連接通孔至器件的制作方法
【專利摘要】連接通孔至器件。本發(fā)明提供了用于連接通孔和由應(yīng)變硅材料形成的晶體管端子的方法和器件。端子可以是NMOS或PMOS晶體管的源極或漏極，其形成在襯底內(nèi)。襯底上方的第一層間介電(ILD)層內(nèi)的第一接觸件形成在端子上方并且與端子連接。通孔延伸穿過(guò)第一ILD層至襯底中。第二接觸件形成在位于第二ILD層和接觸蝕刻終止層(CESL)內(nèi)的第一接觸件和通孔上方并且與第一接觸件和通孔連接。第二ILD層位于CESL上方，而CESL位于第一ILD層上方，第一ILD層、第二ILD層和CESL全都位于晶體管的第一金屬間介電(IMD)層和第一金屬層之下。
【專利說(shuō)明】連接通孔至器件【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造，具體而言，涉及連接通孔和晶體管端子的器件和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自發(fā)明集成電路(IC)以來(lái)，由于半導(dǎo)體器件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成密度的不斷改進(jìn)以及半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵尺寸(CD)的不斷減小，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷快速發(fā)展。隨著半導(dǎo)體器件CD的不斷減小，晶體管的柵極、源極和漏極的比例也相應(yīng)減小，這導(dǎo)致決定晶體管中電流大小的載流子減少。
[0003]在提高晶體管性能的各種技術(shù)中，一種方法是向晶體管的溝道施加機(jī)械應(yīng)力從而增大載流子遷移率并且減小電阻。使用這種方法的結(jié)果是產(chǎn)生應(yīng)變硅晶體管。
[0004]另一方面，半導(dǎo)體器件的集成改進(jìn)和CD的減小在性質(zhì)上基本是二維的，原因在于集成器件占據(jù)的體積基本上處于半導(dǎo)體晶圓的表面。盡管光刻方面的顯著改進(jìn)在2D IC形成方面帶來(lái)明顯的改進(jìn)，但是在二維方面可實(shí)現(xiàn)的密度仍存在物理限制。
[0005]在嘗試進(jìn)一步增大電路密度的過(guò)程中，研究開(kāi)發(fā)了三維(3D) 1C。在3D IC的典型形成工藝中，將兩個(gè)管芯接合到一起并且每一個(gè)管芯和襯底上的接觸焊盤之間形成電連接。例如，一種嘗試涉及將兩個(gè)管芯堆疊接合起來(lái)。然后將堆疊管芯接合到載具襯底和將每一管芯上的接觸焊盤電連接至載具襯底上的接觸焊盤的焊線(wire bond)。
[0006]在3D IC中，可以使用諸如通孔(例如，硅通孔(TSVs)或者襯底通孔)的各種方式將兩個(gè)管芯彼此堆疊接合到一起。通常，通過(guò)蝕刻穿過(guò)襯底的垂直過(guò)孔并用諸如銅的導(dǎo)電材料填充該過(guò)孔來(lái)形成通孔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種器件，所述器件包括:晶體管的端子，由應(yīng)變硅材料形成并且形成在襯底內(nèi)；第一接觸件，位于所述端子上方并且與所述端子連接，所述第一接觸件形成在所述襯底上方的第一層間介電(ILD)層內(nèi)；通孔，穿過(guò)所述第一 ILD層延伸至所述襯底中；以及第二接觸件，位于所述第一接觸件和所述通孔上方，所述第二接觸件與所述第一接觸件和所述通孔連接，并形成在第二 ILD層和接觸蝕刻終止層(CESL)內(nèi)，其中所述第二 ILD層位于所述CESL上方，而所述CESL位于所述第一 ILD層上方。
[0008]所述的器件還包括:所述晶體管的柵極，形成在所述第一 ILD層內(nèi)；第三接觸件，位于所述柵極上方并且與所述柵極連接，所述第三接觸件形成在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)；過(guò)孔，位于所述第三接觸件上方并且與所述第三接觸件連接；以及第一金屬層的金屬接觸件，位于所述過(guò)孔上方并且與所述過(guò)孔連接。
[0009]所述的器件還包括:所述晶體管的柵極，形成在所述第一 ILD層內(nèi)；第三接觸件，位于所述柵極上方并且與所述柵極連接，所述第三接觸件形成在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)；過(guò)孔，位于所述第三接觸件上方并且與所述第三接觸件連接；第一金屬層的金屬接觸件，位于所述過(guò)孔上方并且與所述過(guò)孔連接；位于所述第二 ILD層上方的蝕刻終止層(ESL)以及位于所述ESL上方的第一金屬間介電(MD)層，其中所述過(guò)孔穿過(guò)所述ESL和所述第一 MD層與所述第三接觸件接觸。
