包括接觸塞的半導體裝置的製作方法
2023-06-20 09:03:51
技術領域
示例實施例涉及一種半導體裝置及其製造方法。更具體地，示例實施例涉及一種具有接觸塞的半導體裝置及其製造方法。
背景技術：
當鎢接觸塞形成在基底的源/漏區上時，阻擋層可以形成在貫穿絕緣中間層的開口的內壁上，鎢層可以形成在阻擋層上並可以平坦化。為了減小源/漏區與鎢接觸塞之間的電阻，可以對阻擋層執行熱處理以形成金屬矽化物層。然而，由於熱處理，阻擋層的特性會惡化。
技術實現要素：
示例實施例提供一種包括具有良好特性的接觸塞的半導體裝置。
示例實施例提供一種包括具有良好特性的接觸塞的半導體裝置的製造方法。
根據示例實施例，提供一種半導體裝置。該半導體裝置可以包括：有源鰭，在基底上從隔離圖案部分地突出；柵極結構，在有源鰭上；源/漏層，在與柵極結構相鄰的有源鰭的一部分上；金屬矽化物圖案，在源/漏層上；以及塞，在金屬矽化物圖案上。塞可以包括：第二金屬圖案；金屬氮化物圖案，接觸金屬矽化物圖案的上表面，並覆蓋第二金屬圖案的底部和側壁；以及第一金屬圖案，在金屬矽化物圖案上，第一金屬圖案覆蓋金屬氮化物圖案的外側壁。第一金屬圖案可以包括金屬氮化物，第一金屬圖案的氮濃度可以根據距金屬氮化物圖案的外側壁的距離而逐漸減小。
在示例實施例中，第一金屬圖案可以包括氮化鈦、氮化鈷或氮化鎳，金屬氮化物圖案可以包括氮化鈦、氮化鉭或氮化鎢。第一金屬圖案的氮濃度可以比金屬氮化物圖案的氮濃度低。
在示例實施例中，源/漏層的上表面可以不是平坦的和/或不是平滑的。
在示例實施例中，源/漏層可以填充與柵極結構相鄰的有源鰭的一部分上的凹部並從凹部突出，源/漏層的最上表面可以比有源鰭的最上表面高。
在示例實施例中，源/漏層可以包括包含單晶矽-鍺的第一源/漏層和包含單晶矽或單晶碳化矽的第二源/漏層。第二源/漏層的最上表面可以比第一源/漏層的最上表面高。
在示例實施例中，塞可以包括位於第一源/漏層上的第一塞和位於第二源/漏層上的第二塞。第二塞的底部可以比第一塞的底部高。
根據示例實施例，提供一種半導體裝置。該半導體裝置可以包括：源/漏層，在基底中或在基底上；金屬矽化物圖案，在源/漏層上；以及接觸塞，在金屬矽化物圖案上。接觸塞可以包括第一金屬圖案、金屬氮化物圖案和第二金屬圖案。金屬氮化物圖案可以接觸金屬矽化物圖案的上表面，覆蓋第二金屬圖案的底部和側壁，並具有等於或小於大約3nm的厚度。第一金屬圖案可以覆蓋金屬氮化物圖案的外側壁。
在示例實施例中，第二金屬圖案可以包括鎢。
在示例實施例中，第一金屬圖案可以包括鈦、鈷或鎳，金屬矽化物圖案可以包括矽化鈦、矽化鈷或矽化鎳。
在示例實施例中，第一金屬圖案和金屬矽化物圖案可以包括基本相同的材料。
在示例實施例中，金屬氮化物圖案可以包括氮化鈦、氮化鉭或氮化鎢。
在示例實施例中，源/漏層可以包括單晶矽、單晶碳化矽或單晶矽-鍺。
在示例實施例中，第一金屬圖案可以包括氮化鈦、氮化鈷或氮化鎳，金屬氮化物圖案可以包括氮化鈦、氮化鉭或氮化鎢。第一金屬圖案的氮濃度可以比金屬氮化物圖案的氮濃度低。
在示例實施例中，第一金屬圖案的氮濃度可以根據距金屬氮化物圖案的外側壁的距離而逐漸地減小。
在示例實施例中，第一金屬圖案在其外側壁處的氮濃度可以基本為零。
在示例實施例中，金屬氮化物圖案的氮濃度可以從其頂部向其底部減小。
在示例實施例中，金屬氮化物圖案可以還包括氧。
在示例實施例中，金屬氮化物圖案的氧濃度可以從其頂部向其底部增大。
在示例實施例中，金屬氮化物圖案的電阻可以從其頂部向其底部增大。
在示例實施例中，第一金屬圖案可以具有大約1nm至大約10nm的厚度。
在示例實施例中，第一金屬圖案的厚度可以比金屬氮化物圖案的厚度小。
在示例實施例中，第一金屬圖案的厚度可以比金屬氮化物圖案的厚度大。
在示例實施例中，半導體裝置還可以包括在基底上覆蓋第一金屬圖案的外側壁的絕緣中間層。
根據示例實施例，提供一種半導體裝置。該半導體裝置可以包括：有源鰭，在基底上從隔離圖案部分地突出；柵極結構，在有源鰭上；源/漏層，在與柵極結構相鄰的有源鰭的一部分上；金屬矽化物圖案，在源/漏層上；以及接觸塞，在金屬矽化物圖案上。接觸塞可以包括第二金屬圖案、金屬氮化物圖案和第一金屬圖案。金屬氮化物圖案可以接觸金屬矽化物圖案的上表面，並覆蓋第二金屬圖案的底部和側壁。第一金屬圖案可以覆蓋金屬氮化物圖案的外側壁。金屬矽化物圖案和第一金屬圖案可以包括基本上相同的金屬。
在示例實施例中，源/漏層可以填充與柵極結構相鄰的有源鰭的一部分上的凹部並從凹部突出，源/漏層的最上表面可以比有源鰭的最上表面高。
在示例實施例中，半導體裝置可以還包括覆蓋柵極結構的側壁的柵極間隔件。源/漏層可以接觸柵極間隔件的外側壁。
在示例實施例中，柵極結構可以包括設置在一個方向上的多個柵極結構，源/漏層可形成在有源鰭的位於多個柵極結構中相鄰的柵極結構之間的一部分上，所述相鄰的柵極結構沿所述一個方向相鄰。
在示例實施例中，半導體裝置可以還包括覆蓋每個柵極結構的側壁的柵極間隔件。接觸塞可形成在多個柵極結構中沿所述一個方向相鄰的柵極結構的側壁上的柵極間隔件之間，接觸塞的第一金屬圖案的外側壁可以接觸柵極間隔件的外側壁。
在示例實施例中，源/漏層可以包括包含單晶矽-鍺的第一源/漏層和包含單晶矽或單晶碳化矽的第二源/漏層。第二源/漏層的最上表面可以比第一源/漏層的最上表面高。
在示例實施例中，接觸塞可以包括位於第一源/漏層上的第一接觸塞和位於第二源/漏層上的第二接觸塞。第二接觸塞的底部可以比第一接觸塞的底部高。
在示例實施例中，柵極結構可以包括柵電極和在有源鰭上的柵極絕緣圖案，柵極絕緣圖案覆蓋柵電極的底部和側壁。
在示例實施例中，柵極結構可以還包括在有源鰭與柵極絕緣圖案之間的界面圖案以及在柵極絕緣圖案與柵電極之間的可以覆蓋柵電極的底部和側壁的逸出功控制圖案。
在示例實施例中，第二金屬圖案可以包括鎢，第一金屬圖案包括鈦、鈷或鎳，金屬矽化物圖案可以包括矽化鈦、矽化鈷或矽化鎳，金屬氮化物圖案可以包括氮化鈦、氮化鉭或氮化鎢。
在示例實施例中，第一金屬圖案可以包括氮化鈦、氮化鈷或氮化鎳，金屬氮化物圖案可以包括氮化鈦、氮化鉭或氮化鎢。第一金屬圖案的氮濃度可以比金屬氮化物圖案的氮濃度低。
在示例實施例中，第一金屬圖案的氮濃度可以根據距金屬氮化物圖案的外側壁的距離而逐漸地減小。
在示例實施例中，金屬氮化物圖案的氮濃度可以從其頂部向其底部減小。
在示例實施例中，金屬氮化物圖案可以具有等於或小於大約3nm的厚度，第一金屬圖案可以具有大約1nm至大約10nm的厚度。
根據示例實施例，提供一種半導體裝置的製造方法。在所述方法中，可以提供基底。可以在基底中或在基底上形成源/漏層。可以在基底上形成絕緣中間層以具有暴露源/漏層的上表面的開口。可以在源/漏層的暴露的上表面、開口的側壁和絕緣中間層上形成第一金屬層。可以在第一金屬層上形成金屬氮化物層以具有等於或小於大約3nm的厚度。可以對第一金屬層執行熱處理工藝以引起第一金屬層與源/漏層反應，使得金屬矽化物層可以形成在源/漏層上並在源/漏層與金屬氮化物層之間。可以對金屬氮化物層執行氮化工藝。可以在金屬氮化物層上形成第二金屬層以填充開口的剩餘的部分。可以使第二金屬層、金屬氮化物層和第一金屬層平坦化，直至可以暴露絕緣中間層的上表面，以形成包括第一金屬圖案、金屬氮化物圖案和第二金屬圖案的接觸塞。可以在開口的側壁上形成第一金屬圖案，可以在金屬矽化物層和第一金屬圖案上形成金屬氮化物圖案，可以在金屬氮化物圖案上形成第二金屬圖案，並填充開口的剩餘的部分。可以通過金屬氮化物圖案覆蓋第二金屬圖案的底部和側壁。
