复合接触插塞结构及其制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年4月30日提交的标题为"CompositePlugwithLow Resistance,MethodsofMakingSame,andIntegratedCircuitsIncorporatingSame" 的美国临时申请第61/986, 740号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及复合接触插塞结构及其制造方法。
【背景技术】
[0004] 半导体器件用于各种电子应用中，作为实例，诸如个人电脑、手机、数码相机和其 他电子设备。通常地，典型的半导体器件包括具有诸如晶体管和电容器的有源器件的衬底。 这些有源器件最初彼此隔离，并且随后在有源器件上方形成互连结构以产生功能电路。这 些互连结构可以包括接触插塞，其可以电连接至衬底上的有源器件。
[0005] 由于钨的低电阻率（约5. Q?cm)和高可靠性，典型的接触插塞可以包括钨 (W)。然而，在先进的节点应用中，随着集成电路的尺寸继续缩放至更小的亚微米尺寸，在减 小接触孔尺寸的同时降低接触插塞电阻成为逐渐增大的挑战。需要改进其结构及其制造方 法。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术中的问题，根据本发明的一个方面，提供了 一种接触插塞，包 括：双层结构，包括：导电核芯；以及导电衬垫，位于所述导电核芯的侧壁和底面上，其中， 所述导电衬垫包括钴或钌；以及扩散阻挡层，位于所述双层结构的侧壁和底面上。
[0007] 在上述接触插塞中，还包括位于所述扩散阻挡层的侧壁上的导电膜，其中，所述扩 散阻挡层设置在所述导电膜和所述双层结构之间。
[0008] 在上述接触插塞中，所述导电I旲包括钦、钻、媒或鹤。
[0009] 在上述接触插塞中，其中，所述扩散阻挡层包括钽或氮化钽。
[0010] 在上述接触插塞中，所述导电核芯包括钨。
[0011] 在上述接触插塞中，所述导电衬垫包括钌，并且所述导电核芯包括钴。
[0012] 在上述接触插塞中，所述导电衬垫包括钴，并且所述导电核芯包括钌。
[0013] 根据本发明的另一方面，还提供了一种半导体器件，包括：介电层；接触插塞，延 伸穿过所述介电层，其中，所述接触插塞包括：导电核芯；导电衬垫，位于所述导电核芯的 侧壁和底面上，其中，所述导电衬垫包括钴或钌；和扩散阻挡层，位于所述导电衬垫的侧壁 和底面上，其中，所述导电衬垫设置在所述扩散阻挡层和所述导线核芯之间；以及硅化物 区，位于所述介电层下方，其中，所述接触插塞与所述硅化物区接触。
[0014] 在上述半导体器件中，所述接触插塞还包括设置在所述扩散阻挡层的侧壁上的导 电膜，并且所述导电膜设置在所述扩散阻挡层和所述介电层之间。
[0015] 在上述半导体器件中，所述导电膜包括钛、钴、镍或钨。
[0016] 在上述半导体器件中，所述硅化物区包括硅和所述导电膜的导电材料的组合。
[0017] 在上述半导体器件中，所述导电核芯包括钨、钌或钴，并且所述导电核芯和所述导 电衬垫包括不同的导电材料。
[0018] 在上述半导体器件中，所述扩散阻挡层包括钽或氮化钽。
[0019] 根据本发明的又一方面，还提供了一种用于形成接触插塞的方法，包括：在衬底上 方形成介电层；在所述介电层中图案化开口以暴露出所述衬底；在所述开口中形成扩散阻 挡层；在所述扩散阻挡层的侧壁和底面上形成导电衬垫，其中，所述导电衬垫包括钴或钌； 以及在所述开口中形成导电核芯，其中，所述导电核芯和所述导电衬垫包括不同的导电材 料，并且所述导电衬垫设置在所述导电核芯和所述扩散阻挡层之间。
[0020] 在上述方法中，形成所述扩散阻挡层包括形成包括钽或氮化钽的扩散阻挡层。
[0021 ] 在上述方法中，还包括：在形成所述扩散阻挡层之前，在所述开口的底面上形成导 电膜，其中，所述导电膜与所述衬底接触。
[0022] 在上述方法中，还包括：在形成所述导电核芯之后，在所述衬底的上部中形成硅化 物区。
[0023] 在上述方法中，形成所述硅化物区包括退火工艺，并且所述退火工艺使所述导电 膜的至少一部分扩散到所述衬底的上部内。
[0024] 在上述方法中，形成所述导电核芯包括形成包括钨、钴或钌的导电核芯。
[0025] 在上述方法中，还包括：在形成所述导电核芯之后，暴露出所述介电层的顶面。
【附图说明】
[0026] 当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意， 根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺 寸可以任意地增大或减小。
[0027] 图1示出了根据一些实施例的接触插塞的截面图。
[0028] 图2至图9示出了根据一些实施例的制造接触插塞的各个中间步骤的截面图。
[0029] 图10示出了根据一些实施例的用于制造接触插塞的工艺流程。
【具体实施方式】
[0030] 以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。 下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例并且不旨在限制 本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第 二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以 形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可 在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不 指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0031] 而且，本文可以使用诸如"在…下方"、"在…下面"、"下"、"在…之上"、"上"等空间 相对术语以便于描述如图所示的一个元件或部件与另一个（或另一些）元件或部件的关 系。除图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置 可以以其他方式定位（旋转90度或在其他方位上），并且本文使用的空间相对描述符可以 同样地作出相应的解释。
[0032] 在具体地提出示出的实施例之前，通常提出目前公开的各方面。一般地说，本文描 述的实施例提供了复合接触插塞。例如，复合接触插塞可以至少包括双层结构，该双层结构 具有在钨（W)、Ru或Co导电核芯（core)的侧壁和底面上的钴（Co)或钌（Ru)导电衬垫。已 经观察到，这样的复合插塞结构在仍保持低电阻率的同时可以按比例缩小（例如，用于先 进的节点应用）。一些实施例的另一个有利特征是良好的粘附特性。采用扩散阻挡层（例 如，包括钽（Ta)或氮化钽（TaN))的实施例还显示出低电阻和良好的粘附性。一些实施例 的另一个有利特征是，双层插塞显示出高活化能和高熔点，这提供了良好的电迁移（EM)电 阻和电性能。此外，通过控制双层结构中的各个层的侧壁角度和/或厚度，可以基于器件设 计对接触插塞的应力特征进行微调。
[0033] 通常，本文描述的实施例可以提供一个或多个有利特征，包括低电阻、高活化能、