專利名稱：自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金氧半導(dǎo)體(Metal Oxide Semiconductor，MOS)晶體管的制造方法，且特別涉及一種自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物(Self-AlignedSilicificide)的制造方法。
而目前在半導(dǎo)體元器件的制造技術(shù)中，廣泛被采用的則是自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造技術(shù)。自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的形成方式，乃是先于半導(dǎo)體晶片上形成一層金屬層。然后將晶片送進(jìn)高溫環(huán)境中，使覆蓋于柵極和源極/漏極區(qū)上方的金屬層，因?yàn)榕c硅接觸而在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生金屬硅化物。并且在高溫環(huán)境下使其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變，以形成電阻值較低的金屬硅化物。由于晶片其他部分上的金屬層并未與硅接觸，因此雖然經(jīng)過高溫處理，也不會(huì)產(chǎn)生金屬硅化物。因?yàn)樵谛纬山饘俟杌飼r(shí)，不必經(jīng)過微影(Photolithography)制造技術(shù)的步驟即可以形成于特定的位置，所以這種金屬硅化物稱為自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物。


圖1-1至圖1-4所繪示為現(xiàn)有技術(shù)自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造流程剖面圖。
首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1-1，提供一基底100，此基底100上已形成隔離結(jié)構(gòu)102、柵極介電層104、柵極導(dǎo)電層106、源極/漏極區(qū)108以及間隙壁110。然后，在基底100上以物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition，PVD)或?yàn)R鍍法(Sputtering)形成一層金屬層112。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1-2。進(jìn)行第一快速熱回火過程(Rapid ThermalAnnealing，RTA)，在450℃至600℃的溫度下，使金屬層112與柵極導(dǎo)電層106上的多晶硅以及源極/漏極區(qū)108上的硅反應(yīng)，而形成金屬硅化物層114。
然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1-3。進(jìn)行一選擇性的濕式蝕刻(Selective Wet Etch)過程，以鹽酸/過氧化氫混合溶液或硫酸/過氧化氫混合溶液移除未參與硅化反應(yīng)或反應(yīng)未完全的金屬，只留下位于柵極導(dǎo)電層106項(xiàng)部以及源極/漏極區(qū)108表面的金屬硅化物層114。
之后，請(qǐng)參照?qǐng)D1-4。進(jìn)行第二快速熱回火過程，在600℃至850℃的溫度下，使金屬硅化物層114轉(zhuǎn)化成低電阻的金屬硅化物層116。
在上述自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的過程中，目前業(yè)界最常用的金屬材質(zhì)是金屬鈦、金屬鈷、金屬鎳等。在此以金屬鈷為例子做說明，由于鈷金屬硅化物具有高電阻相硅化鈷(硅化鈷，CoSi)與低電阻相硅化鈷(二硅化鈷，CoSi2)兩種結(jié)構(gòu)，且高電阻相硅化鈷(CoSi)的阻值較高且其生成(Formation)溫度較低。而低電阻相硅化鈷(CoSi2)的電阻較低，但是其生成溫度較高。因此以第一快速熱回火過程使金屬鈷與硅產(chǎn)生硅化反應(yīng)形成高電阻相硅化鈷(CoSi)，并移除未參與硅化反應(yīng)的金屬鈷后，再以第二快速加熱回火過程，使高電阻相目硅化鈷，(CoSi)轉(zhuǎn)變成(Transformation)低電阻相硅化鈷(CoSi2)。然而，由于硅在固定的溫度左右對(duì)金屬層有一定的固態(tài)溶解度，而且當(dāng)過程達(dá)到此固定的溫度以上的溫度時(shí)，硅將借著擴(kuò)散效應(yīng)而進(jìn)入金屬層，同時(shí)金屬層也會(huì)回填硅因擴(kuò)散所遺留下來的空隙，因而使金屬硅化物層產(chǎn)生所謂尖峰現(xiàn)象(Spiking)、因此，在進(jìn)行第一回火過程以形成高電阻相硅化鈷(CoSi)時(shí)，會(huì)使得高電阻相硅化鈷(CoSi)與硅之間的介面非常不平坦(如圖1-2、圖1-3所示)，而且金屬硅化物層的厚度也非常不均勻。