在示例實施例中，當執行氮化工藝時，可以對金屬氮化物層執行等離子體氮化工藝。
在示例實施例中，當執行氮化工藝時，可以在氮或氨的氣氛下，大約350℃至大約500℃的溫度下，執行退火工藝。
在示例實施例中，當執行氮化工藝時，在金屬氮化物層中，可以增大氮濃度並可以減小氧濃度。
在示例實施例中，在執行氮化工藝之後，金屬氮化物層的氮濃度可以從其底部向其頂部增大。
在示例實施例中，當形成第二金屬層時，可以用六氟化鎢(WF6)作為源氣執行CVD工藝。
在示例實施例中，可以通過金屬氮化物層阻斷由CVD工藝產生的氟以不滲透到第一金屬層中。
在示例實施例中，第一金屬層可以由鈦、鈷或鎳形成，金屬氮化物層可以由氮化鈦、氮化鉭或氮化鎢形成。
根據示例實施例，提供一種半導體裝置的製造方法。在所述方法中，可以在基底上形成隔離圖案以限定從隔離圖案的上表面部分地突出的有源鰭。可以在有源鰭上形成虛設柵極結構。可以在與虛設柵極結構相鄰的有源鰭的一部分上形成源/漏層。可以在基底上形成第一絕緣中間層以覆蓋源/漏層，並圍繞虛設柵極結構的側壁。可以用柵極結構替換虛設柵極結構。可以在柵極結構和第一絕緣中間層上形成第二絕緣中間層。可以部分地去除第一絕緣中間層和第二絕緣中間層以形成暴露源/漏層的上表面的第一開口。可以在源/漏層的暴露的上表面、第一開口的側壁和第二絕緣中間層上形成第一金屬層。可以在第一金屬層上形成金屬氮化物層。可以在第一金屬層上執行熱處理工藝以引起第一金屬層與源/漏層反應，使得金屬矽化物層可以形成在源/漏層上並在源/漏層與金屬氮化物層之間。可以在金屬氮化物層上執行氮化工藝。可以在金屬氮化物層上形成第二金屬層以填充第一開口的剩餘的部分。可以使第二金屬層、金屬氮化物層和第一金屬層平坦化，直至可以暴露第二絕緣中間層的上表面以形成填充第一開口的接觸塞。
在示例實施例中，接觸塞可以包括：第一金屬圖案，在第一開口的側壁上；金屬氮化物圖案，在金屬矽化物層和第一金屬圖案上；以及第二金屬圖案，在金屬氮化物圖案上。第二金屬圖案可以填充第一開口的剩餘的部分，可以通過金屬氮化物圖案覆蓋第二金屬圖案的底部和側壁。
在示例實施例中，當形成源/漏層時，可以在與柵極結構相鄰的有源鰭的一部分上形成凹部。可以執行SEG工藝，以形成填充凹部並從凹部突出的源/漏層。源/漏層可以具有比有源鰭的最上表面高的最上表面。
在示例實施例中，當形成源/漏層時，可以形成包括單晶矽-鍺的第一源/漏層。可以形成包括單晶矽或單晶碳化矽的第二源/漏層。第二源/漏層的最上表面可以比第一源/漏層的最上表面高。
在示例實施例中，當形成接觸塞時，可以分別在第一源/漏層和第二源/漏層上形成第一接觸塞和第二接觸塞。第二接觸塞的底部可以比第一接觸塞的底部高。
在示例實施例中，當用柵極結構替換虛設柵極結構時，可以去除虛設柵極結構以形成暴露有源鰭的上表面的第二開口。可以在有源鰭的暴露的上表面、第二開口的側壁和第一絕緣中間層上形成柵極絕緣層。可以在柵極絕緣層上形成柵電極層以填充第二開口的剩餘的部分。可以使柵電極層和柵極絕緣層平坦化，直至可以暴露第一絕緣中間層的上表面，以形成包括柵極絕緣圖案和柵電極的柵極結構。可以在有源鰭的暴露的上表面和第二開口的側壁上形成柵極絕緣圖案，可以在柵極絕緣圖案上形成柵電極，並填充第二開口的剩餘部分。可以通過柵極絕緣圖案覆蓋柵電極的底部和側壁。
根據示例實施例的接觸塞的金屬氮化物圖案可以具有等於或小於大約3nm的薄的厚度，因此在接觸塞中的可以具有比金屬氮化物圖案的電阻低的電阻的第二金屬圖案可以具有相對大的體積。因為金屬氮化物圖案由於氮化工藝可以具有增大的氮濃度，所以金屬氮化物圖案可以具有比未對其執行氮化工藝的金屬氮化物圖案的電阻低的電阻。因此，包括金屬氮化物圖案和第二金屬圖案的接觸塞可以具有低的電阻。
即使金屬氮化物圖案具有薄的厚度，金屬氮化物圖案也可以通過氮化工藝而具有提高的阻擋特性，因此第二金屬圖案可以緊密地形成，在其中沒有空隙。此外，滲透到接觸塞中的第一金屬圖案中的氟的量可以非常小，沒有空隙或裂縫會形成在第一金屬圖案與圍繞第一金屬圖案的絕緣中間層之間的界面中。因此，包括第一金屬圖案和第二金屬圖案的接觸塞可以具有良好的特性。
根據示例實施例，提供一種半導體裝置的製造方法。所述方法可以包括：在基底中或在基底上形成源/漏層；在基底上形成絕緣層，絕緣層具有暴露源/漏層的上表面的開口；在源/漏層的暴露的上表面、絕緣層的頂部和開口的側壁上形成第一金屬層；在第一金屬層上形成金屬氮化物層；執行熱處理工藝，以在源/漏層與金屬氮化物層之間並在源/漏層上形成金屬矽化物層；執行氮化工藝，以氮化金屬氮化物層、第一金屬層的第一部分和金屬矽化物層的第二部分；在金屬氮化物層上形成第二金屬層以填充開口；使第二金屬層、金屬氮化物層和第一金屬層平坦化，直至暴露絕緣層的上表面以形成填充開口的接觸塞。
附圖說明
通過下文中結合附圖進行的詳細描述，將更清楚地理解示例實施例。圖1至圖40代表如這裡所描述的非限制性的示例實施例。
圖1至圖6、圖7A和圖7B是示出根據示例實施例的包括接觸塞的半導體裝置的製造方法的步驟的剖視圖；
圖8至圖37、圖38A、圖38B、圖39和圖40是示出根據示例實施例的半導體裝置的製造方法的步驟的平面圖和剖視圖。
具體實施方式
在下文中，將參照其中示出了一些示例實施例的附圖更充分地描述各種示例實施例。然而，本公開可以以許多不同的形式實施，而不應該被解釋為局限於在此闡述的示例實施例。在附圖中，為了清楚起見，可以誇大層和區域的尺寸和相對尺寸。
將理解的是，當元件或層被稱作「在」另一元件或層「上」，「連接到」或「結合到」另一元件或層時，該元件或層可以直接在所述另一元件或層上，直接連接到或結合到所述另一元件或層，或者可以存在中間元件或中間層。相反，當元件被稱作「直接在」另一元件或層「上」，「直接連接到」或「直接結合到」另一元件或層時，不存在中間元件或中間層。除非上下文另有指出，否則術語「接觸」指的是直接連接(即，觸摸)。同樣的標記始終代表同樣的元件。如在這裡使用的，術語「和/或」包括一個或更多個相關所列項的任意組合和所有組合。
將理解的是，儘管在這裡可使用術語第一、第二、第三、第四等來描述不同的元件、組件、區域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區域、層和/或部分不應該受這些術語的限制。除非另有指出，否則這些術語僅是用來將一個元件、組件、區域、層或部分與另一個元件、組件、區域、層或部分區分開來。因此，在不脫離本發明構思的教導的情況下，下面討論的第一元件、第一組件、第一區域、第一層或第一部分可被稱作第二元件、第二組件、第二區域、第二層或第二部分。當諸如「…中的至少一個(種)(者)」的表述位於一列元件之後時，修飾整列元件而不修飾該列的個別元件。
