專(zhuān)利名稱(chēng)：經(jīng)由種子印刷和鍍覆進(jìn)行的接觸金屬和互連金屬的印刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法的領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明的實(shí)施 方式涉及利用金屬墨水形成電接觸(并可選地，局部互連)的方法，包括這樣的接觸和(可 選的)局部互連的諸如二極管和/或晶體管之類(lèi)的電器件，以及用于形成這樣的器件的方 法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面涉及利用金屬墨水在電子器件中形成對(duì)摻雜或未摻雜的硅層的接 觸以及可選地形成互連的方法。其他方面涉及包括這種接觸和(可選的)局部互連的電器 件(例如，二極管、晶體管等)，并涉及制造這種器件的方法。通常，包含硅化物形成金屬的 墨水(例如，金屬前驅(qū)體墨水)可以印刷、涂覆或選擇性地沉積在(摻雜或未摻雜的)硅表 面或襯底(例如，在過(guò)孔或邊緣接觸開(kāi)口中暴露)上，以及其中可以形成互連的區(qū)域上。墨 水接著被干燥以去除一種或多種溶劑和/或添加劑，從而形成硅化物形成金屬前驅(qū)體。隨 后在還原或惰性氣氛(例如，氮?dú)饣蛐纬蓺怏w，例如Ar/U混合物)中的退火使墨水固化， 并允許金屬前驅(qū)體與硅之間的反應(yīng)以形成硅化物，同時(shí)在其他區(qū)域留下金屬(例如，除了 金屬硅化物接觸以外的金屬)以形成局部互連。在這種處理中，未硅化的硅(例如，在晶體 管溝道中)可以在硅化期間被有利地氫化。 更具體而言，在一個(gè)方面，可以通過(guò)將包含形成硅化物的金屬的墨水(此后，"金 屬前驅(qū)體墨水")選擇性地沉積到暴露的硅表面上，來(lái)形成硅接觸和/或金屬(或金屬硅 化物)互連?？蛇x地，硅表面可以還包括其上的原生氧化物。在其他選擇中，也可以將金 屬前驅(qū)體墨水選擇性地沉積到與暴露的硅表面相鄰的電介質(zhì)(或其他)層上，以形成金屬 互連?；蛘?，金屬硅化物互連可以形成在圖案化的硅表面上。接著將金屬前驅(qū)體墨水沉積 (可選地，選擇性地沉積)在圖案化的硅上并退火以形成硅化物互連。當(dāng)沉積墨水以形成 圖案時(shí)，該圖案可以與被構(gòu)造為或適于將各種器件的預(yù)定端子彼此連接的局部或金屬互連 層的圖案相對(duì)應(yīng)。電介質(zhì)層可以包括(摻雜的)玻璃配制物，其中摻雜劑可以包括B、P、As 或其他摻雜劑，其濃度足以使摻雜劑擴(kuò)散到下層的硅中。使金屬前驅(qū)體墨水干燥以形成硅 化物形成金屬前驅(qū)體，并且將金屬前驅(qū)體和硅表面加熱到預(yù)定溫度達(dá)足以形成硅接觸(例 如，金屬硅化物)的時(shí)間長(zhǎng)度。可選地，金屬前驅(qū)體的金屬留在電介質(zhì)區(qū)域上，并且可以將 導(dǎo)電金屬選擇性地沉積(例如，通過(guò)鍍覆)在金屬前驅(qū)體的金屬上。通常，由金屬前驅(qū)體形 成金屬發(fā)生在導(dǎo)電金屬的選擇性沉積之前，但是在此處理中硅化物形成可以在任意時(shí)間進(jìn) 行(即，在由金屬前驅(qū)體形成金屬之前，在形成金屬之后但在導(dǎo)電金屬的選擇性沉積之前， 或者在導(dǎo)電金屬的選擇性沉積之后)。
6
在一些實(shí)施方式中，可以通過(guò)印刷墨水來(lái)沉積硅化物形成金屬，墨水包含在溶劑 中的硅化物形成金屬的前驅(qū)體。在傳統(tǒng)處理中，通過(guò)濺射沉積或電子束蒸鍍?cè)诩怃J臺(tái)階上 沉積金屬可以引起金屬中的中斷或不連續(xù)。但是，在印刷處理中，額外的墨水可以布置在邊 緣或角部處，或者其他可能使下層變薄的位置，使得存在足夠的材料以防止下層的中斷或 變薄?？梢酝ㄟ^(guò)在一個(gè)或多個(gè)期望的位置布置額外的墨滴或更大的滴體積，來(lái)在噴墨印刷 中供應(yīng)額外的墨水。在凹版印刷中，可以利用鼓上更大的單元容積來(lái)供應(yīng)額外的墨水。此 外，為了避免潛在的電遷移失效，可以對(duì)于意在用于高電流密度流的特定特征(例如，電力 總線、鍵合盤(pán)、時(shí)鐘信號(hào)線等)印刷額外的墨水。 可以通過(guò)本領(lǐng)域公知的各種涂覆或印刷方法來(lái)沉積金屬前驅(qū)體墨水。在美國(guó)專(zhuān)利 號(hào)7， 152， 804和7， 314， 513中描述了用于印刷液體金屬(前驅(qū)體)墨水的技術(shù)。在各種實(shí) 施方式中，通過(guò)噴墨印刷來(lái)沉積硅化物形成金屬的墨水。在特定實(shí)施方式中，由選擇性地沉 積的金屬前驅(qū)體墨水形成的圖案在暴露硅表面上方具有足以在其上形成金屬硅化物和保 留在金屬硅化物上的非硅化金屬層兩者的厚度。在各種實(shí)施方式中，金屬前驅(qū)體墨水的金 屬選自由Pd、 Pt、 Ni、 Cr、 Mo、 W、 Ru、 Rh、 Ti及其合金/混合物組成的組。優(yōu)選地，該金屬是 Pd。 金屬前驅(qū)體墨水配制物中的溶劑和/或其他添加劑在干燥步驟中被去除以形成 硅化物形成金屬前驅(qū)體(不過(guò)某些添加劑可以不用完全去除，直到在足以將這種添加劑完 全去除的條件下進(jìn)行加熱或退火)。金屬前驅(qū)體和硅表面可以接著在惰性氣氛(其還可以 包括還原氣體)中加熱(例如，固化)，以形成金屬硅化物接觸?；蛘呋蚋郊拥?，使墨水干 燥和加熱形成硅化物的前驅(qū)體可以在與暴露硅表面相鄰的電介質(zhì)層上形成互連和/或金 屬種子層。在優(yōu)選實(shí)施方式中，加熱步驟由硅表面上方的金屬前驅(qū)體的一部分(或基本整 個(gè)厚度)以及在與金屬前驅(qū)體接觸的硅表面下方的硅層的至少一部分形成了金屬硅化物。 用于加熱金屬前驅(qū)體的溫度范圍通常從約IO(TC到約100(TC，并且這樣的加熱可以進(jìn)行從 約l秒到約24小時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)度。如果需要，可以通過(guò)在不同氣氛中退火(例如，代替在形 成氣體中退火，在N2、 02、 N20、 03等中的單獨(dú)一種或其組合中退火)，來(lái)容易地調(diào)節(jié)金屬硅化 物接觸和金屬互連的電阻。在此情況下，電阻值通常對(duì)于整個(gè)晶片或襯底表面上的全部硅 化物接觸是基本相同的。相似地，由金屬前驅(qū)體墨水形成的全部金屬互連的電阻值也在整 個(gè)晶片或襯底表面上基本相同。 可選地，可以通過(guò)改變印刷金屬的厚度而在單個(gè)襯底上實(shí)現(xiàn)金屬互連和金屬硅化 物接觸的電阻的不同。例如，更厚的金屬或更多的金屬墨水(例如，通過(guò)在特定區(qū)域中增大 滴的數(shù)量、滴體積或墨水體積、和/或減小滴之間的間距來(lái)實(shí)現(xiàn))可以印刷在需要更小電阻 的區(qū)域中。此技術(shù)較傳統(tǒng)處理的顯著優(yōu)點(diǎn)在于可以在同一處理步驟(例如，印刷)期間將 不同的材料厚度置于襯底上。可選地，可以局部改變印刷墨水的接觸角度(例如利用預(yù)印 刷步驟，其適于局部改變襯底的表面能)，使得可以利用同一印刷步驟獲得不同的金屬高度 和線寬度。 在一個(gè)變例中，較小量的金屬(或較薄的金屬)可以印刷到意在用于接觸的區(qū)域 上，使得金屬不消耗硅的整個(gè)厚度，而較大量的金屬(較厚的金屬)可以印刷用于互連以維 持相對(duì)較小的層電阻。此外，可以通過(guò)控制印刷在各個(gè)區(qū)域中的金屬的厚度，來(lái)獨(dú)立地控制 源極、漏極和/或柵極的接觸電阻。如果對(duì)于給定的接觸區(qū)域，執(zhí)行硅化退火使得金屬前驅(qū)體在與硅的反應(yīng)期間被完全消耗，則主要或基本完全由金屬硅化物厚度來(lái)確定接觸電阻。
如果優(yōu)選，則可以通過(guò)印刷覆蓋柵極的金屬前驅(qū)體并與形成源極和漏極接觸同時(shí) 形成硅化物，來(lái)減小多晶硅柵極的柵極電阻。以相同方式，可以通過(guò)改變印刷金屬的圖案和 /或厚度，來(lái)改變整個(gè)晶片上的柵極電阻?？蛇x地，可以通過(guò)印刷具有足以在硅化反應(yīng)期間 完全消耗多晶硅的厚度的金屬前驅(qū)體，來(lái)使多晶硅柵極完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俟杌铩Ｒ源朔绞剑?可以用單個(gè)印刷步驟實(shí)現(xiàn)在一個(gè)襯底上的多個(gè)柵極功函數(shù)。 在一些實(shí)施方案中，在選擇性地沉積硅化物形成金屬的墨水之前，可以將其中具 有一個(gè)或多個(gè)過(guò)孔的電介質(zhì)層可選地形成在硅層上。在優(yōu)選實(shí)施方式中，電介質(zhì)層可以包 括旋涂摻雜玻璃配制物。此外，如果就在形成(例如，印刷)旋涂摻雜玻璃配制物之前或之 后立即沉積(例如，通過(guò)印刷)金屬前驅(qū)體墨水，則摻雜活化和金屬硅化物形成處理可以有 利地組合成單個(gè)退火步驟。 在其他實(shí)施方案中，摻雜電介質(zhì)墨水圖案可以印刷到襯底上，并且硅特征(例如， 硅島)可以印刷在其上。金屬前驅(qū)體墨水可以直接印刷到硅特征上，然后如上所述，退火以 形成金屬硅化物接觸?？梢噪S后通過(guò)在單獨(dú)的退火步驟或者形成金屬硅化物的退火步驟中 使摻雜劑從摻雜電介質(zhì)墨水?dāng)U散到硅特征中(優(yōu)選地通過(guò)其整個(gè)厚度)，來(lái)?yè)诫s硅特征。在 任一情況下，金屬硅化物優(yōu)選地不消耗硅特征部的整個(gè)厚度。 本發(fā)明的一個(gè)重要方面涉及利用用于兩層的金屬前驅(qū)體墨水在單個(gè)印刷步驟中 制造接觸和互連。此方案減少了處理步驟的數(shù)量，并且不需要任何刻蝕步驟。在替代方案 中，如果需要不同的金屬用于接觸和互連線，則可以將印刷金屬圖案(例如，Pd)用作用于 其他金屬(例如，Ag、Cu、Ni等)的無(wú)電沉積或電鍍覆的種子層，以及用于在接觸區(qū)域中形 成金屬硅化物(例如，Pd2Si)?？梢詫?duì)金屬的厚度和形成硅化物的固化處理進(jìn)行選擇和確 定，使得接觸區(qū)域中的金屬不會(huì)被全部消耗，同時(shí)仍形成良好的硅化物接觸。在互連區(qū)域 和/或接觸區(qū)域中，附加的金屬可以布置在金屬種子層上和/或金屬硅化物上。附加的退 火步驟(例如，后鍍覆)可以進(jìn)一步改善硅化物與鍍覆金屬之間的電接觸。在此處理中，印 刷的和固化的金屬前驅(qū)體膜(例如，用于形成金屬和金屬硅化物層)不一定是連續(xù)的。此 外，在印刷金屬前驅(qū)體墨水之前施加到電介質(zhì)層的清潔和/或粗糙化步驟可以提高鍍覆金 屬對(duì)電介質(zhì)層的粘附性。 在各種實(shí)施方式中，本體導(dǎo)電金屬可以選擇性地沉積在將金屬前驅(qū)體墨水鍍覆、 干燥和退后之后剩余的任何金屬上?？梢酝ㄟ^(guò)將本體導(dǎo)電金屬鍍覆到剩余金屬(即，來(lái)自 墨水)上，來(lái)沉積本體導(dǎo)電金屬。鍍覆本體導(dǎo)電金屬可以包括無(wú)電鍍或電鍍，并且本體導(dǎo)電 金屬可以選自由Al 、 Ag、 Au、 Cu、 Pd、 Pt、 Ni 、 Cr、 Mo、 W、 Ru、 Rh及其合金和/或混合物組成的 組。在一些實(shí)施方式中，本體導(dǎo)電金屬可以在硅化物形成之前或之后鍍覆。在其他實(shí)施方 式中，本體導(dǎo)電金屬可以被進(jìn)一步退火(可選地，在與硅化物形成相同的步驟中)以改善本