[0010]在所述的器件中，所述晶體管是NMOS晶體管或PMOS晶體管。
[0011]在所述的器件中，所述端子是所述晶體管的源極或漏極。
[0012]在所述的器件中，所述襯底包括選自基本上由摻雜體硅襯底、未摻雜體硅襯底、絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底、化合物半導(dǎo)體襯底或者合金半導(dǎo)體襯底所組成的組中的材料。
[0013]在所述的器件中，所述應(yīng)變硅材料包括硅鍺或硅鍺碳。
[0014]在所述的器件中，所述通孔包括選自基本上由銅、鎢、鋁、銀、金或它們的組合所組成的組中的導(dǎo)電材料。
[0015]在所述的器件中，所述通孔包括圍繞延伸穿過(guò)所述第一 ILD層至所述襯底中的通孔的襯墊和阻擋層。
[0016]在所述的器件中，所述第一 ILD層和所述第二 ILD層包括選自基本上由氧化物、SiO2、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、四乙基原硅酸鹽(TEOS)、旋涂玻璃(SOG)、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)、氟化硅酸鹽玻璃(SFG)、高密度等離子體(HDP)氧化物或等離子體增強(qiáng)TEOS(PETEOS)所組成的組中的材料。
[0017]在所述的器件中，所述第一接觸件和所述第二接觸件包括選自基本上由銅、鎢、鋁、銀、金或它們的組合所組成的組中的導(dǎo)電材料。
[0018]在所述的器件中，所述CESL包括選自基本上由氮化硅、碳化硅、氧化硅或其他高應(yīng)力材料所組成的組中的材料。
[0019]所述的器件還包括:所述晶體管的柵極，形成在所述第一 ILD層內(nèi)；第三接觸件，位于所述柵極上方并且與所述柵極連接，所述第三接觸件形成在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)；過(guò)孔，位于所述第三接觸件上方并且與所述第三接觸件連接；以及第一金屬層的金屬接觸件，位于所述過(guò)孔上方并且與所述過(guò)孔連接，其中，所述柵極包括柵極絕緣層和柵電極。
[0020]所述的器件還包括:所述晶體管的柵極，形成在所述第一 ILD層內(nèi)；第三接觸件，位于所述柵極上方并且與所述柵極連接，所述第三接觸件形成在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)；過(guò)孔，位于所述第三接觸件上方并且與所述第三接觸件連接；以及第一金屬層的金屬接觸件，位于所述過(guò)孔上方并且與所述過(guò)孔連接，其中，所述柵極包括柵極絕緣層和柵電極，所述柵電極是金屬柵電極，所述金屬柵電極包括選自基本上由鉿、鋯、鈦、鉭、鋁、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬氮化物或它們的組合所組成的組中的材料。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造器件的方法，包括:使用應(yīng)變硅材料在襯底內(nèi)形成晶體管的端子；在所述襯底上方形成第一層間介電(ILD)層；在所述第一 ILD層內(nèi)形成第一接觸件，其中所述第一接觸件位于所述端子上方并且與所述端子連接；形成延伸穿過(guò)所述第一 ILD層至所述襯底中的通孔；在所述第一 ILD層上方形成接觸蝕刻終止層(CESL);在所述CESL上方形成第二 ILD層；以及在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)形成第二接觸件，其中所述第二接觸件位于所述第一接觸件和所述通孔上方并且與所述第一接觸件和所述通孔連接。
[0022]所述的方法還包括:在所述第一 ILD層內(nèi)形成所述晶體管的柵極；在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)形成第三接觸件，其中所述第三接觸件位于所述柵極上方并且與所述柵極連接；在所述第三接觸件上方形成與所述第三接觸件連接的過(guò)孔，以及在所述過(guò)孔上方形成與所述過(guò)孔連接的第一金屬層的金屬接觸件。
