ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ СТРУКТУРА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК H01L23/532 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] Эта заявка представлена на основании заявки на патент Китая № 202110881714.8, поданной 2 августа 2021, и испрашивает приоритет по данной заявке на патент Китая, раскрытие которой посредством ссылки полностью включено в настоящий документ.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Варианты реализации этого раскрытия относятся, помимо прочего, к полупроводниковой структуре и способу ее изготовления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] С повышением требований к рабочим характеристикам и технологическим прогрессом полупроводниковые структуры постепенно миниатюризировались, а толщины пленочных слоев в полупроводниковых структурах постоянно уменьшались. Благодаря уменьшению толщины пленочного слоя, характеристика блокирования пленочного слоя сама по себе будет ослаблена при условии, что материал пленочного слоя остается неизменным, и таким образом характеристики исходного специально расположенного барьерного слоя больше не могут удовлетворять требованиям, или пленочный слой, который имеет определенный блокирующий эффект и первоначально имеет конкретные электрические характеристики, больше не может обеспечивать эффект блокирования, что делает характеристики некоторых функциональных пленочных слоев восприимчивыми к соседним пленочным слоям и, таким образом, ослабляет электрические характеристики функциональных пленочных слоев.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Варианты реализации этого раскрытия обеспечивают полупроводниковую структуру и способ ее изготовления, которые способствуют улучшению электрических характеристик металлического проводящего слоя.

[0005] Варианты реализации этого раскрытия обеспечивают полупроводниковую структуру, включающую в себя: легированный проводящий слой, легированный ионами легирующей примеси; металлический проводящий слой, расположенный поверх легированного проводящего слоя; азотсодержащий диэлектрический слой, расположенный поверх металлического проводящего слоя; первый слой нитрида молибдена, расположенный между легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем и выполненный с возможностью электрического соединения с легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем; и второй слой нитрида молибдена, расположенный между металлическим проводящим слоем и азотсодержащим диэлектрическим слоем, при этом атомное соотношение атомов азота во втором слое нитрида молибдена больше, чем атомное соотношение атомов азота в первом слое нитрида молибдена.

[0006] В одном варианте реализации толщина первого слоя нитрида молибдена больше, чем толщина второго слоя нитрида молибдена, в направлении от легированного проводящего слоя к азотсодержащему диэлектрическому слою.

[0007] В одном варианте реализации атомное соотношение атомов азота в первом слое нитрида молибдена составляет от 10% до 20%, а толщина первого слоя нитрида молибдена составляет от 2 нм до 4 нм в направлении от легированного проводящего слоя к азотсодержащему диэлектрическому слою.

[0008] В одном варианте реализации атомное соотношение атомов азота во втором слое нитрида молибдена составляет от 30% до 40%.

[0009] В одном варианте реализации толщина второго слоя нитрида молибдена составляет от 0,5 нм до 1,5 нм в направлении от легированного проводящего слоя к азотсодержащему диэлектрическому слою.

[0010] В одном варианте реализации материал металлического проводящего слоя включает в себя металлический молибден.

[0011] В одном варианте реализации каждый из первого слоя нитрида молибдена и второго слоя нитрида молибдена включает в себя материал нитрида молибдена, имеющий поликристаллическую структуру.

[0012] В одном варианте реализации кристалличность материала нитрида молибдена в первом слое нитрида молибдена выше, чем кристалличность материала нитрида молибдена во втором слое нитрида молибдена.

[0013] В одном варианте реализации материал нитрида молибдена, имеющий поликристаллическую структуру, включает в себя поликристаллический γ-Mo₂N.

[0014] В одном варианте реализации легированный проводящий слой электрически соединен с активной областью, материал легированного проводящего слоя включает в себя легированный поликристаллический кремний, а ионы легирующей примеси включают в себя ионы N-типа.

[0015] Варианты реализации этого раскрытия дополнительно обеспечивают способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий следующие операции. Образование легированного проводящего слоя, при этом легированный проводящий слой легирован ионами легирующей примеси. Образование первого слоя нитрида молибдена, который расположен на легированном проводящем слое. Образование металлического проводящего слоя, который расположен на первом слое нитрида молибдена и выполнен с возможностью электрического соединения с легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем. Образование второго слоя нитрида молибдена, который расположен на металлическом проводящем слое, а атомное соотношение атомов азота во втором слое нитрида молибдена больше, чем атомное соотношение атомов азота в первом слое нитрида молибдена. Образование азотсодержащего диэлектрического слоя, который расположен на втором слое нитрида молибдена.

[0016] В одном варианте реализации образование первого слоя нитрида молибдена и образование второго слоя нитрида молибдена включает следующие операции.

[0017] Введение исходного газа азота и металлического молибдена, при этом расход исходного газа азота для образования первого слоя нитрида молибдена меньше, чем расход исходного газа азота для образования второго слоя нитрида молибдена.

[0018] Выполнение процесса ионизации для образования азотной плазмы, так что азотная плазма реагирует с металлическим молибденом с образованием нитрида молибдена, а нитрид молибдена осаждают с образованием слоя нитрида молибдена, который имеет аморфную структуру.