體導(dǎo)電金屬的一種或多種物理/和電特性。 在其他實(shí)施方式中，可以在沉積硅化物形成金屬墨水之前改變(例如，清潔)暴露 的硅表面。在其他實(shí)施方式中，可以在選擇性地沉積金屬前驅(qū)體墨水之前，刻蝕其上包括任 何原生的氧化物(如果存在的話)的暴露的硅表面和電介質(zhì)層。在另一個(gè)變例中，可以在 選擇性地沉積金屬前驅(qū)體墨水之前改變暴露硅表面和/或電介質(zhì)層的表面能。自然， 一種 或多種方法可以包括在襯底上形成硅層，以由此提供暴露的硅表面。
本發(fā)明還涉及通過(guò)首先在襯底上形成圖案化摻雜電介質(zhì)(其中圖案化摻雜電介 質(zhì)包含摻雜劑)來(lái)制造諸如晶體管之類(lèi)的電器件的方法。在形成圖案化摻雜電介質(zhì)之后， 在圖案化摻雜電介質(zhì)中的相鄰結(jié)構(gòu)的至少一部上以及在存在于相鄰結(jié)構(gòu)之間的間隙中形 成半導(dǎo)體層。然后在半導(dǎo)體層上形成柵極電介質(zhì)，至少覆蓋間隙，并使摻雜劑擴(kuò)散到半導(dǎo)體 層的在摻雜電介質(zhì)的擴(kuò)散距離內(nèi)的區(qū)域中。然后在柵極電介質(zhì)上形成柵極。可選地，摻雜劑 可以在形成柵極電介質(zhì)之前擴(kuò)散到半導(dǎo)體層中。此后，可以執(zhí)行形成金屬硅化物接觸(可 選地，金屬互連)的方法，以形成電器件。 本發(fā)明的其他方面涉及其他電器件(例如二極管)和用于制造所述其他電器件的 方法。在一個(gè)通用實(shí)施方式中，二極管(或其他電器件，例如電容器、電阻器或晶體管)可 以包括具有硅表面和作為所述硅表面的至少一部分的金屬硅化物層的襯底。與金屬硅化物 連續(xù)的金屬種子層以一定圖案(例如，以互連層的圖案)形成在襯底上或上方。在一些實(shí) 施方式中，電介質(zhì)層(如本文所述，其可以被摻雜)可以與硅表面相鄰地存在于襯底上，并 且其上可以形成種子層。導(dǎo)電金屬可以鍍覆在金屬硅化物層和金屬種子層上以形成本體導(dǎo) 電金屬層(例如，互連)。當(dāng)互連將晶體管的源極/漏極端子連接到晶體管的柵極時(shí)，這樣 形成的器件通常是二極管。當(dāng)互連將晶體管的源極/漏極端子彼此連接時(shí)，這樣形成的器 件通常是電容器。當(dāng)互連將晶體管的一個(gè)源極/漏極端子連接到輸入信號(hào)，將晶體管的另 一個(gè)源極/漏極端子連接到輸出信號(hào)，并將晶體管的柵極連接到電源或恒定/基準(zhǔn)電壓時(shí)， 這樣形成的器件通常是電阻器。 在第二通用實(shí)施方式中，二極管(或其他器件)具有在襯底的硅表面上的柵極電 介質(zhì)上(或柵極電介質(zhì)上方)的柵極。包含摻雜劑的圖案化摻雜電介質(zhì)可以存在于位于提 供了硅表面的硅層或特征上方的區(qū)域中，并可以基本不存在于將硅表面暴露的區(qū)域中。此 器件還具有在柵極上和硅表面中(或上)的源極/漏極端子的至少一部分上的金屬硅化物 層。金屬互連或種子層在襯底上(或襯底上方)，與柵極上的金屬硅化物層和源極/漏極端 子的至少一部分上的金屬硅化物層兩者均連續(xù)，從而在金屬互連情況下形成了二極管。在 (如本文所述)金屬種子層上鍍覆本體導(dǎo)電金屬層也形成了二極管。還包括形成其他器件 的其他變例(例如，如前述段落所述以及在本領(lǐng)域的技術(shù)人員的能力內(nèi))。
上述二極管和電器件及其變例也可以通過(guò)在襯底上的暴露硅表面上形成柵極電 介質(zhì)并接著在柵極電介質(zhì)上形成柵極來(lái)制造。接著，可以在硅表面的至少一部分(其可以 是暴露的或可以在其上具有柵極電介質(zhì)的暴露部分)上形成圖案化摻雜電介質(zhì)，并使摻雜 劑擴(kuò)散到硅的在圖案化摻雜電介質(zhì)的擴(kuò)散距離內(nèi)的區(qū)域中。將包含硅化物形成金屬的墨水 印刷在硅表面的至少暴露(摻雜或未摻雜的)部分上。隨后使金屬前驅(qū)體墨水干燥以形成 硅化物形成金屬前驅(qū)體。在由金屬前驅(qū)體形成金屬膜或?qū)又盎蛑螅瑢⒔饘偾膀?qū)體和與 其接觸的硅表面充分加熱以形成金屬硅化物層。事實(shí)上，如果不制造局部互連，則不需要由 金屬前驅(qū)體形成金屬膜或?qū)印Ｔ谝粋€(gè)變例中，圖案化摻雜電介質(zhì)包括摻雜的旋涂電介質(zhì)，其 中具有空間或開(kāi)口，空間或開(kāi)口用于一個(gè)或多個(gè)包含金屬硅化物的帶，以將柵極連接到硅 的摻雜或未摻雜區(qū)域。此外，各種實(shí)施方案可以還包括在襯底上或上方形成金屬種子層，其 中金屬種子層與金屬硅化物層連續(xù)。在這樣的實(shí)施方式中，金屬種子層和/或金屬前驅(qū)體 墨水優(yōu)選地包括Pd。 在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，公開(kāi)了一種電器件。通常，電器件包括襯底，其上具有硅表面；電介質(zhì)材料，其中具有使硅表面的一部分暴露的過(guò)孔；在過(guò)孔中的金屬硅化物層， 其位于硅表面的暴露部分上；以及在電介質(zhì)材料上的金屬種子層，其與金屬硅化物層連續(xù)， 并處于互連的圖案中。該器件還可以具有鍍覆在金屬硅化物層和金屬種子層上的導(dǎo)電金 屬，其形成互連。在各種實(shí)施方式中，金屬種子層選自由Pd、Pt、Ni、Cr、Mo、W、Ru、Rh、Ti及 其合金和混合物組成的組，并且金屬種子層可以印刷在電介質(zhì)材料上。在各種實(shí)施方式中， 導(dǎo)電金屬選自由Al、 Ag、 Au、 Cu、 Pd、 Pt、 Ni、 Cr、 Mo、 W、 Ru、 Rh及其合金組成的組。
在示例性實(shí)施方式中，包含硅化物形成金屬的墨水可以印刷在半導(dǎo)體層的暴露 (摻雜或未摻雜的)部分上。在使墨水干燥以形成硅化物形成金屬前驅(qū)體之后，可以充分地 加熱金屬前驅(qū)體和包含前驅(qū)體的硅表面以形成金屬硅化物層。在一些變例中，金屬互連前 驅(qū)體可以由硅化物形成金屬墨水印刷在襯底的與半導(dǎo)體層的形成金屬硅化物層的部分相 鄰和連續(xù)的區(qū)域上，或者在替代方案中，金屬互連可以鍍覆在由金屬互連前驅(qū)體形成的金 屬硅化物層和金屬上。 本發(fā)明提供了通過(guò)由金屬前驅(qū)體墨水形成硅化物來(lái)在電器件中制造與硅層的接 觸(和可選地，局部互連)的方法。本發(fā)明還提供了諸如二極管和晶體管之類(lèi)的包括這種 接觸和/或局部互連的電子器件，以及形成這種器件的方法。通過(guò)印刷包含硅化物形成金 屬的墨水以同時(shí)形成接觸和局部互連，可以減少處理步驟的數(shù)量，并可以減少或排除對(duì)刻 蝕的需要。根據(jù)以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。


圖1A-1C是示出了根據(jù)本發(fā)明的金屬硅化物接觸的形成的剖視圖。 圖2A-2E是示出當(dāng)印刷并固化的金屬前驅(qū)體膜不連續(xù)時(shí)用于形成金屬接觸和/或
互連的方法的俯視圖。 圖3A-3D是示出當(dāng)金屬硅化物(可選地)團(tuán)聚并形成接觸并且從下方摻雜硅時(shí)形 成金屬接觸的方法的俯視圖。 圖3E是當(dāng)從下方摻雜硅時(shí)根據(jù)圖3A-3D制造的器件的剖視圖。 圖4A和4B是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的金屬硅化物的形成的剖視圖。 圖5A-5H是根據(jù)本發(fā)明的方法制造的晶體管的剖視圖。 圖6A-6C是示出根據(jù)本發(fā)明的方法制造的二極管的俯視圖。 圖7A和7B是制造有根據(jù)本發(fā)明的金屬接觸和/或互連的電器件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)針對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述。雖然將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方式描 述本發(fā)明，但是將理解的是，它們并非意在將本發(fā)明限制于這些實(shí)施方式。相反，本發(fā)明意 在覆蓋可以包括在由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明的實(shí)旨和范圍內(nèi)的替代方案、修改方案和 等同方案。此外，在以下對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的理解而闡述了大量具 體細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易清楚的是，本發(fā)明可以在不具有這些具體細(xì)節(jié)的情況 下進(jìn)行實(shí)施。在其他情況下，沒(méi)有對(duì)公知的方法、過(guò)程、部件和電路進(jìn)行詳細(xì)描述，以避免不 必要地模糊本發(fā)明的方面。此外，應(yīng)該理解，本文所述的可能替換和組合并不意在限制本發(fā) 明。具體而言，并不矛盾的修改方案可以根據(jù)期望進(jìn)行混合和匹配。
