半导体装置的制作方法

半导体装置
1.于2020年9月1日在韩国知识产权局提交的且发明名称为“半导体装置”的第10-2020-0111054号韩国专利申请通过引用全部包含于此。
技术领域
2.实施例涉及一种半导体装置。


背景技术：

3.半导体装置可以包括包含各种晶体管的集成电路。随着半导体元件的高密度集成，已经逐渐加速了晶体管的按比例缩小，因此，触点的临界尺寸(cd)也已经减小。


技术实现要素：

4.实施例涉及一种半导体装置，所述半导体装置包括：鳍型有源区，在基底上沿平行于基底的上表面的第一方向延伸；栅极结构，沿平行于基底的上表面且不同于第一方向的第二方向延伸跨过鳍型有源区；源/漏区，位于栅极结构的一侧上的鳍型有源区中；绝缘部，覆盖栅极结构和源/漏区；第一接触结构，穿透绝缘部并连接到源/漏区；以及第二接触结构，穿透绝缘部并连接到栅极结构。第一接触结构和第二接触结构中的至少一者可以包括位于栅极结构和源/漏区中的至少一者上且包含第一结晶金属的种子层以及位于种子层上且包含不同于第一结晶金属的第二结晶金属的接触插塞。第二结晶金属可以在种子层与接触插塞之间的界面处与第一结晶金属基本晶格匹配。
5.实施例还涉及一种半导体装置，所述半导体装置包括：基底，具有接触区域；第一绝缘层，位于基底上并且具有连接到接触区域的第一接触孔；第一种子层，位于第一接触孔中的接触区域上并且包括第一结晶金属；以及第一接触金属，位于第一种子层上，填充第一接触孔，并且包括第二结晶金属。第二结晶金属可以在第一结晶金属与第二结晶金属之间的界面处与第一结晶金属基本晶格匹配。
6.实施例还涉及一种半导体装置，所述半导体装置包括：鳍型有源区，在基底上沿平行于基底的上表面的第一方向延伸；栅极结构，沿平行于基底的上表面且不同于第一方向的第二方向延伸跨过鳍型有源区；源/漏区，位于栅极结构的一侧上的鳍型有源区中；第一接触结构，连接到源/漏区；以及第二接触结构，连接到栅极结构。第一接触结构和第二接触结构中的至少一者可以包括位于栅极结构和源/漏区中的至少一者上的种子层以及位于种子层上的接触插塞。种子层可以包括第一结晶导电材料，接触插塞可以包括第二结晶导电材料。第一结晶导电材料和第二结晶导电材料可以具有相同的晶体结构，并且第一结晶导电材料的晶格常数与第二结晶导电材料的晶格常数之间的差可以小于1％。
附图说明
7.通过参照附图详细描述示例实施例，特征对于本领域技术人员将变得明显，在附图中：
8.图1是示出根据示例实施例的半导体装置的平面图；
9.图2a至图2c是图1中示出的半导体装置的分别沿着线i1-i1'、线i2-i2'和线ii-ii'截取的剖视图；
10.图3是示出图2a中示出的半导体装置的部分“a1”的放大图；
11.图4是示出图3中示出的接触结构中的种子层和接触插塞之间的界面处的晶体结构的示意图；
12.图5是示出图2b中示出的半导体装置的部分“a2”的放大图；
13.图6a至图6d是示出根据示例实施例的用于制造半导体封装件的方法的主要工艺的剖视图；
14.图7和图8是根据各种示例实施例的半导体装置可以采用的接触结构的剖视图(在侧表面处形成)(精细结构的形成)；
15.图9是示出根据示例实施例的半导体装置可以采用的接触结构的剖视图；
16.图10是根据示例实施例的半导体装置的剖视图；
17.图11是根据示例实施例的半导体装置的剖视图；以及
18.图12是示出根据示例实施例的半导体装置的剖视图。
具体实施方式
19.图1是示出根据示例实施例的半导体装置的主要组件的平面图，图2a至图2c是图1中示出的半导体装置的分别沿着线i1-i1'、线i2-i2'和线ii-ii'截取的剖视图。
20.参照图1和图2a至图2c，根据本示例实施例的半导体装置100可以包括在基底101上沿平行于基底101的上表面的第一方向(图1的x方向)延伸的鳍型有源区105以及沿与第一方向(x方向)不同的第二方向(图1的y方向)跨鳍型有源区105延伸的栅极结构gs。
21.基底101可以包括iv族半导体(诸如，si或ge)、iv-iv族化合物半导体(诸如，sige或sic)或者iii-v族化合物半导体(诸如，gaas、inas或inp)。基底101可以包括有源区ar。有源区ar可以是导电区(诸如，掺杂有杂质的阱或掺杂有杂质的结构)。在示例实施例中，有源区ar可以是用于p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管的n型阱或者用于n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管的p型阱。
22.鳍型有源区105可以位于有源区ar的上表面上。鳍型有源区105可以具有在第三方向(图1的z方向)(其垂直于第一方向和第二方向)上从有源区ar的上表面突出的结构。鳍型有源区105在此可以被称为有源鳍105。
23.在本示例实施例中，有源鳍105的数量是3个，但不限于此。可以形成单个有源鳍105，或者可以形成不同数量的多个有源鳍105。如图1中所示，3个有源鳍105可以在第二方向上彼此平行地布置在有源区ar上，并且可以均沿第一方向(x方向)延伸。有源鳍105可以被设置为晶体管的有源区。
