專利名稱：隱埋數位線堆積及其制造方法
技術領域：
本發明的領域涉及半導體加工。特別地，一個實施方案涉及一種在半導體材料和金屬之間形成電偶聯(electrical coupling)的方法。具體地，一個實施方案涉及一種制造鎢-隱埋數位線堆積(WBDLstack)的方法。
背景技術：
半導體加工是一項通過結合若干工序以獲得可工作的器件的集成活動。其中，在更小的基底面積上集成更多的半導體器件以獲得具有更快的器件速度、更低的能耗、以及更好的器件便攜性等的加工方法被稱為小型化。為了實現小型化，必須經常研究新的加工方法。隱埋數位線(buried digit line，BDL)結構的出現使得動態隨機存儲器(DRAM)具有更小的外形。但是，金屬化的平均粒度(gs)的持續減小將導致沿基底的晶界形成晶粒。從而，小型化的同時也導致了持續高于理想值的電阻系數。
在后段制程(BEOL)加工中必須防止金屬燒結。在要求具有低電阻率的存儲器內實現位線連通的同時，通常也要求位線是耐熱的，以避免其在BEOL加工、老化試驗(burn-in testing)、以及現場應用中被侵蝕。因此，需要的是一種能夠克服現有技術的不足的導電結構。
發明概述本發明的實施方案克服了上述問題。本發明的一個實施方案涉及在基底上形成鎢-隱埋數位線(WBDL)堆積的方法。該方法包括在多晶硅突起(polysilicon plug)上形成貧硅金屬硅化物第一薄膜；然后，以氮氣反應性濺射富硅金屬硅化物靶，形成金屬氮硅化物第二薄膜；金屬氮硅化物第二薄膜被鎢第三薄膜所覆蓋。自對準金屬硅化(salicidation)方法使第一薄膜自對準于多晶硅突起。在一個實施方案中，所有上述的沉積過程均通過物理汽相沉積(PVD)完成。
在另一個實施方案中，實現了在基底上形成WBDL堆積的加工方法。該加工方法包括在多晶硅突起上形成貧硅金屬硅化物第一薄膜；然后，在第一薄膜上，通過以氮氣反應性濺射氮化鈦靶的方法形成氮化鈦第二薄膜；氮化鈦第二薄膜被鎢第三薄膜所覆蓋。自對準金屬硅化(salicidation)方法使第一薄膜自對準于多晶硅突起。
根據本發明的實施方案，在有源器件上形成隱埋數位線結構，從而獲得了更低的電阻率和更高的熱加工產率。
另一個實施方案涉及含有BDL結構的設備。該設備被封裝和實施于一個宿主設備中。在一個實施方案中，宿主設備包括存儲器模組。在另一個實施方案中，宿主設備包括含有處理器的計算機系統、存儲器系統、以及至少一個與宿主設備相連接的I/O設備。
附圖的簡要說明為了說明本發明的實施方案，以下結合附圖所示的特定的實施方案，對以上簡述的本發明作更詳細的說明。通過以下附圖，對本發明的附加特征和細節進行詳細說明和解釋，但需要注意的是，這些附圖只是本發明的典型實施方案的示意圖，并非按比例繪制，因此不應被認為是對本發明的范圍的限制。
圖1是根據一個實施方案，處于加工過程中的結構的截面；圖2A是根據一個實施方案，是從經進一步加工后的如圖1所示的結構上沿著線2-2所截取的截面；圖2B是如圖2A所示的結構經進一步加工后的截面；圖2C是從如圖2B所示的結構上、與圖2B平面正交地沿線2C-2C′所截取的截面；圖3A是具有與如圖2A所示結構相似的特征的另一個實施方案的截面；圖3B是如圖3A所示的結構經進一步加工后的截面；圖3C是從如圖3B所示的結構上、與圖3B平面正交地沿線3C-3C′所截取的截面；圖4是根據一個實施方案的加工方法流程圖；圖5是根據一個實施方案的晶圓或含有半導體芯片的基底的俯視圖；圖6是根據一個實施方案的電路模組的框圖；圖7是根據一個實施方案的存儲器模組的框圖；圖8是根據本發明的另一個實施方案的電子系統的框圖；圖9是根據一個實施方案的存儲器系統的框圖。
圖10是根據一個實施方案的計算機系統的框圖。
發明詳述在以下的詳細說明中，參考了構成本發明的一部分、并示出了實現本發明的實施方案的具體方式的附圖。在附圖中，不同視圖中的相同數字標記表示基本相似的組元。對實施方案的說明是充分詳細的，以使本領域的普通技術人員能夠實施本發明的各種實施方案。本發明還可以有其它的實施方案，并可以作結構的、邏輯的、以及電氣的變更而不偏離各實施方案的范圍。以下說明中，術語“晶圓”和“基底”包括具有暴露的表面、并在該表面上形成集成電路(IC)結構的任何結構。
術語“基底”包括半導體晶圓。術語“基底”還用來指代處于加工中的半導體結構，并包括在其上構成的其它的層。“晶圓”和“基底”均包括摻雜的和未摻雜的半導體、在半導體或絕緣體基板上形成的半導體外延層、以及為本領域普通技術人員所熟知的其它結構。術語“導體”包括半導體，術語“絕緣體”或“電介質(dielectric)”被定義為包括導電性弱于導體的任何材料。
在本申請中，術語“水平面”被定義為平行于晶圓或基底的常規平面或表面的平面，而與晶圓或基底的方位無關。術語“垂直”是指垂直于上述定義的水平面的方向。各種介詞，例如“在...之上(on)”、“在...之側(side)”(例如“側壁”)、“高于(higher)”、“低于(lower)”、“在...之上(over)”、以及“在...之下(under)”等，均指關于晶圓或基底的頂面的常規平面或表面的位置，而與晶圓或基底的方位無關。因此，以下的詳細說明并非限制性的，本發明的范圍以及權利要求的等價物的完整范圍由且僅由權利要求所定義。
