半导体结构及其形成方法_3

文档序号:9580620阅读:来源:国知局
为氨氧化倭与过氧化氨的混合水溶液,其 中,氨氧化倭、过氧化氨与水的摩尔比为1:3:20~1:5:20。
[0057] 湿法氧化工艺可W同时修复所述第一源极113、第一漏极114、第二源极123和第 二漏极124表面的损伤,使形成的氧化层200与第一源极113、第一漏极114、第二源极123 和第二漏极124的表面之间具有较高的界面质量。通孔调整所述氧化溶液的浓度可W使 形成的氧化层200的厚度为6 A~10 A。所述氧化层200的厚度小3 10 A,IiT W使得在 后续工艺中,所述氧化层200能够和金属材料层充分反应,形成金属氧化物层,避免氧化层 200的材料残留;所述氧化层200的厚度大于6 乂,可W确保后续形成的金属氧化物层具有 足够的有效厚度,能够降低源极、漏极表面与金属娃化物层之间的肖特基势垒,降低所述源 极、漏极表面与金属娃化物层之间的接触电阻。
[0058] 在本发明的其他实施例中,也可W采用干法氧化工艺形成所述氧化层,但是由于 干法氧化工艺的氧化速率较快,不易控制形成的氧化层202的厚度。所述干法氧化工艺可 W在较低含氧浓度的气体下进行,保持较慢的氧化速率,W尽可能的控制形成的氧化层202 的厚度,使其厚度小于6 A~10 A。
[0059] 与沉积工艺相比,采用氧化工艺形成所述氧化层202,可W提高形成的氧化层202 的质量。由于通孔尺寸一般较小,采用沉积工艺形成的氧化层202的质量较差,不利于提高 后续形成的金属氧化物层的质量。与沉积工艺相比,采用氧化工艺形成所述氧化层202,可 W形成较高质量的氧化层202,还可W修复源极和漏极表面的损伤,提高氧化层202与源极 和漏极表面之间的界面质量,从而提高后续形成的金属氧化物层与源极和漏极表面之间的 界面质量,减少界面太,从而改善费米能级钉扎效应,降低源极和漏极表面与金属半导体化 合物层之间的肖特基势垒。
[0060] 请参考图7,在所述氧化层202表面形成金属材料层203。
[0061] 所述金属材料层203的材料为Ti、Al、La、化或Ni,可W采用蒸锥、瓣射、原子层沉 积工艺或化学气相沉积工艺形成所述金属材料层。所述金属材料层203还覆盖介质层200 的顶部表面。
[0062] 本实施例中,所述金属材料层的203的材料为Ni,采用瓣射工艺形成所述金属材 料层203。由于所述瓣射工艺具有较高的方向性,所述金属材料层203主要形成在通孔201 底部的氧化层202表面W及介质层200的顶部表面,在通孔201的侧壁表面不形成或进行 形成极少厚度的金属材料层。在本发明的其他实施例中,也可W采用其他沉积工艺形成所 述金属材料层203,所述金属材料层203不仅覆盖氧化层201表面还覆盖介质层200的表面 W及通孔201的侧壁表面。
[0063] 所述金属材料层203后续和氧化层202反应形成金属氧化物层和金属娃化物层。 所述金属材料层203的厚度为0. 5nm~2nm,提供足够的金属材料,W确保所述氧化层202 能够与金属材料层203充分反应。
[0064] 请参考图8,进行退火处理,所述金属材料层203与氧化层202 (请参考图7)反应, 形成金属氧化物层204和位于所述金属氧化物层204表面的金属半导体化合物层205。
[0065] 在退火处理过程中,金属材料层203的金属兀素与氧化层202材料发生反应,金属 原子首先与氧化层202中的氧原子之间形成化学键,使氧原子与氧化层202中的半导体元 素的原子之间的化学键断开,形成金属氧化物层204;而氧化层202中的半导体元素的原子 向金属材料层203方向扩散,与金属原子结合,形成位于金属氧化物层204表面的金属半导 体化合物205。本实施例中,所述氧化层202内的半导体元素为娃,金属材料层的材料为媒, 形成的金属半导体化合物层205的材料为媒娃化合物,所述金属氧化物层204的材料为媒 氧化合物。
[0066] 在本发明的其他实施例中,根据金属材料层203的材料不同,所述金属氧化物层 204的材料还可W为铁氧化合物、铅氧化合物、铜氧化合物、锋氧化合物,所述金属氧化物层 204的厚度为6畫~;10 A;所述金属半导体化合物层205的材料可W是铁娃化合物、铅娃化 合物、铜娃化合物、锋娃化合物等。所述半导体衬底100的材料也可W是错或错娃等半导 体材料,此时形成的金属半导体层205的材料也可W是媒错化合物、铅错化合物、铜错化合 物、锋错化合物等。