為了便於描述，可以在此使用諸如「在……之下」、「在……下方」、「下面的」、「在……之上」、「上面的」等的空間相對術語來描述在附圖中示出的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。將理解的是，空間相對術語意圖包含除了附圖中描述的方位之外的在使用或運行中的裝置的不同方位。例如，如果附圖中的裝置被翻轉，則被描述為「在」其它元件或特徵「下方」或「之下」的元件將隨後被定位為「在」所述其它元件或特徵「之上」。因此，示例性術語「在……之下」可包含上方和下方兩種方位。可以另外地定位裝置(旋轉90度或在其它方位)，並相應地解釋在這裡使用的空間相對描述語。
用在這裡的術語僅是為了描述具體示例實施例的目的，而不意圖限制本公開。如在這裡使用的，除非上下文另有明確地指明，否則單數形式「一個(種)」和「所述(該)」也意圖包括複數形式。還將理解的是，當在本說明書中使用術語「包括」、其變型、「具有」和/或其變形時，說明存在陳述的特徵、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但是不排除存在或添加一個或更多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
除非上下文另有表明，否則當提及方位、布局、位置、形狀、尺寸、數量或其它量度時在此使用的諸如「相同的」、「相等的」、「平面的」或「共面的」的術語不必意味著完全相同的方位、布局、位置、形狀、尺寸、數量或其它量度，但是意圖包含例如由於製造工藝而可發生的可接受變化內的幾乎相同的方位、布局、位置、形狀、尺寸、數量或其它量度。這裡可以使用術語「基本上」來體現此含義。例如，被描述為「基本上相同」、「基本上相等」或「基本上平面」的項目可以是完全相同、相等或平面的，或者可以在例如由於製造工藝而可發生的可接受變化內是相同、相等或平面的。
在此參照作為理想的示例實施例(和中間結構)的示意圖的剖視圖來描述示例實施例。如此，將預期到由於例如製造技術和/或公差導致的圖示的形狀的變化。因此，示例實施例不應被解釋為限於此處示出的區域的具體形狀，而是包括由於例如製造導致的形狀偏差。例如，示出為矩形的注入區將典型地具有在它邊緣處的圓形的或彎曲的特徵和/或注入濃度的梯度而不是從注入區到非注入區的二元轉變。同樣地，通過注入而形成的掩埋區可以在掩埋區與發生注入所穿過的表面之間的區域中導致一些注入。因此，圖中示出的區域在本質上是示意性的，並且它們的形狀不意圖限制本公開的範圍。
除非另有定義，否則此處使用的全部術語(包括技術術語和科學術語)具有與本公開所屬領域的普通技術人員所通常理解的含義相同的含義。還將理解的是，除非在此清楚地定義，否則諸如通用字典中定義的術語應該被解釋為具有與其在相關領域的背景中的含義一致的含義，而不應該以理想化的或過於形式化的含義來解釋。
圖1至圖6、圖7A和圖7B是示出根據示例實施例的包括接觸塞的半導體裝置的製造方法的步驟的剖視圖。
如在這裡使用的，例如，半導體裝置可以指諸如半導體晶片(例如，由晶片形成的存儲器晶片和/或邏輯晶片)、半導體晶片的堆疊、包括堆疊在封裝件基底上的一個或更多個半導體晶片的半導體封裝件或包括多個封裝件的封裝件上封裝件裝置的裝置。
參照圖1，可以在基底100中形成源/漏層110，可以形成覆蓋基底100和源/漏層110的絕緣中間層120，可以穿過絕緣中間層120形成開口130以暴露源/漏層110的上表面。在一些實施例中，「在……中」可以指源/漏區掩埋在基底中，「在……上」可以指源/漏區在基底上方。描述為「提供有」基底的源/漏區可以形成在基底中或基底上。
基底100可以包括半導體材料，例如矽、鍺、矽-鍺或者例如GaP、GaAs、GaSb等的III-V半導體化合物。在示例實施例中，基底100可以是絕緣體上矽(SOI)基底或絕緣體上鍺(GOI)基底。
例如柵極結構、隔離圖案等的各種類型的元件可以形成在基底100上，並可以被絕緣中間層120覆蓋。
在示例實施例中，源/漏層110可以通過將雜質注入到基底100的上部中來形成。雜質可以包括例如硼、鋁等的p型雜質或例如磷、砷等的n型雜質。
可選擇地，源/漏層110可以通過在基底100上形成凹部(未示出)並使用凹部下的基底100的一部分作為種子執行選擇性外延生長(SEG)工藝以填充凹部來形成。SEG工藝可以使用例如二氯矽烷(SiH2Cl2)氣體的矽源氣和例如鍺烷(GeH4)氣體的鍺源氣來形成，並可以形成單晶矽-鍺層。例如乙硼烷(B2H6)氣體的p型雜質源氣也可以用於形成摻雜有p型雜質的單晶矽-鍺層。可選擇地，SEG工藝可以使用例如乙矽烷(Si2H6)氣體的矽源氣和例如單甲基矽烷(SiH3CH3)氣體的碳源氣來執行，並可以形成單晶碳化矽層。可選擇地，SEG工藝可以僅使用例如乙矽烷(Si2H6)氣體的矽源氣來執行，並可以形成單晶矽層。例如磷化氫(PH3)氣體的n型雜質源氣也可以用於形成摻雜有n型雜質的單晶碳化矽層或摻雜有n型雜質的單晶矽層。
當源/漏層110通過SEG工藝形成時，源/漏層110的上表面可以與基底100的上表面基本共面或可以比基底100的上表面高。
絕緣中間層120可以由例如氧化矽形成。可選擇地，絕緣中間層120可以由例如摻雜碳的氧化矽(SiCOH)或摻雜氟的氧化矽(F-SiO2)的低k介電材料、多孔氧化矽、旋塗有機聚合物或例如氫倍半矽氧烷(HSSQ)、甲基倍半矽氧烷(MSSQ)等的無機聚合物來形成。
開口130可以通過在絕緣中間層120上形成光致抗蝕劑圖案(未示出)並使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模執行蝕刻工藝來形成。開口130可以穿過絕緣中間層120來形成。
參照圖2，可以在源/漏層110的暴露的上表面、開口130的側壁和絕緣中間層120的上表面上順序地形成第一金屬層140和金屬氮化物層150。順序地堆疊的第一金屬層140和金屬氮化物層150可以形成阻擋層160。
第一金屬層140可以由諸如鈦、鈷、鎳等的可以與源/漏層110反應以形成金屬矽化物的材料來形成。第一金屬層140可以形成為具有例如大約1nm至大約10nm的厚度。在示例實施例中，第一金屬層140可以共形地形成為具有恆定的厚度。
可選擇地，參照圖3，第一金屬層140可以形成為具有不同的厚度。在示例實施例中，第一金屬層140在源/漏層110的暴露的上表面和絕緣中間層120的上表面上的部分可以具有大約5nm至大約10nm的厚度，第一金屬層140在開口130的側壁上的部分可以具有大約1nm的厚度。
在下文中，為了便於解釋，將僅示出具有恆定厚度的第一金屬層140。金屬氮化物層150可以形成為具有等於或小於大約3nm的薄的厚度。在示例實施例中，金屬氮化物層150可以共形地形成為具有恆定的厚度。
在示例實施例中，如圖2中所示，金屬氮化物層150可以形成為具有比第一金屬層140的厚度小的厚度。可選擇地，金屬氮化物層150可以形成為其厚度可以比第一金屬層140在源/漏層110的暴露的上表面和絕緣中間層120的上表面上的部分的厚度小並可以比第一金屬層140在開口130的側壁上的部分的厚度大。在示例實施例中，金屬氮化物層150可以由例如氮化鈦、氮化鉭或氮化鎢形成。