[0019] В одном варианте реализации процесс ионизации для образования первого слоя нитрида молибдена является первым процессом ионизации, процесс ионизации для образования второго слоя нитрида молибдена является вторым процессом ионизации, мощность источника питания постоянного тока для первого процесса ионизации выше, чем мощность источника питания постоянного тока для второго процесса ионизации, или равна ей, а радиочастотная мощность смещения для первого процесса ионизации ниже, чем радиочастотная мощность смещения для второго процесса ионизации, или равна ей.

[0020] В одном варианте реализации мощность источника питания постоянного тока для первого процесса ионизации составляет от 2000 Вт до 3000 Вт, радиочастотная мощность смещения для первого процесса ионизации составляет от 500 Вт до 750 Вт, мощность источника питания постоянного тока для второго процесса ионизации составляет от 1500 Вт до 2500 Вт, а радиочастотная мощность смещения для второго процесса ионизации составляет от 600 Вт до 800 Вт.

[0021] В одном варианте реализации способ изготовления полупроводниковой структуры дополнительно включает следующую операцию. Выполнение процесса термической обработки, так что по меньшей мере часть аморфной структуры в слое нитрида молибдена преобразуется в поликристаллическую структуру.

[0022] В одном варианте реализации металлический проводящий слой является слоем металлического молибдена, а первый слой нитрида молибдена, второй слой нитрида молибдена и слой металлического молибдена образуют в одной и той же реакционной камере.

[0023] По сравнению с соответствующим уровнем техники технические решения, обеспеченные в вариантах реализации этого раскрытия, имеют следующие преимущества.

[0024] В приведенных выше технических решениях атомным соотношением атомов азота в первом слое нитрида молибдена управляют таким образом, чтобы оно было меньше, что способствует уменьшению поверхностного сопротивления слоя материала первого слоя нитрида молибдена, так что имеется лишь небольшое последовательное сопротивление между легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем, а первый слой нитрида молибдена не только может блокировать взаимную диффузию между атомами металла и ионами легирующей примеси, но также и оказывает лишь незначительное влияние на характеристики передачи сигналов между металлическим проводящим слоем и легированным проводящим слоем. В то же время атомным соотношением атомов азота во втором слое нитрида молибдена управляют таким образом, чтобы оно было большим, что способствует обеспечению сильной блокирующей способности второго слоя нитрида молибдена, лучшему блокированию диффузии атомов азота из азотсодержащего диэлектрического слоя к металлическому проводящему слою и обеспечению того, чтобы металлический проводящий слой имел лучшие проводящие характеристики.

[0025] Кроме того, толщиной первого слоя нитрида молибдена управляют таким образом, чтобы она была больше, что способствует обеспечению лучшей блокирующей способности первого слоя нитрида молибдена и избеганию взаимной диффузии между ионами металла в металлическом проводящем слое и ионами легирующей примеси в легированном проводящем слое. В то же время толщиной второго слоя нитрида молибдена управляют таким образом, чтобы она была меньше, что способствует уменьшению общей толщины полупроводниковой структуры с тем, чтобы дополнительно миниатюризировать полупроводниковую структуру с одновременным достижением удовлетворительных характеристик блокирования второго слоя нитрида молибдена.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0026] Один или более вариантов реализации представлены на соответствующих сопроводительных чертежах. Эти приведенные для примера иллюстрации не являются ограничением для указанных вариантов реализации. Элементы с одинаковыми ссылочными обозначениями на сопроводительных чертежах являются подобными элементы. Если не заявлено иное, фигуры на сопроводительных чертежах не составляют какого-либо ограничения масштаба.

[0027] На ФИГ. 1 схематически представлена структурная схема полупроводниковой структуры, обеспеченной в вариантах реализации этого раскрытия.

[0028] На ФИГ. 2-4 схематически представлены структурные схемы, соответствующие различным операциям способа изготовления полупроводниковой структуры, обеспеченной в вариантах реализации этого раскрытия.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] При изготовлении полупроводниковой структуры, поскольку переходный металл вольфрам характеризуется небольшим удельным электрическим активным сопротивлением, стабильными физическими и химическими характеристиками и т.п., он может служить в качестве материала для металлического проводящего слоя. Однако вольфрам склонен к боковому травлению во время процесса травления, что приводит к образованию выемки, которая может привести к уменьшению поперечной эффективной ширины металлического проводящего слоя и увеличению активного сопротивления металлического проводящего слоя. Поскольку нитрид кремния имеет небольшую диэлектрическую проницаемость и высокую твердость и, таким образом, одновременно обладает электроизоляционными и поддерживающими эффектами, нитрид кремния часто служит в качестве материала для защитного слоя металлического проводящего слоя. Однако во время получения материала из нитрида кремния с использованием высокотемпературного процесса атомы азота могут реагировать с вольфрамом с образованием материала из нитрида вольфрама, что может уменьшить толщину пленки металлического проводящего слоя и, следовательно, увеличить активное сопротивление металлического проводящего слоя.

