專(zhuān)利名稱(chēng)：硅化物接觸和硅化物柵金屬集成的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體襯底上制造電路器件，以及尤其涉及一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管制造方法，用于形成硅化物接觸以及硅化物金屬柵。
背景技術(shù)：
貫穿現(xiàn)有技術(shù)，金屬柵集成對(duì)CMOS晶體管以傳統(tǒng)工藝流程已經(jīng)證明非常難完成。在對(duì)源/漏(S/D)結(jié)激活退火所需要的高溫工藝中，大部分金屬柵材料與柵電介質(zhì)反應(yīng)。使金屬柵疊層免于受到高溫退火需要已經(jīng)導(dǎo)致了發(fā)展“柵最后”或“替代柵”工藝，最后制造柵疊層并在接下來(lái)的工藝過(guò)程中保持在500℃下。盡管現(xiàn)有技術(shù)的替代柵工藝增加了用于金屬柵的材料選擇數(shù)目，工藝復(fù)雜性及成本都增加了。
共同轉(zhuǎn)讓美國(guó)申請(qǐng)No.10/300,165，申請(qǐng)于11月20日，2002年描述了一個(gè)用于在傳統(tǒng)CMOS晶體管工藝流程中形成一個(gè)金屬柵硅化物的方法，其中沒(méi)有使用“替代柵”工藝。在該可選的方法中，增加的工藝步驟數(shù)目已經(jīng)降低到最小，從而保持了最小復(fù)雜性并降低了成本。
避免“替代柵”工藝是一個(gè)大進(jìn)步。在‘165申請(qǐng)中描述的可選方法的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的物理氣相淀積方法淀積金屬用于形成硅化物金屬柵。既然在‘165申請(qǐng)中金屬?zèng)]有在柵電介質(zhì)上直接淀積，不需要化學(xué)氣相淀積(CVD)或原子層淀積(ALD)，它們排除了使用等離子體，能夠保持柵電介質(zhì)的損壞到最小。
另外的優(yōu)點(diǎn)是在硅化物金屬柵形成后容易鈍化柵電介質(zhì)。氫容易通過(guò)硅化物擴(kuò)散，允許在傳統(tǒng)的爐退火工藝中進(jìn)行鈍化。
目前的CMOS技術(shù)使用硅化物作為與器件的源/漏(S/D)以及柵區(qū)的接觸。目前使用的低電阻和接觸電阻硅化物的實(shí)例是C54相的TiSi2，CoSi2和NiSi。所有的這三種硅化物使用自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝(即一種salicide工藝)集成。該工藝包括覆蓋淀積金屬(Ti，Co或Ni)與一個(gè)蓋帽層(例如TiN，Ti或W)，在第一低溫下退火以形成第一硅化物相(即C49相的TiSi2，CoSi2或NiSi)，選擇濕法刻蝕蓋帽層和不與硅接觸的未反應(yīng)金屬，在第二高溫下退火以形成低電阻金屬硅化物相(C54相的TiSi2和CoSi2)。對(duì)于低電阻的NiSi，不需要第二退火。
對(duì)Ni硅化物的另外方法是在第一退火中形成一個(gè)金屬富Ni硅化物，接著在第二退火中形成NiSi。這些特殊的硅化物的優(yōu)點(diǎn)是它們可以使用自對(duì)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)，避免額外的光刻步驟。
考慮到上面，仍然存在提供一個(gè)集成方法的需要，即硅化物接觸到S/D區(qū)和柵區(qū)，以及可以集成金屬硅化物。另外，存在提供多硅化物相或硅化物類(lèi)型可以實(shí)現(xiàn)柵金屬和接觸的集成方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一個(gè)CMOS硅化物金屬集成方案，允許使用自對(duì)準(zhǔn)工藝(salicide)以及一步和幾步光刻工藝集成硅接觸(S/D和柵)和金屬硅化物柵。本發(fā)明的集成方案降低了制造包括硅化物接觸和金屬硅化物柵的CMOS結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和成本。
