用于制造半导体器件的镍合金或钴合金金属化的方法与流程

本发明涉及半导体领域，特别是三维器件，诸如动态随机存取存储器(dram)、集成电路和三维垂直nand存储存储器(3d-nand)领域。

背景技术：

1、动态随机存取存储器由基于金属氧化物半导体(mos)技术的晶体管单元和电容器组成。电容器通常是mim(金属-绝缘体-金属)电容器，由两个u形电极构成，上部电极和下部电极由介电材料分隔。电极基于金属氧化物(即ruo2和srruo3、sno2和moo2)或金属(即pt、tin、tan、ru-pt、sno2掺杂的ta)。电介质可为例如通过y稳定的al2o3、tio2、zro2、hfo2、srtio3(sto)或basrtio3(bst)或zro2。电极通过原子层沉积(ald)制造，ald是已能够在复杂形状结构(诸如u形)上实现完美顺应性的唯一方法。ald方法也是能够获得薄上部电极的唯一方法。然而，这些方法在100nm的技术节点上达到极限。此外，还必须对它们进行优化，以增加电容密度，完美填充腔并限制电流泄漏，诸如通过减少金属电极的厚度而不降低电导率来进行优化。

2、3d-nand存储器器件由半导体基底组成，该半导体基底上布置有导电材料(称为“字线”，其本质上为金属)的交替层以及由无机电介质制成的绝缘材料层的堆叠。在器件的侧面上，堆叠可以被蚀刻成“阶梯”图案，其中层的长度和层的数量沿向上的方向从一级到下一级逐渐减少。

3、在当前制造过程中，字线通过用导电材料同时填充由绝缘层隔开的若干行的长而薄的水平腔来产生，最常用的导电材料是钨。钨通常分两个步骤进行沉积：产生薄粘附层的原子层沉积(ald)步骤，随后是完全填充腔的化学气相沉积(pecvd)步骤。然而，堆叠越向下，完全填充它们就变得越困难。当待制造的字线较薄并且腔开口较小时，这个问题就会变得更加严重。因此，在钨沉积物中会形成材料空隙，导致电导率损失和存储器故障。因此，这种填充技术已经显示出其局限性，尤其是对于包括96个或128个字线的堆叠。

4、此外，现有技术气相沉积过程容易使硅试样变形并导致其在过程结束时退火之后弯曲。为了避免这种变形，已经提出通过进行等离子体增强化学气相沉积(pecvd)过程随后进行湿法蚀刻来将层沉积于晶圆的后侧面上(前侧面被堆叠覆盖)。然而，这种方法的缺点是在存储器器件的制造过程中增加了至少两个步骤，并且在后续步骤中需要在不损坏前侧面的情况下控制后侧面的处理。

5、因此，需要提供一种改进的3d nand存储器，具体而言制造一种3dnand存储器，其中在级数相同的情况下，字线具有更高的电导率，电导率的增加通过调整以下两个参数中的至少一个来实现：(1)减少线中的材料空隙和/或(2)优化可用于产生线的导体的体积。

6、此前，当字线基于钨时，必须在金属线和阻挡电介质(通常是sio2，任选地与氧化铝al2o3结合)之间插入“阻挡”材料薄层，该“阻挡”材料薄层防止金属中含有的元素向电介质迁移。阻挡材料层减少了可用于金属的空间，增加了待填充空间的高度。在多晶硅沟道和钨线之间插入的材料组合的示例是：多聚si/sio/sin/sio2/al2o3/tin/w。为了产生字线而沉积的连续层的数量的倍增大大限制了钨导体的体积。此外，附加材料的沉积增加了存储器器件制造的步骤。

7、在半导体器件(诸如3d-nand存储器)中，wo2021/219744建议用镍和硼的合金替代钨字线。然而，虽然这种技术填充技术已经展示出比使用钨有所改进，但是需要进一步改进才能产生非常薄的导电层。

8、仍然需要可用于半导体器件制造的金属化方法，该方法允许用金属层对矿物氧化物基底进行金属化，该金属层即使在非常薄的厚度(具有介于约1nm和约25nm之间的厚度)下仍能保持导电性。