[0030] Чтобы сделать цели, технические решения и преимущества вариантов реализации этого раскрытия более отчетливыми, различные варианты реализации этого раскрытия будут подробно описаны ниже в сочетании с сопроводительными чертежами. Однако специалистам в данной области техники может быть понятно, что в различных вариантах реализации настоящего раскрытия было предложено множество технических деталей, чтобы дать читателю лучшее понимание этого раскрытия. Однако технические решения, заявленные в этом раскрытии, могут быть осуществлены даже без этих технических деталей и различных изменений и модификаций, основанных на следующих различных вариантах реализации.

[0031] Со ссылкой на ФИГ. 1, полупроводниковая структура включает в себя: легированный проводящий слой 21, легированный ионами легирующей примеси; металлический проводящий слой 23, расположенный поверх легированного проводящего слоя 21; азотсодержащий диэлектрический слой 25, расположенный поверх металлического проводящего слоя 23; первый слой 22 нитрида молибдена, расположенный между легированным проводящим слоем 21 и металлическим проводящим слоем 23 и выполненный с возможностью электрического соединения с легированным проводящим слоем 21 и металлическим проводящим слоем 23; и второй слой 24 нитрида молибдена, расположенный между металлическим проводящим слоем 23 и азотсодержащим диэлектрическим слоем 25, в котором атомное отношение атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена больше, чем атомное отношение атомов азота в первом слое 22 нитрида молибдена.

[0032] Ионы легирующей примеси в легированном проводящем слое 21 могут быть ионами P-типа или ионами N-типа; а основной материал легированного проводящего слоя 21 может регулироваться в соответствии с фактическими требованиями, например, в зависимости от контактного сопротивления между легированным проводящим слоем 21 и соседним пленочным слоем, стоимости изготовления легированного проводящего слоя 21 и характеристик проводимости легированного проводящего слоя 21. Основной материал относится к материалу, отличному от ионов легирующей примеси в легированном проводящем слое 21, и при этом основной материал включает в себя собственный полупроводниковый материал, такой как аморфный кремний, поликристаллический кремний или микрокристаллический кремний. Приведенный выше текст подробно объясняется на примере легированного проводящего слоя 21, представляющего собой поликристаллический кремниевый материал, легированный ионами N-типа.

[0033] Металлический проводящий слой 23 может быть составлен из одного или более металлических материалов, а также может быть составлен из металлического материала и неметаллического материала. Когда металлический проводящий слой 23 состоит из металлического материала и неметаллического материала, металлический материал обеспечивает основной проводящий эффект. Один или более пленочных слоев, включая первый слой 22 нитрида молибдена, могут быть обеспечены между металлическим проводящим слоем 23 и легированным проводящим слоем 21 таким образом, чтобы регулировать последовательное сопротивление между металлическим проводящим слоем 23 и легированным проводящим слоем 21, при этом последовательное сопротивление включает в себя контактное сопротивление между соседними пленочными слоями.

[0034] Материал азотсодержащего диэлектрического слоя 25 может регулироваться в соответствии с фактическими функциональными требованиями. Например, материал, имеющий меньшую диэлектрическую проницаемость, выбирается для получения хорошей электрической изоляции, материал, имеющий низкую твердость, выбирается для получения буфера механических напряжений, или материал, имеющий высокую твердость, выбирается для получения хорошего поддерживающего эффекта. Во время подготовки практического процесса для образования азотсодержащего диэлектрического слоя 25 обычно выбирают материал, состоящий из нитрида кремния или оксинитрида кремния, обладающий хорошим поддерживающим эффектом и низкими потерями. Подобным образом, один или более пленочных слоев, включающих в себя второй слой 24 нитрида молибдена, могут быть обеспечены между металлическим проводящим слоем 23 и азотсодержащим диэлектрическим слоем 25, а множество пленочных слоев укладывают послойно последовательно непосредственно от легированного проводящего слоя 21 к азотсодержащему диэлектрическому слою 25.

[0035] Следует отметить, что область применения полупроводниковой структуры, обеспеченной в вариантах реализации этого раскрытия, не ограничивается представленными в тексте, и материал каждого пленочного слоя и соотношение его компонентов могут регулироваться в соответствии с фактической областью применения. В одном варианте реализации полупроводниковая структура, обеспеченная в вариантах реализации этого раскрытия, служит в качестве структуры разрядной линии, в которой легированный проводящий слой 21 служит в качестве разрядной линии для контакта и электрического соединения с активной областью 20, металлический проводящий слой 23 служит в качестве разрядной линии для передачи электрических сигналов, а азотсодержащий диэлектрический слой 25 служит в качестве верхнего изолирующего слоя и по существу обеспечивает эффекты электрической изоляции и поддержки верхнего пленочного слоя.

[0036] В этом варианте реализации толщина первого слоя 22 нитрида молибдена больше, чем толщина второго слоя 24 нитрида молибдена, в направлении от легированного проводящего слоя 21 к азотсодержащему диэлектрическому слою 25. По сравнению с подходом изменения состава материала первого слоя 22 нитрида молибдена для улучшения характеристик блокирования первого слоя 22 нитрида молибдена, подход увеличения толщины улучшает характеристики блокирования первого слоя 22 нитрида молибдена и имеет небольшое влияние на активное сопротивление первого слоя 22 нитрида молибдена, что способствует обеспечению того, чтобы первый слой 22 нитрида молибдена не только имел характеристики блокирования, эквивалентные характеристикам блокирования второго первого слоя 24 нитрида молибдена, но также имел превосходные характеристики проводимости.

