本公开涉及半导体器件以及制造半导体器件的方法，更具体地，涉及钴填充金属化的器件和方法。
背景技术：
多个中段制程(MOL)层级已被设计为7NM节点，从而为片上系统(SOC)应用提供布线灵活性。接触层级，例如，TS、CA/CB和M0层级，构成需要被金属化的MOL接触层级。
随着互连接触尺寸缩小，其他间隙填充材料被认为是基于钨(W)的接触的替代物。基于钛(Ti)的衬里对于形成在TS层级的源极/漏极硅化物接触是必要的，并且该衬里用于吸收CA/CB/M0层级中的氧。还需要薄的原子层沉积(ALD)氮化钛(TiN)阻挡层来提高替代的间隙填充材料的粘附性。然而，RF物理气相沉积(PVD)Ti衬里沉积导致位于沟槽特征的顶部的悬突(overhang)，该悬突通常被称为面包条(bread loafing)，从而造成凹的轮廓，这对于间隙填充是具有挑战性的，并且造成在金属填充工艺期间形成的空隙。
技术实现要素：
通过提供使用钴回流工艺的填充金属化的器件和方法来克服现有技术的缺点并提供附加的优点。在本公开的一个实施例中，一种方法例如包括：提供具有至少一个沟槽的中间半导体器件；在所述器件上形成至少一个半导体材料层；在所述形成的至少一个半导体材料层上沉积第一钴(Co)层；以及对所述器件执行退火回流工艺。
在另一个实施例中，提供了一种中间半导体器件，其例如包括：形成在所述器件内的至少一个沟槽，所述沟槽具有底表面和侧壁；设置在所述器件上的至少一个半导体材料层；以及设置在所述至少一个半导体材料层上的第一钴(Co)层，其中所述至少一个半导体材料层至少包括第一半导体材料和第二半导体材料。
通过本公开的原理实现附加的特征和优点。本公开的其他实施例在此被详细描述，并且被认为是所要求保护的公开的一部分。
附图说明
本发明的一个或多个方面作为说明书结尾处的权利要求中的示例而被特别指出并且明确地要求保护。当结合附图阅读以下详细描述时，本发明的前述及其它目的、特征和优点是显而易见的，其中：
图1是根据本公开的实施例的形成中间半导体结构的方法的流程图；
图2示出了根据本公开的实施例的中间半导体结构的一个实施例的横截面正视图；
图3A示出了在沉积第一半导体材料层之后的图2的结构；
图3B示出了在沉积第二半导体材料层之后的图3A的结构；
图4示出了在沉积第一钴层之后的图3B的结构；
图5示出了在执行氩退火回流工艺之后的图4的结构；
图6示出了在第一钴层中的至少一部分的氧化之后的图5的结构；
图7示出了在去除被氧化的钴之后的图6的结构；
图8示出了在自底向上填充工艺期间的图7的结构；
图9示出了在用钴填充沟槽以及平面化之后的图8的结构；
图10示出根据本公开的实施例的在沉积钴层之后的中间半导体结构的横截面正视图；以及
图11示出了在氩退火回流工艺之后的图10的结构。
具体实施方式
下面参考附图中所示例出的非限制性实施例更全面地解释本公开及其的某些特征、优点和细节。省略了众所周知的材料、制造工具、处理技术等的描述，以免不必要地模糊详细的本公开。然而，应当理解的是，详细描述和具体实例在指示本公开的实施例时仅通过示例的方式给出，而不是限制的方式。根据该公开，在基本的概念的精神和/或范围之内的各种替换、修改、添加和/或布置对本领域技术人员而言将是显而易见的。需要注意，为了便于理解本公开，这些图未被按比例绘制，并且在不同附图中使用的相同参考标号表示相同或相似的元件。
一般而言，本文公开的是某些集成电路，其提供优于上述现有的半导体器件和制造工艺的优点。有利地，本文公开的集成电路器件制造工艺是为了在凹的互连接触特征中具有基本无空隙的间隙填充的半导体器件而提出的。
图1-11通过示例的方式示出了根据本公开的一个或多个实施例的半导体器件形成工艺的部分和中间半导体结构的部分的实施例。