當(dāng)進(jìn)行第二快速熱回火過程以便高電阻相硅化鈷(CoSi)轉(zhuǎn)變成低電阻相硅化鈷(CoSi2)時(shí)，由于熱過程的溫度更為提高，使得低電阻相硅化鈷(CoSi2)與硅之間的介面更不平坦，尖峰現(xiàn)象(Spiking)更為顯著(如圖1-4所示)，而且低電阻相硅化鈷(CoSi2)會(huì)更加往下延伸至源極/漏極區(qū)的接面(Junction)甚至可能穿過源極/漏極區(qū)的接面，因此容易導(dǎo)致半導(dǎo)體元器件的源極/漏極區(qū)產(chǎn)生接面漏電(Junction Leakage)的問題，進(jìn)而影響元器件效能。
本發(fā)明的另一目的在提供一種自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，可以應(yīng)用于超淺接面的金氧半導(dǎo)體晶體管。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的目的提出一種自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法。此方法是先于基底上形成柵極結(jié)構(gòu)與源極/漏極區(qū)。之后，進(jìn)行離子植入步驟，以于柵極結(jié)構(gòu)表面與源極/漏極區(qū)表面植入金屬離子。然后進(jìn)行第一快速熱回火過程，使金屬離子與柵極結(jié)構(gòu)表面與源極/漏極區(qū)表面的硅產(chǎn)生硅化反應(yīng)而于柵極結(jié)構(gòu)表面和源極/漏極區(qū)表面形成第一金屬硅化物層。之后進(jìn)行第二快速熱回火過程，使第一金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成第二金屬硅化物層，且第二金屬硅化物層的電阻值低于第一金屬硅化物層的電阻值。
本發(fā)明是使用離子植入技術(shù)將金屬離子打入硅基底和復(fù)晶硅柵極的表面，再利用兩次快速熱回火過程以制造出細(xì)長(zhǎng)、均勻、且高導(dǎo)電性的金屬硅化物層。由于不需要以濺鍍法或物理氣相沉積法形成一層金屬層，因此可以省去移除金屬層的步驟，且第一快速熱回火過程與第二快速熱回火過程可以依序于同一機(jī)臺(tái)中進(jìn)行，也可以節(jié)省制造成本。
而且，利用離子植入法植入金屬離子，可以精確的控制植入能量與金屬離子植入基底的深度(也即，非晶硅區(qū)的深度)，因此本發(fā)明可以應(yīng)用于制作超淺接面的金氧半導(dǎo)晶體管。
此外，金屬離子的植入劑量可以自由控制，以形成具有較佳導(dǎo)電形式的金屬硅化物，且金屬離子的植入劑量可達(dá)1016離子/平方公分左右。
而且，金屬離子在植入的同時(shí)會(huì)撞擊到柵極導(dǎo)電層與源極/漏極區(qū)的表面，而在柵極導(dǎo)電層與源極/漏極區(qū)的表面形成非晶硅區(qū)。由于此非晶硅區(qū)與硅基底之間的介面(Interface)非常平滑(Smooth)，使后續(xù)形成的金屬。硅化物層與硅基底之間的介面也很平滑，因此可以有效控制后續(xù)形成的金屬硅化物的厚度和其均勻性，并且使金屬硅化物層不會(huì)產(chǎn)生尖峰效應(yīng)也不會(huì)太深入源極/漏極區(qū)，當(dāng)然就不會(huì)造成半導(dǎo)體的源極/漏極區(qū)產(chǎn)生接面漏電(Junction Leakage)的問題。
具體地講，本發(fā)明提供一種自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，包括下列步驟提供一基底，在該基底上已形成一柵極結(jié)構(gòu)以及一源極/漏極區(qū)；進(jìn)行一離子植入步驟，于該柵極結(jié)構(gòu)表面與該源極/漏極區(qū)表面植入一金屬離子；以及進(jìn)行一熱過程，使該金屬離子與該柵極結(jié)構(gòu)表面與該源極/漏極區(qū)表面的硅產(chǎn)生硅化反應(yīng)以于該柵極結(jié)構(gòu)表面和該源極/漏極區(qū)表面形成一金屬硅化物層。
所述的金屬離子包括耐火金屬離子。
所述的金屬離子包括鈷離子或鈦離子或鎳離子或鉑離子或鈀離子。
所述的熱過程還包括進(jìn)行一快速熱回火過程使該金屬硅化物層的電阻值降低。