[0037] Следует понимать, что поскольку ядро атома азота невелико, отталкивающая сила между соседними атомами азота слаба, и расстояние между соседними атомами азота является небольшим. На основании этого факта, чем больше атомное соотношение атомов азота в первом слое 22 нитрида молибдена, тем короче расстояние между соседними атомами в первом слое 22 нитрида молибдена, и тем меньше вероятность прохождения носителя через первый слой 22 нитрида молибдена и прохождения через контактную поверхность раздела между первым слоем 22 нитрида молибдена и соседним пленочным слоем. Иными словами, по мере увеличения атомного соотношения атомов азота блокирующие характеристики слоя нитрида молибдена улучшаются, а активное сопротивление слоя нитрида молибдена само по себе и контактное сопротивление с соседним пленочным слоем увеличиваются. По сравнению с увеличением атомного соотношения атомов азота в первом слое 22 нитрида молибдена, увеличение толщины пленки первого слоя 22 нитрида молибдена просто изменяет активное сопротивление первого слоя 22 нитрида молибдена само по себе, но не изменяет контактное сопротивление между первым слоем 22 нитрида молибдена и соседним пленочным слоем, что способствует более точной регулировке характеристик блокирования и характеристик проводимости первого слоя 22 нитрида молибдена, так что первый слой 22 нитрида молибдена имеет относительно сбалансированные комплексные характеристики.

[0038] Кроме того, поскольку азотсодержащий диэлектрический слой 25 является диэлектрическим слоем, отсутствует передача сигнала между азотсодержащим диэлектрическим слоем 25 и металлическим проводящим слоем 23. При задании атомного соотношения атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена нет необходимости учитывать коэффициент активного сопротивления, и требуется только подавить диффузию атомов азота в азотсодержащем диэлектрическом слое 25. Иными словами, атомы азота могут быть заблокированы путем увеличения атомного соотношения атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена, а в случае, когда характеристики блокирования второго слоя 24 нитрида молибдена могут удовлетворять требованиям, толщина второго слоя 24 нитрида молибдена может быть уменьшена, чтобы уменьшить толщину всей полупроводниковой структуры.

[0039] В этом варианте реализации атомное соотношение атомов азота в первом слое 22 нитрида молибдена составляет от 10% до 20%, например 13%, 15% или 17%, а толщина первого слоя 22 нитрида молибдена составляет от 2 нм до 4 нм, например 2,5 нм, 3 нм или 3,5 нм, в направлении от легированного проводящего слоя 21 к азотсодержащему диэлектрическому слою 25. Когда атомное соотношение атомов азота или толщина первого слоя 22 нитрида молибдена слишком велики, это с вероятностью вызовет большое активное сопротивление первого слоя 22 нитрида молибдена и, таким образом, приведет к ослаблению характеристик передачи сигналов первого слоя 22 нитрида молибдена. Между тем, когда атомное соотношение атомов азота или толщина первого слоя 22 нитрида молибдена слишком малы, это с вероятностью вызовет ухудшение характеристик блокирования первого слоя 22 нитрида молибдена, что не способствует подавлению взаимной диффузии между ионами металла металлического проводящего слоя 23 и ионами легирующей примеси легированного проводящего слоя 21. Взаимная диффузия между ионами металла и ионами легирующей примеси может вызвать ухудшение характеристик проводимости металлического проводящего слоя 23 и легированного проводящего слоя 21 и, таким образом, повлиять на характеристики передачи сигналов металлического проводящего слоя 23 и легированного проводящего слоя 21.

[0040] В этом варианте реализации атомное соотношение атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена составляет от 30% до 40%, например 33 %, 35 % или 37 %. Когда атомное соотношение атомов азота является небольшим, это не способствует блокированию диффузии атомов азота из азотсодержащего диэлектрического слоя 25 в металлический проводящий слой 23; а когда атомное соотношение атомов азота является слишком большим, это может привести к тому, что второй слой 24 нитрида молибдена станет источником загрязнения атомами азота, т.е. атомы азота из второго слоя 24 нитрида молибдена диффундируют в металлический проводящий слой 23.

[0041] Следует понимать, что, когда атомное соотношение атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена задано большим, второй слой 24 нитрида молибдена может блокировать атомы азота в азотсодержащем диэлектрическом слое 25 посредством двух механизмов, которые, в частности, объясняются следующим образом. Во-первых, когда атомное соотношение атомов азота является большим, расстояние между соседними атомами невелико, и атомам азота нелегко проходить между ними. Во-вторых, когда атомное соотношение атомов азота является большим, концентрация легирования атомов азота высока (под нитридом можно понимать легирование атомов азота в атомы другого типа), концентрация легирования атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена выше или равна концентрации легирования атомов азота в азотсодержащем диэлектрическом слое 25, или разность между концентрацией легирования атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена и концентрацией легирования атомов азота в азотсодержащем диэлектрическом слое 25 является небольшой, что способствует предотвращению диффузии атомов азота из азотсодержащего диэлектрического слоя 25 в металлический проводящий слой 23 на основании разности концентраций.