在示例實施例中，第一金屬層140和金屬氮化物層150可以通過化學氣相沉積(CVD)工藝、原子層沉積(ALD)工藝、物理氣相沉積(PVD)工藝等來形成。
參照圖4，可以對其上具有第一金屬層140和金屬氮化物層150的基底100執行熱處理工藝以形成金屬矽化物圖案170。
在示例實施例中，可以對基底100執行退火工藝(例如，通過使用雷射、斜坡升溫(ramp)或爐等)，因此源/漏層110和第一金屬層140可以彼此反應以形成金屬矽化物圖案170。雷射退火工藝可以在大約800℃的溫度下執行若干秒。
第一金屬層140在開口130的側壁和絕緣中間層120的上表面上的部分不會與源/漏層110反應，使得第一金屬層140在開口130的側壁和絕緣中間層120的上表面上的部分可以不與源/漏層110反應而留下。
由於熱處理工藝，所以金屬氮化物層150的特性會惡化。在熱處理工藝期間、之前或之後，金屬氮化物層150的金屬元素可以與氧結合，因此金屬氮化物層150中的氧濃度可以增大，同時其中的氮濃度可以減小。
因此，當在金屬氮化物層150上形成第二金屬層180時(參照圖6)，金屬氮化物層150可能不足以用作用於形成第二金屬層180的晶核，因此第二金屬層180不會緊密地形成，並且缺陷(例如，空隙、突起、分層或裂縫等)會形成在其中。
在形成第二金屬層180期間會產生的氟可以穿透金屬氮化物層150來滲透到第一金屬層140中，因此諸如空隙或分層的缺陷會產生在例如第一金屬層140、金屬氮化物層150、第二金屬層180、第二金屬層180與金屬氮化物層150之間的界面、第一金屬層140與金屬氮化物層150之間的界面或第一金屬層140與絕緣中間層120之間的界面中。
另外，由於金屬氮化物層150中的氧濃度增大，所以金屬氮化物層150的電阻會增大。
具體地，當金屬氮化物層150具有等於或小於大約3nm的薄的厚度時，金屬氮化物層150的阻擋特性會大大惡化。
在示例實施例中，參照圖5，可以對金屬氮化物層150執行氮化工藝，通過熱處理工藝而惡化的金屬氮化物層150的阻擋特性可以提高。在示例實施例中，可以執行氮化工藝以進一步氮化第一金屬層140的第一部分和金屬矽化物圖案170的第二部分。例如，第一金屬層140的第一部分可以包括設置在絕緣中間層120上的第一金屬層140的頂部和開口130中的第一金屬層140的內部。金屬矽化物圖案170的第二部分可以包括開口130中的金屬矽化物圖案170的頂部。
在示例實施例中，氮化工藝可以包括等離子體氮化(PN)工藝。可選擇地，氮化工藝可以包括在氮或氨的氣氛下，在大約350℃至大約500℃下的退火工藝。在示例實施例中，氮化工藝可以在比正常條件更嚴苛的條件下例如更高的溫度、更長的時間段或更高的電功率下執行以進一步氮化第一金屬層140的第一部分和金屬氮化物圖案170的第二部分。因此，金屬矽化物層中的不與源/漏層110反應的元素(例如，鈦)可以被氮化。
由於氮化工藝，與金屬氮化物層150中的金屬元素結合的氧可以被氮替換，因此金屬氮化物層150中的氧濃度可以減小，同時其中的氮濃度可以增大。因此，可以提高阻擋特性，這可參照圖6再次說明。由於氮化工藝，通過熱處理工藝而增大的金屬氮化物層150的電阻可以減小。
在示例實施例中，由於氮化工藝，氮可以與位於金屬氮化物層150下的第一金屬層140中的金屬元素結合，因此第一金屬層140也可以包括氮。例如，第一金屬層140中的氮濃度可以比金屬氮化物層150的氮濃度低，並可以根據距金屬氮化物層150的距離而逐漸地減小。在示例實施例中，第一金屬層140的氮濃度可以在與金屬氮化物層150的界面處最高，並可以根據距此的距離而逐漸減小至在與絕緣中間層120的界面處的零。
當開口130的高寬比(AR)高時，通過氮化工藝注入到金屬氮化物層150中的氮的量可以根據它們的位置而變化。在示例實施例中，注入到金屬氮化物層150的位於金屬矽化物圖案170的上表面上或與開口130的底部相鄰的一部分的氮的量可以比注入到金屬氮化物層150的位於絕緣中間層120的上表面上或與開口130的入口相鄰的一部分的氮的量少。金屬氮化物層150的氮濃度可以從其頂部朝向其底部減小。例如，金屬氮化物層150的底部接觸第一金屬層140或金屬矽化物圖案170，金屬氮化物層150的頂部與金屬氮化物層150的底部相對。在示例實施例中，金屬氮化物層150的氧濃度和電阻可以從其頂部朝向其底部增大。
在示例實施例中，在氮化工藝之後，第一金屬層140的氮濃度可以根據距第一金屬層140與金屬氮化物層150之間的界面的距離而逐漸地減小。另外，在氮化工藝之後，金屬矽化物層170的氮濃度可以根據距金屬矽化物層170與金屬氮化物層150之間的界面的距離而逐漸減小。
在示例實施例中，熱處理工藝和氮化工藝可以同時執行以減少工藝步驟。例如，熱處理工藝和氮化工藝可以在大約800℃的溫度下執行若干秒。
參照圖6，可以在金屬氮化物層150上形成第二金屬層180以填充開口130的剩餘的部分。
第二金屬層180可以通過CVD工藝、ALD工藝、PVD工藝等由例如鎢形成。
在示例實施例中，第二金屬層180可以使用六氟化鎢(WF6)通過CVD工藝來形成。在CVD工藝中由六氟化鎢(WF6)產生的氟可以大部分被具有提高的阻擋特性的金屬氮化物層150阻擋，即使金屬氮化物層150具有等於或小於大約3nm的薄的厚度，因此，僅有非常小量的氟可以滲透到第一金屬層140中。因此，沒有諸如空隙或分層的缺陷會形成在例如第一金屬層140、金屬氮化物層150、第二金屬層180與金屬氮化物層150之間的界面或第一金屬層140與絕緣中間層120之間的界面中。
具有高氮濃度的金屬氮化物層150可以作為用於形成鎢層的晶核，因此鎢層可以緊密地形成，在其中沒有空隙或裂縫。
參照圖7A，可以使第二金屬層180、金屬氮化物層150和第一金屬層140平坦化，直至可以暴露絕緣中間層120的上表面，以分別形成第二金屬圖案185、金屬氮化物圖案155和第一金屬圖案145。
金屬氮化物圖案155可以接觸金屬矽化物圖案170的上表面，並可以覆蓋第二金屬圖案185的底部和側壁。第一金屬圖案145可以接觸金屬矽化物圖案170的上表面，並可以覆蓋金屬氮化物圖案155的外側壁。
第一金屬圖案145和金屬氮化物圖案155可以形成阻擋圖案165，阻擋圖案165和第二金屬圖案185可以形成塞195(在下文中，塞可以被稱作接觸塞)。塞195可以形成在金屬矽化物圖案170上，並可以填充開口130。在一個實施例中，塞195可以包括阻擋圖案165、第二金屬圖案185和金屬矽化物圖案170。
如上文所說明的，根據示例實施例的塞195的金屬氮化物圖案155可以具有等於或小於大約3nm的薄的厚度，因此具有比金屬氮化物圖案155的電阻低的電阻的第二金屬圖案185可以具有相對大的體積。因為金屬氮化物圖案155由於氮化工藝可以具有增大的氮濃度，所以金屬氮化物圖案155可以具有比未對其執行氮化工藝的金屬氮化物圖案的電阻低的電阻。因此，包括金屬氮化物圖案155和第二金屬圖案185的塞195可以具有低的電阻。