24.器件隔离膜107可以限定有源区ar和有源鳍105。在示例实施例中，器件隔离膜107可以由绝缘材料(诸如，氧化硅)形成。器件隔离膜107可以包括限定有源区ar的第一隔离区107a和限定有源鳍105的第二隔离区107b。第一隔离区107a可以具有比第二隔离区107b的底表面深的底表面。第一隔离区107a可以是深沟槽隔离(dti)。第二隔离区107b可以是浅沟槽隔离(sti)。第二隔离区107b可以位于有源区ar上。有源鳍105可以穿透第二隔离区107b
并且从第二隔离区107b的上表面部分地突出。
25.如图1中所示，栅极结构gs可以具有沿与第一方向(x方向)相交的第二方向(y方向)延伸的线结构。栅极结构gs可以与有源鳍105的区域叠置。
26.栅极结构gs可以包括栅极间隔件141、顺序地设置在栅极间隔件141之间的栅极绝缘层142、栅电极145以及位于栅电极145上的栅极盖层147。
27.栅电极145可以由掺杂的多晶硅、金属、导电金属氮化物、导电金属碳化物或其组合形成。例如，栅电极145可以由al、cu、ti、ta、w、mo、tan、nisi、cosi、tin、wn、tial、tialn、tacn、tac、tasin或其组合形成，但是栅电极145的材料不限于此。在示例实施例中，栅电极145可以包括包含逸出功金属的层和间隙填充金属膜。包含逸出功金属的层可以包含选自于ti、w、ru、nb、mo、hf、ni、co、pt、yb、tb、dy、er和pd中的至少一种金属。间隙填充金属膜可以是w膜或al膜。在示例实施例中，栅电极145可以包括tialc/tin/w的堆叠结构、tin/tan/tialc/tin/w的堆叠结构或者tin/tan/tin/tialc/tin/w的堆叠结构，但不限于此。
28.栅极绝缘层142可以位于栅电极145的底表面和侧壁上，并且可以沿着栅电极145的底表面沿第二方向(图1的y方向)延伸。栅极绝缘层142可以置于栅电极145与有源鳍105之间以及栅电极145与器件隔离膜107的上表面之间。栅极绝缘层142的示例可以包括氧化硅膜、氮氧化硅膜、介电常数高于氧化硅膜的介电常数的高介电膜或者它们的组合。高介电膜可以由金属氧化物或金属氮氧化物形成。例如，可用作栅极绝缘层142的高介电膜可包括hfo2、hfsio、hfsion、hftao、hftio、hfzro、zro2、al2o3或者它们的组合，但不限于此。
29.栅极盖层147可以位于栅电极145上。栅极盖层147可以覆盖栅电极145的上表面并且沿第二方向(图1的y方向)延伸。例如，栅极盖层147可以包括氮化硅或氮氧化硅。栅极间隔件141可以位于栅电极145的相对的侧壁上和栅极盖层147的相对的侧壁上。栅极间隔件141可以沿着栅电极145延伸的方向在栅电极145的相对的侧壁上延伸，并且栅极绝缘层142可以置于栅电极145与栅极间隔件141之间。在示例实施例中，栅极间隔件141可以包括氧化硅(sio
x
)、氮化硅(sin
x
)、氮氧化硅(sio
x
ny)、碳氮化硅(sic
x
ny)、氧碳氮化硅(sio
xcy
nz)或者它们的组合。在示例实施例中，栅极间隔件141可以包括各自由不同的材料形成的多个层。尽管图2a和图2b示出了栅极间隔件141包括单层的情况，但是栅极间隔件141可以包括顺序地堆叠在栅电极145的侧壁上并且各自具有不同的介电常数的多个间隔件层。
30.根据本示例实施例的半导体装置100可以包括有源鳍105的定位在栅极结构gs的相对侧上的部分区域中的源/漏区110。
31.可以通过在有源鳍105的部分区域中形成凹进并且对凹进执行选择性外延生长(seg)来形成源/漏区110。源/漏区110可以由例如si、sige或ge形成。源/漏区110可以根据n型晶体管或p型晶体管而具有不同的材料或不同的形状。例如，在pmos晶体管的情况下，源/漏区110可以由硅锗(sige)形成，并且可以掺杂有p型杂质(例如，硼(b)、铟(in)或镓(ga))。源/漏区110的剖面(y-z剖面，见图2c)可以具有五边形形状。在nmos晶体管的情况下，源/漏区110可以由硅形成，并且可以掺杂有n型杂质(例如，磷(p)、氮(n)、砷(as)或锑(sb))。源/漏区110的剖面(y-z剖面)可以具有六边形形状或者具有具备平缓角度的多边形形状。如此，源/漏区110、有源鳍105和栅极结构gs可以形成三维半导体元件，诸如，鳍式场效应晶体管(finfet)。
32.根据本示例实施例的半导体装置100可以包括穿透绝缘部160并连接到源/漏区
110的第一接触结构cs1以及穿透绝缘部160并连接到栅极结构gs的栅电极145的第二接触结构cs2。