本發(fā)明的集成方案還允許在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上淀積兩層或更多不同厚度的金屬，使得在某些CMOS晶體管上形成一個(gè)較薄的硅化物金屬并用于形成柵接觸，而在其它CMOS晶體管上一個(gè)較厚的硅化物金屬并用于形成金屬硅化物柵。本發(fā)明的集成方案還可以用于通過(guò)改變金屬淀積厚度以形成多相金屬硅化物柵，這樣在金屬柵形成過(guò)程中含有不同的金屬存在量。
本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是集成方案可以用于形成多硅化物類(lèi)型的接觸和金屬硅化物柵。
作為不同相的一個(gè)實(shí)例，通過(guò)改變Ni的厚度一些金屬硅化物柵可以含有一個(gè)金屬富相，而其它的可以含有NiSi相。作為不同硅化物類(lèi)型的一個(gè)實(shí)例，CoSi2可以用作一些器件接的觸，它們柵主要是摻雜的多晶硅，頂部是硅化物接觸，NiSi可以用作在其它器件上的金屬硅化物柵，在這些器件上所有的柵多晶硅已經(jīng)被消耗掉。
本發(fā)明的方法開(kāi)始于提供一個(gè)平面化的結(jié)構(gòu)，包括位于一個(gè)半導(dǎo)體襯底上的多個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)。暴露每個(gè)圖形化多晶硅柵的上表面，即多晶硅柵導(dǎo)體。在初始結(jié)構(gòu)中，每個(gè)CMOS晶體管包括多晶硅柵區(qū)即硅化的源/漏區(qū)。
提供這樣的結(jié)構(gòu)后，包括第一金屬含有層和第一蓋帽層的第一雙層淀積在平面化的結(jié)構(gòu)上面，該結(jié)構(gòu)包括暴露的每個(gè)圖形化多晶硅柵的上表面。
然后，包括第一雙層的該結(jié)構(gòu)使用光刻形成圖形以暴露一些多晶硅柵，而留下其它多晶硅柵保護(hù)起來(lái)。包括第二金屬含有層和第二蓋帽層的第二雙層然后形成在結(jié)構(gòu)上面。第二金屬含有層直接形成在暴露的多晶硅柵上面。
依賴于第一第二金屬含有層的厚度以及在這些層中使用的金屬類(lèi)型，我們可以設(shè)計(jì)存在于最后柵結(jié)構(gòu)的各層。這樣不同的硅化物類(lèi)型和相可以形成用于柵與多晶硅及金屬柵的接觸。
然后進(jìn)行一個(gè)自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝，導(dǎo)致第一和第二金屬含有層與下面的硅含有層之間的反應(yīng)，這樣隨之形成硅化物柵接觸和金屬硅化物柵。


圖1是表示初始平面化結(jié)構(gòu)的圖示顯示(通過(guò)截面圖)，該結(jié)構(gòu)包括多個(gè)含有硅化的S/D區(qū)的多晶硅柵區(qū)。
圖2是表示包括第一雙層的圖1結(jié)構(gòu)的圖示顯示(通過(guò)截面圖)，該雙層包括第一金屬含有層和第一蓋帽層。
圖3是表示選擇圖形化第一雙層，暴露預(yù)選擇的圖形化多晶硅區(qū)之后，圖2所示結(jié)構(gòu)的圖示顯示(通過(guò)截面圖)。
圖4是表示選擇圖形化第二雙層，暴露預(yù)選擇的圖形化多晶硅區(qū)之后，圖3所示結(jié)構(gòu)的圖示顯示(通過(guò)截面圖)。
圖5是表示完成自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝形成硅化物接觸和柵之后結(jié)構(gòu)的圖示顯示(通過(guò)截面圖)。
具體實(shí)施例方式