根據在這裡公開的實施例，即使金屬氮化物圖案155具有薄的厚度，金屬氮化物圖案155仍可以通過氮化工藝具有提高的阻擋特性，因此第二金屬圖案185可以緊密地形成，在其中沒有缺陷。此外，滲透到第一金屬圖案145中的氟的量可以非常小，沒有諸如空隙或裂縫的缺陷會形成在例如第一金屬圖案145、金屬氮化物圖案155、第一金屬圖案145與金屬氮化物圖案155之間的界面或第一金屬圖案145與絕緣中間層120之間的界面中。因此，包括第一金屬圖案145和第二金屬圖案185的塞195可以具有良好的特性。
圖7A示出了位於開口130的側壁上的第一金屬圖案145具有比金屬氮化物圖案155的厚度大的厚度。可選擇地，圖7B示出了位於開口130的側壁上的第一金屬圖案145具有比金屬氮化物圖案155的厚度小的厚度，這也可以被包括在本發明的範圍中。
圖8至圖37、圖38A、圖38B、圖39和圖40是示出根據示例實施例的半導體裝置的製造方法的步驟的平面圖和剖視圖。具體地，圖8、圖11、圖14、圖17、圖20、圖25、圖28、圖31和圖36是平面圖，圖9、圖10、圖12、圖13、圖15、圖16、圖18、圖19、圖21-圖24、圖26、圖27、圖29、圖30、圖32-圖35、圖37、圖38A、圖38B、圖39和圖40是剖視圖。
圖9、圖10、圖12和圖29分別是沿相應的平面圖的線A-A』截取的剖視圖，圖13、圖15、圖18、圖21、圖22、圖26、圖30、圖32、圖34、圖37、圖39和圖40分別是沿相應的平面圖的線B-B』截取的剖視圖，圖16、圖19、圖23、圖24、圖27、圖33、圖35、圖38A和圖38B分別是沿相應的平面圖的線C-C』截取的剖視圖。
在示例實施例中，製造半導體裝置的方法可以包括與參照圖1至圖6、圖7A和圖7B說明的工藝基本相同或相似的工藝，因此在這裡可以省略對其的詳細描述。
參照圖8和圖9，可以部分地去除基底200的上部以分別形成第一凹部212和第二凹部214，可以形成隔離圖案220以填充第一凹部212和第二凹部214中的每一個的下部。
基底200可以包括第一區I和第二區II。在示例實施例中，第一區I和第二區II可以分別是P型金屬氧化物半導體(PMOS)區和N型金屬氧化物半導體(NMOS)區。第一凹部212和第二凹部214可以分別形成在基底200的第一區I和第二區II的上部處。
在示例實施例中，可以通過在基底200上形成隔離層以充分地填充第一凹部212和第二凹部214，使隔離層平坦化直至可以暴露基底200的上表面，並去除隔離層的上部以分別暴露第一凹部212和第二凹部214的上部來形成隔離圖案220。隔離層可以由例如氧化矽的氧化物來形成。
由於隔離圖案220可以形成在基底200上，具有被隔離圖案220覆蓋的頂表面的場區以及具有不被隔離圖案220覆蓋的頂表面的第一有源區202和第二有源區204可以分別限定在基底200的第一區I和第二區II中。第一有源區202和第二有源區204中的每一個可以具有從基底200突出的鰭型形狀，因此可以分別被稱為第一有源鰭和第二有源鰭。
在示例實施例中，第一有源鰭202和第二有源鰭204中的每一個可以形成為在與基底200的上表面基本平行的第一方向上延伸，多個第一有源鰭202和多個第二有源鰭204可以形成在與基底200的上表面基本平行並與第一方向基本垂直的第二方向上。
在示例實施例中，第一有源鰭202可以包括側壁可以被隔離圖案220覆蓋的第一下有源圖案202b和從隔離圖案220的上表面突出的第一上有源圖案202a。此外，第二有源鰭204可以包括側壁可以被隔離圖案220覆蓋的第二下有源圖案204b和從隔離圖案220的上表面突出的第二上有源圖案204a。在示例實施例中，第一上有源圖案202a和第二上有源圖案204a中的每一個可以具有在第二方向上的寬度，該寬度比第一下有源圖案202b和第二下有源圖案204b中的每一個在第二方向上的寬度略小。
參照圖10，隔離圖案220可以具有多層結構。
具體地，隔離圖案220可以包括順序地堆疊在第一凹部212和第二凹部214中的每一個的內壁上的第一襯裡222和第二襯裡224以及在第二襯裡224上填充第一凹部212和第二凹部214中的每一個的剩餘部分的絕緣層226。
第一襯裡222可以由例如氧化矽的氧化物來形成，第二襯裡224可以由多晶矽或者例如氮化矽的氮化物來形成。絕緣層226可以由例如氧化矽的氧化物來形成。
參照圖11至圖13，可以分別在基底200的第一區I和第二區II上形成第一虛設柵極結構和第二虛設柵極結構。
第一虛設柵極結構和第二虛設柵極結構可以通過如下步驟來形成：在基底200的第一有源鰭202和第二有源鰭204上以及在隔離圖案220上順序地形成虛設柵極絕緣層、虛設柵電極層和虛設柵極掩模層，使用光致抗蝕劑圖案(未示出)通過光刻工藝圖案化虛設柵極掩模層以形成第一虛設柵極掩模252和第二虛設柵極掩模254，並使用第一虛設柵極掩模252和第二虛設柵極掩模254作為蝕刻掩模來順序地蝕刻虛設柵電極層和虛設柵極絕緣層。因此，第一虛設柵極結構可以形成為包括順序地堆疊在基底200的第一有源鰭202和與第一有源鰭202在第二方向上相鄰的隔離圖案220的一部分上的第一虛設柵極絕緣圖案232、第一虛設柵電極242和第一虛設柵極掩模252。第二虛設柵極結構可以形成為包括順序地堆疊在基底200的第二有源鰭204和與第二有源鰭204在第二方向上相鄰的隔離圖案220的一部分上的第二虛設柵極絕緣圖案234、第二虛設柵電極244和第二虛設柵極掩模254。
虛設柵極絕緣層可以由例如氧化矽的氧化物來形成，虛設柵電極層可以由例如多晶矽來形成，虛設柵極掩模層可以由例如氮化矽的氮化物來形成。虛設柵極絕緣層可以通過CVD工藝、ALD工藝等來形成。可選擇地，虛設柵極絕緣層可以通過對基底200的上部的熱氧化工藝來形成，在這種情況下，虛設柵極絕緣層可以不形成在隔離圖案220上，但是可以僅形成在第一有源鰭202和第二有源鰭204上。虛設柵電極層和虛設柵極掩模層也可以通過CVD工藝、ALD工藝等來形成。
在示例實施例中，第一虛設柵極結構和第二虛設柵極結構中的每一個可以分別形成為在基底200的第一有源鰭202和第二有源鰭204中的每一個以及隔離圖案220上沿第二方向延伸，多個第一虛設柵極結構和多個第二虛設柵極結構可以形成在第一方向上。
還可以執行離子注入工藝，以分別在與第一虛設柵極結構和第二虛設柵極結構相鄰的第一有源鰭202和第二有源鰭204中的每一個的上部處形成雜質區(未示出)。
參照圖14至圖16，可以分別在第一虛設柵極結構和第二虛設柵極結構的側壁上形成第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264。此外，可以分別在第一有源鰭202和第二有源鰭204的側壁上形成第一鰭間隔件272和第二鰭間隔件274。
在示例實施例中，第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264以及第一鰭間隔件272和第二鰭間隔件274可以通過在第一虛設柵極結構和第二虛設柵極結構、第一有源鰭202和第二有源鰭204以及隔離圖案220上形成間隔件層並各向異性地蝕刻間隔件層來形成。間隔件層可以由例如氮化矽、碳氮化矽等的氮化物來形成。