[0042] В этом варианте реализации по мере изменения атомарного соотношения атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена также изменяется толщина второго слоя 24 нитрида молибдена таким образом, чтобы гарантировать, что характеристики блокирования второго слоя 24 нитрида молибдена выше заданного уровня. Для примера, толщина второго слоя 24 нитрида молибдена составляет от 0,5 нм до 1,5 нм, например 0,8 нм, 1 нм или 1,2 нм в направлении от легированного проводящего слоя 21 к азотсодержащему диэлектрическому слою 25. Когда толщина второго слоя 24 нитрида молибдена является слишком большой, это не способствует утончению всей полупроводниковой структуры и может привести к тому, что второй слой 24 нитрида молибдена станет источником атомов азота, т.е. атомы азота, включенные во второй слой 24 нитрида молибдена, диффундируют в металлический проводящий слой 23; а когда толщина второго слоя 24 нитрида молибдена слишком мала, это не способствует блокированию диффузии атомов азота из азотсодержащего диэлектрического слоя 25 в металлический проводящий слой 23.

[0043] В этом варианте реализации материал металлического проводящего слоя 23 включает в себя металлический молибден. По сравнению с металлическим вольфрамом металлический молибден менее подвержен боковому травлению во время процесса травления, что способствует тому, что каждый дискретный металлический проводящий слой 23, образованный травлением по рисунку, имеет заданную боковую эффективную ширину d, так что металлический проводящий слой 23 имеет небольшое активное сопротивление.

[0044] В этом варианте реализации металлический проводящий слой 23 состоит из одиночного металлического материала. В этом случае первый слой 22 нитрида молибдена, металлический проводящий слой 23 и второй слой 24 нитрида молибдена могут непрерывно образовываться в одной и той же реакционной камере без прерывания производственного процесса для регулировки источника металла, что позволяет защитить вакуумную среду от разрушения, вызывающего окисление поверхности пленочного слоя, и способствует обеспечению непрерывности между различными пленочными слоями. Следует понимать, что если металлический проводящий слой 23 дополнительно включает в себя другие металлические материалы, требуется выполнить процесс очистки или заменить камеру после образования металлического проводящего слоя 23, чтобы избежать загрязнения второго слоя 24 нитрида молибдена другими металлическими материалами, оставшимися в реакционной камере.

[0045] В этом варианте реализации каждый из первого слоя 22 нитрида молибдена и второго слоя 24 нитрида молибдена включает в себя материал нитрида молибдена, имеющий поликристаллическую структуру. Например, материал нитрида молибдена, имеющий поликристаллическую структуру, включает в себя поликристаллический γ-Mo₂N. Кроме того, кристалличность материала нитрида молибдена в первом слое 22 нитрида молибдена выше, чем кристалличность материала нитрида молибдена во втором слое 24 нитрида молибдена. Следует отметить, что чем больше атомное соотношение атомов азота, тем труднее кристаллизовать материал нитрида молибдена, имеющий аморфную структуру. Перед кристаллизацией, если каждый из первого слоя 22 нитрида молибдена и второго слоя 24 нитрида молибдена включает в себя материал нитрида молибдена, имеющий аморфную структуру, при одинаковых условиях кристаллизации кристалличность материала нитрида молибдена в первом слое 22 нитрида молибдена больше, чем кристалличность материала нитрида молибдена во втором слое 24 нитрида молибдена. Чем выше кристалличность, тем крупнее кристаллические частицы, тем меньше поверхностей раздела кристалла, тем более регулярным является расположение кристаллических частиц, тем меньше поверхностное сопротивление слоя материала нитрида молибдена. Более высокая кристалличность материала нитрида молибдена в первом слое 22 нитрида молибдена способствует тому, что первый слой 22 нитрида молибдена имеет более высокие характеристики передачи сигналов.

[0046] В этом варианте реализации атомным соотношением атомов азота в первом слое нитрида молибдена управляют таким образом, чтобы оно было меньше, вследствие чего уменьшается поверхностное сопротивление слоя материала первого слоя нитрида молибдена, что позволяет получить малое последовательное сопротивление между легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем и гарантирует, что первый слой нитрида молибдена не только может блокировать взаимную миграцию и проникновение между атомами металла и ионами легирующей примеси, но также и оказывает незначительное влияние на характеристики электрического соединения между металлическим проводящим слоем и легированным проводящим слоем. В то же время, атомное соотношение атомов азота во втором слое нитрида молибдена регулируют таким образом, чтобы оно было большим, что способствует обеспечению сильной блокирующей способности второго слоя нитрида молибдена, лучшему блокированию миграции атомов азота из азотсодержащего диэлектрического слоя к металлическому проводящему слою и обеспечению того, чтобы металлический проводящий слой имел лучшие проводящие характеристики.

[0047] Соответственно, варианты реализации этого раскрытия дополнительно обеспечивают способ изготовления полупроводниковой структуры, который может быть выполнен с возможностью изготовления представленной выше полупроводниковой структуры.