參考圖1-5，是在本發(fā)明各個(gè)階段中的一個(gè)半導(dǎo)體CMOS結(jié)構(gòu)的截面圖。盡管附圖示出了存在兩個(gè)多晶硅柵(即含有pFET和nFET晶體管的一個(gè)CMOS晶體管結(jié)構(gòu))，本發(fā)明并不局限于這樣數(shù)目的多晶硅柵。相反，本發(fā)明集成工藝適用于任何數(shù)目的多晶硅柵。因此，可以根據(jù)一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)給出多個(gè)多晶硅柵。
應(yīng)該注意到圖1-5示出了本發(fā)明的一個(gè)可能的實(shí)施例，其中第一金屬含有層是一個(gè)薄層，用于形成硅化物金屬柵接觸，第二金屬含有層是一個(gè)厚金屬層，用于形成金屬硅化物柵，盡管示出了該實(shí)施例，本發(fā)明還可以通過(guò)改變淀積在每個(gè)雙層中的金屬厚度和類(lèi)型來(lái)進(jìn)行修改。這樣使得能夠使用硅化物柵接觸和硅化物金屬柵的不同類(lèi)型和相。
圖1示出了本發(fā)明使用的一個(gè)初始平面化結(jié)構(gòu)。特別地，圖1中所示的初始平面化結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底10，含有在那里形成隔離區(qū)12和硅化的源/漏接觸26。本發(fā)明的初始平面化結(jié)構(gòu)還包括多個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)18，每一個(gè)包括一個(gè)柵電介質(zhì)14和一個(gè)多晶硅柵導(dǎo)體16，位于半導(dǎo)體襯底10上。每個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)18還包括至少一個(gè)形成在每個(gè)柵區(qū)側(cè)壁的襯墊20。在附圖中示出了兩個(gè)襯墊22，24。
平面化結(jié)構(gòu)還包括一個(gè)平面化疊層28，包括第一電介質(zhì)30和第二電介質(zhì)32，位于半導(dǎo)體襯底10上鄰接圖形化多晶硅柵區(qū)18的區(qū)域。第二電介質(zhì)32包括一個(gè)上表面，與每個(gè)圖形化多晶硅柵區(qū)18的上表面共面，即每個(gè)多晶硅柵導(dǎo)體16的上表面。
圖1所示的初始結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底10包括任何半導(dǎo)體材料，包括但不局限于Si，Ge，SiGe，SiC，SiGeC，Ga，GaAs，InAs，InP和所有其它III/V族化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體襯底10還包括一個(gè)層狀半導(dǎo)體例如Si/SiGe，絕緣層上的硅(SOI)或絕緣層上的SiGe(SGOI)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，優(yōu)選半導(dǎo)體襯底10包括一個(gè)硅含有半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體襯底10可以摻雜的，未摻雜，或者其中含有摻雜和未摻雜區(qū)。
在圖1中，參考數(shù)字11a指第一摻雜(n或p)區(qū)，參考數(shù)字11b指第二摻雜(n或p)區(qū)。第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)可以相同，或它們可以具有不同的導(dǎo)電性。這些I/I摻雜區(qū)通稱(chēng)“阱”。