本發(fā)明還提供一種自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，適用于制造超淺接面金氧半導(dǎo)體元器件，該方法包括下列步驟提供一基底，該基底上已形成一柵極介電層、一柵極導(dǎo)電層、一間隙壁以及一源極/漏極區(qū)；進(jìn)行一離子植入步驟，于該柵極導(dǎo)電層表面與該源極/漏極區(qū)表面植入一金屬離子，并于該柵極導(dǎo)電層表面與該源極/漏極區(qū)表面形成一非晶硅區(qū)，且該非晶硅區(qū)的深度為300埃至500埃左右；進(jìn)行一第一快速熱回火過程，使該非晶硅區(qū)中的該金屬離子與該柵極結(jié)構(gòu)表面和該源極/漏極區(qū)表面的硅產(chǎn)生硅化反應(yīng)，以于該柵極導(dǎo)電層表面與該源極/漏極區(qū)表面形成一第一金屬硅化物層；以及進(jìn)行一第二快速熱回火過程，使該第一金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成一第二金屬硅化物層，且該第二金屬硅化物層的電阻值低于該第一金屬硅化物層的電阻值。
所述的金屬離子包括耐火金屬離子。
所述的金屬離子包括鈷離子或鈦離子或鎳離子或鉑離子或鈀離子。
所述的第一快速熱回火過程的溫度包括450℃至600℃左右。
所述的第一金屬硅化物層包括高電阻相硅化鈷(CoSi)。
所述的第二快速熱回火過程的溫度包括600℃至850℃左右。
所述的第二金屬硅化物層包括低電阻相硅化鈷(CoSi2)。
所述的金屬離于的植入劑量在1016離子/平方公分左右。
此外，金屬硅化物層的結(jié)晶相在進(jìn)行快速熱回火過程時(shí)，也可以修復(fù)填補(bǔ)在金屬離子植入時(shí)所破壞的非晶硅區(qū)域，以防止隔離結(jié)構(gòu)(LOCOS)的鳥嘴漏電流(Bird’s Beak Leakage)。
為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)的說明如下。
首先請(qǐng)參照?qǐng)D2-1，提供一基底200，例如為硅基底，在此基底200上形成隔離結(jié)構(gòu)202，此隔離結(jié)構(gòu)202的形成方法例如是淺溝渠隔離法(Shallow Trench Isolation，STI)或局部區(qū)域熱氧化法(LocalOxidation，LOCOS)。
然后，于基底200上依序形成一層?xùn)艠O介電層204以及位于柵極介電層204上的一層?xùn)艠O導(dǎo)電層206。柵極介電層204的材質(zhì)例如是氧化硅，形成柵極介電層204的方法例如是熱氧化法(Thermal Oxidation)。柵極導(dǎo)電層206的材質(zhì)例如是摻雜多晶硅，形成摻雜多晶硅的方法例如是以臨場(chǎng)(In-situ)摻雜離子的方式，利用化學(xué)氣相沉積法(Chemical VaporDeposition，CVD)以形成之。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2-2，利用微影與蝕刻技術(shù)定義柵極導(dǎo)電層206以及柵極介電層204，以形成一柵極結(jié)構(gòu)。
然后，以柵極結(jié)構(gòu)為罩幕進(jìn)行一摻雜植入步驟208，以于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底200中形成源極/漏極區(qū)210，形成源極/漏極區(qū)210的方法例如是離子植入法。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2-3，于柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成間隙壁212。間隙壁212的材質(zhì)例如是氧化硅或氮化硅，形成間隙壁112的步驟例如是先在整個(gè)基底200上沉積一層共形的介電層(未圖示)，接著移除部分介電層，僅在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上留下間隙壁212。其中，移除部分介電層的方法例如是非等向性蝕刻法(Anisotropic Etching)，包括反應(yīng)性離子蝕刻法(Reactive Ion Etching)。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2-4，進(jìn)行一離子植入步驟214，于柵極導(dǎo)電層206與源極/漏極區(qū)210的表面植入金屬離子，并且于柵極導(dǎo)電層206與源極/漏極區(qū)210的表面形成一非晶硅區(qū)216。植入柵極導(dǎo)電層206與源極/漏極區(qū)210的金屬離子例如是鈷離子，其中金屬離子的植入深度(也即，非晶硅區(qū)216的深度)例如是300埃至500埃左右，植入劑量可達(dá)1016離子/平方公分左右。
由于利用離子植入法將鈷離子植入柵極導(dǎo)電層206與源極/漏極區(qū)210的表面，且鈷離子在植入的同時(shí)會(huì)撞擊柵極導(dǎo)電層206與源極/漏極區(qū)210的表面，而使得柵極導(dǎo)電層206與源極/漏極區(qū)210的表面會(huì)因?yàn)殁掚x子的撞擊而形成非晶硅區(qū)216。由于此非晶硅區(qū)206與源極/漏極區(qū)210的間的介面非常平滑，使得后續(xù)形成的金屬硅化物層與源極/漏極區(qū)210的間的介面也狠平滑，因此可以防止后續(xù)形成的金屬硅化物層產(chǎn)生尖峰效應(yīng)，并且使得金屬硅化物層也不會(huì)太深入源極/漏極區(qū)210。