[0023]所述的方法還包括:在所述第一 ILD層內(nèi)形成所述晶體管的柵極；在所述第二ILD層和所述CESL內(nèi)形成第三接觸件，其中所述第三接觸件位于所述柵極上方并且與所述柵極連接；在所述第三接觸件上方形成與所述第三接觸件連接的過(guò)孔，在所述過(guò)孔上方形成與所述過(guò)孔連接的第一金屬層的金屬接觸件；在所述第二 ILD層上方形成蝕刻終止層(ESL);以及在所述ESL上方形成第一金屬間介電(MD)層，其中所述過(guò)孔穿過(guò)所述ESL和所述第一 MD層與所述第三接觸件接觸。
[0024]在所述的方法中，所述晶體管是NMOS晶體管或PMOS晶體管，并且所述端子是所述晶體管的源極或漏極。
[0025]在所述的方法中，所述應(yīng)變硅材料包括硅鍺或硅鍺碳。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種器件，所述器件包括:晶體管的端子，由應(yīng)變硅材料形成并且形成在襯底內(nèi)；第一接觸件，位于所述端子上方并且與所述端子連接，所述第一接觸件形成在所述襯底上方的第一層間介電(ILD)層內(nèi)；所述晶體管的柵極，形成在所述第一 ILD層內(nèi)；通孔，延伸穿過(guò)所述第一 ILD層至所述襯底中；第二接觸件，位于所述第一接觸件和所述通孔的上方，所述第二接觸件與所述第一接觸件和所述通孔連接，并且形成在第二 ILD層和接觸蝕刻終止層(CESL)內(nèi)，其中所述第二 ILD層位于所述CESL上方，而所述CESL位于所述第一 ILD層上方；第三接觸件，位于所述柵極上方并且與所述柵極連接，所述第三接觸件形成在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)；過(guò)孔，位于所述第三接觸件上方并且與所述第三接觸件連接；以及第一金屬層的金屬接觸件，位于所述過(guò)孔上方并且與所述過(guò)孔連接。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]為更充分地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將參考結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述，其中:
[0028]圖1至圖5示出根據(jù)實(shí)施例用于在應(yīng)變硅晶體管和通孔之間形成連接的工藝的各個(gè)中間階段。
[0029]除非另有說(shuō)明，不同附圖中的相應(yīng)標(biāo)號(hào)和符號(hào)通常指相應(yīng)的部件。繪制附圖用于清楚地示出各個(gè)實(shí)施例的相關(guān)方面而不必成比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0030]在下面詳細(xì)討論實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的具體實(shí)施例僅僅是制造和使用本發(fā)明的示例性具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。在所有各個(gè)附圖和示例性實(shí)施例中，相同的編號(hào)用于指示相同的元件。
[0031]在以下描述中，公開(kāi)了在用于形成三維集成電路(3D IC)的硅通孔和電路的應(yīng)變硅晶體管的端子之間形成連接的情況下的實(shí)施例。通過(guò)在襯底上方的第一層間介電(ILD)層、第一 ILD層上方的接觸蝕刻終止層(CESL)以及CESL上方的第二 ILD層中形成的接觸件形成連接，第一 ILD層、CESL層以及第二 ILD層都位于晶體管的第一金屬間介電(IMD)層和第一金屬層之下。
[0032]如圖1所示，提供襯底101。襯底101可以是電路、器件、管芯或晶圓的一部分。襯底101可以包括例如體硅(摻雜或未摻雜的)或絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底的有源層。通常，SOI襯底包括在絕緣層上形成的半導(dǎo)體材料(諸如硅)層。絕緣層可以是例如在襯底(通常為硅或玻璃襯底)上設(shè)置的埋氧(BOX)層或氧化硅層。還可以使用其他襯底，諸如多層或梯度襯底；或者包含化合物半導(dǎo)體襯底(例如砷化鎵)或合金半導(dǎo)體襯底(例如硅鍺)的襯底。襯底101具有其上可以形成晶體管100和其他器件的正面以及與正面相反的背面。