33.绝缘部160可以包括顺序地堆叠在源/漏区110上的栅极间绝缘膜161和盖绝缘膜162。栅极间绝缘膜161可以设置在相邻的栅极结构gs之间，并且覆盖源/漏区110和器件隔离膜107。栅极间绝缘膜161可以具有与栅极间隔件141的上表面和栅极盖层147的上表面基本共面的上表面。在示例实施例中，栅极间绝缘膜161和盖绝缘膜162中的至少一者可以由氮化硅、氧化硅或氮氧化硅形成。在示例实施例中，栅极间绝缘膜161可以由teos、usg、psg、bsg、bpsg、fsg、sog、tosz或其组合形成。栅极间绝缘膜161可以通过例如化学气相沉积(cvd)或旋涂形成。
34.在本示例实施例中，第一接触结构cs1和第二接触结构cs2中的每者可以包括种子层182和位于种子层182上的接触插塞185。种子层182可以位于源/漏区110和栅电极145中的每者上。
35.种子层182可以定位在第一接触结构cs1和第二接触结构cs2中的每者的底部上，以增强栅电极145与接触插塞185之间以及源/漏区110与接触插塞185之间的接合强度。结果，种子层182可以有效地防止接触插塞185在诸如化学机械抛光(cmp)的处理(见图6d)期间脱落。
36.根据本示例实施例，种子层182包括第一结晶金属，并且接触插塞185包括不同于第一结晶金属的第二结晶金属。结晶金属可以包括多晶金属或单晶金属。种子层182可以由具有与接触插塞185类似的相对低电阻的金属形成。因此，可以减小接触电阻。在第一结晶金属和第二结晶金属是多晶金属的情况下，接触插塞185可以具有根据种子层182(即，第一结晶金属)的晶粒尺寸而增大的晶粒尺寸。平均自由程可以由于晶粒尺寸的增大而减小。因此，接触插塞185可以由具有低电阻的材料形成。
37.图3是图2a中示出的半导体装置的部分“a1”的放大图。
38.参照图3，金属硅化物膜120可以位于源/漏区110上。金属硅化物膜120可以位于源/漏区110的凹进区域110r上。金属硅化物膜120可以是结晶硅化物膜。例如，金属硅化物膜120可以是包含ti、w、ru、nb、mo、hf、ni、co、pt、yb、tb、dy、er、pd或其组合的硅化物膜。在示例实施例中，金属硅化物膜120可以由cosi、nisi或tisi形成。
39.第一接触结构cs1可以包括位于金属硅化物膜120上的种子层182以及位于种子层182上的接触插塞185。在本示例实施例中，种子层182和接触插塞185中的每者可以由多晶金属形成。
40.在本示例实施例中，种子层182包括包含第一晶粒g1的第一结晶金属，并且接触插塞185包括包含第二晶粒g2的第二结晶金属。在本示例实施例中，第一晶粒g1和第二晶粒g2分别由晶界gb1和gb2限定，并且可以均具有面内结晶取向(crystalline orientation)。为了帮助理解，晶粒g1和g2中的每者的结晶取向在图3中示意性地示出为晶粒g1和g2中的每者的对角线。在本示例实施例中，第二结晶金属的结晶取向取决于作为种子层182的第一结晶金属的结晶取向，并且第二结晶金属可以类似于外延生长地沉积在第一结晶金属上。这种结晶取向可以通过x射线衍射方法确认。
41.如图4中所示，第二结晶金属可以在种子层182与接触插塞185之间的界面处与第一结晶金属基本晶格匹配。也就是说，第一晶粒g1中的晶格和与第一晶粒g1相邻的第二晶
粒g2中的晶格可以基本彼此匹配，并且在相邻的第二晶粒g2中可以几乎不存在由不匹配引起的电位。这种晶格匹配的条件可以基于晶体结构和晶格常数的条件来确定。第一结晶金属和第二结晶金属可以具有相同的晶体结构(例如，体心立方(bcc)结构)。此外，第一结晶金属的晶格常数α1与第二结晶金属的晶格常数α2可以基本彼此相同，或者第一结晶金属的晶格常数α1与第二结晶金属的晶格常数α2之间的差可以显著小。例如，第一结晶金属的晶格常数α1与第二结晶金属的晶格常数α2之间的差可以小于1％。
42.在示例实施例中，种子层182和接触插塞185中的一者可以包括钨(w)，并且种子层182和接触插塞185中的另一者可以包括钼(mo)。例如，种子层182可以包括钨(w)，并且接触插塞185可以包括钼(mo)。钨(w)和钼(mo)可以具有与图4中示出的晶体结构相同的体心立方结构bc1和bc2，并且钨(w)的晶格常数α1和钼(mo)的晶格常数α2可以分别是和晶格常数α1与α2之间的差可以小于1％。类似于外延生长，钼(作为第二结晶金属)可以沉积在钨(作为第一结晶金属)上，并且相邻的第一晶粒的晶格与第二晶粒的晶格可以彼此匹配。在这种晶格匹配中，接触插塞185的第二晶粒g2可以具有根据种子层182的第一晶粒g1的尺寸而增大的尺寸。随着晶粒尺寸增大，可以提供具有低电阻的接触插塞185。接触插塞185的第二晶粒g2可以具有但不限于7nm或更大的尺寸，或者10nm或更大的尺寸。在示例实施例中，在接触插塞185包括钼的情况下，接触插塞185的比电阻可以是50μω
·
cm或更小，或者10μω
·
cm或更小。
43.种子层182可以位于用于第一接触结构cs1的第一接触孔ch1的底部上。接触插塞185可以在没有阻挡膜的情况下设置在第一接触孔ch1中。接触插塞185的侧壁可以与绝缘部160直接接触。通过省略具有相对大电阻的阻挡膜，接触插塞185与金属硅化物膜120之间的接触电阻可以减小，并且第一接触结构cs1的尺寸(具体地，宽度)可以减小。
