觸孔的阻擋塞；D、在所述器件上形成第二層間介質層，以及在所述第二層間介質層內、阻擋塞上形成接觸孔；E、在所述接觸孔內壁上形成擴散阻擋層，以及在所述擴散阻擋層上形成接觸塞，其中所述接觸塞包括催化金屬顆粒和其上的碳納米管。

通過采用本發明所述的器件，在源/漏區上形成包括納米級的催化金屬顆粒以及其上的碳納米管的接觸塞結構，并且在接觸塞與接觸孔的內壁間形成擴散阻擋層，這種結構不僅可以有效地減小MOS器件中的接觸塞電阻，增加接觸塞和下部材料的黏著性并達到增強其附著力的目的，同時，還能減少用于碳納米管生長的催化金屬納米顆粒向源漏極接觸區的擴散。

附圖說明

圖1-11示出了根據本發明的第一實施例的半導體器件各個制造階段的示意圖；

圖12-17示出了根據本發明第二實施例的半導體器件各個制造階段的示意圖。

具體實施方式

本發明通常涉及一種半導體器件及其制造方法。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此外，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結構可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。