参考图1，在一个实施例中，公开了一种形成集成电路器件的方法100。该方法100例如包括：在102中，提供具有至少一个沟槽的中间器件；在104中，通过RF物理气相沉积(PVD)在至少一个沟槽的底部和中间器件的顶部上沉积衬里层；在106中，在中间器件之上沉积阻挡层；在108中，通过化学气相沉积(CVD)沉积钴(Co)层；在110中，执行氩(Ar)-退火回流工艺；在112中，氧化Co表面；在114中，溶解被氧化的Co表面；在116中，在Co的化学镀敷期间沉积Co以填充沟槽；以及在118中，对器件执行化学机械平面化。
仍参考图1，在另一个实施例中，方法100例如包括：在102中，提供具有至少一个沟槽的中间器件；在104中，通过RF物理气相沉积(PVD)在至少一个沟槽的底部和中间器件的顶部上沉积衬里层；在106中，在中间器件之上沉积阻挡层；在108中，通过化学气相沉积(CVD)沉积钴(Co)层；在110中，执行氩(Ar)-退火回流工艺；在120中，通过化学气相沉积(CVD)沉积钴(Co)层；在122中，执行氩(Ar)-退火回流工艺；在124中，通过CVD沉积另一Co层；在126中，执行H2退火工艺；以及在128中，对器件执行化学机械平面化。
在另一个实施例中，方法100例如包括：在102中，提供具有至少一个沟槽的中间器件；在104中，通过RF物理气相沉积(PVD)在至少一个沟槽的底部和中间器件的顶部上沉积衬里层；在106中，在中间器件之上沉积阻挡层；在108中，通过化学气相沉积(CVD)沉积钴(Co)层；在110中，执行氩(Ar)-退火回流工艺；在120中，通过化学气相沉积(CVD)沉积钴(Co)层；在122中，执行氩(Ar)-退火回流工艺，然后进行在120中的通过CVD沉积Co层和在122中的执行Ar-退火回流工艺的步骤的附加循环，其中，一个循环包括在120中的通过CVD沉积Co层和在122中的进行Ar-退火回流工艺。然后，在124中，通过CVD沉积另一Co层；在126中，执行H2退火工艺；以及在128中，对器件执行化学机械平面化。
例如，方法100可以包括1个附加周期，并且在这样的实施例中，方法100可以包括：在102中，提供具有至少一个沟槽的中间器件；在104中，通过RF物理气相沉积(PVD)在至少一个沟槽的底部和中间器件的顶部上沉积衬里层；在106中，在中间器件之上沉积阻挡层；在108中，通过化学气相沉积(CVD)沉积钴(Co)层；在110中，执行氩(Ar)-退火回流工艺；在120中，通过化学气相沉积(CVD)沉积钴(Co)层；在122中，执行氩(Ar)-退火回流工艺；然后在120中，通过CVD沉积Co层；在122中，执行Ar-退火回流工艺；在124中，通过CVD沉积另一Co层；在126中，执行H2退火工艺；以及在128中，对器件执行化学机械平面化。方法100包括120和122中的步骤的两个、三个、四个或更多个附加循环。对于上述每个回流循环，Co层厚度可以包括在2nm至20nm之间，以及用于每个循环的温度范围可以包括300℃至500℃。
图2-9仅通过示例的方式示出了根据本公开的一个或多个实施例的半导体器件形成工艺的部分和中间半导体结构的部分的一个详细实施例。
图2示出了在中间半导体制造阶段示出的通常表示为200的中间半导体器件的部分。器件200可以根据被制造的器件200的设计通过初始器件处理步骤而被处理。例如，器件200可以例如包括衬底210和形成在器件200内的至少一个沟槽220。衬底210可以包括一层或多层任何合适的材料，例如，硅、介电材料和/或其的组合。例如，如图2所示，器件200可以包括其中可以形成至少一个沟槽220的层间介电(ILD)层204，以及具有例如硅或介电材料的另一底层202。