44.在示例实施例中，种子层182的厚度t可以为5nm或更小或者3nm或更小，但不限于此。可以通过诸如物理气相沉积(pvd)的沉积来形成用于种子层182的第一结晶金属，以确保期望的结晶度。
45.在本示例实施例中，示出了种子层182由金属形成的情况。然而，种子层182也可以由与接触插塞185的金属进行晶格匹配的另一种结晶的导电材料(例如，结晶的金属化合物)形成。
46.参照图5，类似于第一接触结构cs1，与栅极结构gs相关的第二接触结构cs2可以实现为低电阻接触结构。图5是示出图2b中示出的半导体装置的部分“a2”的放大图。
47.图5中示出的第二接触结构cs2可以包括位于栅电极145上的种子层182和位于种子层182上的接触插塞185。在本示例实施例中，种子层182和接触插塞185中的每者可以由多晶金属形成。在示例实施例中，在栅电极145包括多晶硅的情况下，与第一接触结构cs1类似，可以在栅电极145的接触区域中形成金属硅化物膜。另外，第二接触孔ch2可以限定第二接触结构cs2。
48.与第一接触结构cs1类似，种子层182包括包含第一晶粒g1'的第一结晶金属，并且接触插塞185包括包含第二晶粒g2'的第二结晶金属。第一晶粒g1'和第二晶粒g2'可以分别由晶界gb1'和gb2'限定。在第二接触结构cs2中，与接触插塞185类似，种子层182也由多晶金属形成。然而，由于种子层182因相对小的厚度而具有小的面积，因此在一些选定的剖面中观察不到晶界的可能。
49.第二结晶金属的结晶取向取决于作为种子层182的第一结晶金属的结晶取向，并且第二结晶金属可以类似于外延生长地沉积在第一结晶金属上。第二结晶金属可以在种子层182与接触插塞185之间的界面处与第一结晶金属基本晶格匹配。与第一接触结构cs1类似，第二接触结构cs2的种子层182和接触插塞185中的一者可以包括钨(w)，并且种子层182和接触插塞185中的另一者可以包括钼(mo)。例如，种子层182可以包括钨(w)，并且接触插塞185可以包括钼(mo)。第二接触结构cs2可以通过类似于针对第一接触结构cs1的处理的处理来形成。
50.半导体装置100可以包括在第一接触结构cs1和第二接触结构cs2上连接到第一接触结构cs1和第二接触结构cs2的布线190。布线190可以包括导线的形成为后道工序(back end of line，beol)的一部分的部分。
51.第一层间绝缘层172和第二层间绝缘层173可以位于绝缘部160上。蚀刻停止膜171可以设置在绝缘部160(具体地，盖绝缘膜162)与第一层间绝缘层172之间。在示例实施例中，蚀刻停止膜171可以由氮化硅、碳氮化硅、氮化铝或氧化铝形成。在示例实施例中，第一层间绝缘层172和第二层间绝缘层173可以由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
52.布线190可以包括沿第一方向(图1的x方向)延伸的金属线ml以及设置在第一接触结构cs1和第二接触结构cs2与金属线ml之间的金属过孔vm。
53.与第一接触结构cs1和第二接触结构cs2类似，位于第一接触结构和第二接触结构上的布线190可以由种子层182和接触插塞185的组合形成。例如，如图5中所示，布线190可以包括位于第二接触结构cs2(具体地，接触插塞185)的上表面的至少部分区域中的布线种子层192以及位于布线种子层192上的填充金属195。
54.布线种子层192可以由结晶导电材料形成。如图5中所示，布线种子层192可以形成在接触插塞185的上表面的暴露于过孔的区域上以及第一层间绝缘层172的上表面(包括过孔的表面)上。在布线种子层192中，如图5中所示，可以在定位于接触插塞185上的第一区域192a中沉积包括第三晶粒g3的结晶导电材料，并且可以在定位于可以是非晶的第一层间绝缘层172的表面上的第二区域192b中沉积非晶或类非晶的导电材料。第三晶粒g3可以由晶界gb3限定。
55.填充金属195可以包括结晶金属。至少在布线种子层192的第一区域192a上，填充金属195的结晶取向会影响第一区域192a中的在第三晶粒g3和第四晶粒g4相邻的边界处的结晶取向。另外，类似于在第一区域192a中的晶体生长，填充金属195的晶体生长甚至可以在第二区域192b(其与第一区域192a相邻)中进行。由晶界gb4限定的第四晶粒g4可以具有相对大的尺寸，结果，布线190可以实现为低电阻结构。在示例实施例中，布线种子层192可以由导电材料(诸如，钨(w)、氮化钛(tin)、氮化钽(tan)、氮化硅钛(tisin)、碳氮化钨(wcn)或氮化钨(wn))形成。填充金属195的示例可以包括金属(诸如，钼(mo)、钌(ru)、钨(w)、钴(co)或铜(cu))。