而且，由于金屬離子是以離子植入法植入基底200中，可以精確的控制植入能量以及金屬離子植入基底200的深度(也即，非晶硅區(qū)216的深度)，并且能夠有效控制后續(xù)形成的金屬硅化物的厚度和其均勻性，因此可以應(yīng)用于制作超淺接面(Ultra Shallow Junction)的金氧半場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)，而且金屬硅化物層不會(huì)產(chǎn)生尖峰效應(yīng)，當(dāng)然就不會(huì)造成半導(dǎo)體的源極/漏極區(qū)210產(chǎn)生接面漏電(Junction Leakage)的問題。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2-5，進(jìn)行第一快速熱回火過程(Rapid ThermalAnnealing，RIA)，此第一快速熱回火過程的溫度例如是450℃至600℃左右，使柵極導(dǎo)電層206與源極/漏極區(qū)210表面的非晶硅區(qū)216中的鈷離子與硅產(chǎn)生硅化反應(yīng)成高電阻相硅化鈷(CoSi)而形成金屬硅化物層218。由于此非晶硅區(qū)216與源極/漏極區(qū)210之間的介面非常平滑，因此金屬硅化物層218與源極/漏極區(qū)210之間的介面也很平滑，且金屬硅化物層218的厚度可以利用非晶硅區(qū)216的深度來控制。
之后，請(qǐng)參照?qǐng)D2-6，進(jìn)行第二快速熱回火過程，此第二快速熱回火過程的溫度例如是600℃至850℃左右，使高電阻相硅化鈷(CoSi)轉(zhuǎn)變成低電阻相硅化鈷(CoSi2)而形成金屬硅化物層220。由于金屬硅化物層218與源極/漏極區(qū)210之間的介面狠平滑，而金屬硅化物層220是由金屬硅化物層218轉(zhuǎn)變而來的，因此金屬硅化物層220與源極/漏極區(qū)210之間的介面也很平滑，不會(huì)產(chǎn)生尖峰效應(yīng)，且金屬硅化物層220的厚度也可以利用非晶硅區(qū)216的深度來控制。
由上述本發(fā)明的較佳實(shí)施例可知，本發(fā)明是使用離子植入技術(shù)將金屬離子打入硅基底，再利用兩次快速熱回火過程以制造出細(xì)長(zhǎng)、均勻、且高導(dǎo)電性的金屬硅化物層。
由于不必以濺鍍法或物理氣相沉積法形成一層金屬層，因此可以省去移除金屬層的步驟，當(dāng)然就不需要移除金屬層的機(jī)臺(tái)。而且，第一快速熱回火過程與第二快速熱回火過程可以依序于同一機(jī)臺(tái)中進(jìn)行，因此可以節(jié)省制造成本。
此外，利用離子植入法植入金屬離子，可以精確的控制植入能量與金屬離子植入基底的深度(也即，非晶硅區(qū)的深度)，因此本發(fā)明可以應(yīng)用于制作超淺接面的金氧半場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)。
另外，金屬離子的植入劑量可以自由控制，以形成具有較佳導(dǎo)電形式的金屬硅化物，且金屬離子的植入劑量可達(dá)1016離子/平方公分左右。
而且，金屬離子在植入的同時(shí)會(huì)撞擊到柵極導(dǎo)電層與源極/漏極區(qū)的表面，而在柵極導(dǎo)電層與源極/漏極區(qū)的表面形成非晶硅區(qū)。由于此非晶硅區(qū)與硅基底之間的介面非常平滑，使得后續(xù)形成的金屬硅化物層與硅基底之間的介面也很平滑，因此可以有效控制后續(xù)形成的金屬硅化物的厚度和其均勻性，而且金屬硅化物層不會(huì)產(chǎn)生尖峰效應(yīng)也不會(huì)太深入源極/漏極區(qū)，當(dāng)然就不會(huì)造成半導(dǎo)體的源極/漏極區(qū)產(chǎn)生接面漏電(JunctionLeakage)的問題。
此外，金屬硅化物層的結(jié)晶相在進(jìn)行快速熱回火過程時(shí)，也可以修復(fù)填補(bǔ)在金屬離子植入時(shí)所破壞的非晶硅區(qū)域，以防止隔離結(jié)構(gòu)(LOCOS)的鳥嘴漏電流(Bird’s Beak Leakage)。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中是以金屬鈷離子為例子做說明，當(dāng)然本發(fā)明也可以適用于其他耐熱金屬(RefractoryMetal)離子，例如是鈦、鎳、鉑或是鈀。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于，該方法包括下列步驟提供一基底，在該基底上已形成一柵極結(jié)構(gòu)以及一源極/漏極區(qū)；進(jìn)行一離子植入步驟，于該柵極結(jié)構(gòu)表面與該源極/漏極區(qū)表面植入一金屬離子；以及進(jìn)行一熱過程，使該金屬離子與該柵極結(jié)構(gòu)表面與該源極/漏極區(qū)表面的硅產(chǎn)生硅化反應(yīng)以于該柵極結(jié)構(gòu)表面和該源極/漏極區(qū)表面形成一金屬硅化物層。