参考图3A和3B，可以例如通过沉积而在器件200上形成半导体材料层230。例如，层230可以是设置在器件200上并且设置在一个或多个沟槽220的表面上的保形层。层230可以在一个或多个沉积工艺中沉积，并且可以沉积任何合适的材料，诸如钛(Ti)、氮化钛(TiN)、镍(Ni)、镍铂(NiPt)、钴(Co)、碳化钨(WC)、氮化钨(WN)、氮化钽(TaN)、钌(Ru)或其组合。例如，如图3A所示，层230可以通过沉积第一半导体材料层232而形成，该第一半导体材料层可以被沉积以例如形成衬里层。第一半导体材料层232可以形成在器件200的上表面以及一个或多个沟槽220的底表面上，而没有或极少的第一半导体材料被设置在沟槽220的侧壁上。第一半导体材料层232，即，衬里层，可以通过借助例如RFPVD沉积例如Ti、Ni、NiPt和/或Co来形成。可以沉积第二半导体材料层(未示出)以例如形成阻挡层或粘附层。第二半导体材料层，即，阻挡层或粘附层，可以通过借助例如原子层沉积(ALD)沉积例如TiN、WC、WN、TaN和/或Ru而在第一半导体材料层232上和在器件200之上形成。
如图3B所示，第一半导体材料层和第二半导体材料层一起可以形成为在器件200上的半导体材料层230，该半导体材料层可以被称为衬里/阻挡层。
第二半导体材料层，即，阻挡层或粘附层，可以是薄层，并且可以是保形层。可以使用任何合适的沉积方法沉积第一层或第二层，例如，金属有机化学气相沉积(MOCVD)或化学气相沉积(CVD)。本领域的技术人员将熟悉用于沉积第一半导体材料层和第二半导体材料层以在中间半导体器件之上例如形成诸如Ti/TiN层的衬里/阻挡层的工艺和材料。
如图4所示，可以在器件200之上沉积钴(Co)以形成设置在器件200上(包括设置在沟槽220内)的衬里/阻挡层230上的第一Co层250。第一Co层250可以通过任何合适的沉积工艺沉积，例如，CVD，并且可以在器件200上形成薄的、保形的层。第一Co层250也可以是连续的层。
如图5所示，可以对器件200上执行退火回流工艺，例如，氩(Ar)-退火回流工艺。如将理解的，Ar-退火回流工艺是细微的，即，选择性地移动钴，使得第一Co层250可以通过例如毛细管作用回流到一个或多个沟槽220的底部。还将理解，Ar-退火回流工艺允许Co的受控运动并且减小沟槽220的侧壁，特别是上侧壁部分上的第一Co层250的厚度，从而使一个或多个的沟槽220的凹的轮廓最小化。可以使用允许Co的选择性移动和/或Co的均匀移动的其它气体，例如，诸如N2和He的惰性气体。在退火回流工艺期间存在的环境气体可以从被沉积的Co层中去除杂质，这能够促进纯的Co晶粒生长。
如图6所示，可以氧化第一Co层250的部分。第一Co层250的部分的氧化可以通过例如对器件200执行O2等离子体处理或者将器件200暴露于空气来实现。已被氧化的第一Co层250的部分，即，被氧化的Co层252可以被设置在O2等离子体处理被执行和/或Co被暴露于空气的位置处的第一Co层250的表面上。
如图7所示，被氧化的Co层252可以从器件200去除，使得第一Co层250保留在沟槽220的底部上，而在沟槽220的侧壁上具有很少直至没有第一Co层250。被氧化的Co 252可以通过，例如，电化学浴(bath)、干蚀刻、湿蚀刻或其组合被去除。被氧化的Co 252可以例如在Co的电化学沉积期间在酸性浴中被去除。添加剂可以被添加到浴中，其可以阻止在沟槽的侧壁上的Co的生长和/或促进在沟槽的底部上Co的生长。
如图8所示，Co可以通过例如自底向上填充而被沉积在一个或多个沟槽220中。本文使用“自底向上”工艺或“自底向上”填充来描述在衬底内的开口、过孔、沟槽或孔的底部上的Co沉积或形成，以及描述从沟槽的底部直到开口的顶部的Co的沉积和形成的持续的工艺。在Co到达沟槽中的该点之前，自底向上的填充在沟槽的侧壁上不形成材料或基本上不形成材料。结果，在沟槽中没有Co的竞争性侧壁或自上而下的生长，导致使用Co的沟槽的基本上或完全无空隙填充。
如图9所示，在沟槽220中Co的自底向上填充之后，可以使用任何合适的方法平面化器件200，例如，通过化学机械平面化(CMP)。