[0048] На ФИГ. 1-4 схематические представлены структурные схемы, соответствующие различным операциям способа изготовления полупроводниковой структуры, обеспеченной в вариантах реализации этого раскрытия. Способ изготовления полупроводниковой структуры включает в себя следующие операции.

[0049] Со ссылкой на ФИГ. 2, образуют легированный проводящий слой 21 и первый слой 22 нитрида молибдена, при этом легированный проводящий слой 21 легирован ионами легирующей примеси, а первый слой 22 нитрида молибдена расположен на легированном проводящем слое 21.

[0050] В этом варианте реализации легированный проводящий слой 21 соединен с активной областью 20 в нижней части, а изолирующая структура 20a окружает активную область 20 и выполнена с возможностью изоляции соседних активных областей 20. Процесс образования первого слоя 22 нитрида молибдена включает в себя следующее. Вводят исходный газ азот и металлический молибден. Выполняют процесс ионизации для образования азотной плазмы, так что азотная плазма реагирует с металлическим молибденом для получения нитрида молибдена, а нитрид молибдена осаждают для образования слоя нитрида молибдена, который имеет аморфную структуру. Металлический молибден может быть подан с использованием инертного газа, исходный газ азот включает в себя азот, а инертный газ включает в себя аргон.

[0051] Со ссылкой на ФИГ. 3, металлический проводящий слой 23 и второй слой 24 нитрида молибдена образованы там, где металлический проводящий слой 23 расположен на первом слое 22 нитрида молибдена, при этом первый слой 22 нитрида молибдена выполнен с возможностью электрического соединения с легированным проводящим слоем 21 и металлическим проводящим слоем 23, а второй слой 24 нитрида молибдена расположен на металлическом проводящем слое 23, при этом атомное соотношение атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена больше, чем атомное соотношение атомов азота в первом слое 22 нитрида молибдена.

[0052] В этом варианте реализации атомное соотношение атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена больше, чем атомное соотношение атомов азота в первом слое 22 нитрида молибдена, характеристики блокирования материала второго слоя 24 нитрида молибдена выше, чем характеристики блокирования материала первого слоя 22 нитрида молибдена. Чтобы первый слой 22 нитрида молибдена имел сильное блокирующее действие, необходимо сделать так, чтобы толщина первого слоя 22 нитрида молибдена была больше, чем толщина второго слоя 24 нитрида молибдена, в направлении от легированного проводящего слоя 21 к второму слою 24 нитрида молибдена.

[0053] В этом варианте реализации этап процесса образования первого слоя 22 нитрида молибдена и этап процесса образования второго слоя 24 нитрида молибдена идентичны и отличаются друг от друга только тем, что расход исходного газа азота для образования первого слоя 22 нитрида молибдена меньше, чем расход исходного газа азота для образования второго слоя 24 нитрида молибдена, так что атомное соотношение атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена больше, чем атомное соотношение атомов азота в первом слое 22 нитрида молибдена.

[0054] Кроме того, в процессах образования первого слоя 22 нитрида молибдена и второго слоя 24 нитрида молибдена отношения расходов исходных газов азота к суммам расходов исходных газов азота и инертных газов идентичны, и температуры процесса идентичны, что способствует тому, чтобы характеристики первого слоя 22 нитрида молибдена и второго слоя 24 нитрида молибдена, за исключением их атомного соотношения, были одинаковыми. Например, во время процесса образования первого слоя 22 нитрида молибдена расход исходного газа азота составляет 35 куб. см/мин, расход инертного газа составляет 15 куб. см/мин, отношение расходов составляет 70%, а температура процесса равна 250°C; при этом в процессе образования второго слоя 24 нитрида молибдена расход исходного газа азота составляет 70 куб. см/мин, расход инертного газа составляет 35 куб. см/мин, отношение расходов поддерживается на уровне 70%, а температура процесса поддерживается на уровне 250°C.

[0055] В этом варианте реализации процесс ионизации при образовании первого слоя 22 нитрида молибдена обозначен как первый процесс ионизации, а процесс ионизации образования второго слоя 24 нитрида молибдена обозначен как второй процесс ионизации. Поскольку толщина первого слоя 22 нитрида молибдена больше, чем толщина второго слоя 24 нитрида молибдена, в случае, когда характеристики блокирования одинаковы, конкретные параметры первого процесса ионизации и конкретные параметры второго процесса ионизации являются различными. В частности, поскольку чем выше мощность источника питания постоянного тока, тем выше скорость взаимодействия между азотной плазмой и металлическим молибденом, и тем выше скорость осаждения слоя нитрида молибдена, следовательно, можно настроить процесс таким образом, чтобы мощность источника питания постоянного тока для первого процесса ионизации была выше мощности источника питания постоянного тока для второго процесса ионизации или равна ей, так что время, требующееся для изготовления первого слоя 22 нитрида молибдена, будет короче. Соответственно, поскольку чем выше радиочастотная мощность смещения, тем выше однородность пленочного слоя, а требование к однородности пленочного слоя для толстопленочного слоя ниже, следовательно, можно настроить процесс таким образом, чтобы радиочастотная мощность смещения для первого процесса ионизации была ниже, чем радиочастотная мощность смещения для второго процесса ионизации, или равна ей, так что второй слой 24 нитрида молибдена имеет более высокую однородность пленочного слоя, т.е. второй слой 24 нитрида молибдена имеет хорошие характеристики блокирования.