[0033]可以在襯底101中形成用于隔離器件區(qū)的多個(gè)淺溝槽隔離(STI) 109或其他隔離結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)使用光刻技術(shù)蝕刻襯底101以形成凹槽來(lái)形成STI 109。通常，光刻包括沉積光刻膠材料，然后對(duì)光刻膠材料進(jìn)行掩蔽、曝光以及顯影。在圖案化光刻膠掩模之后，可以實(shí)施蝕刻工藝以去除襯底101的不想要的部分。在襯底101包括體硅的實(shí)施例中，蝕刻工藝可以是濕法或干法、各向異性或各向同性蝕刻工藝。然后用通過(guò)在包含氧化物、h20、NO或它們的組合的氣氛中的任何氧化工藝(諸如濕法或干法熱氧化)或者通過(guò)化學(xué)汽相沉積(CVD)方法使用四乙基原硅酸鹽(TEOS)和氧氣作為前體所形成的介電材料(諸如氧化物層)來(lái)填充凹槽?？梢詫?shí)施平坦化步驟以平坦化隔離材料的表面使其與襯底101的頂面齊平?？梢岳缡褂帽绢I(lǐng)域中已知的常用的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝來(lái)完成平坦化步驟。
[0034]可以在兩個(gè)STI 109之間形成阱102，在阱102內(nèi)可以形成晶體管的源極和漏極。在圖1只示出了用于一個(gè)晶體管100的一個(gè)阱102，而在實(shí)際器件中可能存在用于許多晶體管的許多阱。在實(shí)施例中，阱102可以是容納NMOS晶體管100的源極和漏極的P型阱?？蛇x地，阱102可以是容納PMOS晶體管100的源極和漏極的η型阱。在實(shí)施例中，可以實(shí)施諸如退火程序的高溫?zé)岢绦蛞则?qū)動(dòng)并活化P型阱或者η型阱102中的摻雜物。例如，在實(shí)施例中，可以通過(guò)以約1Ε12至約1Ε14個(gè)原子/cm2的劑量在約20KeV至約500KeV的能量下注入諸如硼離子的P型離子來(lái)形成阱102。在實(shí)施例中，阱可以具有約10，000埃至約30，000埃的深度和約3，000埃至約10，000埃的寬度。其他實(shí)施例可以采用不同的深度、寬度和/或摻雜參數(shù)。
[0035]可以在阱102內(nèi)形成晶體管100的兩個(gè)端子103，其為晶體管100的源極和漏極。晶體管100可以是NMOS晶體管或者PMOS晶體管。兩個(gè)端子103之間的區(qū)域104是用于晶體管100的溝道?？梢允紫仍谮?02中蝕刻出用于端子103的凹槽?？梢酝ㄟ^(guò)干法等離子體蝕刻工藝實(shí)施凹槽的蝕刻。在襯底101是硅襯底的實(shí)施例中，等離子體蝕刻工藝可以應(yīng)用氟化學(xué)物質(zhì)。在阱102中形成凹槽之后，可以實(shí)施選擇性外延以形成端子103。端子103可以是晶體管100的源極或者漏極中的任何一個(gè)。用于端子103的外延生長(zhǎng)材料可以是具有與襯底101的材料不同的晶格常數(shù)的晶格不匹配半導(dǎo)體材料。用于端子103的晶格不匹配材料可以被稱為應(yīng)變硅材料。
[0036]在實(shí)施例中，晶 體管100是PMOS晶體管，而用于端子103的晶格不匹配材料或者應(yīng)變硅材料可以是具有SihGex組分的硅鍺，其中X可以在約0.1至約0.3的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施例中，晶體管100是NMOS晶體管,而用于端子103的晶格不匹配材料或者應(yīng)變娃材料可以是碳化硅或者硅鍺碳(Si1^GexCy)，其中碳的摩爾分?jǐn)?shù)y大于鍺的摩爾分?jǐn)?shù)x的十分之一。在實(shí)施例中，可以通過(guò)CVD使用Si2H6(乙硅烷)和GeH4 (鍺烷)作為源氣體，采用襯底溫度為約600至900°C，Si2H6分壓為30mPa以及GeH4分壓為60mPa的條件來(lái)生長(zhǎng)諸如硅鍺的晶格不匹配材料?？梢杂闷渌椒▉?lái)生長(zhǎng)用于端子103的硅鍺或任何其他的應(yīng)變硅材料。
[0037]用于端子103的應(yīng)變娃材料是娃的一種形式,其中由于應(yīng)變娃晶格和下面的娃材料(在其上形成應(yīng)變硅材料)晶格的維數(shù)不同導(dǎo)致向硅晶格施加拉伸應(yīng)變。在實(shí)施例中，用于端子103的硅鍺晶格比用于襯底101的純硅晶格具有更寬的間隔，并且間隔隨著鍺的百分比的增大而變得更寬。因?yàn)楣杈Ц裨谛纬善陂g與較大的硅鍺晶格對(duì)準(zhǔn)，所以對(duì)用于端子103的娃層形成拉伸應(yīng)變使得娃原子彼此被拉開(kāi)。因此,相比于弛豫娃(relaxedsilicon),應(yīng)變硅中的載流子遷移率大幅度增加,在整個(gè)溝道之間潛在地增加了 80%或更大的電子遷移率以及20%或更大的空穴遷移率。