第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264中的每一個可以形成在第一虛設柵極結構和第二虛設柵極結構中的每一個在第一方向上彼此相對的側壁上，第一鰭間隔件272和第二鰭間隔件274中的每一個可以形成在第一有源鰭202和第二有源鰭204中的每一個在第二方向上彼此相對的側壁上。
參照圖17至圖19，分別與第一虛設柵極結構和第二虛設柵極結構相鄰的第一有源鰭202和第二有源鰭204的上部可以被蝕刻，以分別形成第三凹部282和第四凹部284。
具體地，第一有源鰭202和第二有源鰭204的上部可以使用第一虛設柵極結構和第二虛設柵極結構以及第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264作為蝕刻掩模來蝕刻以形成第三凹部282和第四凹部284。在蝕刻工藝中，也可以去除第一鰭間隔件272和第二鰭間隔件274。圖17至圖19示出了分別在第一有源鰭202和第二有源鰭204中的第一上有源圖案202a和第二上有源圖案204a被部分地蝕刻，以分別形成第三凹部282和第四凹部284，然而，發明構思可以不限於此。例如，第三凹部282和第四凹部284中的每一個可以通過部分地去除第一上有源圖案202a和第二上有源圖案204a中的每一個以暴露第一下有源圖案202b和第二下有源圖案204b中的每一個來形成，另外，當形成第三凹部282和第四凹部284中的每一個時，可以去除第一下有源圖案202b和第二下有源圖案204b中的每一個的一部分。
參照圖20、圖21和圖23，可以分別在第一有源鰭202和第二有源鰭204上形成第一源/漏層302和第二源/漏層304以分別填充第三凹部282和第四凹部284。
在示例實施例中，第一源/漏層302和第二源/漏層304可以分別使用被第三凹部282和第四凹部284暴露的第一有源鰭202和第二有源鰭204的頂表面作為種子通過選擇性外延生長(SEG)工藝來形成。
在示例實施例中，第一源/漏層302可以使用例如二氯矽烷(SiH2Cl2)氣體的矽源氣和例如鍺烷(GeH4)氣體的鍺源氣通過SEG工藝來形成，以形成單晶矽-鍺層。例如乙硼烷(B2H6)氣體的p型雜質源氣也可以用於形成摻雜有p型雜質的單晶矽-鍺層。因此，第一源/漏層302可以作為PMOS電晶體的源/漏區。
在示例實施例中，第二源/漏層304可以使用例如乙矽烷(Si2H6)氣體的矽源氣和例如單甲基矽烷(SiH3CH3)氣體的碳源氣通過SEG工藝來形成，以形成單晶碳化矽層。可選擇地，第二源/漏層304可以僅用例如乙矽烷(Si2H6)氣體的矽源氣通過SEG工藝來形成，以形成單晶矽層。例如磷化氫(PH3)氣體的n型雜質源氣也可以用於形成摻雜有n型雜質的單晶碳化矽層或摻雜有n型雜質的單晶矽層。因此，第二源/漏層304可以作為NMOS電晶體的源/漏區。
第一源/漏層302和第二源/漏層304中的每一個可以沿豎直的和水平的兩個方向生長，因此不僅可以填充第三凹部282和第四凹部284中的每一個，而且還可以接觸第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264中的每一個的一部分。第一源/漏層302和第二源/漏層304中的每一個的上部可以具有沿第二方向截取的其形狀可以是五邊形或六邊形的剖面。當第一有源鰭202或第二有源鰭204在第二方向上彼此分隔開短的距離時，在第二方向上相鄰的第一源/漏層302或在第二方向上相鄰的第二源/漏層304可以彼此合併以形成單層。圖20、圖21和圖23示出了由相鄰的第一有源鰭202上已生長的多個第一源/漏層302合併而來的一個第一源/漏層302和由相鄰的第二有源鰭204上已生長的多個第二源/漏層304合併而來的一個第二源/漏層304。
參照圖22和圖24，第一源/漏層302和第二源/漏層304的上表面可以具有彼此不同的高度。
在示例實施例中，在第一區I中的第一源/漏層302可以具有比第二區II中的第二源/漏層304的上表面低的上表面。
參照圖25至圖27，可以在第一有源鰭202、第二有源鰭204和隔離圖案220上形成絕緣層310以覆蓋第一虛設柵極結構、第二虛設柵極結構、第一柵極間隔件262、第二柵極間隔件264、第一源/漏層302和第二源/漏層304，可以使絕緣層310平坦化直至可以暴露第一虛設柵極結構的第一虛設柵電極242和第二虛設柵極結構的第二虛設柵電極244的上表面。還可以去除第一虛設柵極掩模252和第二虛設柵極掩模254，還可以去除第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264的上部。絕緣層310可以不完全地填充位於合併的第一源/漏層302與隔離圖案220之間的第一空間或合併的第二源/漏層304與隔離圖案220之間的第二空間，因此第一氣隙312和第二氣隙314可以分別形成在第一空間和第二空間中。
絕緣層310可以由例如Tonen silazene(TOSZ)的氧化矽來形成，可以通過CMP工藝和/或回蝕工藝來執行平坦化工藝。
參照圖28至圖30，可以去除暴露的第一虛設柵電極242和第二虛設柵電極244以及在其下的第一虛設柵極絕緣圖案232和第二虛設柵極絕緣圖案234以形成分別暴露第一有源鰭202和第二有源鰭204的上表面以及分別暴露第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264的內側壁的第一開口和第二開口(未示出)。可以形成第一柵極結構362和第二柵極結構364以分別填充第一開口和第二開口。
具體地，在分別對第一有源鰭202和第二有源鰭204的暴露的上表面執行熱氧化工藝以分別形成第一界面圖案322和第二界面圖案324之後，可以順序地在第一界面圖案322、第二界面圖案324、隔離圖案220、第一柵極間隔件262、第二柵極間隔件264和絕緣層310上形成柵極絕緣層和逸出功(workfunction)控制層，可以在逸出功控制層上形成柵電極層以分別填充第一開口和第二開口的剩餘的部分。
柵極絕緣層可以由具有高介電常數的例如氧化鉿、氧化鉭、氧化鋯等的金屬氧化物通過CVD工藝、PVD工藝、ALD工藝等來形成。逸出功控制層可以由例如氮化鈦、鈦鋁、氮化鈦鋁、氮化鉭、氮化鉭鋁等的金屬氮化物或金屬合金來形成，柵電極層可以由具有低電阻的例如諸如鋁、銅、鉭等的金屬或它們的金屬氮化物的材料來形成。逸出功控制層和柵電極層可以通過CVD工藝、PVD工藝、ALD工藝等來形成。在示例實施例中，還可以對柵電極層執行例如快速熱退火(RTA)工藝、尖峰快速熱退火(spike RTA)工藝、閃光快速熱退火(flash RTA)工藝或雷射退火工藝的熱處理工藝。
第一界面圖案322和第二界面圖案324可以通過CVD工藝、PVD工藝、ALD工藝而不是熱氧化工藝來形成，在這種情況下，第一界面圖案322和第二界面圖案324不僅可以分別在第一有源鰭202和第二有源鰭204的上表面上形成，而且還可以分別在隔離層圖案220的上表面、第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264的內側壁上形成。