[0056] Можно настроить процесс таким образом, что мощность источника питания постоянного тока для первого процесса ионизации составляет от 2000 Вт до 3000 Вт, например 2300 Вт, 2500 Вт или 2700 Вт, а мощность источника питания постоянного тока для второго процесса ионизации составляет от 1500 Вт до 2500 Вт, например 1700 Вт, 2000 Вт или 2300 Вт. Когда мощность источника питания постоянного тока высока, она с вероятностью вызовет высокую скорость осаждения слоя нитрида молибдена, и, таким образом, будет затруднено точное управление толщинами первого слоя 22 нитрида молибдена и второго слоя 24 нитрида молибдена; а когда мощность источника питания постоянного тока низка, она с вероятностью вызовет низкую скорость осаждения слоя нитрида молибдена, что не способствует сокращению общей продолжительности изготовления. Соответственно, можно настроить процесс таким образом, что радиочастотная мощность смещения для первого процесса ионизации составляет от 500 Вт до 750 Вт, например 550 Вт, 600 Вт, 650 Вт или 700 Вт, и можно настроить процесс таким образом, что радиочастотная мощность смещения для второго процесса ионизации составляет от 600 Вт до 800 Вт, например 650 Вт, 700 Вт или 750 Вт. Когда радиочастотная мощность смещения высока, это не способствует сокращению энергопотребления и производственных издержек в данном процессе; а когда радиочастотная мощность смещения низка, это не способствует повышению однородности и компактности слоя нитрида молибдена.

[0057] Со ссылкой на ФИГ. 4 и ФИГ. 1, азотсодержащий диэлектрический слой 25 образован и расположен на втором слое 24 нитрида молибдена, а процесс травления по рисунку выполняют для образования множества дискретных полупроводниковых структур, при этом полупроводниковая структура может быть структурой разрядной линии.

[0058] В этом варианте реализации, поскольку азотсодержащий диэлектрический слой 25 выращивают в среде процесса термической обработки, под воздействием высокотемпературного процесса, по меньшей мере части аморфных структур в слоях нитрида молибдена (т.е. первом слое 22 нитрида молибдена и втором слое 24 нитрида молибдена) будут преобразованы в поликристаллические структуры. Между тем, поскольку атомное соотношение атомов азота во втором слое 24 нитрида молибдена больше, кристалличность материала нитрида молибдена во втором слое 24 нитрида молибдена ниже. В других вариантах реализации после образования второго слоя нитрида молибдена выполняют процесс термической обработки, так что по меньшей мере часть аморфной структуры в слое нитрида молибдена преобразуется в поликристаллическую структуру, или после образования азотсодержащего диэлектрического слоя 25 по меньшей мере часть аморфной структуры преобразуется в поликристаллическую структуру с использованием других процессов термической обработки.

[0059] В этом варианте реализации металлический проводящий слой 23 является слоем металлического молибдена, и первый слой 22 нитрида молибдена, второй слой 24 нитрида молибдена и слой металлического молибдена образуются в одной и той же реакционной камере.

[0060] В приведенном выше техническом решении атомным соотношением атомов азота в первом слое нитрида молибдена управляют таким образом, чтобы оно было небольшим, тем самым уменьшая поверхностное сопротивление материала первого слоя нитрида молибдена, обеспечивая небольшое последовательное сопротивление между легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем и гарантируя, что первый слой нитрида молибдена не только может блокировать взаимную миграцию и проникновение между атомами металла и ионами легирующей примеси, но также и не оказывает большого влияния на характеристики электрического соединения между металлическим проводящим слоем и легированным проводящим слоем. В то же время, атомным соотношением атомов азота во втором слое нитрида молибдена управляют таким образом, чтобы оно было большим, что способствует обеспечению сильных характеристик блокирования второго слоя нитрида молибдена, улучшению блокирования миграции атомов азота из азотсодержащего диэлектрического слоя в металлический проводящий слой, а также обеспечению того, чтобы металлический проводящий слой имел улучшенную характеристику проводимости.

[0061] Специалистам в данной области техники понятно, что упомянутые выше осуществления являются конкретными вариантами реализации для осуществления этого раскрытия, и в практических применения различные изменения могут быть выполнены в форме и деталях без отступления от принципа и объема охраны этого раскрытия. Любой специалист в данной области техники может внести изменения и модификации без отступления от идеи и объема охраны этого раскрытия. Таким образом, объем защиты этого раскрытия должен соответствовать объему охраны, определенному в формуле изобретения.