56.在示例实施例中，与上述第一接触结构cs1和第二接触结构cs2类似，可以选择布线种子层192和填充金属195的晶体结构和晶格常数的条件，使得布线种子层192的第三晶粒g3的晶格和相邻的第四晶粒g4的晶格基本彼此匹配。在示例实施例中，两种材料的晶体结构可以彼此相同，并且两种材料的晶格常数之间的差可以小于1％。例如，布线种子层192和填充金属195中的一者可以包括钨(w)，并且布线种子层192和填充金属195中的另一者可
以包括钼(mo)。
57.图6a至图6d是示出根据示例实施例的用于制造半导体封装件的方法的主要工艺的剖视图。
58.将参照图6a至图6d详细描述在上述半导体装置100中形成第一接触结构的工艺。为了便于说明，剖视图如图3中所示地示出了图2a的部分“a1”的放大图。这里，尽管示意性地示出了本示例实施例的一些组件，但是除非另有清楚地指出，否则可以参照图1至图5中所示的示例实施例的相同或类似组件的描述来理解这些组件。
59.参照图6a，可以形成连接到源/漏区110的第一接触孔ch1，并且可以在源/漏区110的暴露于第一接触孔ch1的表面上形成金属硅化物膜120。
60.可以通过使用蚀刻掩模顺序地蚀刻栅极间绝缘膜161和盖绝缘膜162来形成限定第一接触结构的第一接触孔ch1。源/漏区110的部分区域可以暴露于第一接触孔ch1。在形成第一接触孔ch1的工艺中，源/漏区110的暴露的部分区域可以凹进到预定深度。在该工艺中，还可以形成限定第二接触结构的第二接触孔ch2。
61.通过在源/漏区的暴露于第一接触孔ch1的凹进区域上形成金属层并执行退火，可以在源/漏区110的暴露区域上形成金属硅化物膜120。
62.接下来，参照图6b，可以在金属硅化物膜120上沉积种子层182。
63.种子层182可以包括结晶金属(诸如，单晶金属或多晶金属)。可以通过线性沉积(诸如，pvd)形成种子层182，以确保足够的结晶度。通过这种线性沉积，种子层182不仅可以形成在金属硅化物膜120的定位在第一接触孔ch1的底部上的期望的部分上，而且可以形成在绝缘部160的上表面上。可以在后续工艺中去除定位在绝缘部160上的种子材料层182t。种子层182可以具有但不限于5nm或更小的厚度或者3nm或更小的厚度。
64.可以考虑用于与在后续处理中将形成的接触插塞185(图6d)晶格匹配的条件来选择用于形成种子层182的材料。在示例实施例中，种子层182可以包括钨(w)或钼(mo)。用于形成种子层182的材料可以包括导电材料，诸如，适合于用于与接触插塞185的金属的晶格匹配的上述条件的结晶金属化合物。例如，种子层182可以包括导电材料，诸如，钨(w)、氮化钛(tin)、氮化钽(tan)、氮化硅钛(tisin)、碳氮化钨(wcn)或氮化钨(wn)。
65.然后，参照图6c，可以通过使用种子层182形成填充第一接触孔ch1的接触插塞185。
66.在该处理中，可以形成用于接触插塞的金属材料层185'，以在填充第一接触孔ch1的同时覆盖绝缘部160的上表面。金属材料层185'可以由金属(诸如，钼(mo)、钌(ru)、钨(w)、钴(co)或铜(cu))形成。用于接触插塞的金属材料层185'可以根据种子层182的结晶取向生长为具有特定的取向，并且可以具有相对大的晶粒尺寸。金属材料层185'可以包括适合于与种子层182晶格匹配的结晶金属。两种材料的晶体结构可以彼此相同，并且两种材料的晶格常数之间的差可以小于1％。例如，金属材料层185'可以包括钼(mo)或钨(w)。在示例实施例中，种子层182可以包括钨(w)，并且金属材料层185'可以包括钼(mo)。
67.在本示例实施例中，金属材料层185'可以在没有阻挡膜的情况下设置在第一接触孔ch1中。通过省略具有相对大的电阻的阻挡膜，接触插塞185与金属硅化物膜120之间的接触电阻可以减小，并且第一接触结构cs1的尺寸可以减小。在本示例实施例中，用于接触插塞的金属材料层185'可以在第一接触孔ch1的内侧壁处与绝缘部160直接接触。
68.接下来，参照图6d，可以通过抛光去除定位在绝缘部160上的接触插塞材料185t和种子材料层182t。例如，可以执行诸如化学机械抛光(cmp)的平坦化处理以暴露盖绝缘膜162的上表面。可以去除金属材料层185'(图6c)的定位在盖绝缘膜162上的部分，并且可以仅保留金属材料层185'的填充第一接触孔ch1的部分并将该部分设置为接触插塞185。接触插塞185可以具有与绝缘部160的上表面基本共面的上表面。然后，可以使用beol工艺以在后续工艺中与第一层间绝缘层172和第二层间绝缘层173一起形成连接到第一接触结构cs1的布线190。可以通过类似于对第一接触结构cs1的处理的处理来形成第二接触结构cs2。可以以各种形式修改接触结构。例如，形成种子层的区域可以根据沉积而变化，并且在接触结构的堆叠件中，种子层和接触插塞的组合可以变化。
69.图7和图8是根据各种示例实施例的半导体装置可以采用的接触结构的剖视图。剖视图示出了如图3中所示的图2a的部分“a1”的放大图。