10
在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)"沉積"(及其語(yǔ)法變體)意在包括全部的沉積形式，包括毯覆沉積(blanket exposition)(例如，CVD和PVD)、(旋轉(zhuǎn))涂覆、以及印刷。在將含金屬墨水印刷在襯底上的方法的各種實(shí)施方式中，印刷可以包括將金屬配制物噴墨、凹版印刷、膠印、柔性版印刷、噴涂、狹縫擠壓涂覆、擠壓涂覆、凹凸涂覆(meniscus coating)、微點(diǎn)涂布和/或筆涂布(pen coating)到襯底上。此外，為了方便和簡(jiǎn)單起見(jiàn)，術(shù)語(yǔ)"部件"、"部分"和"區(qū)域"可以互換使用，但是這些術(shù)語(yǔ)通常也賦予了本領(lǐng)域可識(shí)別的含義。此外，除非從其在本發(fā)明使用的上下文中另外指明的，否則術(shù)語(yǔ)"已知"、"固定"、"給定"、"特定"和"預(yù)定"通常表示理論上可變但通常預(yù)先設(shè)定且在使用時(shí)之后不變的值、量、參數(shù)、約束、條件、狀態(tài)、處理、過(guò)程、方法、實(shí)踐、或其組合。此外，術(shù)語(yǔ)"(摻雜)"表示被摻雜或未被摻雜的材料。 為了方便和簡(jiǎn)單起見(jiàn)，除非上下文清楚地表示其他含義，否則術(shù)語(yǔ)"耦合到"、"連
接到"、"與......連通"(及其變體)表示直接或間接的耦合、連接或連通。除非上下文另
外清楚地表明，否則這些術(shù)語(yǔ)通常在本文中可互換使用，并且無(wú)論在何處使用這樣的一個(gè)
術(shù)語(yǔ)，則該術(shù)語(yǔ)也涵蓋了其他術(shù)語(yǔ)。此外，對(duì)于特定材料，術(shù)語(yǔ)"基本由......組成"并不
排除故意添加的摻雜劑，其可以給予添加了該摻雜劑的材料(或者由這種材料形成的結(jié)構(gòu)或特征)以特定期望(以及潛在顯著不同)的物理和/或電屬性。 術(shù)語(yǔ)"(環(huán))硅烷"表示基本由(1)硅和/或鍺以及(2)氫組成并且可以包含一個(gè)或多個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物或化合物的混合物。術(shù)語(yǔ)"雜(環(huán))硅烷"表示基本由(1)硅和/或鍺、(2)氫、以及(3)諸如B、P、As或Sb的摻雜原子組成并且可以包含一個(gè)或多個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物或化合物的混合物，所述摻雜原子可以被常規(guī)的烴、硅烷或鍺烷取代基取代。此外，結(jié)構(gòu)或特征的"主表面"是至少部分地由特征或結(jié)構(gòu)的最大軸線界定的表面(例如，如果結(jié)構(gòu)是圓形的并具有比其厚度更大的半徑，則一個(gè)或多個(gè)徑向表面是該結(jié)構(gòu)的主表面；但是，在結(jié)構(gòu)是方形、矩形或橢圓形的情況下，結(jié)構(gòu)的主表面通常是由兩個(gè)最大軸線[通常為長(zhǎng)度和寬度]界定的表面)。此外，術(shù)語(yǔ)"金屬前驅(qū)體墨水"、"前驅(qū)體墨水"、"金屬墨水"和"墨水"可以互換地使用以表示硅化物形成金屬的墨水。術(shù)語(yǔ)"金屬前驅(qū)體"和/或"前驅(qū)體"可以互換地使用以表示硅化物形成金屬前驅(qū)體。可以根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式制造的電器件的示例包括但不限于晶體管、二極管、電容器、電感器和電阻器。
在本發(fā)明中，將鈀用作硅化物形成金屬是特別有利的，這是因?yàn)楣杌Z甚至可以在存在原生或化學(xué)氧化物(其可以存在于硅表面上)的情況下形成。這對(duì)于在其中在硅表面上形成的原生或化學(xué)氧化物將干擾并導(dǎo)致接觸的傳導(dǎo)性不足和/或降低性能的情況下，形成諸如(摻雜或未摻雜的)硅與互連金屬之間的歐姆接觸之類(lèi)的結(jié)構(gòu)是較重要的。
本發(fā)明的實(shí)施方式提供了在單個(gè)印刷步驟中沉積(例如，印刷)用于接觸和/或局部互連的金屬墨水的優(yōu)點(diǎn)。這減少了通常由本領(lǐng)域公知的方法所需的沉積和其他處理步驟的數(shù)量。此外，本發(fā)明的許多實(shí)施方式不需要刻蝕，這可以減少當(dāng)將相對(duì)昂貴的材料刻蝕掉時(shí)發(fā)生的大量廢料。 以下將針對(duì)示例實(shí)施方式就各個(gè)方面來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。
制造硅接觸和/或互連的示例性方法 本發(fā)明的第一方面設(shè)計(jì)制造硅接觸和/或互連的方法。圖1A-1C圖示了用于形成硅接觸的示例性方法。圖1A示出了一些部分暴露(例如，通過(guò)在電介質(zhì)層200中形成過(guò)孔或接觸孔300)的硅表面100。金屬前驅(qū)體墨水(例如，包括硅化物形成金屬的前驅(qū)體)被 選擇性地沉積到暴露的硅表面100和電介質(zhì)層200上。在優(yōu)選實(shí)施方式中，選擇性的沉積 包括印刷(即，噴墨印刷)。可選地，墨水可以主要印刷在暴露的硅表面100上，僅與相對(duì)較 小的電介質(zhì)層200的相鄰區(qū)域重疊。 通常，金屬前軀體墨水配制物可以基本由如下組成4、5、6、7、8、9、10U1或12族
金屬鹽或金屬絡(luò)合物、一種或多種適于幫助該配制物的涂覆和/或印刷的溶劑、以及可選 的一種或多種在將金屬鹽或金屬絡(luò)合物還原為元素金屬或其合金時(shí)形成氣態(tài)或揮發(fā)性的 副產(chǎn)物的添加劑。在各種實(shí)施方式中，硅化物形成金屬選自由Pd、Pt、Ni、Cr、Mo、W、Ru、Rh、 Ti及其合金或混合物組成的組。在優(yōu)選實(shí)施方式中，硅化物形成金屬包括Pd或基本由Pd 組成。例如，Pd墨水可以印刷到或者覆蓋暴露的硅表面上，然后退火以形成晶體管接觸。 可選地，由金屬前驅(qū)體還原的金屬可以形成局部互連或用于鍍覆本體金屬互連的種子層， 從而幫助在單個(gè)印刷或圖案化步驟中形成不同器件或相同部件的端子之間的電連接。在 這樣的實(shí)施方式中，金屬前驅(qū)體墨水還可以包括本體導(dǎo)體前驅(qū)體，例如金屬納米微粒(例 如，Ag)和/或一種或多種子金屬鹽、金屬氧化物和/或金屬絡(luò)合物(例如，見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 6， 878， 184、7， 084， 276、7， 259， 100、7， 259， 101和7， 294， 449)。 接著使金屬前驅(qū)體墨水干燥以去除存在于配制物中的任何一種或多種溶劑和/ 或添加劑，以形成如圖1B所示的金屬前驅(qū)體圖案400。在示例性實(shí)施方式中，干燥處理包括 將涂覆或印刷的金屬前驅(qū)體墨水加熱到足以去除全部一種或多種溶劑的溫度和/或時(shí)間 長(zhǎng)度。在其他實(shí)施方式中，干燥包括在加熱或不加熱的情況下在真空中去除一種或多種溶 劑。在任何這樣的實(shí)施方式中，溫度可以從3(TC到30(TC、5(TC到20(TC或者可以是其中的 任意值或任意范圍。時(shí)間長(zhǎng)度可以足以從涂覆或印刷的金屬前驅(qū)體墨水去除基本全部溶劑 和/或基本全部一種或多種添加劑(例如，從1秒到4小時(shí)、1分鐘到120分鐘、或其中任意 其他的值的范圍)。真空可以從1毫托到300托、100毫托到100托、1-20托、或任意其他的 值的范圍，并可以由真空泵、吸氣器、文氏管等來(lái)施加。 在干燥之后，硅化物形成金屬前驅(qū)體可以被還原以由干燥的金屬前驅(qū)體形成金屬 層(例如，圖1C中的層410)。例如，包含金屬的前驅(qū)體膜可以被暴露于還原劑并在從高于 環(huán)境溫度到處于約100-40(TC范圍內(nèi)的溫度下(取決于金屬前軀體和/或襯底)加熱。但 是，如果不形成互連，則不需要還原金屬前驅(qū)體。當(dāng)金屬前驅(qū)體未被還原時(shí)，用于金屬前驅(qū) 體墨水的相同或相似溶劑可以從金屬硅化物選擇性地去除未反應(yīng)的金屬前驅(qū)體。
硅化物形成金屬前驅(qū)體(或金屬(如果金屬前驅(qū)體被首先還原))和硅表面接著 被加熱到第一溫度達(dá)足以形成如圖1C所示的硅接觸(例如，金屬硅化物)500的時(shí)間長(zhǎng)度。 在一些實(shí)施方式中，原生的氧化物(未示出)可以在選擇性地沉積墨水之前位于暴露的硅 表面上。在各種實(shí)施方式中，可以在來(lái)自金屬前驅(qū)體墨水的還原金屬410上通過(guò)電或無(wú)電 的鍍覆來(lái)選擇性地沉積本體導(dǎo)電金屬(未示出)，金屬前驅(qū)體墨水提供了用于由本體導(dǎo)電 金屬形成金屬互連的種子層。 在示例性實(shí)施方式中，沉積硅化物形成金屬的步驟包括印刷墨水，所述墨水包括 處于溶劑中的硅化物形成金屬的前驅(qū)體。印刷可以包括將金屬配制物噴墨、凹版印刷、膠 印、絲網(wǎng)印刷或柔性版印刷、噴涂、狹縫擠壓涂覆、擠壓涂覆、凹凸涂覆、微點(diǎn)涂布和/或筆 涂布到襯底上。但是噴墨印刷是優(yōu)選的。
12