[0067] 所述金属半导体化合物层205具有金属特性,具有较低的电阻,并且与半导体衬 底100材料之间的功函数差较低,使得所述金属半导体化合物层205与源极和漏极表面之 间能够形成具有较低势垒的肖特基接触。
[0068] 所述退火处理的退火温度为250°C~80(TC,退火时间为30s~90s。所述退火处 理在真空或者惰性气体氛围下进行,可W采用炉管退火、快速退火、尖峰退火等工艺进行上 述退火处理。所述退火温度为25(TC~80(TC,使得金属材料层203原子与氧化层202原 子具有较高的反应活性,容易发生反应;同时,所述退火时间为30s~90s,保证所述氧化层 202与金属材料层203之间具有充足的反应时间。在上述退火过程中,当氧化层202内的半 导体元素全部与金属材料层203内的金属原子结合形成金属半导体化合物层之后,半导体 衬底100内的半导体元素也可会向上扩散与金属原子结合形成金属半导体化合物下层。
[0069] 在所述金属氧化物层204与金属半导体化合物层205之间的界面上还可能存在同 时具有金属原子、半导体原子、和氧原子的过渡层。
[0070] 所述金属氧化物层204为绝缘材料,但是由于所述氧化层202的厚度较低,其中氧 原子与金属原子结合形成的金属氧化物层204的厚度也较低,在晶体管工作的过程中,电 子可W隧穿通过所述金属氧化物层204。
[0071] 由于采用湿法氧化工艺形成的氧化层202与第一源极113、第一漏极114、第二源 极123和第二漏极124之间具有较高的界面质量,从而使得形成的金属氧化物层204与第 一源极113、第一漏极114、第二源极123和第二漏极124的表面之间具有良好的界面质量; 在退火形成金属氧化物层204的过程中,还可W进一步修复第一源极113、第一漏极114、第 二源极123和第二漏极124与金属氧化物层204界面上的缺陷,从而能够有效缓解源极、 漏极的费米能级钉扎效应,并且所述金属氧化物层204可W降低所述金属半导体化合物层 205与第一源极113、第一漏极114、第二源极123和第二漏极124之间的应力,从而使得第 一源极113、第一漏极114、第二源极123和第二漏极124与金属半导体化合物层205之间 的肖特基势垒降低,电子隧穿通过金属氧化物层的电阻较低,从而可W降低金属半导体化 合物层205与第一源极113、第一漏极114、第二源极123和第二漏极124之间的接触电阻。
[0072] 采用退火处理,使金属处理层203与氧化层202反应形成金属氧化物层204与直 接在源极和漏极表面沉积形成金属氧化物层相比,本实施例中形成的金属氧化物层204与 源极和漏极表面之间具有更好的界面质量,从而能够更有效的缓解费米能级钉扎效应;并 且,本实施例中,采用退火处理同时形成金属氧化物层204和金属半导体化合物层205,简 化了工艺步骤,可W降低工艺成本。
[0073] 请参考图9,去除未反应的金属材料层203 (请参考图8)。
[0074] 在形成所述金属氧化物层204和金属半导体化合物层205之后,所述金属半导体 化合物层205与介质层200表面还具有部分厚度的未参加反应的金属材料层203,可W义 用湿法刻蚀工艺去除所述剩余的金属材料层203 (请参考图7),所述湿法刻蚀工艺采用的 刻蚀溶液可W是包括磯酸、硝酸、己酸的混合水溶液。在本发明的其他实施例中,可W根据 金属材料层203的具体材料,选择合适的湿法刻蚀溶液。所述湿法刻蚀溶液对金属材料层 203具有较高的刻蚀选择性,并且在腐蚀所述金属材料层203的过程中,能够不对金属半导 体化合物层205造成损伤。
[00巧]请参考图10,在所述金属半导体化合物层205表面形成填充满所述通孔201 (请参 考图9)的金属层206,所述金属层206的表面与介质层200表面齐平。
[0076] 所述金属层206的材料为W、A1、化或Au等金属材料。形成所述金属层206的方 法包括:在所述通孔201和介质层200表面沉积金属材料,所述金属材料填充满通孔201 ; 然后W所述介质层200的表面作为停止层,对所述金属材料进行平坦化,去除位于介质层 200表面的金属材料,形成位于通孔201内的金属层206,所述金属层206的表面与介质层 200的表面齐平。
[0077] 在本发明的其他实施例中,也可W在所述通孔201内壁表面形成扩散阻挡层之 后,再形成填充满所述通孔201的金属层206,所述扩散阻挡层的
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