70.可以理解的是，除了第一接触结构cs1'包括延伸到第一接触孔ch1的内侧壁的一部分的种子层182'之外，图7中示出的第一接触结构cs1'类似于图3中示出的第一接触结构cs1。此外，除非另外清楚地指出，否则可以参照图1至图4(具体地，图3)中示出的示例实施例的相同或类似组件的描述来理解本示例实施例的组件。
71.在本示例实施例中，种子层182'形成在第一接触孔ch1的底部上，并且还具有在第一接触孔ch1的内侧壁上延伸的部分182e。种子层182'的延伸部182e可以包括从可以是结晶的金属硅化物膜120生长的结晶部分。接触插塞185可以从种子层182'的表面生长，并且可以具有根据种子层182'的结晶取向的结晶取向。两种材料可以在接触插塞185与种子层182'之间的界面处基本彼此晶格匹配，结果，接触插塞185可以具有相对大的晶粒尺寸。
72.示出了第一接触结构cs1'具有小尺寸的情况。具有小尺寸的第一接触结构cs1'具有相对小的剖面面积。因此，即使在接触插塞185包括多晶金属的情况下，也有在一些选定的剖面中观察不到晶界的可能。
73.第一接触结构cs1'的尺寸可以被限定为底部宽度w和高度h。第一接触结构cs1'的底部宽度w可以是但不限于20nm或更小或者15nm或更小。在示例实施例中，第一接触结构cs1'的高度h和底部宽度w的高宽比可以是3:1或更大。
74.参照图8，可以理解的是，除了第一接触结构cs1”包括延伸到第一接触孔ch1的整个或几乎整个内侧壁的种子层182”之外，图8中示出的第一接触结构cs1”类似于图3中示出的第一接触结构cs1，并且种子层182”的延伸的第二部分182b不由结晶金属形成。此外，除非另外清楚地指出，否则可以参照图1至图4(具体地，图3)中示出的示例实施例的相同或类似组件的描述来理解本示例实施例的组件。
75.在本示例实施例中，种子层182”包括定位在第一接触孔ch1的底部上的第一部分182a以及在第一接触孔ch1的内侧壁上延伸的第二部分182b。种子层182”的第二部分182b可以沿着第一接触孔ch1的几乎整个内侧壁设置。第一部分182a可以包括从金属硅化物膜120生长的结晶(单晶或多晶)部分，第二部分182b可以连接到用作内壁表面的绝缘部160并且可以是非晶或类非晶的。接触插塞185可以从种子层182”的第一部分182a的表面生长，并且可以具有根据第一部分182a的结晶取向的结晶取向。两种材料可以在接触插塞185与种子层182”的第一部分182a之间的界面处基本彼此晶格匹配，结果，接触插塞185可以具有相对大的晶粒尺寸，从而提供低电阻的接触结构。
76.图9是示出根据示例实施例的半导体装置可以采用的接触结构的剖视图。剖视图如图5中所示地示出了图2b的部分a2的放大图。
77.可以理解的是，除了种子层182'和布线种子层192'形成的位置之外，图9中示出的第二接触结构cs2'的堆叠件和金属过孔vm类似于图5中示出的第二接触结构cs2的堆叠件和金属过孔vm。此外，除非另外清楚地指出，否则可以参照图1、图2a至图2c和图5(具体地，图5)中示出的示例实施例的相同或类似组件的描述来理解本示例实施例的组件。
78.在本示例实施例中，种子层182'包括定位在第二接触孔ch2的底部上的第一部分182a'和在第二接触孔ch2的内侧壁上延伸的第二部分182b'。种子层182'的第二部分182b'可以沿着第二接触孔ch2的侧壁的一部分设置，并且与上述示例实施例不同，第二部分182b'可以是非晶的或类非晶的。另一方面，第一部分182a'可以包括从金属硅化物膜120生长的结晶(单晶或多晶)部分，并且接触插塞185可以从种子层182'的第一部分182a'的表面生长，并且具有根据第一部分182a'的结晶取向的结晶取向。两种材料的晶格可以在接触插塞185与种子层182'的第一部分182a'之间的界面处基本彼此匹配。
79.布线190'可以包括位于接触插塞185的上表面的部分区域中的布线种子层192'以及位于布线种子层192'上的填充金属195。布线种子层192'可以包括结晶导电材料，填充金属195可以从布线种子层192'的表面生长并且具有根据种子层192'的结晶取向的结晶取向。两种材料可以在接触插塞185与布线种子层192'之间的界面处基本彼此晶格匹配。
80.如此，接触插塞185和填充金属195可以具有相对大的晶粒尺寸，从而分别提供低电阻接触结构和布线结构。
81.上述布线190和190'也可以应用于另一种类型的半导体装置。例如，已经将如图2a至图2c中所示的包括鳍型沟道区的鳍型晶体管(finfet)描述为根据示例实施例的半导体装置，但是半导体装置不限于此。根据一些示例实施例的半导体装置可以包括隧穿场效应晶体管(fet)、包括纳米线的晶体管、包括纳米片的晶体管(即，多桥沟道fet(mbcfet)(注册商标))或者各种三维(3d)晶体管。
82.图10是示出根据示例实施例的包括纳米片(n-mosfet)作为半导体装置的晶体管的剖视图。
83.参照图10，可以理解的是，除了与上述示例实施例的鳍型有源区105对应的结构是使用纳米片的多沟道结构之外，半导体装置100a类似于图1至图5中示出的半导体装置。此外，除非另外清楚地指出，否则可以参照图1至图5中示出的示例实施例的相同或类似组件的描述来理解本示例实施例的组件。
