[发明专利]包括含金属导线的半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

实施例涉及一种半导体器件以及制造该半导体器件的方法，更具体地，涉及包括含金属（metal-containing）导线的半导体器件以及制造该半导体器件的方法。

背景技术

半导体器件可以包括布线作为导电元件。布线可以被埋入在形成于半导体器件的半导体基板中的沟槽中。随着半导体器件的设计规则被减小，半导体器件可以具有减小的特征尺寸。

发明内容

实施例提出一种半导体器件，包括：半导体基板，其中具有沟槽；含金属阻挡层，沿沟槽的内壁延伸并定义沟槽中的布线空间，该布线空间具有沿第一方向的第一宽度；以及含金属导线，在含金属阻挡层上且在布线空间中，并包括至少一个金属颗粒，该至少一个金属颗粒具有沿第一方向的大约第一宽度的颗粒直径。

至少一个金属颗粒可以包括W、Mo、Pt和Rh中的至少一种。

含金属导线还可以包括硼（B）。

含金属阻挡层可以包括Ti、Ta、TiN、TaN和TiSiN中的至少一种。

含金属导线可以通过如下形成：形成沿沟槽的内壁延伸的至少两个金属层，至少两个金属层的每个具有多个较小的金属颗粒，多个较小的金属颗粒的每个具有在第一方向上的小于第一宽度的1/2的颗粒直径；以及增大多个较小金属颗粒中至少一个的尺寸以形成具有沿第一方向的大约第一宽度的颗粒直径的至少一个金属颗粒。

实施例还提出一种方法，包括：在基板上形成含金属堆叠结构，该含金属堆叠结构包括至少两个籽层以及设置在至少两个籽层之间且包括多个金属颗粒的至少一个金属层；蚀刻含金属堆叠结构的一部分以形成包括含金属堆叠结构的剩余部分的含金属布线图案；以及退火含金属布线图案。

至少两个籽层可以包括硼（B）。

多个金属颗粒可以包括W、Mo、Pt和Rh中的至少一种。

含金属布线图案的退火可以在约800至约1000℃的温度进行。

含金属布线图案的退火可以在H₂、N₂和Ar气体中的至少一个的气体气氛中进行。

实施例还提出一种方法，该方法包括：在半导体基板中形成沟槽；形成沿沟槽的内壁延伸并定义沟槽中的布线空间的下层，该布线空间具有沿第一方向的第一宽度；形成含金属堆叠结构，该含金属堆叠结构包括在下层上沿沟槽的内壁延伸的多个籽层以及在多个籽层之一上沿沟槽的内壁延伸并具有多个金属颗粒的至少一个金属层，多个金属颗粒的每个具有在第一方向上小于第一宽度的1/2的颗粒直径；蚀刻含金属堆叠结构的一部分以形成包括含金属堆叠结构的剩余部分的含金属布线图案；以及增大含金属布线图案中多个金属颗粒中至少一些的尺寸。

增大多个金属颗粒中至少一些的尺寸可以包括退火含金属布线图案。

增大多个金属颗粒中至少一些的尺寸可以被进行，使得含金属布线图案包括具有沿第一方向的大约第一宽度的颗粒直径的至少一个金属颗粒。

形成含金属堆叠结构可以包括：在下层上形成包括硼（B）的第一籽层；通过使用化学气相沉积（CVD）工艺形成第一金属层，使得第一金属层在第一籽层上沿沟槽的内壁延伸并包括多个金属颗粒，多个金属颗粒的每个具有沿第一方向的小于第一宽度的1/2的颗粒直径；以及在第一金属层上形成包括硼（B）的第二籽层。

形成含金属堆叠结构可以包括：供应含硼气体到下层的暴露表面上以形成籽层；以及供应含金属气体到籽层上以形成金属层。

含金属气体可以包括W、Mo、Pt和Rh中的至少一种。

第一宽度可以是含金属阻挡层的在内壁关于沟槽的中央的相对两侧的两部分之间的距离。

在实施例中，直到蚀刻含金属堆叠结构的一部分以形成含金属布线图案，实质上没有去除至少一个金属层的部分。

附图说明

通过参照附图详细描述示范性实施例，特征对于本领域技术人员将变得显然，附图中：

图1A和图1B示出根据实施例制造半导体器件的方法的流程图；

图2A、2B、2C、2D和2E示出根据实施例制造半导体器件的工艺中的阶段的截面图；

图3A示出包括在图2D所示的含金属堆叠结构中的形成第一、第二和第三金属层的多个金属颗粒的截面图；

图3B示出形成图2E所示的含金属导线的多个金属颗粒的截面图；

图4A示出根据实施例的半导体器件的布图；

图4B示出半导体器件沿图4A的线4B-4B'截取的截面图；

图4C示出在图4A和4B所示的字线周围的埋入字线和其他部件的平面图；