[0038]可以在襯底101的表面上形成柵極絕緣層118?？梢酝ㄟ^(guò)熱氧化生長(zhǎng)柵極絕緣層118或者可以通過(guò)CVD沉積柵極絕緣層118。在實(shí)施例中，柵極絕緣層118的厚度可以介于約3埃和約50埃之間。在實(shí)施例中，氧化硅層可以用作由多晶硅材料形成的柵極的柵極絕緣層。柵極絕緣層118可以是諸如氧化物-氮化物-氧化物(ONO)的另一種材料。在實(shí)施例中，柵極絕緣層118可以是介電常數(shù)大于約10的高介電層，并且可以具有約15至約25的介電常數(shù)。柵極絕緣層118可以是選自由氧化鉿(HfO)、氧化硅鉿(HfSiO)、氮氧化鉿(HfON)以及類似材料所組成的組中的材料。在可選的實(shí)施例中，柵極絕緣層118可以由相對(duì)介電常數(shù)大于約5的材料形成。這些材料的實(shí)例包括氧化鋁、氧化鑭、氧化鋯或者它們的組合。
[0039]可以在柵極絕緣層118上方形成柵電極117。柵電極117的厚度可以介于約500埃和約2000埃之間的范圍內(nèi)。在實(shí)施例中，柵電極117可以包括多晶硅。在可選的實(shí)施例中，柵電極可以包括另一種材料，諸如多晶硅鍺?？蛇x地，柵電極117可以是代替多晶硅柵極的金屬柵極。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬柵電極117可以包括鉿、鋯、鈦、鉭、鋁或它們的合金或金屬碳化物。金屬碳化物可以是碳化鉿、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鋁等。在另一實(shí)施例中，金屬柵電極117可以由導(dǎo)電材料諸如金屬娃化物(例如,娃化鈦、娃化鈷、娃化鎳、娃化鉭)、金屬氮化物(例如，氮化鈦、氮化鉭)、摻雜的多晶硅或多晶硅鍺或任何其他的導(dǎo)電材料形成。還可以使用這些材料的組合。
[0040]然后可以實(shí)施光刻步驟，接著進(jìn)行蝕刻步驟使用光刻膠掩模作為蝕刻掩模從而形成包括柵極絕緣層118和柵電極117的柵極堆疊件，如圖1所示。蝕刻掩?？梢园狗瓷渫繉?BARC)硬掩模層。
[0041]可以在柵電極117和柵極絕緣層118的側(cè)面上形成柵極阻擋件115。在實(shí)施例中，柵極阻擋件115可以通過(guò)CVD介電材料(例如，氧化硅或氮化硅)接著進(jìn)行該介電材料的各向異性蝕刻來(lái)形成。在另一實(shí)施例中，柵極阻擋層115可以是包括介電襯墊和阻擋件主體的復(fù)合阻擋件?？梢酝ㄟ^(guò)沉積介電襯墊材料(例如氧化硅)和阻擋件主體材料(例如氮化硅)然后進(jìn)行各向異性蝕刻使用反應(yīng)離子蝕刻來(lái)形成介電襯墊。在另一實(shí)施例中，襯墊可以是氧化物而阻擋件主體可以是氮化物。
[0042]可以在襯底101上方形成第一層間介電(ILD)層111。在第一 ILD層111內(nèi)可以包含由柵極絕緣層118、柵電極117和柵極阻擋件115組成的柵極堆疊件。第一 ILD層111可以具有低介電常數(shù)(k值小于約3.0)或極低介電常數(shù)(k值小于約2.5)。作為實(shí)例，第一 ILD層111可以包括氧化物、SiO2、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、TE0S、旋涂玻璃(SOG)、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)、氟化硅酸鹽玻璃(FSG)、高密度等離子體(HDP)氧化物或者等離子體增強(qiáng)TEOS (PETEOS)?？梢詫?shí)施諸如CMP工藝的平坦化工藝來(lái)平坦化第一 ILD層111。
[0043]可以在第一 ILD層111內(nèi)形成多個(gè)接觸件113。接觸件113可以形成在端子103 (即源極和漏極)上方。將接觸件113連接到端子103。可以通過(guò)蝕刻從第一 ILD層111的頂面到達(dá)端子103的凹槽來(lái)形成接觸件113。可以諸如通過(guò)CVD、原子層沉積(ALD)、物理汽相沉積(PVD)、熱氧化或它們的組合，在凹槽的側(cè)壁上方沉積薄阻擋層(未示出)。阻擋層可以包括氮化物或氮氧化物，諸如氮化鈦、氮氧化鈦、氮化鉭、氮氧化鉭、氮化鎢、和/或它們的組合等?？梢栽诒∽钃鯇由戏胶桶疾壑谐练e導(dǎo)電材料以形成接觸件113?？梢酝ㄟ^(guò)電化學(xué)鍍工藝、CVD、ALD、PVDjP /或它們的組合等形成導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料可以是選自包含銅、鎢、鋁、銀、金、和/或它們的組合等的組。接觸件可以是由包含半導(dǎo)體材料和金屬(諸如鈷(Co)或鎳(Ni))的化合物形成?？梢酝ㄟ^(guò)例如CMP去除多余的導(dǎo)電材料和阻擋層，從而形成與端子103連接的接觸件113。