可以使柵電極層、逸出功控制層和柵極絕緣層平坦化，直至可以暴露絕緣層310的上表面，以形成順序地堆疊在第一界面圖案332和隔離圖案220的上表面、第一柵極間隔件262的內側壁、填充第一逸出功控制圖案342上的第一開口的剩餘部分的第一柵電極352上的第一柵極絕緣圖案332和第一逸出功控制圖案342。另外，可以形成順序地堆疊在第二界面圖案334和隔離圖案220的上表面、第二柵極間隔件264的內側壁、填充第二逸出功控制圖案344上的第二開口的剩餘部分的第二柵電極354上的第二柵極絕緣圖案334和第二逸出功控制圖案344。
因此，第一柵電極352和第二柵電極354中的每者的底部和側壁可以被第一逸出功控制圖案342和第二逸出功控制圖案344中的每一個覆蓋。在示例實施例中，平坦化工藝可以通過CMP工藝和/或回蝕工藝來執行。
順序地堆疊的第一界面圖案322、第一柵極絕緣圖案332、第一逸出功控制圖案342和第一柵電極352可以形成第一柵極結構362，第一柵極結構362和第一源/漏層302可以形成PMOS電晶體。此外，順序地堆疊的第二界面圖案324、第二柵極絕緣圖案334、第二逸出功控制圖案344和第二柵電極354可以形成第二柵極結構364，第二柵極結構364和第二源/漏層304可以形成NMOS電晶體。
參照圖31至圖33，可以在絕緣層310、第一柵極結構362、第二柵極結構364、第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264上順序地形成覆蓋層370和第一絕緣中間層420，可以穿過絕緣層310、覆蓋層370和第一絕緣中間層420來形成第一接觸孔432和第二接觸孔434以分別暴露第一源/漏層302和第二源/漏層304的上表面。
第一絕緣中間層420可以由例如正矽酸四乙酯(TEOS)的氧化矽來形成。
參照圖34和圖35，可以執行與參照圖2至圖5說明的工藝基本相同或相似的工藝。
在示例實施例中，可以在第一源/漏層302和第二源/漏層304的暴露的上表面、第一接觸孔432和第二接觸孔434的側壁、第一絕緣中間層420的上表面上順序地形成第一金屬層440和第一金屬氮化物層450，可以執行熱處理工藝，以分別在第一源/漏層302和第二源/漏層304上形成第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474。
第一金屬層440可以由例如鈦、鈷、鎳等的金屬來形成，第一金屬氮化物層450可以由例如氮化鈦、氮化鉭、氮化鎢等的金屬氮化物來形成。
在示例實施例中，第一金屬氮化物層450可以形成為具有等於或小於大約3nm的厚度。
在示例實施例中，可以對第一金屬氮化物層450執行氮化工藝以提高第一金屬氮化物層450的阻擋特性並減小第一金屬氮化物層450的電阻。
在示例實施例中，氮化工藝可以執行為進一步氮化第一金屬層440的第一部分以及第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474中的每一個的第二部分。例如，第一金屬層440的第一部分可以包括設置在絕緣中間層420上的第一金屬層440的頂部和分別在第一接觸孔432和第二接觸孔434中的第一金屬層440的內部。第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474中的每一個的第二部分可以包括分別在第一接觸孔432和第二接觸孔434中的第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474中的每一個的頂部。
在示例實施例中，在氮化工藝之後，不與源/漏層302反應的第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474中的元素(例如，鈦)可以被氮化。
在示例實施例中，在氮化工藝之後，第一金屬層440的氮濃度可以根據距第一金屬層440與金屬氮化物層450之間的界面的距離而逐漸地減小。另外，在氮化工藝之後，第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474中的每一個的氮濃度可以分別根據距第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474中的每個與金屬氮化物層450之間的界面的距離而逐漸地減小。
參照圖36、圖37和圖38A，可以執行與參照圖6和圖7A或圖7B說明的工藝基本相同或相似的工藝。
可以在第一金屬氮化物層450上形成第二金屬層480以填充第一接觸孔432和第二接觸孔434，可以使第二金屬層480、第一金屬氮化物層450和第一金屬層440平坦化直至可以暴露第一絕緣中間層420的上表面。
因此，可以分別在第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474上形成第一接觸塞492和第二接觸塞494，以分別填充第一接觸孔432和第二接觸孔434。
在示例實施例中，第一接觸塞492和第二接觸塞494可以形成為分別與第一柵極間隔件262和第二柵極間隔件264自對準，然而，本公開不限於此。
第二金屬層480可以由例如鎢形成。
第一接觸塞492可以包括第一阻擋圖案462和第二金屬圖案482，第一阻擋圖案462可以包括第一金屬圖案442和第一金屬氮化物圖案452。第二接觸塞494可以包括第二阻擋圖案464和第四金屬圖案484，第二阻擋圖案464可以包括第三金屬圖案444和第二金屬氮化物圖案454。
第一金屬氮化物圖案452可以接觸第一金屬矽化物圖案472的上表面，並可以覆蓋第二金屬圖案482的底部和側壁。第一金屬圖案442可以接觸第一金屬矽化物圖案472的上表面，並可以覆蓋第一金屬氮化物圖案452的外側壁。第二金屬氮化物圖案454可以接觸第二金屬矽化物圖案474的上表面，並可以覆蓋第四金屬圖案484的底部和側壁。第三金屬圖案444可以接觸第二金屬矽化物圖案474的上表面，並可以覆蓋第二金屬氮化物圖案454的外側壁。
第一接觸塞492和第二接觸塞494中的每一個的第一金屬氮化物圖案452和第二金屬氮化物圖案454中的每一個可以具有等於或小於大約3nm的薄的厚度，因此具有比每個第一金屬氮化物圖案452和第二金屬氮化物圖案454的電阻低的電阻的每個第二金屬圖案484和第四金屬圖案484可以具有相對大的體積。由於氮化工藝，第一金屬氮化物圖案452和第二金屬氮化物圖案454中的每一個可以具有增大的氮濃度，因此可以具有比未對其執行氮化工藝的金屬氮化物圖案的電阻低的電阻。因此，包括第一金屬氮化物圖案452和第二金屬圖案482的第一接觸塞492以及包括第二金屬氮化物圖案454和第四金屬圖案484的第二接觸塞494可以分別具有減小的電阻。
即使第一金屬氮化物圖案452和第二金屬氮化物圖案454具有薄的厚度，它們仍可以具有提高的阻擋特性，因此第二金屬圖案482和第四金屬圖案484可以緊密地形成，在其中沒有缺陷。此外，滲透到第一金屬圖案442和第三金屬圖案444中的氟的量可以非常小，因此沒有諸如空隙或裂縫的缺陷會形成在第一金屬圖案442與第一絕緣中間層420之間的界面或第三金屬圖案444與第一絕緣中間層420之間的界面中。因此，包括第一金屬圖案442和第二金屬圖案482的第一接觸塞492或包括第三金屬圖案444和第四金屬圖案484的第二接觸塞494可以具有良好的特性。