圖1A示出了電介質(zhì)層200中的暴露硅表面100的過(guò)孔或開(kāi)口 300，墨水可以被印 刷到過(guò)孔或開(kāi)口 300中。在一些實(shí)施方式中，墨水也以與互連相對(duì)應(yīng)的圖案被印刷到電介 質(zhì)層200上。在一個(gè)示例中，互連是局部互連，其可以將第一器件的一個(gè)或多個(gè)端子連接到 同一器件或相鄰器件的一個(gè)或多個(gè)端子。過(guò)孔或開(kāi)口可以具有從約1微米到約100微米的 寬度，或者其中的任意寬度或?qū)挾确秶?。在?yōu)選實(shí)施方式中，過(guò)孔寬度在從約2微米到約50 微米的范圍內(nèi)。 對(duì)于其中僅需要金屬硅化物接觸的特定實(shí)施方式，可以僅在暴露硅的預(yù)定區(qū)域中 印刷金屬前驅(qū)體墨水?？梢岳酶淖円粋€(gè)或多個(gè)周?chē)砻娴南鄬?duì)表面能的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)暴 露硅表面的選擇性潤(rùn)濕。在一個(gè)示例中，在選擇性地沉積金屬前驅(qū)體墨水之前，可以使暴 露的硅表面以及其上任意原生的氧化物(如果存在的話)在包含水性HF的刻蝕溶劑中刻 蝕。優(yōu)選地，刻蝕溶劑包括稀釋的水性HF，或者在替代方案中，緩沖氧化物刻蝕溶劑(例如， 水性HF/NH4F)。通過(guò)在稀釋、濃縮和/或緩沖水性HF中刻蝕襯底表面，暴露光學(xué)系統(tǒng)單元 2的表面能可以被改變，并且金屬前驅(qū)體墨水可以優(yōu)先潤(rùn)濕暴露的硅區(qū)域(例如，在硅島和 柵極上)，留下未被改性的區(qū)域(例如，電介質(zhì)層和任意場(chǎng)氧化物)基本不被覆蓋。此優(yōu)先 潤(rùn)濕的方法允許金屬前驅(qū)體墨水(例如，含Pd墨水)覆蓋暴露硅表面，確保金屬將與硅(例 如，在摻雜源是相鄰的包含摻雜劑的電介質(zhì)材料的情況下，摻雜硅)接觸。
在第二示例中，可以通過(guò)利用碳氟化合物(例如，CF4、C2Fe等)和氧(例如，02、03、 N02)的氣體的組合的等離子體處理來(lái)改性襯底表面達(dá)例如足以選擇性地改變一個(gè)暴露表 面相對(duì)于另一個(gè)(例如，硅相對(duì)于一種或多種氧化物)的表面能。此等離子體處理也導(dǎo)致 暴露硅區(qū)域的優(yōu)先潤(rùn)濕。此用于形成接觸(例如通過(guò)優(yōu)先潤(rùn)濕)的方法不受下層硅的摻雜 水平的影響，并因此可以優(yōu)于無(wú)電沉積，無(wú)電沉積在下層硅未摻雜或者具有相對(duì)較低的摻 雜水平的情況下具有挑戰(zhàn)性。還應(yīng)該注意，此優(yōu)先潤(rùn)濕方法允許對(duì)印刷對(duì)齊和交疊的不嚴(yán) 格約束。在此處理流程中，用于互連的金屬墨水(例如Ag)可以由金屬前驅(qū)體墨水印刷在 金屬上，并且硅化和金屬墨水固化步驟可以組合在一個(gè)退火步驟中。 在替代實(shí)施方式中，以及如以上部分中所述，可以在選擇性地沉積金屬前驅(qū)體墨 水之前改變暴露硅表面和/或電介質(zhì)層的表面能。這樣的表面能改變可以包括用表面能改 變劑處理暴露硅表面和/或電介質(zhì)層。用于襯底改性的具體試劑和/或成分可以根據(jù)被改 變的表面進(jìn)行調(diào)整。例如，諸如六甲基二硅氮烷(HMDS)之類(lèi)的硅氮烷和諸如氯化三甲基硅 烷之類(lèi)的鹵化甲硅烷可以與Si或SiOx表面發(fā)生反應(yīng)并改性該表面。在一些變例中，用表 面能改變劑僅處理電介質(zhì)層，而在其他變例中，處理暴露硅表面和電介質(zhì)層兩者。在一個(gè)優(yōu) 選實(shí)施方式中，用于改變電介質(zhì)的表面能(以及用于從硅表面去除原生的氧化物)的試劑 包括水性HF。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中(見(jiàn)前段)，通過(guò)利用CF4和02的等離子體處理來(lái) 改性(或進(jìn)一步改性)襯底表面。 或者或附加地，可以在沉積硅化物形成金屬的墨水之前清潔暴露硅表面。這樣的 處理可以導(dǎo)致金屬前驅(qū)體墨水在硅表面上較小的接觸角(例如，小至O度)。在示例性實(shí)施 方式中，通過(guò)用酸(例如，水性HF或H2S04)處理硅表面，用水沖洗襯底，和/或使襯底干燥， 來(lái)實(shí)現(xiàn)清潔。消洗、沖洗和/或干燥步驟可以在預(yù)定的溫度執(zhí)行并執(zhí)行預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度。例 如，可以用水性H202或濃縮水性H2S04/H202溶液以約10分鐘的時(shí)間長(zhǎng)度清潔硅或氧化硅表 面?？蛇x地，濃縮水性H2S04/H202處理步驟之后可以接著進(jìn)行10分鐘的水性H202清潔處理。
13
通過(guò)以HMDS涂覆表面開(kāi)始(例如通過(guò)將HMDS涂層蒸鍍到清潔的硅和/或氧化 硅表面上來(lái)制備)，并接著通過(guò)預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度和預(yù)定UV功率下的受控UV/臭氧處理來(lái)減小 HMDS覆蓋率，來(lái)產(chǎn)生中等接觸角(例如，在5與30度之間)。在替代方案中，可以使用預(yù)定 時(shí)間長(zhǎng)度和預(yù)定RF功率下的受控02/等離子體處理。另一個(gè)用于部分或完全地去除HMDS 的方法包括用預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的H202和H2S04高溫浴處理HMDS涂覆表面。這些示例不是限制 性的，并可以根據(jù)需要用于表面能改變處理和表面處理步驟。 在各種實(shí)施方式中，印刷和固化的金屬前驅(qū)體膜(例如，金屬和/或金屬硅化物 膜)如果在高溫退火步驟(例如，在形成氣體中高于65(TC的溫度下)期間形成，則可以是 不連續(xù)的或團(tuán)聚的。如果不連續(xù)的硅化物用于形成邊緣接觸，則印刷在硅化物上的金屬互 連還必須與旋涂(spin-on)摻雜劑(SOD)邊緣相鄰(或接觸)地印刷。這是為了確保金屬 線與位于摻雜硅(從SOD發(fā)生摻雜處)上方的硅化物接觸。 圖2A-2D示出了金屬硅化物層不連續(xù)的情況下的示例性實(shí)施方式。在圖2A中，硅 島1000印刷在襯底上，并且通常通過(guò)熱氧化(但作為替代也可通過(guò)在其上印刷柵極電介質(zhì) 前驅(qū)體墨水)，來(lái)將柵極電介質(zhì)(未示出)形成在其上。此外，可以通過(guò)本領(lǐng)域公知的CVD 方法(例如，PECVD、 HDPCVD等)來(lái)沉積柵極電介質(zhì)。硅柵極1200印刷在柵極電介質(zhì)上或 上方。隨后將旋涂摻雜劑1300印刷在其上，包括硅島1000與硅柵極1200之間的交叉的任 意區(qū)域中，但是硅島1000和硅柵極1200的端部保留不被覆蓋。此后，使旋涂摻雜劑1300 干燥并固化。接著，通過(guò)使旋涂摻雜劑1300退火，來(lái)?yè)诫s與旋涂摻雜劑1300接觸并在旋涂 摻雜劑1300的擴(kuò)散距離內(nèi)的硅柵極1200和硅島1000。圖2B中示出了暴露的、經(jīng)摻雜的硅 1400的所得區(qū)域(即，在旋涂摻雜劑1300的擴(kuò)散距離內(nèi))。 優(yōu)選地，在暴露的硅表面和/或電介質(zhì)層1300的表面能改變之后，將金屬前驅(qū)體 墨水(例如，包含硅化物形成金屬的前驅(qū)體)選擇性地沉積(例如，通過(guò)印刷)在硅柵極 1200和硅島1000的包括摻雜硅1400的區(qū)域在內(nèi)的暴露端部上。使金屬前驅(qū)體墨水干燥并 必要時(shí)使其還原以形成在硅柵極1200和硅島1000的端部上的硅化物形成金屬，然后使硅 化物形成金屬退火以形成金屬硅化物1500，如圖2C所示。當(dāng)金屬硅化物接觸1500形成在 摻雜電介質(zhì)層的邊緣處時(shí)，它們可以以術(shù)語(yǔ)"邊緣"接觸來(lái)表達(dá)。如圖2D所示，導(dǎo)電金屬互 連1600形成在金屬硅化物1500上，與旋涂摻雜劑邊緣相鄰(或接觸，或略微重疊)。這確 保了金屬硅化物1500與接觸盤(pán)(或互連的端部)1600之間的最大接觸。在金屬硅化物不 連續(xù)的特定實(shí)施方式中，需要將互連印刷到摻雜電介質(zhì)邊緣，如圖2D所示?；蛘?，金屬盤(pán)/ 互連1600可以偏離旋涂摻雜劑邊緣，但如圖2E所示與硅化圖案化的硅特征的基本全部周 表面接觸。如果在旋涂摻雜劑或其他電介質(zhì)層中的開(kāi)口中形成連續(xù)或不連續(xù)的硅化物(與 圖2D和2E所示的邊緣接觸相反)，則金屬盤(pán)/互連可以簡(jiǎn)單地印刷在接觸以上，確保用互 連金屬完全覆蓋過(guò)孔。以下參照示例性電器件(也見(jiàn)圖7A和7B)來(lái)討論這樣的實(shí)施方式 及其變例。 圖3A-3D示出了其中金屬硅化物可以團(tuán)聚(或不連續(xù))的示例性實(shí)施方式。但是， 團(tuán)聚不是必要的。在圖3A中，摻雜電介質(zhì)2000被印刷在需要摻雜硅的區(qū)域中。如圖3B所 示，接著通常通過(guò)印刷硅前驅(qū)體墨水，使墨水干燥和使硅前驅(qū)體固化，來(lái)將硅島2200形成 在摻雜電介質(zhì)2000上。接著，摻雜劑在高溫退火步驟期間從下方的摻雜電介質(zhì)2000擴(kuò)散 通過(guò)硅島2200的基本整個(gè)厚度。如本文所述，柵極電介質(zhì)2600(見(jiàn)圖3)可以被形成在硅島2200的至少溝道區(qū)域上或上方。接著形成高度摻雜的硅或金屬柵極2300，與硅島2200 的溝道區(qū)域交叉，如圖3B所示。在印刷了柵極之后，硅化物形成金屬前驅(qū)體墨水被印刷到 源極和漏極區(qū)域，然后干燥、固化并退火以形成金屬硅化物區(qū)域2400，如圖3C所示。因?yàn)閺?下方對(duì)島2200進(jìn)行摻雜，所以金屬墨水可以被印刷并用于在沿著硅島2200的源極和漏極 區(qū)域的任何地方形成硅化物，這是因?yàn)榇朔椒ㄌ峁┝讼鄬?duì)較大的摻雜硅的區(qū)域。金屬互連 2500現(xiàn)在可以被印刷或以其他方式形成在金屬硅化物2400上或上方的任意位置，如圖3D 所示。