9、最后，在三维集成电路中，连接电子部件的金属互连件含有铜，该铜通过诸如氮化钛和氮化钽等的阻挡材料层与半导体基底分隔。期望更换这些材料以改善此类器件的性能。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种可用于半导体器件制造的改进的金属化方法。

2、本发明的另一个目的是提供一种可用于矿物氧化物基底的金属化的金属化方法。

3、本发明的另一个目的是提供一种允许用在非常薄的厚度下保持导电性的金属层对矿物氧化物基底进行金属化的金属化方法。

4、为此，在一个实施方案中，本发明整体涉及一种用镍-硼合金或钴-硼合金对矿物氧化物基底进行金属化的方法，所述金属化方法包括：

5、a)用贵金属对矿物氧化物基底的一个或多个表面进行活化，其中活化步骤包括：

6、i.第一活化阶段，该第一活化阶段包括以下步骤：通过使矿物氧化物基底的表面与第一活化溶液接触来对矿物氧化物基底的表面进行活化，该第一活化溶液包含溶剂、具有络合剂的贵金属络合物和有机硅烷双官能粘结剂，以及在此后

7、ii.第二活化阶段，该第二活化阶段包括以下步骤：通过使矿物氧化物基底的表面与第二活化溶液接触来对矿物氧化物基底的表面进行活化，该第二活化溶液包含含有贵金属离子的酸性ph的水溶液；以及

8、b)在不存在电极化的情况下，使矿物氧化物基底的一个或多个表面与无电水溶液接触，该无电水溶液包含金属离子和包含硼的金属离子还原剂。

技术特征：

1.一种用镍-硼合金或钴-硼合金对矿物氧化物基底进行金属化的方法，所述金属化方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一活化阶段的贵金属选自由以下各项组成的组：钌、铑、锇、铱、钯、铂、金、银以及前述各项的组合，其中所述贵金属与络合剂络合以形成贵金属络合物。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述络合剂包括乙二胺。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述贵金属包括钯，并且所述钯与合适的络合剂络合以形成钯络合物。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一活化溶液中的所述贵金属络合物的浓度在约10-6m至约10-2m的范围内。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一活化溶液中的有机硅烷粘结剂包含两个胺官能团或三个胺官能团。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一活化溶液中的所述有机硅烷粘结剂包括3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一活化溶液中的所述有机硅烷粘结剂的浓度介于10-5m和10-1m之间。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一活化阶段在50℃至80℃的范围内的温度下进行。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一活化阶段进行在30秒至30分钟的范围内的时间段。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二活化溶液的贵金属离子选自由以下各项组成的组：钌离子、铑离子、锇离子、铱离子、钯离子、铂离子、金离子、银离子以及前述各项的组合。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述贵金属离子包括钯离子，优选pd2+离子。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二活化溶液通过将至少一种选自以下各项的化合物溶解于水中来获得：四氯钯酸、三氟乙酸钯(ii)、新戊酸钯(ii)、三甲基乙酸钯(ii)和乙酸钯(ii)。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一活化溶液中使用的所述贵金属与所述第二活化溶液中使用的所述贵金属相同。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二活化阶段在15℃至40℃的范围内的温度下进行介于5秒和60秒之间的时间段。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述矿物氧化物基底选自由以下各项组成的组：hfo2、sio2和al2o3。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，所述方法还包括对形成于所述矿物氧化物基底的所述表面上的镍合金层或钴合金层进行快速热退火的步骤。

18.一种三维半导体器件，所述三维半导体器件能够通过实施根据权利要求1至17中的一项所述的方法来获得。

技术总结一种用镍‑硼合金或钴‑硼合金对介电基底进行金属化以沉积表现出良好电导率的合金薄层的方法。该方法包括活化步骤，该活化步骤包括用诸如钯的贵金属进行两个活化阶段。在此后，通过无电沉积用镍‑硼合金或钴‑硼合金对该介电基底进行金属化。技术研发人员：文森特·梅韦莱克,金艺瑟,路易斯卡亚尔受保护的技术使用者：麦克德米德乐思公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18