圖1所示為處于本發明的一個實施方案的加工過程中的結構100的截面。雖然圖1所示結構100是存儲器單元的前體，但其實施方案同樣適用于其它半導體設備。基底110包括活性區(未示出)以及在基底110之上的多個柵堆積112。各柵堆積112被作為連接容性的存儲單元(未示出)的導電接觸墊114(landing pad 114)所隔開。第一電介質116被沉積并被蝕回至第一上層表面118，隨后第二電介質120被沉積并被蝕回至第二上層表面122。在一個實施方案中，第一電介質116是硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)，第二電介質120是分解的原硅酸四乙酯(TEOS)。另外，還可以根據加工流程的需要使用其它的電介質材料。在一個實施方案中，第一電介質116和第二電介質120是通過沉積和像化學機械拋光(CMP)這樣的蝕回工藝而形成的單一結構。
在兩個柵堆積112之間，通過刻蝕至基底110的硅表面，以及蝕回至第二上層表面122的方法，形成導電突起124。在一個實施方案中，導電突起124由填充于電介質層當中的接觸通道中的多晶硅(以下稱為多晶硅突起124)制備。通過這一加工方法，就將導電的接觸墊114與多晶硅突起124隔離開了。經過未在此闡述的進一步加工處理后，與導電的接觸墊114相連接的通道位于圖平面的前面或后面。換句話說，圖1所示是沿一斜線所取的截面圖，這樣從沿著直線陣列(圖中未示出)的角度觀察，導電的接觸墊114就包括在多晶硅突起124前面的一個和在多晶硅突起124后面的一個。
圖2A～2C所示為第一常規實施方案。圖2A是根據一個實施方案從經進一步加工后的如圖1所示的結構100上沿著線2-2所截取的截面。多晶硅突起224在第一電介質216以及第二電介質220之間。通過物理汽相沉積(PVD)，在多晶硅突起124之上以及第一電介質216和第二電介質220之上，形成難熔金屬硅化物第一薄膜226。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226是由金屬硅化物靶形成的。在一個實施方案中，難熔金屬選自鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、或它們的組合。在一個實施方案中，難熔金屬選自釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、或它們的組合。在一個實施方案中，難熔金屬選自鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、或它們的組合。在一個實施方案中，難熔金屬選自鈷(Co)、銠(Rh)、銥(Ir)、或它們的組合。在一個實施方案中，難熔金屬選自鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、或它們的組合。
在一個實施方案中，通過難熔金屬硅化物靶產生所用的難熔金屬，并形成難熔金屬第一薄膜226。根據該實施方案，難熔金屬硅化物第一薄膜226包括通過PVD形成的難熔金屬硅化物的固溶體，其化學式為MSix，其中M為難熔金屬，且0＜x≤3。
在另一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226是通過濺射貧硅難熔金屬硅化物靶形成的，從而PVD方法產生化學式為約MSi0.6難熔金屬硅化物第一薄膜226。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226的化學式為約TaSi0.6。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226的化學式為約MSi0.6，其中M是TaTi，并且Ta的含量為約20％～約99％。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226的化學式為約WSi0.6。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226的化學式為約MSi0.6，其中M是WTi，并且W的含量為約20％～約99％。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226的化學式為約MoSi0.6。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226的化學式為約MSi0.6，其中M是MoTi，并且Mo的含量為約20％～約99％。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226的化學式為約HfSi0.6。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜226的化學式為約MSi0.6，其中M是HfTi，并且Hf的含量為約20％～約99％。以上實施方案雖然明確提出了具體的組合，但其它組合還包括TaW、TaWTi、TaMo、TaMoTi、TaHf、TaHfTi、WMo、WMoTi、WHf、WHfTi、MoTi、MoHf、以及MoHfTi。在二元組合中，第一種元素的含量為約20％～約99％。在三元組合中，第一種元素的含量為約20％～約90％，第二種元素的含量為約10％～約80％，第三種元素的含量為約0％～約70％。