此方法允許增大印刷金屬互連的自由度，因?yàn)榻饘倩ミB不需要如圖2D所示印刷到旋 涂摻雜劑或?qū)娱g電介質(zhì)的邊緣。根據(jù)此方案制造的器件的剖視圖(未按比例繪制)如圖3E 所示。 在另一個(gè)處理流程中，金屬硅化物是連續(xù)的。例如，在印刷硅島或柵極的步驟期 間，硅墨水也可以被印刷在襯底的需要局部互連的區(qū)域中。用于制造硅墨水的合適配制物 和方法可以包括一種或多種硅烷、鍺烷、硅鍺烷、聚硅烷、聚鍺烷、聚硅鍺烷、和/或硅和或 鍺納米微粒。在印刷了用于局部互連的硅烷墨水(與硅島或柵極同時(shí))之后，摻雜的電介質(zhì) 可以印刷或以其他方式形成在其上，然后可以將金屬前驅(qū)體墨水沉積在暴露硅區(qū)域上(例 如，通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布、噴涂、或無(wú)電沉積)。在硅化退火之后，金屬硅化物形成在接觸區(qū)域中，以 及形成在暴露局部互連區(qū)域中。自然，此"連續(xù)硅化物"處理也適用于在形成硅島之前形成 摻雜電介質(zhì)層的情形。 在另一個(gè)實(shí)施方式中，如圖4A所示，可以選擇性地沉積硅化物形成金屬的墨水 3400，然后形成硅層3300 (例如，在電介質(zhì)層3200和暴露襯底3100的多個(gè)部分上)，以提供 暴露硅表面。在這樣的實(shí)施方式中，襯底3100可以由本領(lǐng)域公知的任意合適的材料構(gòu)成。 例如，襯底可以包括但不限于玻璃(例如，石英)片或條，塑料和/或金屬箔、片或板(例如， 鋁或不銹鋼箔；諸如聚碳酸酯、聚乙烯和聚丙烯酯、聚酰亞胺之類(lèi)的塑料的片或膜，等)，硅 晶片等，其全部還可以在其上包括一個(gè)或多個(gè)緩沖層(例如聚酰亞胺或其他聚合物、硅和/ 或氧化鋁等)?？梢酝ㄟ^(guò)印刷含硅墨水，然后使含硅墨水干燥并固化，來(lái)形成硅層3300。在 這樣的實(shí)施方式中，如果由金屬前驅(qū)體墨水形成的圖案包括互連圖案，則含硅墨水可以印 刷為包括互連圖案的初始圖案。此外，初始圖案可以還包括一個(gè)或多個(gè)硅島。在使硅層3300 干燥(和可選地固化)之后，金屬前驅(qū)體墨水可以被印刷在其上并干燥，以形成金屬前驅(qū)體 層3400?？蛇x地，在硅化之前，可以還原金屬前驅(qū)體層3400以形成金屬膜。圖4A的結(jié)構(gòu)可 以在一定溫度的下加熱(例如退火)足以形成金屬硅化物互連(例如，圖4B的結(jié)構(gòu)3500) 的時(shí)間長(zhǎng)度。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，選擇性沉積的金屬前驅(qū)體墨水形成了具有從1微米到約200 微米或其中任意的值范圍(例如，從2到約IOO微米)的最小寬度的圖案。在各種實(shí)施方 式中，圖案具有從約25納米到約10微米或其中任意的值范圍(例如，從25納米到約1微 米)的最大厚度。在優(yōu)選實(shí)施方式中，圖案具有足以在暴露硅表面上形成金屬硅化物和剩 余的硅化物形成金屬的墨水的超過(guò)暴露硅表面的厚度。 在各種實(shí)施方式中，為了形成硅接觸，金屬前驅(qū)體墨水和硅表面被加熱到第一溫 度達(dá)足以形成金屬硅化物的時(shí)間長(zhǎng)度。溫度范圍可以是從10(TC到約100(rC的范圍(例如， 從約20(TC到約70(TC，或者其中的任意的值范圍，例如從25(TC到約400°C )。形成接觸和 /或互連的加熱時(shí)間可以從1分鐘到約24小時(shí)(例如，從2分鐘到約240分鐘，或者其中
15任意的值范圍，例如從約10到約120分鐘)。這樣的條件可以允許硅化作為固化步驟(例 如，在硅特征的形成期間使硅烷聚合物脫水)或固相結(jié)晶步驟(例如，在從550到90(TC的 溫度下，并在一個(gè)示例中，在約60(TC的情況下)的一部分進(jìn)行。 在一個(gè)實(shí)施方式中，加熱并由金屬前驅(qū)體墨水還原金屬前驅(qū)體還可以在金屬前驅(qū) 體不與暴露硅表面接觸的那些區(qū)域中形成金屬。優(yōu)選地，金屬前驅(qū)體在惰性氣氛中被加熱，
惰性氣氛還可以包括還原氣體。在特定變例中，還原氣體包括氫(例如H》或基本由氫組 成。 在一些實(shí)施方式中，可以可選地將硅化物形成金屬前驅(qū)體墨水選擇性地沉積到與 暴露硅表面相鄰的電介質(zhì)層，以形成互連。在一個(gè)優(yōu)選變例中，在選擇性地沉積金屬前驅(qū)體 墨水之前，過(guò)孔可以被形成在電介質(zhì)層中，以使得暴露硅表面暴露。在其它變例中，電介質(zhì) 層包括可以被印刷以形成電介質(zhì)層的旋涂摻雜玻璃配制物。在特定實(shí)施方案(例如，在互 連包括金屬硅化物的情況下)中，旋涂摻雜玻璃配制物被選擇性地印刷成電介質(zhì)圖案中， 所述電介質(zhì)圖案使互連圖案中和過(guò)孔中的暴露硅表面暴露。 在一些變例中，來(lái)自不與暴露硅接觸的還原金屬前驅(qū)體的金屬可以形成種子層。 本體導(dǎo)電金屬可以例如通過(guò)鍍覆選擇性地沉積到金屬種子層上。鍍覆可以包括無(wú)電鍍，或 者在替代方案中，電鍍導(dǎo)電金屬。在一個(gè)實(shí)施方式中，無(wú)電鍍包括將具有硅、其表面上的金 屬硅化物以及與其相鄰的其上具有種子層的電介質(zhì)材料的襯底浸沒(méi)在處于從環(huán)境溫度到
85t:的溫度下的本體導(dǎo)電金屬的鹽或絡(luò)合物的溶液中達(dá)足以在種子層上鍍覆預(yù)定厚度的
本體導(dǎo)電金屬的時(shí)間長(zhǎng)度。在通過(guò)電鍍來(lái)沉積金屬的變例中，其上具有種子層的襯底浸沒(méi) 在本體導(dǎo)電金屬的鹽或絡(luò)合物的溶液中，并且將電勢(shì)施加到襯底和溶液達(dá)足以將預(yù)定厚度 的本體導(dǎo)電金屬鍍覆在功能材料上的時(shí)間長(zhǎng)度。Pd是對(duì)于種子層而言尤其有用的金屬，因 為幾乎任何其他金屬都可以鍍覆到其上。 在各種實(shí)施方式中，本體導(dǎo)電金屬選自由Al、 Ag、 Au、 Cu、 Pd、 Pt、 Ni、 Cr、 Mo、 W、 Ru、 Rh以及其合金/混合物組成的組。優(yōu)選地，本體導(dǎo)電金屬是Ag、Au、Cu、Ni、和/或Pd。在 一些實(shí)施方案中，本體導(dǎo)電金屬被退火。退火可以在能夠調(diào)節(jié)硅接觸和/或本體導(dǎo)電金屬 的阻抗的氣體環(huán)境中進(jìn)行。在示例性實(shí)施方式中，氣體環(huán)境選自由形成氣體、^、Ar及其混 合物組成的組。在各種實(shí)施方式中，本體導(dǎo)電金屬在至少30(TC的溫度下退火。在其他實(shí)施 方式中，退火溫度不高于90(TC。本體導(dǎo)電金屬可以退火達(dá)從約l秒到約24小時(shí)的時(shí)間長(zhǎng) 度，或者其中的任意時(shí)間范圍(例如，從約2分鐘到約240分鐘，10分鐘到約120分鐘等)。
在一些示例性實(shí)施方案中，硅化物形成金屬的墨水的多個(gè)部分可以具有變化的厚 度。例如，墨水的第一部分可以具有第一厚度，墨水的第二部分可以具有第二厚度，其中第 一和第二厚度彼此不同。優(yōu)選地，在需要較小的線電阻或薄膜電阻的情況下，沉積更大量的 墨水(例如，更厚的硅化物形成金屬)。通常，較少量的金屬前驅(qū)體墨水被印刷到需要接觸 的區(qū)域上，而較大量的金屬前驅(qū)體墨水被印刷在圖案的互連部分中。墨水以其被選擇性地 沉積的接觸角可以被局部地改變以提供圖案中不同的金屬高度和/或線寬度。在特定實(shí)施 方式中，墨水的厚度在各個(gè)區(qū)域中受到獨(dú)立控制(例如，對(duì)源極、漏極和/或柵極的接觸；柵 極上形成相對(duì)較厚的金屬硅化物層、而源極/漏極端子上形成較薄的接觸層等)。
在示例性實(shí)施方式中，硅化物形成金屬前驅(qū)體墨水配制物被選擇性地沉積到源極 和漏極接觸區(qū)域以及柵極的整體上，并且硅化物與源極和漏極接觸同時(shí)地形成在柵極上。在這樣的實(shí)施方式中，柵極可以包括非晶硅和/或多晶硅，并可以通過(guò)印刷大到足以在加 熱步驟期間完全消耗硅的金屬前驅(qū)體墨水的厚度而被完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俟杌铩；蛘?，可?通過(guò)改變不同柵極上硅化物形成金屬的厚度(例如，當(dāng)多晶硅和/或非晶硅柵極具有大體 一致的厚度時(shí))，使柵極具有在襯底(或者襯底的區(qū)域或部分)上變化的電阻。在其他實(shí)施 方式中，可以通過(guò)改變用于柵極的硅層的厚度，然后以基本一致的厚度將形成硅的金屬沉 積在不同的柵極上，使柵極具有在襯底(或者襯底的區(qū)域或部分)上變化的電阻。當(dāng)在襯 底上柵極的電阻變化(例如，通過(guò)改變金屬前驅(qū)體層或膜的厚度以及由暴露硅表面上的基 本全部金屬前驅(qū)體形成金屬硅化物)時(shí)，可以提供具有不同功函數(shù)從而具有不同功能性的 大量不同晶體管。 在一個(gè)實(shí)施方式中，墨水的至少一部分(或者使墨水干燥得到的金屬前驅(qū)體的至 少一部分)具有比墨水(或金屬前驅(qū)體)的至少一個(gè)其他部分更大的厚度。在此實(shí)施方式 中，較大的厚度足以相對(duì)于其他一個(gè)或多個(gè)部分減小線減薄和/或線斷裂。