2.如權(quán)利要求1所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的金屬離子包括耐火金屬離子。
3.如權(quán)利要求1所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的金屬離子包括鈷離子或鈦離子或鎳離子或鉑離子或鈀離子。
4.如權(quán)利要求1所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的熱過程還包括進(jìn)行一快速熱回火過程使該金屬硅化物層的電阻值降低。
5.一種自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，適用于制造超淺接面金氧半導(dǎo)體元器件，其特征在于，該方法包括下列步驟提供一基底，該基底上已形成一柵極介電層、一柵極導(dǎo)電層、一間隙壁以及一源極/漏極區(qū)；進(jìn)行一離子植入步驟，于該柵極導(dǎo)電層表面與該源極/漏極區(qū)表面植入一金屬離子，并于該柵極導(dǎo)電層表面與該源極/漏極區(qū)表面形成一非晶硅區(qū)，且該非晶硅區(qū)的深度為300埃至500埃左右；進(jìn)行一第一快速熱回火過程，使該非晶硅區(qū)中的該金屬離子與該柵極結(jié)構(gòu)表面和該源極/漏極區(qū)表面的硅產(chǎn)生硅化反應(yīng)，以于該柵極導(dǎo)電層表面與該源極/漏極區(qū)表面形成一第一金屬硅化物層；以及進(jìn)行一第二快速熱回火過程，使該第一金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成一第二金屬硅化物層，且該第二金屬硅化物層的電阻值低于該第一金屬硅化物層的電阻值。
6.如權(quán)利要求5所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的金屬離子包括耐火金屬離子。
7.如權(quán)利要求5所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的金屬離子包括鈷離子或鈦離子或鎳離子或鉑離子或鈀離子。
8.如權(quán)利要求7所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的第一快速熱回火過程的溫度包括450℃至600℃左右。
9.如權(quán)利要求7所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的第一金屬硅化物層包括高電阻相硅化鈷(CoSi)。
10.如權(quán)利要求7所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的第二快速熱回火過程的溫度包括600℃至850℃左右。
11.如權(quán)利要求7所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的第二金屬硅化物層包括低電阻相硅化鈷(CoSi2)。
12.如權(quán)利要求5所述的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，其特征在于所述的金屬離子的植入劑量在1016離子/平方公分左右。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的制造方法，此方法是依序先于基底上形成柵極結(jié)構(gòu)與源極/漏極區(qū)。之后，再進(jìn)行離子植入步驟，以于柵極結(jié)構(gòu)表面與源極/漏極區(qū)表面植入金屬離子。然后進(jìn)行兩次熱處理過程，使金屬離子與柵極結(jié)構(gòu)表面與源極/漏極區(qū)表面的硅產(chǎn)生硅化反應(yīng)而于柵極結(jié)構(gòu)表面和源極/漏極區(qū)表面形成高導(dǎo)電性的金屬硅化物層。其中，金屬離子可為鈷、鈦、鎳、鉑或是鈀。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1453837SQ0211819
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2002年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月24日
發(fā)明者廖文翔 申請(qǐng)人:華邦電子股份有限公司