在另一个实施例中，如图10-11所示，在沉积第一Co层250以及执行退火回流工艺之后，本公开的方法可以包括沉积Co并执行退火回流工艺的一个或多个附加循环。在这样的实施例中，在上述已对器件200执行了诸如Ar-退火回流工艺的退火回流工艺(图5)之后，如图10所示，可以在器件200上沉积第二Co层260。与第一Co层250(图4)的沉积工艺类似，第二Co层260可以经由任何合适的沉积工艺沉积，例如，CVD，并且第二Co层260可以在Co 240和/或第一Co层250上形成薄的、保形的层(图10)。第二Co层260也可以是连续的。可以对器件200执行第二退火回流工艺，例如，上述氩退火回流工艺。在一些实施例(未示出)中，可以进行沉积Co并执行退火回流工艺的多个循环，其中每个循环包括沉积Co以形成Co层的步骤，随后执行退火回流工艺。例如，在第二退火回流工艺之后，可以在Co和/或第二Co层上沉积第三Co层，并且可以对器件执行第三退火回流工艺，例如，氩退火回流。在其他实施例中，可以沉积第四Co层并且可以执行第四退火回流工艺等等。应当理解，当使用Ar时，退火回流工艺可以是细微的，即，选择性地移动钴，使得第二Co层260可以通过例如毛细管作用回流到沟槽220的底部(图11)。还将理解，Ar-退火回流工艺允许Co的受控运动并且减小沟槽侧壁，特别是上侧壁部分上的第二Co层260的厚度，从而使沟槽220的凹的轮廓最小化。可以使用允许Co的选择性移动和/或Co的均匀移动的其它气体，诸如N2和He。
在一些实施例中，在沉积Co并执行退火回流工艺的一个或多个附加循环之后，可以沉积Co以在器件之上形成最终的Co层，并且可以执行最终的退火回流工艺，例如，H2-退火回流工艺。
与上述工艺(图8和9)类似，在一些实施例中，可以通过自底向上填充将Co沉积在一个或多个沟槽220中，使得在Co到达沟槽中的该点之前，在沟槽的侧壁上不形成材料或基本上不形成材料。结果，在沟槽中可能不存在或基本上没有Co的竞争性侧壁或自上而下的生长，导致使用Co的沟槽的基本上或完全无空隙填充。在沟槽220中的Co的自底向上填充之后，可以使用任何合适的方法平面化器件200，例如，通过化学机械平面化(CMP)。
此处使用的术语只是为了描述特定的实施例，并非旨在作为限制本发明。如此处所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在同样包括复数形式，除非上下文明确地另有所指。将进一步理解，术语“包括”(以及包括的任何形式，例如“包括”和“包括”)，“具有”(以及具有的任何形式，例如“具有”和“具有”)，“包含”(以及包含的任何形式，例如“包含”和“包含”)和“含有”(以及含有的任何形式，例如“含有”和“含有”)都是开放式连接动词。结果，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤或元件的方法或装置拥有这些一个或多个步骤或元件，但不限于仅拥有这些一个或多个步骤或元件。同样地，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征的方法的步骤或装置的元件拥有这些一个或多个特征，但不限于仅拥有这些一个或多个特征。此外，以某种方式配置的装置或结构至少以这种方式配置，但也可以以未列出的方式进行配置。
以下权利要求中的所有装置或步骤加上功能元件的对应结构、材料、操作等同物，如果有，旨在包括用于与特别主张的的其它要求保护的元件组合地执行该功能的任何结构、材料或操作。本发明的描述是为了示例和描述的目的而提出的，并非旨在穷尽性的或并非旨在将本发明限定到所公开的形式。在不偏离本发明范围和精神的情况下，许多修改和变型对于所属技术领域的普通技术人员来说将是显而易见的。为了最好地解释本发明一个或多个方面的原理和实际应用而选择和描述了实施例，以使本领域的普通技术人员中的其他人能够理解本发明的一个或多个方面的关于适合所要的特定用途的具有各种变型的各种实施例。