根據一個實施方案，在通過PVD形成難熔金屬硅化物第一薄膜226后，形成無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜228。在一個實施方案中，無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜228是通過PVD形成的。在一個實施方案中，PVD工藝所使用的設備與形成難熔金屬硅化物第一薄膜226所用的設備相同。在另一個實施方案中，無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜228是通過CVD工藝形成的。在又一個實施方案中，無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜228是通過原子層沉積(atomiclayer deposition，ALD)工藝形成的。難熔金屬氮硅化物第二薄膜228是金屬和硅以及氮的固溶體，或者是金屬硅化物和氮化硅的復合物。其中氮的含量的范圍是從現有技術所知的摻雜量到化學計量比值。無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的含氮比可以通過反應性濺射工藝中的用氮量來控制。
用于制造無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的濺射靶的化學式為MSix，其中M為難熔金屬，且0＜x≤3。在一個實施方案中，所用的靶是富硅的，其化學式為約MSi2.2。濺射是在有氮的條件下反應性地完成的，從而化學式為MSix的難熔金屬氮硅化物靶生成化學式為約MNySix的無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜228，其中M為難熔金屬，且0＜x≤3，且0＜y≤1。在此雖然并未提出具體的理論，但公知的是，在已知的濺射條件下，氮的存在可以導致無定形的第二薄膜228的形成。
用于形成難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的難熔金屬是如以上列出的用于形成難熔金屬第一薄膜226的各實施方案的難熔金屬。在一個實施方案中，難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的化學式為約TaSi2-xNx，N的范圍為約0.001～約1。在另一個實施方案中，難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的化學式為約WSi2-xNx，N的范圍為約0.001～約1。在另一個實施方案中，難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的化學式為約MoSi2-xNx，N的范圍為約0.001～約1。在另一個實施方案中，難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的化學式為約HfSi2-xNx，N的范圍為約0.001～約1。
在難熔金屬氮硅化物第二薄膜228形成之后，形成難熔金屬第三薄膜230。在一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜230是通過如濺射難熔金屬靶這種PVD方法形成的。
在一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜230的尺寸分別厚于第一薄膜226以及第二薄膜228，因此其被作為存儲器設備中構成BDL的主要結構。如上所述，該實施方案可使用各種不同的金屬，例如以上所列出的分別用于形成第一薄膜226和第二薄膜228的難熔金屬。在一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜230是通過濺射W靶形成的。在另一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜230是通過濺射Ta靶形成的。在另一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜230是通過濺射Ti靶形成的。其它可用于本工藝的靶材料包括TaW、TaWTi、TaMo、TaMoTi、TaHf、TaHfTi、WTi、WMo、WMoTi、WHf、WHfTi、Mo、MoTi、MoHf、MoHfTi、以及HfTi。在二元組合中，第一種元素的含量為約20％～約99％。在三元組合中，第一種元素的含量為約20％～約90％，第二種元素的含量為約10％～約80％，第三種元素的含量為約0％～約70％。
難熔金屬第三薄膜230的平均粒度232的范圍為是從多晶硅突起224的特征尺寸234的約十分之一至大于該特征尺寸234。如圖2A所示的平均粒度232，其尺寸，形狀，以及位置(在多晶硅突起224之上居中)也是為了說明的方便而隨意確定的。其它的平均粒度，形狀，以及位置可根據在此所述的不同工藝條件或現有技術所熟知的方式來確定。
多晶硅突起224的特征尺寸234受工藝的光刻精度的限制。在一個實施方案中，特征尺寸234是一系列光刻設計規則中的一個關鍵尺寸。通過進一步的說明，根據設計規則，特征尺寸可以是如圖2A所示的結構的量度的一部分。在本實施方案中，最小特征可以是容納多晶硅突起234的接觸通道的直徑。例如，光刻工藝流程的最小幾何特征可以是以下數值之一0.25微米，0.18微米，0.15微米，0.13微米，和0.11微米。公知的是，各種量度，例如0.13微米光刻幾何尺寸，在一個企業單位的尺度可能不同于另一個企業單位的尺度。因此，這樣的量度雖然被定量地命名，但可能隨企業單位的不同而有差別。本發明同樣適用于將來可能達到的其它最小特征。
