[发明专利]接触孔结构的制作方法及半导体器件

说明书

技术领域

本申请涉及半导体集成电路的技术领域，具体而言，涉及一种接触孔结构的制作方法及半导体器件。

背景技术

在半导体器件的制作过程中，需要在晶体管中的源漏极或栅极上形成接触孔，然后在接触孔中填充导电材料以形成接触孔结构(又称导电插塞)，以使晶体管通过接触孔结构与互连金属层形成电连接。因此，接触孔结构影响半导体器件性能的重要因素之一。

现有接触孔结构的制作方法通常包括以下步骤：首先，在半导体基体上形成接触孔，并在位于接触孔内的半导体基体上形成金属硅化物；然后，在金属硅化物上以及接触孔的内壁上依次形成粘附金属层和扩散阻挡层，且该粘附金属层和扩散阻挡层组成粘合层(gluelayer)；最后，在接触孔中形成金属层，以形成接触孔结构。其中，粘附金属层的材料一般为Ti，扩散阻挡层的材料一般为TiN；半导体基体中形成有晶体管，接触孔位于晶体管中的源漏极或栅极上。

然而，上述制作方法所形成的接触孔结构中半导体基体与金属层之间的电阻率过大，进而导致所形成的半导体器件容易发生失效(例如，在45nm制程工艺中所形成的半导体器件的失效率为5％～10％)。本申请的发明人通过电学失效分析(EFA)和物理失效分析(PFA)等手段对上述失效的机理进行了研究，研究结果表明粘附金属层会跟金属硅化物层反应，导致金属硅化物中的硅含量减少，进而使得金属硅化物层的电阻率增大。因此，通过减少所形成粘附金属层的厚度能够实现减少粘附金属层跟金属硅化物层的反应，并降低金属硅化物层的电阻率的目的，然而该方法会降低金属硅化物层与扩散阻挡层和金属层之间的粘合力，进而降低所形成器件的可靠性。

发明内容

本申请旨在提供一种接触孔结构的制作方法及半导体器件，以提高金属硅化物层的电阻率，进而降低所形成半导体器件的失效率。

为了实现上述目的，本申请提供了一种接触孔结构的制作方法，该制作方法包括以下步骤：在半导体基体上形成接触孔，并在位于接触孔内的半导体基体上形成金属硅化物；在金属硅化物上以及接触孔的内壁上形成粘附金属层；执行氮等离子体处理，以在粘附金属层中形成金属氮化物层；在金属氮化物层上形成扩散阻挡层。

进一步地，氮等离子体处理的步骤中，形成厚度为粘附金属层的厚度的1/4～2/3的金属氮化物层。

进一步地，在形成金属氮化物层之后，剩余的粘附金属层的厚度为

进一步地，氮等离子体处理的步骤中，以N₂、H₂、NH₃和Ar为前驱气体。

进一步地，前驱气体中，N₂、H₂和NH₃的总体积与前驱气体的体积之比为10％～100％。

进一步地，氮等离子体处理的步骤中，溅射功率为100～3000W，处理温度为300～400℃，处理时间为10～200s。

进一步地，形成粘附金属层的工艺为物理气相沉积，形成扩散阻挡层的工艺为化学气相沉积。

进一步地，粘附金属层的材料为Ti，扩散阻挡层的材料为TiN。

进一步地，形成接触孔的步骤包括：在半导体基体上形成介质层；刻蚀介质层至露出半导体基体，以在介质层中形成接触孔。

进一步地，半导体基体中形成有晶体管，接触孔位于晶体管中的源漏极或栅极上。

进一步地，在形成接触孔之后，制作方法还包括清洗接触孔的步骤；在形成扩散阻挡层之后，制作方法还包括在接触孔中形成金属层的步骤。

同时，本申请还提供了一种半导体器件，包括接触孔结构，该接触孔结构由本申请上述的制作方法制作而成。

本申请通过执行氮等离子体处理以在粘附金属层中形成金属氮化物层，减少了所形成粘附金属层的厚度，从而减少了粘附金属层与金属硅化物层的反应，并减少了由于粘附金属层会跟金属硅化物层反应导致的金属硅化物中硅的损失，进而提高了金属硅化物层的电阻率，并进一步降低了所形成半导体器件的失效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施方式所提供的接触孔结构的制作方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。