84.如图10中所示，半导体装置100a可以包括多个沟道层cl和栅电极145，多个沟道层cl位于有源区ar上以在垂直于基底101的上表面的第三方向(图1的z方向)上彼此间隔开并且各自形成为纳米片结构，栅电极145围绕多个沟道层cl并且沿与第三方向(图1的z方向)相交的第二方向(图1的y方向)延伸。如此，栅电极145可以置于栅极间隔件141之间以及多个沟道层cl之间。
85.半导体装置100a可以包括有源区ar的定位在栅电极145的相对侧上的部分中的源/漏区110，源/漏区110连接到多个沟道层cl。在本示例实施例中，源/漏区110可以位于定位在栅电极145的相对侧上的鳍型有源区105中，并且可以分别连接到多个沟道层cl的在第一方向(例如，x方向)上的相对侧。在本示例实施例中，示出了沟道层cl的数量为三个的情
况，但是沟道层cl的数量不特别限于此。沟道层cl可以包括半导体图案。例如，半导体图案可以由硅(si)、硅锗(sige)和锗(ge)中的至少一种形成。
86.源/漏区110可以包括通过使用多个沟道层cl和有源区ar作为种子形成的再生长外延区。源/漏区110可由硅(si)形成，并且可掺杂有n型杂质(例如，磷(p)、氮(n)、砷(as)或锑(sb))。
87.根据本示例实施例的半导体装置100a可以包括设置在相应的源/漏区110与栅电极145之间的内部间隔件is。内部间隔件is可以设置在栅电极145的一侧上。内部间隔件is和沟道层cl可以沿着第三方向交替地布置。源/漏区110中的每个可以与沟道层cl接触，并且可以与栅电极145间隔开同时使内部间隔件置于源/漏区110与栅电极145之间。栅极绝缘层142可以置于栅电极145与每个沟道层cl之间，并且可以在栅电极145与每个内部间隔件is之间延伸。
88.源/漏区110可以包括组合的三个再生长外延区，并且凹进区域110r可以形成在源/漏区110的连接到接触孔的上表面中。金属硅化物膜120位于源/漏区110的凹进区域110r的表面上。类似于上述示例实施例，第一接触结构cs1可以包括位于金属硅化物膜120上的种子层182和位于种子层182上的接触插塞185。
89.种子层182和接触插塞185中的每者可以包括多晶金属。种子层182和接触插塞185可以分别包括第一结晶金属和第二结晶金属。第二结晶金属的结晶取向取决于作为种子层182的第一结晶金属的结晶取向，并且第二结晶金属可以类似于外延生长地沉积在第一结晶金属上。第二结晶金属可以在种子层182与接触插塞185之间的界面处与第一结晶金属的晶格基本晶格匹配。
90.在示例实施例中，第一结晶金属和第二结晶金属可以具有相同的晶体结构(例如，体心立方(bcc)结构)。此外，第一结晶金属的晶格常数与第二结晶金属的晶格常数可以彼此基本相同，或者第一结晶金属的晶格常数与第二结晶金属的晶格常数之间的差可以显著小。例如，第一结晶金属的晶格常数α1与第二结晶金属的晶格常数α2之间的差可以小于1％。在示例实施例中，种子层182和接触插塞185中的一者可以包括钨(w)，并且种子层182和接触插塞185中的另一者可以包括钼(mo)。因此，接触插塞185的晶粒可以具有根据种子层182的晶粒尺寸而增大的尺寸。随着晶粒尺寸增大，可以提供具有低电阻的接触插塞185。尽管未示出，但是类似于第一接触结构cs1，连接到栅电极145的第二接触结构可以实现为低电阻接触结构。
91.位于第一接触结构cs1上的布线190可以包括布线种子层192和位于布线种子层192上的填充金属195。与上述第一接触结构cs1类似，布线种子层192的晶粒的晶格与相邻的填充金属195的晶粒的晶格可以基本彼此匹配，从而实现具有低电阻的布线190。
92.图11是示出根据示例实施例的包括纳米片(p-mosfet)作为半导体装置的晶体管的剖视图。
93.参照图11，半导体装置100b具有如图10中示出的示例实施例的使用纳米片的多沟道结构，并且由p-mosfet实现。与上述示例实施例类似，可以理解的是，根据本示例实施例的半导体装置100b类似于图1至图5和图10中示出的半导体装置。此外，除非另外清楚地指出，否则可以参照图1至图5和图10中示出的示例实施例的相同或类似组件的描述来理解本示例实施例的组件。
94.参照图11，类似于上述示例实施例(图10)，根据本示例实施例的半导体装置100b可以包括多个沟道层cl和栅电极145，多个沟道层cl位于有源区ar上以在垂直于基底101的上表面的第三方向(图1的z方向)上彼此间隔开并且各自形成为纳米片结构，栅电极145围绕多个沟道层cl并且沿与第三方向(图1的z方向)相交的第二方向(图1的y方向)延伸。此外，栅电极145可以置于栅极间隔件141之间以及多个沟道层cl之间。
