环绕式栅极场效应晶体管结构中的无空隙接触沟槽填充的制作方法

本文所述的实施方式一般而言涉及半导体器件制造，且更具体而言，涉及在环绕式栅极(gate-all-around)场效应晶体管(fet)中形成接触沟槽(contact trench)结构的系统及方法。

背景技术：

1、多栅极金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，例如双栅极场效应晶体管(finfet)、绝缘体上硅(soi)三栅极mosfet及环绕式栅极(gaa)fet，将多于一个栅极并入单一器件中，因此比常规的平面主体(planar bulk)mosfet更具可缩放性，但由于其三维(3d)设计及小尺寸，在可制造性方面带来挑战。在用于次10～15nm技术节点的架构中，例如gaafet，其中栅极放置在基于硅的沟道的两个或所有四个侧面上，寄生或外部电阻显著影响器件性能。为了使这种寄生电阻最小化，在基于硅的沟道与金属接触插塞(plug)之间形成接触(contact)。然而，这种结构在形成金属接触插塞方面带来进一步挑战，因为现有的金属填充工艺经常造成具有空隙或核心形成于其中的接触插塞的形成。接触插塞中空隙的存在可大幅增加接触电阻。

2、因此，需要可制造具有最小化寄生电阻及无空隙(void-free)金属接触插塞的fet器件的系统及方法。

技术实现思路

1、本公开内容的实施方式提供在半导体器件中形成接触沟槽结构的方法。此方法包含以下步骤：执行第一选择性沉积工艺以在沟槽的侧壁上形成接触，沟槽的侧壁的每一者包括第一材料的第一横截面及第二材料的第二横截面；执行第二选择性沉积工艺以在接触上形成金属硅化物层；执行第一金属填充工艺以在沟槽内形成接触插塞，第一金属填充工艺包含在沟槽内沉积接触插塞金属材

2、料；执行蚀刻工艺以在沟槽内形成开口，包括将沟槽内的接触插塞金属材料部分地蚀刻；以及执行第二金属填充工艺，第二金属填充工艺包括在开口内沉积接触插塞金属材料。第一选择性沉积工艺包含在沟槽的侧壁上生长硅化物材料，及将第一材料的第一横截面上形成的硅化物材料的部分蚀刻，以在沟槽内选择性地在第二材料的第二横截面上形成接触。第二选择性沉积工艺包含在沟槽内在接触及第一材料的第一横截面上生长金属硅化物材料，及将第一材料的第一横截面上形成的金属硅化物材料的部分蚀刻，以选择性地在接触上形成金属硅化物层。

3、本公开内容的实施方式还提供在半导体器件中形成无空隙沟槽接触插塞的方法。此方法包含：执行第一金属填充工艺以在沟槽内形成接触插塞，第一金属填充工艺包括在沟槽内沉积接触插塞金属材料，其中沟槽的侧壁包括第一材料的第一横截面及第二材料的第二横截面，在第一横截面上形成以外延方式生长的接触；执行蚀刻工艺以在沟槽内形成开口，包括将沟槽内的接触插塞金属材料部分地蚀刻；及执行第二金属填充工艺，第二金属填充工艺包括在开口内沉积接触插塞金属材料。

4、本公开内容的实施方式进一步提供半导体结构。半导体结构包含：第一半导体层及第二半导体层的堆叠，其中穿过此堆叠形成沟槽；形成于第一半导体层的每一者的面向沟槽的一端处的间隔物；在沟槽内以外延方式生长在第二半导体层的第一横截面的每一者上的接触；在接触上方生长的金属硅化物层；在沟槽内的金属硅化物层上方的阻挡金属层；及沟槽内的无空隙金属接触插塞。

技术特征：

1.一种在半导体器件中形成接触沟槽结构的方法，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其中

3.如权利要求1所述的方法，其中

4.如权利要求1所述的方法，其中

5.如权利要求1所述的方法，其中

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的方法，其中

8.一种在半导体器件中形成无空隙沟槽接触插塞的方法，所述方法包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的方法，其中

10.如权利要求8所述的方法，其中

11.如权利要求8所述的方法，其中

12.如权利要求8所述的方法，进一步包括以下步骤：

13.如权利要求12所述的方法，其中

14.一种半导体结构，包括：

15.如权利要求14所述的半导体结构，其中

16.如权利要求14所述的半导体结构，其中所述间隔物包括二氧化硅或氮化硅。

17.如权利要求14所述的半导体结构，其中

18.如权利要求14所述的半导体结构，其中

19.如权利要求14所述的半导体结构，其中

20.如权利要求14所述的半导体结构，其中

技术总结
一种在半导体器件中形成接触沟槽结构的方法，此方法包含：执行第一选择性沉积工艺以在沟槽的侧壁上形成接触，沟槽的侧壁的每一者包括第一材料的第一横截面及第二材料的第二横截面；执行第二选择性沉积工艺以在接触上形成金属硅化物层；执行第一金属填充工艺以在沟槽内形成接触插塞，第一金属填充工艺包含在沟槽内沉积接触插塞金属材料；执行蚀刻工艺以在沟槽内形成开口，包括将沟槽内的接触插塞金属材料部分地蚀刻；以及执行第二金属填充工艺，第二金属填充工艺包括在开口内沉积接触插塞金属材料。

技术研发人员：尼古拉斯·路易斯·布雷尔,李炳灿,本杰明·科伦坡
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15