在另一個實施方案中，第一薄膜226，第二薄膜228，以及第三薄膜230的形成是使用同一套PVD設備完成的。本實施方案的有益效果之一是產量高，因為不同的靶均放置于設備內部或設備附近，并在適當時移入同一設備中的多個室內。通過這一方法，對于一個三重PVD工藝，只需對同一套PVD設備準備一次。
圖2B所示為如圖2A所示的結構經進一步加工后的截面。多晶硅突起224的一部分和難熔金屬硅化物第一薄膜226形成自對準金屬硅化物結構236。自對準金屬硅化過程是在低于難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的熔點、并且低于難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的脫氮溫度的溫度下完成的。
在一個實施方案中，應用了快速熱處理工藝(RTP)。在一個實施方案中，在從約750℃至約850℃的溫度范圍內完成第一次加熱。在另一個實施方案中，在從約750℃至約850℃的溫度范圍內完成第一次加熱后，在從約920℃至約980℃的溫度范圍內完成第二次加熱。無論如何，第一次加熱的工藝溫度應該足夠高，以使多晶硅突起224和難熔金屬硅化物第一薄膜226之間發生自對準金屬硅化過程；但同時也應該足夠低，以防止大量的氮遷移進入自對準金屬硅化物結構236的內部。在消耗熱預算的通常被稱為BEOL處理的后續步驟當中，由于進入自對準金屬硅化物結構236內部的氮遷移，無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜228被充分地脫氮。所謂“充分地脫氮”，是指約15％或更多的氮從無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜228遷移出來。在一個實施方案中，難熔金屬氮硅化物第二薄膜228的熔點高于約900℃。
圖2C是從如圖2B所示的結構上、與圖2B平面正交地沿線2C-2C′所截取的截面。需要注意的是，由于視圖與X軸是正交的，X軸未在圖2C中示出。經進一步加工，形成了電介質覆蓋層238(以下通過無限制性的例舉方式稱為“氮化物覆蓋層238”)。在一個實施方案中，如圖2B所示，氮化物覆蓋層238是在自對準金屬硅化物結構236的生長之前形成的。在另一個實施方案中，CVD氮化物覆蓋層238是在自對準金屬硅化物結構236的生長的過程中形成的。在又一個實施方案中，氮化物覆蓋層238是在自對準金屬硅化物結構236的生長之后形成的。
如圖2C所示，隱埋數位線結構隨著位線間隔物240的形成而完成。在一個實施方案中，可以用在一組隱埋數位線(BDL)上整體覆蓋的電介質沉積層(未示出)來替代位線間隔物240。BDL包括用于形成自對準金屬硅化物第一薄膜的自對準金屬硅化物結構236。除其它結構以外，BDL還包括難熔金屬氮硅化物第二薄膜228(雖然如所述的那樣其可能被充分地脫氮)以及難熔金屬第三薄膜230。
BDL結構可以以各種薄膜厚度制造。表1列舉了實施例1～4用于說明各種不同薄膜厚度的實施方案。
表1 WBDL結構 單位埃
*第二薄膜包括未遷移入第一薄膜的殘留的N。
**被自對準金屬硅化的。包括自第二薄膜遷移進來的N。
WBDL第三薄膜230的電阻率的測量值的范圍為約2.5Ω/sq至約25Ω/sq。表1所列舉的WBDL第三薄膜230的平均粒度的范圍為約20nm至約500nm。在另一個實施方案中，該平均粒度的范圍為約30nm至約150nm。根據不同的工藝，顯然難熔金屬第三層230的電阻率在約0.1Ω/sq至約1000Ω/sq的范圍內。
圖3A～3C所示為第二常規實施方案。圖3A是具有一些與圖2A所示結構相似的特征的另一個實施方案，并可被視為是從圖1沿著線2-2所截取的結構。多晶硅突起324位于第一電介質316和第二電介質層320中間。在多晶硅突起324以及第二電介質320之上，通過物理汽相沉積(PVD)形成難熔金屬氮化物第一薄膜326。在一個實施方案中，難熔金屬選自Ti、Zr、Hf、或它們的組合。在一個實施方案中，難熔金屬選自V、Nb、Ta、或它們的組合。在一個實施方案中，難熔金屬選自Cr、Mo、W、或它們的組合。在一個實施方案中，難熔金屬選自Co、Rh、Ir、或它們的組合。在一個實施方案中，難熔金屬選自Ni、Pd、Pt、或它們的組合。
在一個實施方案中，通過難熔金屬硅化物靶產生所用的難熔金屬，以形成難熔金屬第一薄膜326。根據該實施方案，難熔金屬硅化物第一薄膜326包括形成難熔金屬硅化物固溶體，其化學式為MSix，其中M為難熔金屬，0＜x≤3。