95.半导体装置100b可以包括有源区ar的定位在栅电极145的相对侧上的部分中的源/漏区110'，源/漏区110'连接到多个沟道层cl。源/漏区110'可以位于定位在栅电极145的相对侧上的鳍型有源区105中，并且可以分别连接到多个沟道层cl的在第一方向(例如，x方向)上的相对侧。源/漏区110'可以包括通过使用多个沟道层cl和有源区ar作为种子形成的外延层。与上述示例实施例(图10)不同，源/漏区110'可以由硅锗(sige)形成，并且可以掺杂有p型杂质(例如，硼(b)、铟(in)、镓(ga)、三氟化硼(bf3))。
96.与上述示例实施例不同，在根据本示例实施例的半导体装置100b中，源/漏区110'与栅电极145可以彼此直接接触而没有内部间隔件is。
97.源/漏区110'可以包括三个组合的再生长外延区(在y方向上的剖面可以具有五边形形状)，并且金属硅化物膜120'可以沿着源/漏区110'的交错的(不齐的)晶面形成。第一接触结构cs1'可以包括位于金属硅化物膜120'上的种子层182'和位于种子层182'上的接触插塞185。
98.种子层182'和接触插塞185中的每者可以包括多晶金属。种子层182'和接触插塞185可以分别包括第一结晶金属和第二结晶金属。第二结晶金属的结晶取向取决于作为种子层182'的第一结晶金属的结晶取向，并且第二结晶金属可以类似于外延生长地沉积在第一结晶金属上。具体地，第二结晶金属的同种子层182'与接触插塞185之间的界面相邻的晶格可以与第一结晶金属的晶格匹配。在这样的匹配工艺中，接触插塞185的晶粒可以具有根据种子层182'的晶粒尺寸而增大的尺寸。随着晶粒尺寸增大，可以提供具有低电阻的接触插塞185。尽管未示出，但是可以以类似的方式实现连接到栅电极145的第二接触结构。
99.在示例实施例中，位于第一接触结构cs1上的布线190可以包括布线种子层192和位于布线种子层192上的填充金属195。与上述第一接触结构cs1类似，布线种子层192的晶粒的晶格与相邻的填充金属195的晶粒的晶格可基本彼此匹配，以实现具有低电阻的布线190。
100.图12是示出根据示例实施例的半导体装置的剖视图。
101.图12中示出的半导体装置200可以包括具有接触区域的基底211、位于基底211上并具有连接到接触区域ca的第一接触孔vh1的第一层间绝缘层212以及位于第一接触孔vh1中的接触区域上的接触结构230。
102.接触结构230可以包括由第一结晶金属形成的第一种子层232以及位于第一种子层232上的填充第一接触孔vh1并由第二结晶金属形成的第一接触金属235。第二结晶金属可以在第一结晶金属与第二结晶金属之间的界面处与第一结晶金属基本晶格匹配。在本示例实施例中，示出了导线220的部分区域被设置为接触区域ca的情况。然而，接触区域ca可以是类似于源/漏区的有源区或者是类似于上述示例实施例的金属硅化物膜。
103.根据本示例实施例的半导体装置200包括位于第一层间绝缘层212上的蚀刻停止膜215、位于蚀刻停止膜215上并具有连接到接触结构230的第二接触孔vh2的第二层间绝缘
层213以及位于第二层间绝缘层213中并具有通过第二接触孔vh2连接到接触结构230的金属过孔vm的布线250。
104.布线250可以包括由第三结晶金属形成的第二种子层252以及位于第二种子层252上的填充第二接触孔vh2并由第四结晶金属形成的第二接触金属255。第四结晶金属可以在第三结晶金属与第四结晶属之间的界面处与第三结晶金属基本晶格匹配。
105.如此，第三结晶金属和第四结晶金属可以具有适合于晶格匹配的相同的晶体结构，并且第三结晶金属的晶格常数与第四结晶金属的晶格常数之间的差可以小于1％。与第一结晶金属和第三结晶金属的晶粒尺寸相比，第二结晶金属和第四结晶金属可以具有相对较大的晶粒尺寸(例如，7nm或更大)，因此接触结构230和布线250的电阻可以减小。
106.在示例实施例中，第一结晶金属可以与第三结晶金属相同，并且第二结晶金属可以与第四结晶金属相同。例如，第一结晶金属和第三结晶金属可以是钨(w)，并且第二结晶金属和第四结晶金属可以是钼(mo)。
107.通过总结和回顾，由于接触件的临界尺寸(cd)的减小，接触电阻会增大并且会导致各种缺陷。
108.如上所述，实施例可以提供具有优异可靠性的半导体装置。如上所述，根据示例实施例，种子层可以形成在定位于第一接触结构和第二接触结构的底部上的每个区域中，以提高接触插塞的接合强度。结果，可以有效地防止接触插塞在化学机械抛光(cmp)期间脱落。此外，接触插塞形成为具有与种子层的晶格匹配的晶格，使得接触插塞的晶粒尺寸可以增大，从而极大地减小了接触电阻。
109.在此已经公开了示例实施例，并且尽管采用了特定术语，但是它们仅以一般和描述性的意义被使用并且将被解释，而不是为了限制的目的。在一些情况下，如本领域普通技术人员将明显的，自提交本技术之时起，除非另外具体地指出，否则结合特定实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或者与结合其它实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。