在一些實(shí)施方式中，對(duì)于作為層間電介質(zhì)的可能應(yīng)用，處理流程不依賴于在器件 上的摻雜電介質(zhì)的連續(xù)存在。例如，在一個(gè)變例中，摻雜劑(例如，在諸如聚酰亞胺之類(lèi) 的聚合物粘合劑或載體以及溶劑中的傳統(tǒng)液相摻雜劑)被絲網(wǎng)印刷在暴露硅表面上，并且 在活化步驟(例如，高溫退火步驟)期間，摻雜劑擴(kuò)散到硅中?；罨襟E溫度可以處于從 700-100(TC的范圍內(nèi)，并且退火環(huán)境(例如，氣氛)可以包括在真空或大氣壓下的^、02、形 成氣體或其組合。在此高溫退火期間，絲網(wǎng)印刷的摻雜劑可以被有利地燃燒掉，僅留下的摻 雜劑原子或其他摻雜劑源材料以將摻雜劑(P、B、As等)擴(kuò)散到下層的硅內(nèi)。可選地，在活 化步驟之后留下的任合碳和/或氧殘余物可以利用氧等離子體(例如，通過(guò)灰化)或利用 傳統(tǒng)的濕法刻蝕(例如，水性&504/11202 [比拉(Piranha)]刻蝕)。在此方案中，氧等離子 體和濕法刻蝕兩者均與晶體管制造工藝兼容；任一處理均不會(huì)不利地影響柵極氧化物、硅 溝道、或當(dāng)其包括多晶硅或基本由多晶硅形成時(shí)的柵極。在此處理中，硅被摻雜，但是不會(huì) 有氧化物或?qū)娱g電介質(zhì)留下。在替代方案中，在絲網(wǎng)印刷或旋涂摻雜在活化之后保持在位 的情況下，可以通過(guò)傳統(tǒng)處理(例如光刻以及濕法或干法刻蝕)來(lái)將其去除，以形成過(guò)孔和 /或接觸開(kāi)口 。此處理對(duì)于形成金屬硅化物接觸而言較有效。 但是，在襯底的表面上不存在氧化物時(shí)，不可以選擇性地相對(duì)于氧化物潤(rùn)濕(摻 雜或未摻雜的)硅表面。因此，金屬前驅(qū)體墨水必須粘附到其被印刷的那些表面。這樣，可 以在單個(gè)步驟中形成接觸和互連(或金屬種子層)。在需要互連和/或種子層的情況下，可 以在形成硅化物之后通過(guò)本領(lǐng)域公知的傳統(tǒng)方法沉積層間電介質(zhì)層。接觸孔也可以形成在 層間電介質(zhì)中，并且一個(gè)或多個(gè)金屬化層(例如，用于互連)可以如本文所述和/或如本領(lǐng) 域公知的那樣形成在接觸孔中以及層間電介質(zhì)上。
制造晶體管的示例件方法 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及制造晶體管的方法，其步驟在圖5A-5F中圖示。通常，半 導(dǎo)體層(例如，硅)4200形成在襯底4100上。隨后，如圖5B所示，柵極電介質(zhì)(例如，通過(guò) 濕法或干法熱氧化、氣相沉積[例如，CVD、PECVD、HDP-CVD等]或液相沉積形成)4300形成 在半導(dǎo)體層上，并且柵極4400被形成在其上。接著將柵極電介質(zhì)層4300通過(guò)柵極4400暴 露的部分去除。如圖5C所示，摻雜電介質(zhì)層4500被圖案化或毯覆沉積在包括半導(dǎo)體層4200 和柵極4400的襯底上。襯底和其上的結(jié)構(gòu)隨后被加熱以使摻雜劑擴(kuò)散到半導(dǎo)體層4200的區(qū)域中，從而形成源極和漏極端子4210和4220。在現(xiàn)在摻雜半導(dǎo)體層的區(qū)域(例如，結(jié)構(gòu) 4210和4220)時(shí)，半導(dǎo)體層中的溝道區(qū)域4230的一部分保留未摻雜。如果柵極4400包括 硅，則摻雜劑將從摻雜的電介質(zhì)4500擴(kuò)散到柵極4400中，形成如圖5C所示的摻雜柵極結(jié) 構(gòu)4410。在一些實(shí)施方式中，如圖5D所示，摻雜的電介質(zhì)層4500保留在結(jié)構(gòu)上，并且在其 中形成過(guò)孔4310?；蛘撸梢酝ㄟ^(guò)將摻雜電介質(zhì)印刷為包括過(guò)孔的圖案，來(lái)形成過(guò) L。金屬 前驅(qū)體墨水被沉積到暴露硅表面上以及相鄰的電介質(zhì)層上，并且墨水被干燥以形成硅化物 形成金屬前驅(qū)體4320，如圖5E所示。硅化物形成金屬前驅(qū)體4320接著被固化和/或還原 以形成金屬互連4350，并且然后，與暴露硅表面(例如，源極/漏極端子4210和4220)接觸 的(被還原的)硅化物形成金屬前驅(qū)體被加熱以形成硅接觸4340，如圖5F所示。
在替代實(shí)施方式中，可以在沉積金屬前驅(qū)體墨水之前去除摻雜電介質(zhì)層4500。在 一個(gè)變例中，摻雜電介質(zhì)層4500包括相對(duì)易燃的有機(jī)材料，例如聚酰胺、丙烯酸樹(shù)脂、或聚 環(huán)氧乙烷。在此情況下，圖5C中的摻雜電介質(zhì)層4500可以通過(guò)在高溫氣氛下加熱而被"燒 除"(如本段起倒數(shù)第四段所述)，以將前驅(qū)體形成為如圖5G所示的結(jié)構(gòu)?；蛘撸梢岳?本文所述的方法(例如濕法刻蝕)來(lái)去除摻雜電介質(zhì)層4500。 參照?qǐng)D5G，在替代實(shí)施方式中，包含硅化物形成金屬的墨水可以印刷在襯底4100 的暴露部分以及摻雜源極和漏極端子4210和4220上。墨水被干燥以形成硅化物形成金屬 前驅(qū)體(例如，結(jié)構(gòu)4600和4610)。金屬前驅(qū)體和與前驅(qū)體接觸的硅表面(例如，源極和 漏極端子4210和4220的部分)可以被退火以形成金屬硅化物邊緣接觸4700和金屬互連 4620，如圖5H所示。在示例性實(shí)施方式中，墨水包含硅化物形成金屬前驅(qū)體和溶劑。優(yōu)選 地，硅化物形成金屬前驅(qū)體包括Pd。 可選地，層間電介質(zhì)可以沉積到柵極和半導(dǎo)體層上。包含硅化物形成金屬的墨水 可以接著印刷在連續(xù)半導(dǎo)體層和柵極的通過(guò)層間電介質(zhì)暴露的部分上。附加地，墨水還可 以印刷在層間電介質(zhì)的與半導(dǎo)體層和柵極的暴露區(qū)域相鄰的區(qū)域上，并且印刷之前進(jìn)行或 不進(jìn)行層間電介質(zhì)的進(jìn)一步表面能改變。墨水可以隨后被干燥以形成硅化物形成金屬前驅(qū) 體，硅化物形成金屬前驅(qū)體可以接著被加熱以足以在層間電介質(zhì)上形成金屬種子層或互連 (附加于形成在半導(dǎo)體層的暴露區(qū)域和柵極上的金屬硅化物)。 在上述實(shí)施方式中，可以通過(guò)熱氧化來(lái)形成柵極電介質(zhì)。在替代方案中，可以通過(guò) 印刷或涂覆液相電介質(zhì)前驅(qū)體來(lái)形成柵極電介質(zhì)。在一個(gè)變例中，通過(guò)將一定圖案的含硅 和/或鍺前驅(qū)體的液相墨水印刷到襯底上，來(lái)形成連續(xù)的半導(dǎo)體層。在這種變例中，硅和 /或鍺前驅(qū)體包括含有氫硅烷、氫鍺烷、氫硅鍺烷、(環(huán))硅烷、(環(huán))鍺烷、(環(huán))硅鍺烷、 (聚)硅烷、(聚)鍺烷、和/或(聚)硅鍺烷，和/或硅和/或鍺納米微粒的墨水。
在一個(gè)實(shí)施方案中，形成柵極的步驟可以還包括形成互連圖案。在一些變例中，可 以通過(guò)在半導(dǎo)體層和柵極電介質(zhì)上印刷液相硅和/或鍺前驅(qū)體(例如，含(聚)硅烷和/或 (聚)鍺烷的墨水)來(lái)形成柵極和/或互連圖案。如針對(duì)先前的實(shí)施方式和變例所述，金屬 互連前驅(qū)體可以被印刷，或者金屬互連可以鍍覆在印刷互連圖案(其可以包括印刷金屬種 子層、金屬硅化物層或摻雜半導(dǎo)體層)上。優(yōu)選地，將金屬互連無(wú)電鍍?cè)诮饘俜N子層上。
制造二極管的示例件方法 本發(fā)明的其他方面涉及由上述接觸和/或互連形成二極管和其他器件。印刷金屬 墨水可以用于制造耦合接觸，其中印刷晶體管的源極和柵極或者漏極和柵極電連接以形成二極管?；蛘?，如以上所解釋的，源極和漏極可以電連接以形成電容器。諸如電阻器之類(lèi)的 其他器件如本文所述地形成?？梢酝ㄟ^(guò)將線圈或螺旋形圖案印刷到諸如電路之類(lèi)的(半) 導(dǎo)體特征上的電介質(zhì)或其他電感表面上，并將根據(jù)本發(fā)明在其上形成金屬硅化物接觸的兩 個(gè)硅表面部分(例如，在電介質(zhì)或其他絕緣層下方的電路中)暴露，來(lái)形成電感器。
在此情況下，金屬被印刷或選擇性地沉積到接觸區(qū)域上，以及場(chǎng)氧化物和/或?qū)?間電介質(zhì)上，以制造合適的一個(gè)或多個(gè)連接。如果多晶硅柵極用于二極管布線的薄膜晶體 管，則其電阻系數(shù)將被減小以提高其工作的頻率。為了實(shí)現(xiàn)此結(jié)果，可以根據(jù)圖6A-6C來(lái) 形成二極管。圖6A示出了印刷硅島5100和柵極5200。在圖6B中，摻雜電介質(zhì)層5300可 以以預(yù)定圖案印刷在柵極和源極/漏極區(qū)域上，留下用于金屬硅化物帶的空間或開(kāi)口 5400 以將柵極連接到源極/漏極端子。如圖6C所示，可以接著在電介質(zhì)層5300的開(kāi)口 5400中 形成金屬層5500(例如，通過(guò)印刷或毯覆沉積)。通過(guò)利用如先前描述的表面能改變，金屬 墨水將主要或僅潤(rùn)濕或印刷在硅層5100和5200的暴露區(qū)域上，留下電介質(zhì)5300未被覆 蓋。在硅化步驟完成之后，現(xiàn)在將柵極在多個(gè)位置處連接到硅島的一側(cè)，并且薄膜晶體管用 作二極管。利用多個(gè)帶的優(yōu)點(diǎn)在于，減小了柵極電阻系數(shù)，從而允許二極管以更高的頻率工 作。以下將更詳細(xì)描繪在用于形成二極管及其示例性變例的方法中的步驟。
根據(jù)通常的方法，柵極電介質(zhì)形成在襯底上的暴露硅表面(例如，圖6A中的5100) 上。柵極(例如，圖6A中的5200)接著形成在柵極電介質(zhì)上。接著，包含摻雜劑的圖案化 的摻雜電介質(zhì)(例如，圖6B中的5300)形成在暴露硅表面的至少一部分上。摻雜劑接著擴(kuò) 散到硅層5100和5200的在圖案化的摻雜電介質(zhì)5300的擴(kuò)散距離內(nèi)的區(qū)域中。包括硅化 物形成金屬的墨水被印刷在硅表面的至少暴露的部分上，并隨后被干燥以形成硅化物形成 金屬前驅(qū)體。金屬前驅(qū)體和與金屬前驅(qū)體接觸的硅表面被充分加熱以形成金屬硅化物層。 在除了與暴露硅接觸的區(qū)域以外的區(qū)域中，硅化物形成金屬前驅(qū)體形成了用作在這種器件 中的局部互連的金屬。 根據(jù)上述通常方法制造的二極管的硅表面可以包括第一硅島。在一些實(shí)施方式 中，柵極包括多晶硅，并且加熱金屬前驅(qū)體和硅表面的步驟還將金屬前驅(qū)體和柵極充分加 熱以在柵極上形成金屬硅化物(和/或形成起始于柵極的金屬硅化物)。在優(yōu)選實(shí)施方式 中，圖案化的摻雜電介質(zhì)包括旋涂摻雜電介質(zhì)配制物。在這樣的實(shí)施方式中，旋涂摻雜電介 質(zhì)形成(或印刷)為其中具有空間或開(kāi)口的圖案，空間或開(kāi)口用于多個(gè)金屬硅化物帶以將 柵極連接到硅的摻雜區(qū)域。在示例性實(shí)施方式中，硅化物形成金屬包括Pd。