[0044]可以在兩個(gè)STI 109之間、第一 ILD層內(nèi)和襯底中形成通孔121。通孔121可以是硅通孔、襯底通孔或一些其他類型的通孔?？梢酝ㄟ^(guò)蝕刻從第一 ILD層111的頂面到襯底101中的開(kāi)口來(lái)形成通孔121。開(kāi)口的深度可以介于約ΙΟμπι?300μηι的范圍內(nèi)，而通孔121的寬度可以介于約Ιμπι?30μπι的范圍內(nèi)。可以在開(kāi)口中的第一 ILD層111和襯底101的上方形成覆蓋開(kāi)口的側(cè)壁和底部的襯墊105。襯墊105可以是TEOS或氮化硅或者任何合適的介電材料?？梢允褂玫入x子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)工藝或者諸如PVD或者熱工藝的其他方法形成襯墊105?？梢允褂弥T如CVD、ALD、PVD、熱氧化或者它們的組合的方法在襯墊105上方沉積薄阻擋層107。阻擋層107可以包括氮化物或者氮氧化物，諸如氮化鈦、氮氧化鈦、氮化鉭、氮氧化鉭、氮化鎢或它們的組合。
[0045]可以在薄阻擋層107上方的開(kāi)口中沉積導(dǎo)電材料以形成通孔121?？梢酝ㄟ^(guò)電化學(xué)鍍工藝、CVD、ALD、PVD或它們的組合形成導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料可以選自由銅、鎢、鋁、銀、金和/或它們的組合等所組成的組。可以通過(guò)例如CMP去除多余的導(dǎo)電材料和阻擋層，從而形成如圖1示出的通孔121。
[0046]通孔121可以用于連接堆疊在一起的兩個(gè)管芯。通孔121可以電連接到電氣器件(例如，諸如晶體管100)或者可以電連接到襯底101正面上的外部電連接件。通孔121可以充當(dāng)穿透通孔(pass-through via),允許連接至襯底101正面的器件與連接至襯底101背面的器件電通訊或者與不同管芯的器件通訊。
[0047]可以在第一 ILD層111、接觸件113、柵電極117和通孔121的上方形成充當(dāng)高應(yīng)力層的接觸蝕刻終止層(CESL) 119。CESL 119可以是由氮化硅、碳化硅、氧化硅或任何其他高應(yīng)力材料覆蓋形成。實(shí)際上，應(yīng)力可以是壓縮應(yīng)力或者拉伸應(yīng)力，并且可以具有介于0.1至4十億帕斯卡(GPa)的大小。可以通過(guò)CVD工藝形成CESL 119。如本領(lǐng)域中公知的和常用的，CVD工藝可以是低壓CVD(LPCVD)工藝或者PECVD工藝。施加在CESL上的應(yīng)力在半導(dǎo)體襯底上的晶體管100的溝道中形成拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變以進(jìn)一步提高載流子遷移率。
[0048]如圖2所示，可以在CESL 119上方形成第二層間介電(ILD)層121。第二 ILD層121可以具有低介電常數(shù)(k值小于約3.0)或極低介電常數(shù)(k值小于約2.5)。在實(shí)施例中，第二 ILD 層 121 可以包括氧化物、Si02、BPSG、TE0S、S0G、USG、FSG、HDP 氧化物或 PETEOS?？梢詫?shí)施諸如CMP工藝的平坦化工藝來(lái)平坦化第二 ILD層121。
[0049]如圖2所示，可以在第二 ILD層121和CESL 119中形成接觸件123、125和127?？梢圆捎霉饪碳夹g(shù)通過(guò)沉積和圖案化光刻膠層形成穿過(guò)第二 ILD層121和CESL 119的開(kāi)口，從而暴露對(duì)應(yīng)于期望的開(kāi)口位置的第二 ILD層121和CESL 119的一部分。其后，可以使用各向異性蝕刻工藝蝕刻第二 ILD層121和CESL 119。接觸件123、125和127可以由導(dǎo)電材料形成，該導(dǎo)電材料選自由銅、鎢、鋁、銀、金或它們的組合所組成的組?？梢允褂弥T如CMP工藝的平坦化工藝從第二 ILD層121的頂面去除多余量的導(dǎo)電材料。
[0050]在實(shí)施例中，在接觸件113和通孔121的上方形成接觸件127。接觸件127將通孔121與第一 ILD層111中的一個(gè)接觸件113連接起來(lái)，該接觸件113進(jìn)一步連接到襯底101中的端子103。因此，通過(guò)CESL 119和第二 ILD層121中的接觸件127和第一 ILD層111中的接觸件113，可以在通孔121和端子103之間形成電連接。端子103可以是晶體管100的源極或漏極。將接觸件125連接到柵電極117。將接觸件123連接到晶體管100的另一個(gè)端子103。接觸件125和接觸件123將晶體管的源極或漏極和柵極連接到電路的其他部分，同時(shí)接觸件127與通孔連接，該通孔進(jìn)一步與其他管芯的器件連接。