在另一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜326是通過濺射貧硅難熔金屬硅化物靶形成的，從而PVD方法產生化學式為約MSi0.6的難熔金屬硅化物第一薄膜326。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜326的化學式為約TaSi0.6。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜326的化學式為約MSi0.6，其中M是TaTi，并Ta的含量為約20％～約99％。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜326的化學式為約WSi0.6。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜326的化學式為約MSi0.6，其中M是WTi，并且W的含量為約20％～約99％。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜326的化學式為約MoSi0.6。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜326的化學式為約MSi0.6，其中M是MoTi，并且Mo的含量為約20％～約99％。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜328的化學式為約HfSi0.6。在一個實施方案中，難熔金屬硅化物第一薄膜328的化學式為約MSi0.6，其中M是HfTi，并且Hf的含量為約20％～約99％。以上實施方案雖然明確提出了具體的組合，但其它組合還包括TaW、TaWTi、TaMo、TaMoTi、TaHf、TaHfTi、WTi、WMo、WMoTi、WHf、WHfTi、MoHf、以及MoHfTi。在二元組合中，第一種元素的含量為約20％～約99％。在三元組合中，第一種元素的含量為約20％～約90％，第二種元素的含量為約10％～約80％，第三種元素的含量為約0％～約70％。
根據一個實施方案，在通過PVD形成難熔金屬硅化物第一薄膜326后，形成氮化鈦第二薄膜328。氮化鈦第二薄膜328是鈦和氮的化合物。其中氮的含量的范圍是從摻雜量到化學計量值甚至超過化學計量值。在一個實施方案中，無定形的氮化鈦第二薄膜328是使用與形成難熔金屬硅化物第一薄膜326所用的設備相同的設備通過PVD形成的。在另一個實施方案中，氮化鈦第二薄膜328是通過CVD工藝形成的。在又一個實施方案中，氮化鈦第二薄膜328是通ALD工藝形成的。
雖然在此提及了“氮化鈦”，但說明書以及權利要求書的意圖是，還包括除鈦以外或者替代鈦的其它難熔金屬。用于形成難熔金屬氮化物第二薄膜328的難熔金屬是如以上提及的用于形成各種實施方案的難熔金屬硅化物第一薄膜326的難熔金屬。氮化鈦第二薄膜328的一個特性是可以在以下所述的形成自對準金屬硅化物結構的加工溫度下保持所含的氮。氮化鈦第二薄膜328的另一個特性是可在BEOL熱處理中及處理后釋放出部分所含的氮。
在形成氮化鈦第二薄膜328之后，形成難熔金屬第三薄膜330。在一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜330是通過如濺射難熔金屬靶這種PVD方法形成的。在另一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜330是通過CVD方法形成的。在又一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜330是通ALD方法形成的。在一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜330是CVD鎢薄膜。
在一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜330的尺寸分別厚于第一薄膜326以及第二薄膜328，因此其被作為存儲器設備中構成BDL的主要結構。如上所述，本實施方案可使用各種不同的金屬，例如以上所列出的分別用于形成第一薄膜326和第二薄膜328的難熔金屬前體。
在一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜330是通過濺射W靶形成的。在另一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜330是通過濺射Ta靶形成的。在另一個實施方案中，難熔金屬第三薄膜330是通過濺射Ti靶形成的。其它可用于本工藝的靶材料包括TaW，TaWTi，TaMo，TaMoTi，TaHf，TaHfTi，WTi，WMo，WMoTi，WHf，WHfTi，Mo，MoTi，MoHf，MoHfTi，以及HfTi。在二元組合中，第一種元素的含量為約20％～約99％。在三元組合中，第一種元素的含量為約20％～約90％，第二種元素的含量為約10％～約80％，第三種元素的含量為約0％～約70％。
難熔金屬第三薄膜330的平均粒度332的范圍是從多晶硅突起324的特征尺寸334的約十分之一至大于該特征尺寸334。如圖3A所示的平均粒度332，其尺寸、形狀、以及位置(在多晶硅突起324之上居中)也是為了說明的方便而隨意確定的。其它的平均粒度、形狀、以及位置可根據在此所述的不同工藝條件或為現有技術所熟知的方式來確定。
特征尺寸334受工藝的光刻精度的限制。例如但并不限于此，特征尺寸的最小幾何特征可以是以下數值之一0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、和0.11微米。