示例性二極管 可以根據(jù)上述方法形成各種二極管。在一個(gè)實(shí)施方式中，二極管包括具有硅表面 的襯底，并具有在硅表面的至少一部分上的金屬硅化物層。二極管還包括位于襯底上或上 方的與金屬硅化物層連續(xù)的金屬種子層，并處于互連的圖案中。本體導(dǎo)電金屬被鍍覆在金 屬硅化物層和金屬種子層上，以形成互連。在一些實(shí)施方案中，如本文所述的，金屬種子層 可以被印刷。在示例性實(shí)施方式中，金屬種子層包括選自由Pd、Pt、Ni、Cr、Mo、W、Ru、Rh、Ti 以及其合金和混合物組成的組中的種子金屬。但是，Pd是優(yōu)選地，這是因?yàn)閹缀跞科渌?金屬可以選擇性地鍍覆到Pd上。有利的是，金屬硅化物包括硅化鈀，并且/或者種子金屬 基本由Pc^Si組成。本體導(dǎo)電金屬可以選自由Al、Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Ni、Cr、Mo、W、Ru、Rh 及其合金組成的組。在優(yōu)選實(shí)施方式中，本體導(dǎo)電金屬包括Ag、Au、Cu或Pd?；蛘呋蚋郊?br> 19地，本體導(dǎo)電金屬可以基本由Ag或Cu組成。 在與二極管相關(guān)的第二實(shí)施方式中，柵極形成在襯底的硅表面上的柵極電介質(zhì)上 或上方。二極管還包括包含摻雜劑的圖案化的摻雜電介質(zhì)。摻雜劑存在于襯底的位于圖案 化的摻雜電介質(zhì)下方的區(qū)域中，并基本不存在于襯底的通過(guò)圖案化的摻雜電介質(zhì)暴露的區(qū) 域中。二極管具有位于硅表面中或硅表面上的柵極上和源極/漏極端子的至少一部分上的 金屬硅化物層。金屬種子層形成在襯底上或上方，并與柵極上的金屬硅化物層和源極/漏 極端子的至少一部分上的金屬硅化物層兩者連續(xù)。存在這種通用實(shí)施方式的許多變例。例 如，硅表面可以包括第一硅特征，并且/或者，柵極可以包括多晶硅。在其他變例中，摻雜電 介質(zhì)包括旋涂摻雜劑，其中具有用于金屬硅化物帶的空間或開(kāi)口 ，金屬硅化物帶將柵極連 接到源極/漏極端子。在優(yōu)選實(shí)施方式中，金屬硅化物是Pd硅化物。
S纖申遵 本發(fā)明的其他方面涉及由根據(jù)本發(fā)明的接觸和/或互連制造的電器件。如圖7A 所示，在一個(gè)通用實(shí)施方式中，電器件包括其上具有硅表面6200的襯底6100，以及具有將 硅表面的一部分暴露的過(guò)孔6400的電介質(zhì)材料6300。如圖7B所示，器件具有在暴露硅表 面6200上、過(guò)孔6400中的金屬硅化物層6500，并且電器件具有電介質(zhì)材料上的金屬種子層 6600，其與金屬硅化物層連續(xù)。金屬種子層處于互連的圖案中。器件還具有本體導(dǎo)電金屬 6700，其鍍覆在金屬硅化物層和金屬種子層上以形成互連。種子層可以選自由Pd、Pt、Ni、 Cr、 Mo、 W、 Ru、 Rh、 Ti及其合金和混合物組成的組。優(yōu)選地，種子金屬包括Pd。在優(yōu)選實(shí)施 方式中，金屬硅化物是硅化鈀和/或種子金屬基本由Pd2Si組成。在一些變例中，可以通過(guò) 印刷(例如，在電介質(zhì)層上)來(lái)形成金屬種子層。在示例性實(shí)施方案中，本體導(dǎo)電金屬選自 由Al、 Ag、 Au、 Cu、 Pd、 Pt、 Ni、 Cr、 Mo、 W、 Ru、 Rh及其合金/混合物組成的組。在優(yōu)選實(shí)施方 式中，本體導(dǎo)電金屬是Ag、 Au、 Cu或Pd。
具體實(shí)施例 接觸和局部互連的形成 金屬硅化物作為接觸材料的可行性以蒸鍍的Pd來(lái)舉例說(shuō)明。硅化鈀(Pd2Si)的 形成克服了硅上的表面氧化物的存在，并形成了與傳統(tǒng)旋涂硅膜的較小電阻的歐姆接觸， 從而減少了對(duì)于從硅表面清除污染物的特定清潔處理(例如，濺射處理)的需要。在^或 Ar/H2中30(TC的情況下，發(fā)生Pd與Si之間的反應(yīng)，其由x射線衍射、截面SEM以及四點(diǎn)探 針測(cè)量得到確認(rèn)。利用P4Si和Al互連的功能過(guò)孔鏈(接觸)被相似地舉例說(shuō)明。在此 情況下的接觸電阻是約10—60hm-Cm2。
結(jié)論/總結(jié) 因此，本發(fā)明提供了通過(guò)選擇性地沉積并隨后形成金屬硅化物、以及可選地利用 相同的選擇性沉積處理形成局部互連，來(lái)形成接觸的方法。本發(fā)明還涉及由這種印刷接觸 和/或局部互連制造的諸如二極管和/或晶體管之類(lèi)的電器件，并涉及用于形成這種器件 的方法。同時(shí)印刷用于接觸以及用于局部互連的金屬墨水減少或排除了傳統(tǒng)處理的缺點(diǎn)。 例如，此方案行利地減少了印刷步驟的數(shù)量并且不需要任何刻蝕步驟。本發(fā)明的變例對(duì)于 需要不同的金屬用于互連線的情況提供了靈活性。在這些情況下，印刷金屬可以用作用于 接觸區(qū)域中的金屬硅化物，以及用于無(wú)電沉積或其他金屬的種子。
出于解釋和描述的目的已經(jīng)進(jìn)行了對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的前述描述。它們并 不意在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明精確限制為所公開(kāi)的形式，并且顯然在以上教導(dǎo)的情況下可以進(jìn)行 許多改變和變化。為了最佳地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用而選擇并描述了實(shí)施方式， 以從而使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠最佳地利用本發(fā)明和具有適于預(yù)期的具體使用的各種變 化的各種實(shí)施方式。本發(fā)明的范圍意在由所附權(quán)利要求及其等同方案界定。
權(quán)利要求
一種制造金屬硅化物接觸的方法，包括以下步驟a)將包含硅化物形成金屬的墨水沉積到暴露的硅表面上；b)使所述墨水干燥以形成硅化物形成金屬前驅(qū)體；以及c)將所述硅化物形成金屬前驅(qū)體和所述硅表面加熱到第一溫度達(dá)足以形成所述金屬硅化物接觸的時(shí)間長(zhǎng)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積所述墨水包括選擇性地沉積所述墨水以形成 圖案。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述圖案還包括被選擇性地沉積到與所述暴露的 硅表面相鄰的電介質(zhì)層上的所述墨水。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中干燥所述墨水和加熱所述硅化物形成金屬前驅(qū)體 由所述電介質(zhì)層上的所述硅化物形成金屬前驅(qū)體形成了金屬互連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中干燥所述墨水和加熱所述硅化物形成金屬前驅(qū)體 在所述電介質(zhì)層上形成金屬種子層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括以下步驟將本體導(dǎo)電金屬選擇性地沉積在所 述金屬種子層上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中選擇性地沉積所述本體導(dǎo)電金屬包括將所述本體 導(dǎo)電金屬鍍覆到所述金屬種子層上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中選擇性地沉積所述墨水包括印刷所述墨水，并且 所述墨水包括所述硅化物形成金屬前驅(qū)體和溶劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述墨水被印刷到電介質(zhì)層中的過(guò)孔或開(kāi)口中， 所述過(guò)孔暴露所述暴露的硅表面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中印刷包括噴墨印刷。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟在選擇性地沉積硅化物形成金屬的 所述墨水之前，在包含水性HF的刻蝕溶液中刻蝕所述暴露的硅表面和所述電介質(zhì)層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟在沉積所述墨水之前，改變所述暴 露的硅表面的表面能。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述暴露的硅表面包括其上的原生的氧化物。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅化物形成金屬前驅(qū)體和所述硅表面在惰 性或還原氣氛中被加熱。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一溫度從20(TC到約700°C。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述時(shí)間長(zhǎng)度從2分鐘到約240分鐘。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅化物形成金屬選自由Pd、 Pt、 Ni、 Cr、 Mo、 W、 Ru、 Rh、 Ti及其混合物組成的組。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中硅化物形成金屬的所述墨水的金屬是Pd。
19. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電介質(zhì)層包括摻雜電介質(zhì)膜，并且所述方法 包括將所述墨水印刷到所述暴露的硅表面的摻雜區(qū)域上。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟將摻雜電介質(zhì)墨水印刷到襯底上， 將硅特征印刷在所述摻雜電介質(zhì)上，并且通過(guò)使摻雜劑從所述摻雜電介質(zhì)墨水?dāng)U散來(lái)?yè)诫s 所述硅特征。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟將摻雜劑絲網(wǎng)印刷在所述暴露的硅 表面上，以及利用燒除處理使所述摻雜劑擴(kuò)散到硅中。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括以下步驟將層間電介質(zhì)沉積在所述摻雜的 硅表面上，在所述層間電介質(zhì)中形成接觸孔，以及在其上形成金屬化層。
23. —種制造器件的方法，包括以下步驟a) 在襯底的至少一部分上形成半導(dǎo)體層；b) 在所述半導(dǎo)體層上形成柵極電介質(zhì)；C)在所述柵極電介質(zhì)上形成柵極，其中所述柵極和所述半導(dǎo)體層中的至少一者包括元 素硅；d) 使摻雜劑擴(kuò)散到所述半導(dǎo)體層中；e) 將包含硅化物形成金屬的墨水沉積到暴露的硅表面上；以及f) 加熱所述硅化物形成金屬和所述硅，以形成金屬硅化物接觸。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述墨水包含硅化物形成金屬前驅(qū)體和溶劑。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中形成所述半導(dǎo)體層包括將包含硅和/或鍺前驅(qū) 體的墨水以一定圖案印刷到所述襯底上。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括以下步驟在使所述摻雜劑擴(kuò)散之前，將包含 所述摻雜劑的摻雜電介質(zhì)沉積到所述半導(dǎo)體層上。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中加熱所述硅化物形成金屬在所述摻雜電介質(zhì)上 由所述硅化物形成金屬形成金屬互連。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中加熱所述硅化物形成金屬在所述摻雜電介質(zhì)上 形成金屬種子層。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，還包括以下步驟將本體導(dǎo)電金屬選擇性地沉積在 所述金屬種子層上。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中選擇性地沉積所述本體導(dǎo)電金屬的步驟包括將 所述本體導(dǎo)電金屬鍍覆到所述金屬種子層上。
31. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中形成所述柵極的步驟包括將包含硅和/或鍺前 驅(qū)體的墨水以一定圖案印刷在所述半導(dǎo)體層上。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述柵極包括多晶硅，并且加熱硅化物形成金 屬的所述墨水和所述硅表面的步驟還充分地加熱硅化物形成金屬的所述墨水和所述柵極， 以在所述柵極上成所述金屬硅化物層。
33. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述摻雜電介質(zhì)在其中具有空間或開(kāi)口，所述 空間或開(kāi)口用于至少一個(gè)導(dǎo)電帶，以將所述柵極連接到所述半導(dǎo)體層的摻雜區(qū)域。
34. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述金屬種子層和所述硅化物形成金屬包括Pd。
35. —種制造器件的方法，包括a) 在襯底上形成圖案化摻雜電介質(zhì)，所述圖案化摻雜電介質(zhì)包含摻雜劑；b) 在所述圖案化摻雜電介質(zhì)中的相鄰結(jié)構(gòu)的至少一部分以及所述相鄰結(jié)構(gòu)之間的間 隙上形成連續(xù)半導(dǎo)體層；c) 在所述連續(xù)半導(dǎo)體層上形成柵極電介質(zhì)，至少覆蓋所述間隙；d) 使所述摻雜劑擴(kuò)散到所述連續(xù)半導(dǎo)體層的在所述圖案化摻雜電介質(zhì)的擴(kuò)散距離內(nèi) 的區(qū)域中；以及e) 在所述柵極電介質(zhì)上形成柵極。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括以下步驟將包含硅化物形成金屬的墨水印 刷在所述連續(xù)半導(dǎo)體層的暴露部分上。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括以下步驟使所述墨水干燥，并充分加熱所述 硅化物形成金屬和與其接觸的硅表面，以形成金屬硅化物層，所述連續(xù)半導(dǎo)體層和所述柵 極中的至少之一包含所述硅表面。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中形成所述連續(xù)半導(dǎo)體層的步驟包括印刷包含硅 和/或鍺前驅(qū)體的墨水。
39. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中形成所述柵極的步驟包括印刷包含硅和/或鍺 前驅(qū)體的墨水。
40. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括以下步驟將層間電介質(zhì)沉積到所述柵極和 所述半導(dǎo)體層上。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，還包括以下步驟將包含硅化物形成金屬的墨水印 刷在所述柵極和所述連續(xù)半導(dǎo)體層的暴露部分上。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，還包括以下步驟使所述墨水干燥，并充分加熱所述 硅化物形成金屬，以在所述層間電介質(zhì)上形成金屬種子層或互連。
43. —種電器件，包括a) 襯底，其上具有硅表面；b) 電介質(zhì)材料，其中具有使所述硅表面的一部分暴露的開(kāi)口 ；C)在所述開(kāi)口中的金屬硅化物層，其位于所述硅表面的暴露部分上；d) 在所述電介質(zhì)材料上的金屬種子層圖案，其與所述金屬硅化物層連續(xù)；以及e) 可選的本體導(dǎo)電金屬，其鍍覆在所述金屬硅化物層圖案和所述金屬種子層上，形成 互連。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的器件，其中所述金屬硅化物包括硅化鈀。
45. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的器件，其中所述金屬種子層包括選自由Pd、Pt、Ni、Cr、Mo、 W、 Ru、 Rh、 Ti及其合金和混合物組成的組的種子金屬。
46. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的器件，其中存在本體導(dǎo)電金屬，并且所述本體導(dǎo)電金屬選 自由Al、Ag、Au、Cu、Pd、Pt、Ni、Cr、Mo、W、Ru、Rh及其合金組成的組。
47. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的器件，其中所述器件是二極管，并且所述金屬種子層在所 述襯底上，與所述金屬硅化物層連續(xù)，并處于互連的圖案中。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的器件，其中所述本體導(dǎo)電金屬被鍍覆在所述金屬硅化物層 和所述金屬種子層上以進(jìn)一步形成所述互連。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的器件，其中所述種子金屬包括Pd。
50. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的器件，其中所述器件是二極管，并且所述金屬種子層位于 柵極上和位于所述硅表面中或所述硅表面上的源極/漏極端子的至少一部分上。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的器件，其中所述金屬種子層位于所述襯底上或所述襯底上 方，與所述柵極上的所述金屬硅化物層和所述源極/漏極端子的至少一部分上的所述金屬硅化物層兩者連續(xù)。
52. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的器件，其中所述柵極包括多晶硅。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的器件，其中所述摻雜電介質(zhì)包括其中具有空間或開(kāi)口的旋 涂摻雜劑配制物，所述空間或開(kāi)口用于多個(gè)金屬硅化物帶，以將所述柵極連接到所述源極/ 漏極端子。
全文摘要
本發(fā)明揭示了利用包括硅化物形成金屬的墨水來(lái)形成接觸(和可選地，局部互連)的方法，包括這種接觸和(可選的)局部互連的諸如二極管和/或晶體管之類(lèi)的電器件，以及用于形成這種器件的方法。形成接觸的方法包括以下步驟將硅化物形成金屬的墨水沉積到暴露的硅表面上，使墨水干燥以使硅化物形成金屬前驅(qū)體形成，加熱硅化物形成金屬前驅(qū)體和硅表面以形成金屬硅化物接觸。可選地，金屬前驅(qū)體墨水可以選擇性地沉積到與暴露的硅表面相鄰的電介質(zhì)層上以形成包含金屬的互連。此外，個(gè)或多個(gè)本體導(dǎo)電金屬可以沉積在其余的金屬前驅(qū)體墨水和/或電介質(zhì)層上?？梢岳眠@樣的印刷接觸和/或局部互連來(lái)制造諸如二極管和晶體管之類(lèi)的電器件。
文檔編號(hào)H01L31/00GK101755339SQ200880024999
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者約爾格·羅克恩伯格, 詹姆斯·蒙塔格·克里夫斯, 阿爾萬(wàn)德·卡瑪斯, 阿迪提·錢(qián)德拉, 高島真穗 申請(qǐng)人:蔻維爾公司