[0051]如圖3所示，可以在第二 ILD層121上方形成覆蓋接觸件123、125和127的蝕刻終止層(ESL) 129?？梢酝ㄟ^(guò)薄膜生長(zhǎng)技術(shù)形成ESL 129。ESL 129可以由氧化物材料、氮化物材料或基于碳的金剛石材料形成。ESL129可以通過(guò)CVD工藝形成。如本領(lǐng)域中公知的和常用的，CVD工藝可以是LPCVD工藝或PECVD工藝。
[0052]如圖4所不,可以在ESL 129上方形成第一金屬層吣。第一金屬層M1可以包括導(dǎo)電布線層，其包含導(dǎo)線135和過(guò)孔133。導(dǎo)線135和過(guò)孔133形成在位于ESL 129上方的金屬間介電(IMD)層131中。導(dǎo)線135可以由選自由銅、鎢、鋁、銀、金、和/或它們的組合等所組成的組中的任何導(dǎo)電材料形成。MD層131可以包括低介電常數(shù)或極低介電常數(shù)(ELK)材料，諸如氧化物、SiO2, BPSG、TEOS, SOG、USG、FSG、HDP氧化物或PETE0S?？梢詫?shí)施諸如CMP工藝的平坦化工藝來(lái)平坦化MD層131。可以例`如使用鍍層和蝕刻工藝或者通過(guò)鑲嵌或雙鑲嵌工藝來(lái)形成導(dǎo)線135和過(guò)孔133，在所述工藝中在相應(yīng)的介電層中蝕刻出開(kāi)口并且用導(dǎo)電材料填充該開(kāi)口。
[0053]如圖5所不,可以在第一金屬層M1上方形成第二金屬層M2。第二金屬層M2可以包括導(dǎo)電布線層，其包含導(dǎo)線145和過(guò)孔143。導(dǎo)線145和過(guò)孔143形成在位于MD層131上方的頂D層141中。導(dǎo)線145可以由選自由銅、鎢、鋁、銀、金、和/或它們的組合等所組成的組中的任何導(dǎo)電材料形成。MD層141可以包括低介電常數(shù)或極低介電常數(shù)(ELK)材料，諸如氧化物、SiO2, BPSG、TEOS, SOG、USG、FSG、HDP氧化物或PETE0S?？梢詫?shí)施諸如CMP工藝的平坦化工藝來(lái)平坦化MD層141?？梢岳缡褂缅儗雍臀g刻工藝或者通過(guò)鑲嵌或雙鑲嵌工藝形成導(dǎo)線145和過(guò)孔143，在所述工藝中在相應(yīng)的介電層中蝕刻出開(kāi)口并且用導(dǎo)電材料填充該開(kāi)口。
[0054]通常，還可以在第二金屬層M2上方形成包含電連接個(gè)體器件的導(dǎo)線和過(guò)孔的更多金屬化層％-1\^。導(dǎo)線和過(guò)孔層可以形成在IMD層中。在實(shí)施例中，金屬化層M3-Mn可以由銅形成，但是可以可選地利用其他材料諸如鎢、鋁、金等。在金屬化層的頂部上，可以形成具有外部接觸件的鈍化層。外部接觸件可以包括凸塊下金屬化(UBM)結(jié)構(gòu)。[0055] 盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的實(shí)施例的構(gòu)思和范圍的情況下，進(jìn)行各種改變、替換和更改。而且，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說(shuō)明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
將很容易地理解，根據(jù)本發(fā)明可以利用現(xiàn)有的或今后開(kāi)發(fā)的用于執(zhí)行與本文所述相應(yīng)實(shí)施例基本上相同的功能或者獲得基本上相同的結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求預(yù)期在其范圍內(nèi)包括這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種器件，包括: 晶體管的端子，由應(yīng)變硅材料形成并且形成在襯底內(nèi)； 第一接觸件，位于所述端子上方并且與所述端子連接，所述第一接觸件形成在所述襯底上方的第一層間介電(ILD)層內(nèi)； 通孔，穿過(guò)所述第一 ILD層延伸至所述襯底中；以及 第二接觸件，位于所述第一接觸件和所述通孔上方，所述第二接觸件與所述第一接觸件和所述通孔連接，并形成在第二 ILD層和接觸蝕刻終止層(CESL)內(nèi)，其中所述第二 ILD層位于所述CESL上方,而所述CESL位于所述第一 