圖3B所示為如圖3A所示的結構經進一步加工后的的截面。多晶硅突起324的一部分和難熔金屬硅化物第一薄膜326生成自對準金屬硅化物結構336。自對準金屬硅化過程是在低于氮化鈦第二薄膜328的熔點，并且低于氮化鈦第二薄膜328的脫氮溫度的溫度下完成的。在一個實施方案中，在從約750℃至約850℃的溫度范圍內完成第一次加熱。在另一個實施方案中，在從約750℃至約850℃的溫度范圍內完成第一次加熱后，在從約920℃至約980℃的溫度范圍內完成第二次加熱。無論如何，第一次加熱的溫度應該足夠高，以使多晶硅突起324和難熔金屬硅化物第一薄膜326之間發生自對準金屬硅化過程；但同時也應該足夠低，以防止大量的氮遷移進入自對準金屬硅化物結構336的內部。在一個實施方案中，氮化鈦第二薄膜328的熔點高于約1100℃。
圖3C是從如圖3B所示的結構上、與圖3B平面正交地沿線3C-3C′所截取的截面。經進一步加工，形成氮化物覆蓋層338。在一個實施方案中，氮化物覆蓋層338是在自對準金屬硅化物結構336的生長之前形成的。在另一個實施方案中，氮化物覆蓋層338是在自對準金屬硅化物結構336的生長的過程中形成的。在又一個實施方案中，氮化物覆蓋層338是在自對準金屬硅化物結構336的生長之后形成的。如圖3C所示，BDL結構隨著位線間隔物340的形成而完成。在一個實施方案中，可以用整體覆蓋一組BDL的電介質沉積層(未示出)來替代位線間隔物340。BDL包括用于形成自對準金屬硅化物第一薄膜的自對準金屬硅化物結構336。除其它結構以外，BDL還包括氮化鈦第二薄膜328(雖然如所述的那樣其可能被充分地脫氮)以及難熔金屬第三薄膜330。
BDL結構可以以各種薄膜厚度制造。表2列舉了實施例5～8用于說明各種不同薄膜厚度的實施方案。
表2 WBDL結構 單位埃
*被自對準金屬硅化的。包括自第二薄膜遷移進來的N。
WBDL的第三薄膜330的電阻率的測量值的范圍為約2Ω/sq至約20Ω/sq。表2所列舉的WBDL第三薄膜330的平均粒度的范圍為約20nm至約500nm。在另一個實施方案中，該平均粒度的范圍為約30nm至約250nm。根據不同的工藝，顯然難熔金屬第三薄膜330的電阻率在約0.1Ω/sq至約1000Ω/sq的范圍內。
圖4所示為根據一個實施方案的工藝流程圖400。圖2A～2C和圖3A～3C所涉及的實施方案就是根據該工藝流程圖而定的。在410階段，在基底的活性區之上形成金屬硅化物第一薄膜。在一個實施方案中，活性區通過多晶硅突起或其它導電體與第一薄膜相聯結。
在420階段，在第一薄膜之上形成難熔金屬化合物阻擋第二薄膜。由于氮在自對準金屬硅化物結構生長過程中被保持，難熔金屬化合物阻擋第二薄膜是穩定的。在430階段，在難熔金屬化合物第二薄膜之上形成大粒度的金屬第三薄膜。所謂大粒度是與結構中的特征尺寸相比的量化結果。在一個實施方案中，加工過程在430階段完成。
在440階段，也可以對第一薄膜和多晶硅突起進行自對準金屬硅化而任選擴展該方法。根據這一實施方案，加工流程在440階段完成。
圖5～10示出了其它的實施方案。在各種實施方案中所獲得的方法和結構可以創造性地應用于各種設備和裝置之中。通過在此公開的方法的實施方案或包括一個或多個結構的實施方案的實施方案，可以制造出特定的系統。例如，根據一個實施方案，芯片封裝可以含有BDL結構。在另一實施例中，BDL結構被用于某種非存儲器應用中的電氣聯結，例如用于靈敏放大器中的連線，或基底上有源器件間的通路。在一個實施方案中，包括一組BDL，例如使用BDL的一排靈敏放大器。在另一個實施方案中，BDL是如DRAM陣列這樣的二維陣列的一部分。在另一個實施方案中，BDL結構是包括包含于芯片封裝中的半導體基底的電氣設備的一部分，所述芯片封裝則是存儲器模組的一部分或芯片組的一部分。在另一個實施方案中，所述存儲器模組是插入于如母板或數字計算機等的主機中的DRAM模組的一部分。在另一個實施方案中，制造了包括BDL結構的特定系統。例如，芯片封裝可以包含例如在此公開的一種基底。在另一個實施方案中，BDL結構是包括包含于芯片封裝中的半導體基底的電氣設備的一部分，所述芯片封裝則是存儲器模組的一部分或芯片組的一部分。在另一個實施方案中，所述存儲器模組是插在例如母板或數字計算機等的主機中的動態隨機存儲器模組的一部分。在另一個實施方案中，BDL結構是電子系統的一部分。在另一個實施方案中，BDL結構被制成浮柵。在另一個實施方案中，BDL結構被制成作為快閃存儲設備的一部分的浮柵，所述快閃存儲設備則是例如電氣設備的基本輸入輸出系統(BIOS)的芯片組的一部分。
圖5是根據一個實施方案的晶圓500或含有半導體芯片的基底的俯視圖。根據圖5，可以用含有至少一種如圖2A～2C以及圖3A～3C所示的BDL結構的硅晶圓500制造半導體芯片510。芯片510是在如含有執行特定功能的電路的基底110(圖1)這樣的基底上的獨立的圖樣，通常是矩形。半導體晶圓500通常含有具有相同功能的芯片510的重復的圖樣。進而，芯片510還可以含有附加的電路，以擴展為復雜的設備，例如多功能的單片處理器。芯片510通常被封裝在保護性的外殼(未示出)中，并有引線引出(未示出)，用于提供對芯片510的電路的單向或雙向通信以及控制等的訪問。在一個實施方案中，芯片510被裝于例如芯片級封裝(CSP)等芯片封裝這樣的宿主中。