Группа изобретений относится к полупроводниковой структуре и способу ее изготовления. Полупроводниковая структура включает в себя: легированный проводящий слой, легированный ионами легирующей примеси; металлический проводящий слой, расположенный поверх легированного проводящего слоя; азотсодержащий диэлектрический слой, расположенный поверх металлического проводящего слоя; первый слой нитрида молибдена, расположенный между легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем и выполненный с возможностью электрического соединения с легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем; и второй слой нитрида молибдена, расположенный между металлическим проводящим слоем и азотсодержащим диэлектрическим слоем, при этом атомное соотношение атомов азота во втором слое нитрида молибдена больше, чем атомное соотношение атомов азота в первом слое нитрида молибдена. Технический результат заключается в улучшении характеристик проводимости металлического проводящего слоя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Полупроводниковая структура, содержащая:

легированный проводящий слой, легированный ионами легирующей примеси;

металлический проводящий слой, расположенный поверх легированного проводящего слоя;

азотсодержащий диэлектрический слой, расположенный поверх металлического проводящего слоя;

первый слой нитрида молибдена, расположенный между легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем и выполненный с возможностью электрического соединения с легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем; и

второй слой нитрида молибдена, расположенный между металлическим проводящим слоем и азотсодержащим диэлектрическим слоем, при этом атомное соотношение атомов азота во втором слое нитрида молибдена больше, чем атомное соотношение атомов азота в первом слое нитрида молибдена.

2. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой толщина первого слоя нитрида молибдена больше, чем толщина второго слоя нитрида молибдена, в направлении от легированного проводящего слоя к азотсодержащему диэлектрическому слою.

3. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой атомное соотношение атомов азота в первом слое нитрида молибдена составляет от 10 до 20%, а толщина первого слоя нитрида молибдена составляет от 2 до 4 нм в направлении от легированного проводящего слоя к азотсодержащему диэлектрическому слою.

4. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой атомное соотношение атомов азота во втором слое нитрида молибдена составляет от 30 до 40%,

предпочтительно толщина второго слоя нитрида молибдена составляет от 0,5 до 1,5 нм в направлении от легированного проводящего слоя к азотсодержащему диэлектрическому слою.

5. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой материал металлического проводящего слоя содержит металлический молибден.

6. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой каждый из первого слоя нитрида молибдена и второго слоя нитрида молибдена содержит материал нитрида молибдена, имеющий поликристаллическую структуру,

предпочтительно кристалличность материала нитрида молибдена в первом слое нитрида молибдена выше, чем кристалличность материала нитрида молибдена во втором слое нитрида молибдена, и

более предпочтительно материал нитрида молибдена, имеющий поликристаллическую структуру, содержит поликристаллический γ-Mo₂N.

7. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой легированный проводящий слой электрически соединен с активной областью, материал легированного проводящего слоя содержит легированный поликристаллический кремний, а ионы легирующей примеси содержат ионы N-типа.

8. Способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий:

образование легированного проводящего слоя, при этом легированный проводящий слой легирован ионами легирующей примеси;

образование первого слоя нитрида молибдена, при этом первый слой нитрида молибдена расположен на легированном проводящем слое;

образование металлического проводящего слоя, при этом металлический проводящий слой расположен на первом слое нитрида молибдена, а первый слой нитрида молибдена выполнен с возможностью электрического соединения с легированным проводящим слоем и металлическим проводящим слоем;

образование второго слоя нитрида молибдена, при этом второй слой нитрида молибдена расположен на металлическом проводящем слое, а атомное соотношение атомов азота во втором слое нитрида молибдена больше, чем атомное соотношение атомов азота в первом слое нитрида молибдена; и

образование азотсодержащего диэлектрического слоя, при этом азотсодержащий диэлектрический слой расположен на втором слое нитрида молибдена.

9. Способ изготовления полупроводниковой структуры по п. 8, в котором образование первого слоя нитрида молибдена и образование второго слоя нитрида молибдена соответственно включает:

введение исходного газа азота и металлического молибдена,

при этом расход исходного газа азота для образования первого слоя нитрида молибдена меньше, чем расход исходного газа азота для образования второго слоя нитрида молибдена; и

выполнение процесса ионизации для образования азотной плазмы, так что азотная плазма реагирует с металлическим молибденом с образованием нитрида молибдена, а нитрид молибдена осаждают с образованием слоя нитрида молибдена, при этом слой нитрида молибдена имеет аморфную структуру,

предпочтительно процесс ионизации для образования первого слоя нитрида молибдена является первым процессом ионизации, процесс ионизации для образования второго слоя нитрида молибдена является вторым процессом ионизации, мощность источника питания постоянного тока для первого процесса ионизации выше, чем мощность источника питания постоянного тока для второго процесса ионизации, или равна ей, а радиочастотная мощность смещения для первого процесса ионизации ниже, чем радиочастотная мощность смещения для второго процесса ионизации, или равна ей, и

более предпочтительно мощность источника питания постоянного тока для первого процесса ионизации составляет от 2000 Вт до 3000 Вт, радиочастотная мощность смещения для первого процесса ионизации составляет от 500 до 750 Вт, мощность источника питания постоянного тока для второго процесса ионизации составляет от 1500 до 2500 Вт, а радиочастотная мощность смещения для второго процесса ионизации составляет от 600 до 800 Вт.

10. Способ изготовления полупроводниковой структуры по п. 8, также включающий: выполнение процесса термической обработки для преобразования по меньшей мере части аморфной структуры в слоях нитрида молибдена в поликристаллическую структуру.