ILD層上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括: 所述晶體管的柵極，形成在所述第一 ILD層內(nèi)； 第三接觸件，位于所述柵極上方并且與所述柵極連接，所述第三接觸件形成在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)； 過(guò)孔，位于所述第三接觸件上方并且與所述第三接觸件連接；以及 第一金屬層的金屬接觸件，位于所述過(guò)孔上方并且與所述過(guò)孔連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，還包括: 位于所述第二 ILD層上方的蝕刻終止層(ESL)以及位于所述ESL上方的第一金屬間介電(MD)層，其中所述過(guò)孔穿過(guò)所述ESL和所述第一 MD層與所述第三接觸件接觸?！?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述端子是所述晶體管的源極或漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述應(yīng)變硅材料包括硅鍺或硅鍺碳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述通孔包括選自基本上由銅、鎢、鋁、銀、金或它們的組合所組成的組中的導(dǎo)電材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述通孔包括圍繞延伸穿過(guò)所述第一ILD層至所述襯底中的通孔的襯墊和阻擋層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述第一 ILD層和所述第二 ILD層包括選自基本上由氧化物、SiO2、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、四乙基原硅酸鹽(TEOS)、旋涂玻璃(SOG)、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)、氟化硅酸鹽玻璃(SFG)、高密度等離子體(HDP)氧化物或等離子體增強(qiáng)TEOS (PETEOS)所組成的組中的材料； 所述第一接觸件和所述第二接觸件包括選自基本上由銅、鎢、鋁、銀、金或它們的組合所組成的組中的導(dǎo)電材料； 所述CESL包括選自基本上由氮化娃、碳化娃、氧化娃或其他高應(yīng)力材料所組成的組中的材料。
9.一種制造器件的方法，包括: 使用應(yīng)變硅材料在襯底內(nèi)形成晶體管的端子； 在所述襯底上方形成第一層間介電(ILD)層； 在所述第一 ILD層內(nèi)形成第一接觸件，其中所述第一接觸件位于所述端子上方并且與所述端子連接； 形成延伸穿過(guò)所述第一 ILD層至所述襯底中的通孔； 在所述第一 ILD層上方形成接觸蝕刻終止層(CESL)；在所述CESL上方形成第二 ILD層；以及 在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)形成第二接觸件，其中所述第二接觸件位于所述第一接觸件和所述通孔上方并且與所述第一接觸件和所述通孔連接。
10.一種器件，包括: 晶體管的端子，由應(yīng)變硅材料形成并且形成在襯底內(nèi)； 第一接觸件，位于所述端子上方并且與所述端子連接，所述第一接觸件形成在所述襯底上方的第一層間介電(ILD)層內(nèi)； 所述晶體管的柵極，形成在所述第一 ILD層內(nèi)； 通孔，延伸穿過(guò)所述第一 ILD層至所述襯底中； 第二接觸件，位于所述第一接觸件和所述通孔的上方，所述第二接觸件與所述第一接觸件和所述通孔連接，并且形成在第二 ILD層和接觸蝕刻終止層(CESL)內(nèi)，其中所述第二ILD層位于所述CESL上方,而所述CESL位于所述第一 ILD層上方； 第三接觸件，位于所述柵極上方并且與所述柵極連接，所述第三接觸件形成在所述第二 ILD層和所述CESL內(nèi)； 過(guò)孔，位于所述第三接觸件上方并且與所述第三接觸件連接；以及 第一金屬層的金屬接觸件，位于所`述過(guò)孔上方并且與所述過(guò)孔連接。
【文檔編號(hào)】H01L23/538GK103579186SQ201210587635
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月10日
【發(fā)明者】陳明發(fā), 王宇洋, 詹森博 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司