圖6是根據一個實施方案的電路模組600的框圖。如圖6所示，兩個或更多的芯片510，其中至少有一個含有至少一個根據各種實施方案的如圖2A～2C以及圖3A～3C所示的BDL結構，帶有或不帶有保護性外殼，被組合并裝入例如電路模組600等宿主中，以增強或擴展單個芯片510的功能。電路模組600可以是具有各種不同功能的芯片510的組合，也可以是具有相同功能的芯片510的組合。電路模組600的實例包括存儲器模組、設備驅動器、功率模組、通信調制解調器、處理器模組、和專用模組以及多層、多芯片模組。電路模組600可以是例如鐘表、電視機、蜂窩電話、個人計算機、汽車、工業控制系統、飛行器、手持設備等各種電子系統的組成部分。電路模組600具有各種引線610引出，以提供單向或雙向通信以及控制。在另一個實施方案中，電路模組600包括如圖1所示的結構，作為將被制成存儲設備的雙單元前體。
圖7是根據一個實施方案的存儲器模組700的框圖。圖7示出了作為含有如圖2A～2C以及圖3A～3C所示的BDL結構的實施方案或如圖1所示的雙單元存儲設備前體(經現有技術已知的進一步加工，未示出)的存儲器模組700的電路模組的一個實施方案。存儲器模組700是通常描述為單直列存儲器模組(SIMM)或雙直列存儲器模組(DIMM)的宿主。SIMM或DIMM通常是含有一組存儲器設備的印刷電路板(PCB)或其它載體。SIMM只有一組直列的觸點或引線，而DIMM則在載體的兩側各有一組引線，每組表示不同的I/O信號。存儲器模組700含有安裝于載體715之上的多個存儲器設備710，其數量取決于預定的總線寬度以及幾偶校驗的要求。存儲器模組700可以在載體715的兩個側面含有存儲器設備710。存儲器模組700通過指令鏈路(commandlink)720接受來自于外部控制器(未示出)的命令，并通過數據鏈路(data link)730提供數據輸入和數據輸出。指令鏈路720和數據鏈路730與從載體715引出的引線740相連接。引線740是為了概念性的目的而示出的，因此并不限于如圖7所示的位置。
圖8是根據本發明的另一個實施方案的電子系統800的框圖。圖8示出了另一種宿主形式，例如含有一個或多個上述含有至少一種BDL結構的電路模組600的電子系統800。電子系統800通常含有用戶接口810。用戶接口810為電子系統800的用戶提供了某種控制和觀測電子系統800的結果的手段。用戶接口810的實例包括用于個人計算機的鍵盤、指向設備、監視器和打印機；用于收音機的調諧器、顯示器以及揚聲器；汽車油門上的點火開關；自動柜員機上的讀卡器、鍵盤、顯示器及現金分配器等。用戶接口810還可以是提供給電子系統800的訪問端口。訪問端口被用來將電子系統與前面例舉的更具體的用戶接口元件相連接。電路模組600中的一個或多個可以是處理器，以提供某種形式的、對用戶接口810的輸入和輸出的操作、控制或指令，或某種預編程于或以其它形式提供給電子系統800的其它信息。從以上列舉的實例可以看出，除了電路模組600和用戶接口810之外，電子系統800還經常含有某些機械元件(未示出)。還可以將電子系統800中的一個或多個電路模組600用單一的集成電路替換。此外，電子系統800可以是更大的電子系統的組成部分。
圖9是根據一個實施方案的存儲器系統900的框圖。圖9在系統層次上示出了電氣設備的一個實施方案。存儲器系統900是一個更高層次的宿主，它包括含有至少一種根據各種實施方案的隱埋數位線結構的一個或多個存儲器設備710，以及可以含有與本文所述的隱埋數位線結構連接的電路的存儲器控制器910。存儲器控制器910提供并控制了位于存儲器系統900與外部系統總線920間的雙向接口。存儲器系統900以外部系統總線接受命令信號并將其傳遞給一個或多個位于指令鏈路930上的存儲器設備710。存儲器系統900通過數據鏈路940為一個或多個存儲器設備710與外部系統總線920之間提供數據輸入和數據輸出。
圖10是根據一個實施方案的計算機系統1000的框圖。圖10示出了作為計算機系統1000的電子系統的另一個實施方案。計算機系統1000包括安裝于計算機單元1015內的處理器1010和存儲器系統900。計算機系統1000僅是一個電子系統含有另一個電子系統，即存儲器系統900，作為其組成部分的一個例子。計算機系統1000可以含有與處理器1010和存儲器系統900相聯結的輸入輸出(I/O)電路1020。計算機系統1000可以任意地含有與I/O電路1020相聯結的用戶接口元件。根據本發明，多個BDL結構可以與I/O電路1020的多個I/O觸墊或針腳之一相聯結。I/O電路1020則可以聯結監視器1040、打印機1050、大容量存儲設備1060、鍵盤1070以及指向設備1080。其它經常與計算機系統1000相連接的設備還包括調制解調器、設備驅動卡、附加的存儲設備等。還可以進一步地將計算機系統1000的處理器1010、存儲器系統900、I/O電路1020以及部分分立結構或數據存儲設備合并在單一的集成電路中。這樣的單獨封裝的處理單元可以減少處理器1010和存儲器系統1000之間的通信時間。
結論以上公開了一種包括用于隱埋數位線的三層薄膜的結構。BDL結構包括根據改進的電阻率的要求而達到更低電阻率的大粒度金屬薄膜。BDL結構可在單一的PVD設備內制造，因此只需要不超過一次的設備準備。根據該結構本身，氮遷移被延遲，因此自對準金屬硅化物薄膜生長時沒有大量的氮侵入。
權利要求
