[发明专利]形成硅化镍材料的方法

说明书

本文揭示了在基板上形成硅化镍材料的方法。所述方法包括在约15℃至约27℃的温度下在基板顶部沉积第一硅化镍种晶层，在400℃或更低，诸如超过350℃的温度下，使第一硅化镍种晶层退火；以及在约15℃至约27℃的温度下，在第一硅化镍种晶层上沉积第二硅化镍层，以形成硅化镍材料。

技术领域

本揭示案的实施方式大体涉及沉积硅化镍(NiSi)材料的方法，所述硅化镍材料具有提高的电导率或低电阻率及/或小于10纳米(nm)的电子平均自由程(electron meanfree path；eMFP)。

背景技术

在诸如集成电路的半导体器件中，互连用于连接及整合器件的各种部件。通常，器件由多层导电部件组成，由绝缘材料隔开，以协助使信号路径减至最小且缩小器件尺寸。为了在层间建立连续性，导电互连(触点或通孔)在绝缘层之间延伸并连接导电层。因此，互连是用导电材料填充的垂直开口，用于将器件各层上的部件彼此连接并连接到半导体基板。

随着半导体器件集成度的提高，互连的尺寸已减小，且其深宽比(亦即，互连的高度与宽度的比率)已增大。因而，过去足以填充互连的方法已被证实不足以用于较小的互连。通常，使用诸如铜的金属材料填充互连孔，所述材料通过化学气相沉积(chemicalvapor deposition；CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)、电镀或其组合沉积在孔内。

集成电路(integrated circuit；IC)中的互连分配时钟及其他信号，并为电路内的各个部分提供电源/接地。随着集成电路特征尺寸的不断缩小，互连正成为决定系统性能的主要因素，系统性能例如信号传播延迟及功率消耗，此与互连线电阻有关。在过去的20年中，由于铜(Cu)的低电阻率，铜始终是互连的首选材料。然而，发明人已观察到，随着互连线宽度收缩至低于材料的电子平均自由程(eMFP)，由于线表面及晶粒边界处的侧壁电子散射，材料的有效电阻率增大。因此，发明人已观察到，对于宽度为20纳米或更小的铜互连，有效电阻率的增大会招致问题，因为铜具有39纳米的eMFP。此外，发明人亦观察到铜在低温下会与硅发生有问题的相互作用，或者扩散到周围的电介质中。通常需要阻挡层来防止扩散，这会不利地增大铜的总电阻率。发明人已观察到对寻找集成电路互连中铜的替代材料的需求。

因此，发明人提供了在基板上形成硅化镍材料的改良方法，及降低硅化镍材料的电阻率的方法。

发明内容

本文提供了在基板上形成硅化镍材料及降低硅化镍材料的电阻率的实施方式。在一些实施方式中，一种用于在基板上形成硅化镍材料的方法包括：在约15℃至约27℃的温度下，在基板顶部沉积第一硅化镍种晶层；在诸如超过350℃、或在400℃或更低的温度下使第一硅化镍种晶层退火；及在约15℃至约27℃的温度下，在第一硅化镍种晶层上沉积第二硅化镍层，以形成硅化镍材料。在实施方式中，硅化镍材料具有小于20微欧姆×厘米的电阻，比如1-20微欧姆×厘米(μΩ^.cm)。

在一些实施方式中，一种降低硅化镍材料的电阻率的方法包括：a)在约15℃至约27℃的温度下，在基板顶部沉积硅化镍层；b)在高于350℃的温度下使第一硅化镍种晶层退火；及c)重复a)、或a)和b)，直到硅化镍材料具有预定厚度。在一些实施方式中，第一硅化镍种晶层在氩气中在400℃或更低的温度下退火长达2分钟。在一些实施方式中，当达到硅化镍材料的期望厚度之后，硅化镍材料在约350℃的温度及20巴的压力(氩气环境)下退火长达10分钟。

在一些实施方式中，一种在基板上形成互连的方法包括：在约15℃至约27℃的温度下，在基板上物理气相沉积第一硅化镍种晶层；在高于350℃的温度下使第一硅化镍种晶层退火；及在约15℃至约27℃的温度下，在第一硅化镍种晶层上物理气相沉积第二硅化镍层，以形成硅化镍材料。