具體地，第一源/漏層302和第二源/漏層304中的每一個可以通過SEG工藝來形成，在一些情況下，其上表面可以不是完全地平坦的和/或光滑的，第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474可以不具有良好的表面特性。此外，分別在第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474上的第一金屬氮化物圖案452和第二金屬氮化物圖案454可以不均勻地在其上沉積，因此不會具有良好的特性，例如，與第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474的粘附力差的特性增大了第一源/漏層302和第二源/漏層304與第一接觸塞492和第二接觸塞494之間的電阻。然而，在發明構思中，可以分別包括在第一接觸塞492和第二接觸塞494(在鰭型FET中作為將第一源/漏層302和第二源/漏層304電連接到布線的接觸塞)中的第一金屬氮化物圖案452和第二金屬氮化物圖案454的特性可以通過上述的氮化工藝來提高。
參照圖38B，如參照圖22至圖24所說明的，第一源/漏層302和第二源/漏層304可以具有彼此不同的高度，因此分別在第一源/漏層302和第二源/漏層304上的第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474可以具有彼此不同的高度。因此，接觸第一金屬矽化物圖案472和第二金屬矽化物圖案474的上表面的第一接觸塞492和第二接觸塞494的底部可以具有彼此不同的高度。在示例實施例中，第二區II中的第二接觸塞494的底部可以比第一區I中的第一接觸塞492的底部高。
參照圖39，可以在第一絕緣中間層420、第一接觸塞492和第二接觸塞494上順序地形成第一蝕刻終止層500和第二絕緣中間層510，可以穿過第二絕緣中間層510和第一蝕刻終止層500形成第三接觸塞562以接觸第一接觸塞492和第二接觸塞494的上表面。
在示例實施例中，第三接觸塞562可以通過單鑲嵌(single damascene)工藝來形成，然而，發明構思可以不限於此，例如，可以通過雙鑲嵌(dual damascene)工藝來形成。
當通過單鑲嵌工藝形成第三接觸塞562時，可以穿過第二絕緣中間層510和第一蝕刻終止層500來形成第三接觸孔(未示出)以暴露第一接觸塞492和第二接觸塞494的上表面，可以在第一接觸塞492和第二接觸塞494的暴露的上表面、第三接觸孔的側壁和第二絕緣中間層510的上表面上順序地形成第三金屬層和第二金屬氮化物層，可以在第二金屬氮化物層上形成第四金屬層以填充第三接觸孔的剩餘的部分。可以使第四金屬層、第二金屬氮化物層和第三金屬層平坦化，直至可以暴露第二絕緣中間層510的上表面，以形成接觸第一接觸塞492和第二接觸塞494的上表面並填充第三接觸孔的第三接觸塞562。
第三金屬層可以由例如鈦、鉭等的金屬來形成，第二金屬氮化物層可以由例如氮化鈦、氮化鉭、氮化鎢等的金屬氮化物來形成。第四金屬層可以由例如鎢、銅、鋁等的金屬來形成。
在示例實施例中，在形成第三金屬層和第二金屬氮化物層之後，可以在第二金屬氮化物層上進一步執行氮化工藝。例如，當形成第三金屬層和第二金屬氮化物層之後沒有執行熱處理工藝時，氮化工藝可以不是必需的。具體地，當第四金屬層由除了鎢以外的例如銅、鋁等的材料來形成時，可以不執行氮化工藝。
第三接觸塞562可以包括第三阻擋圖案542和第六金屬圖案552，第三阻擋圖案542可以包括第五金屬圖案522和第三金屬氮化物圖案532。第三金屬氮化物圖案532可以接觸第五金屬圖案522的上表面，並可以覆蓋第六金屬圖案552的底部和側壁。第五金屬圖案522可以接觸第一接觸塞492的上表面或第二接觸塞494的上表面，並可以覆蓋第三金屬氮化物圖案532的外側壁。
參照圖40，可以在第二絕緣中間層510和第三接觸塞562上順序地形成第二蝕刻終止層570和第三絕緣中間層580，可以貫穿其形成布線結構632以接觸第三接觸塞562的上表面。
在示例實施例中，布線結構632可以通過雙鑲嵌工藝來形成，然而，可以不限於此，例如，可以通過單鑲嵌工藝來形成。
當通過雙鑲嵌工藝來形成布線結構632時，可以在第三絕緣中間層580上形成第一蝕刻掩模和第二蝕刻掩模(未示出)，可以使用第一蝕刻掩模和第二蝕刻掩模部分地蝕刻第三絕緣中間層580的上部，在去除第二蝕刻掩模之後可以蝕刻第三絕緣中間層580以形成穿透第三絕緣中間層580的下部並暴露第三接觸塞562的上表面的通孔(未示出)和穿透第三絕緣中間層580的上部並與通孔連通的溝槽(未示出)。可以在第三接觸塞562的暴露的上表面、通孔和溝槽的底部和側壁以及第三絕緣中間層580的上表面上順序地形成第五金屬層和第三金屬氮化物層，可以在第三金屬氮化物層上形成第六金屬層以填充通孔和溝槽的剩餘的部分。可以使第六金屬層、第三金屬氮化物層和第五金屬層平坦化，直至可以暴露第三絕緣中間層580的上表面，以形成接觸第三接觸塞562的暴露的上表面並填充通孔和溝槽的布線結構632。
第五金屬層可以由例如鈦、鉭等的金屬來形成，第三金屬氮化物層可以由例如氮化鈦、氮化鉭、氮化鎢等的金屬氮化物來形成。第六金屬層可以由例如銅、鋁、鎢等的金屬來形成。
與第二金屬氮化物層相同，在第三金屬氮化物層上的氮化工藝可以不是必需的。
布線結構632可以包括第四阻擋圖案612和第八金屬圖案622，第四阻擋圖案612可以包括第七金屬圖案592和第四金屬氮化物圖案602。第四金屬氮化物圖案602可以接觸第三接觸塞562的上表面，並可以覆蓋第八金屬圖案622的底部和側壁。第八金屬圖案622可以接觸第三接觸塞562的上表面，並可以覆蓋第四金屬氮化物圖案602的外側壁。
半導體裝置可以通過上面的工藝來製造。
上面的半導體裝置及其製造方法可以應用於包括接觸塞和/或布線的各種類型的存儲器裝置及其製造方法。例如，該半導體裝置可以應用於諸如中央處理單元(CPU)、主處理單元(MPU)或應用處理器(AP)等的邏輯裝置的接觸塞和/或布線。此外，該半導體裝置可以應用於諸如DRAM裝置或SRAM裝置的易失性存儲器裝置的接觸塞和/或布線，或者諸如快閃記憶體裝置、PRAM裝置、MRAM裝置、RRAM裝置等的非易失性存儲器裝置的接觸塞和/或布線。
上文是示例實施例的舉例說明，並且不應該被解釋為對它們的限制。儘管已經描述了一些示例實施例，但是本領域技術人員將容易地領會到，在實質上不脫離本公開的新穎教導和優勢的情況下，在示例實施例中許多修改是可能的。因此，全部的這樣的修改意圖包括在如權利要求書中所限定的本公開的範圍內。在權利要求書中，功能性限定條款意圖覆蓋在此描述為執行所述功能的結構，並且不僅覆蓋結構上的等同物而且還覆蓋等同的結構。因此，將理解的是，上文是各種示例實施例的舉例說明，並且不應該被解釋為局限於公開的特定的示例實施例，並且對公開的示例實施例的修改和其它示例實施例意圖包括在權利要求書的範圍內。