1.一種方法，其包括通過物理汽相沉積(PVD)在導電突起上形成難熔金屬硅化物第一薄膜；在所述難熔金屬硅化物第一薄膜上形成難熔金屬氮硅化物第二薄膜；以及通過PVD在所述難熔金屬氮硅化物第二薄膜上形成難熔金屬第三薄膜。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述導電突起包括一個特征尺寸，并且其中通過PVD形成難熔金屬第三薄膜是在導致平均粒度的條件下進行的，其中所述平均粒度大于所述導電突起的特征尺寸。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述導電突起包括一個特征尺寸W，并且其中所述難熔金屬第三薄膜的形成是在導致平均粒度gs的條件下進行的，并且其中0.1W≤gs‾≤10W.]]>
4.如權利要求1所述的方法，其中通過PVD在導電突起上形成難熔金屬硅化物第一薄膜包括形成熔點高于約900℃的難熔金屬硅化物第一薄膜。
5.如權利要求1所述的方法，其中通過PVD形成難熔金屬硅化物第一薄膜包括形成難熔金屬硅化物第一薄膜，其中所述硅化物是MSix，其中M為所述難熔金屬，且其中0＜x≤3。
6.如權利要求1所述的方法，其中形成無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜包括由難熔金屬硅化物靶通過反應性PVD形成；并且其中所述無定形的金屬氮硅化物第二薄膜是MNySix，其中M為所述難熔金屬，且0＜x≤3，且0＜y≤1。
7.如權利要求1所述的方法，其中形成無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜包括在氮氣存在下濺射難熔金屬硅化物靶；所述難熔金屬硅化物靶包括組合物MSix，其中M選自Ta、TaW、TaWTi、TaMo、TaMoTi、TaHf、TaHfTi、W、WTi、WMoTi、WHf、WHfTi、Mo、MoTi、MoHf、MoHfTi、和HfTi、及其組合，且其中0＜x≤3。
8.如權利要求1～7之一所述的方法，其中該方法還包括由所述難熔金屬硅化物第一薄膜和所述導電突起形成自對準金屬硅化物結構。
9.如權利要求1～8之一所述的方法，其中該方法還包括在形成自對準金屬硅化物結構的條件下快速熱處理所述難熔金屬硅化物第一薄膜和所述導電突起；熱處理所述無定形的難熔金屬氮硅化物第二薄膜，以充分地阻止氮遷移。
10.如權利要求1～9之一所述的方法，其中所述第一薄膜、第二薄膜和第三薄膜的形成是在單一設備內完成的。
11.一種具有隱埋數位線結構的半導體存儲設備，其包括與基底相聯結的導電突起，其中所述導電突起包括特征尺寸；所述導電突起上的自對準金屬硅化物第一薄膜；所述自對準金屬硅化物第一薄膜上的難熔金屬氮化物第二薄膜，其中所述難熔金屬氮化物第二薄膜包括難熔金屬氮硅化物和氮化鈦中的一種；以及所述難熔金屬氮化物第二薄膜上的難熔金屬第三薄膜，其中所述難熔金屬第三薄膜包括在所述導電突起的特征尺寸的約1/10到大于導電突起的特征尺寸的范圍內的平均粒度。
12.如權利要求11所述的設備，其中所述導電突起的特征尺寸在約0.25微米到約0.11微米的幾何范圍內。
13.如權利要求11～12之一所述的設備，其中自對準金屬硅化物第一薄膜的厚度為約30埃至約300埃，其中所述難熔金屬氮化物第二薄膜的厚度為約50埃至約500埃，并且其中所述難熔金屬第三薄膜的厚度為約30埃至約3000埃。
14.如權利要求11所述的設備，其中自對準金屬硅化物第一薄膜的厚度為約130埃，其中所述難熔金屬氮化物第二薄膜的厚度為約100埃，并且其中所述難熔金屬第三薄膜的厚度為約350埃。
15.如權利要求11～14之一所述的設備，其中所述自對準金屬硅化物第一薄膜是MSix，其中M選自Ta、W、Mo、Hf、Ti、TaTix、WTix、MoTix、HfTix、TaWx、TayWzTix、TaxMo、TayMozTix、TaxHf、TayHfzTix、WxTi、WxMo、WyMozTix、WxHf、WyHfzTix、MoxHf和MoyHfzTix，其中0.001≤x≤0.99，其中0.2≤y≤0.9，并且其中0.1≤z≤0.8。
16.如權利要求11～15之一所述的隱埋數位線結構，其中所述難熔金屬氮化物第二薄膜包括自對準金屬硅化物并選自TaNpSiq、WNpSiq、MoNpSiq、HfNpSiq和其組合，其中0＜q≤2.5，并且其中0＜p≤1。
17.如權利要求11～14之一所述的隱埋內埋位線結構，其中所述自對準金屬硅化物第一薄膜選自TaSi2、WSi2、MoSi2、HfSi2和其組合；其中所述難熔金屬氮化物第二薄膜包括自對準金屬硅化物并選自TaNySix、WNySix、MoNySix、HfNySix和其組合，其中0＜x≤2.5，并且其中0＜y≤1。
18.如權利要求11～17之一所述的隱埋數位線結構，其中所述難熔金屬第三薄膜的電阻率為約0.1Ω/sq至約1000Ω/sq。
全文摘要
本發明公開了一種制造隱埋數位線堆積的方法。該方法包括在多晶硅突起(224)上形成貧硅金屬硅化物第一薄膜(226)，隨后形成硅化物阻擋第二薄膜(228)。該硅化物阻擋第二薄膜被難熔金屬第三薄膜(232)所覆蓋。經過一個自對準金屬硅化加工步驟，第一薄膜自對準于多晶硅突起。在一個具體實施方案中，所有的上述沉積過程均通過物理汽相沉積(PVD)完成。
文檔編號H01L21/3205GK1675767SQ03818757
公開日2005年9月28日 申請日期2003年6月4日 優先權日2002年6月4日
發明者Y·J·胡 申請人:微米技術有限公司