然后在半導(dǎo)體襯底10中形成隔離區(qū)12。隔離區(qū)12可以為所示的溝隔離區(qū)，或者場(chǎng)氧化物隔離區(qū)。溝隔離區(qū)使用傳統(tǒng)溝隔離工藝形成，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的。例如，可以使用光刻，刻蝕并使用溝電介質(zhì)填充溝來(lái)形成溝隔離區(qū)?？蛇x的，在溝填充前可以在溝中形成一個(gè)襯片，在溝填充后可以進(jìn)行一個(gè)致密化步驟以及還可以在溝填充后進(jìn)行平面化工藝。場(chǎng)氧化物區(qū)可以使用所謂硅局域氧化工藝形成。
半導(dǎo)體襯底10中形成隔離區(qū)12后，在整個(gè)表面上形成柵電介質(zhì)14，包括半導(dǎo)體襯底10和隔離區(qū)12上面，如果該區(qū)是淀積的電介質(zhì)的話。柵電介質(zhì)14可以通過(guò)熱生長(zhǎng)工藝形成，例如氧化，氮化或氧氮化?？蛇x地，柵電介質(zhì)14可以使用淀積工藝形成，例如化學(xué)氣相淀積(CVD)，等離子輔助CVD，原子層淀積(ALD)，蒸發(fā)，反應(yīng)濺射，化學(xué)溶液淀積以及其它類(lèi)似淀積工藝。柵電介質(zhì)14還可以使用上面工藝的任何組合形成。
柵電介質(zhì)14包括一個(gè)絕緣材料，包括但不局限于氧化物，氮化物，氧氮化物和/或硅酸鹽。在一個(gè)實(shí)施例中，柵電介質(zhì)14優(yōu)選包括一種氧化物，例如SiO2，HfO2，ZrO2，Al2O3，TiO2，La2O3，SrTiO3，LaAlO3，以及它們的混合物，包括添加硅和氮。
柵電介質(zhì)14的物理厚度可以改變，但是典型地柵電介質(zhì)14的厚度從0.5-10nm，更典型厚度為0.5-3nm。
形成柵電介質(zhì)14后，一個(gè)多晶硅16(即polySi)覆蓋層形成在柵電介質(zhì)14上，使用已知的淀積工藝?yán)缥锢須庀嗟矸e(PVD)，CVD或蒸發(fā)。多晶硅16覆蓋層可以摻雜或不摻雜。如果摻雜，可以使用一個(gè)實(shí)時(shí)摻雜淀積工藝來(lái)形成同樣的摻雜。作為選擇，一個(gè)摻雜的多晶硅層16可以通過(guò)淀積，離子注入和退火形成。
多晶硅16層的摻雜將移動(dòng)形成的硅化物柵的功函數(shù)。示例的摻雜離子實(shí)例包括As，P，B，Sb，Bi，In，Al，Tl，Ga或它們的混合物。本發(fā)明在該點(diǎn)多晶硅層16的厚度，即高度可以依賴于使用的淀積工藝而變化。典型地，多晶硅16層垂直厚度從大約20到大約180nm，更典型厚度從40到150nm。
然后通過(guò)光刻和刻蝕圖形化覆蓋多晶硅層16(以及可選的柵電介質(zhì)14)，使得提供圖形化的多晶硅柵區(qū)18。圖形化的多晶硅柵區(qū)18可以含有相同的尺寸，例如長(zhǎng)度，或者它們可以含有可變的尺寸以改進(jìn)器件性能。光刻步驟包括在覆蓋淀積多晶硅層16上表面涂上光致抗蝕劑，在輻照下以需要的圖形暴露光致抗蝕劑，并使用傳統(tǒng)抗蝕劑顯影液顯影暴露的光致抗蝕劑。然后使用干法刻蝕工藝將光致抗蝕劑中的圖形轉(zhuǎn)移到多晶硅覆蓋層16。完成刻蝕后去除圖形化的光致抗蝕劑。在一些實(shí)施例中，在光致抗蝕劑形成前可以形成一個(gè)硬掩膜，并用于圖形化多晶硅覆蓋層16。
在本發(fā)明中可以使用合適的干法刻蝕工藝形成圖形化的多晶硅柵18，包括但不局限于反應(yīng)離子刻蝕，離子束刻蝕，等離子刻蝕或激光燒蝕。使用的干法刻蝕工藝典型地選擇下面的柵電介質(zhì)14，因此該刻蝕步驟典型地不去除柵電介質(zhì)14。在一些實(shí)施例中，然而可以使用該刻蝕步驟去除沒(méi)有被圖形化的多晶硅柵區(qū)18保護(hù)的部分柵電介質(zhì)14。
然后，至少一個(gè)襯墊20形成于每個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)18的暴露側(cè)壁上。至少一個(gè)襯墊20包括一個(gè)絕緣體例如氧化物，氮化物，氧氮化物和/或它們的任何組合。至少一個(gè)襯墊20通過(guò)淀積和刻蝕形成。在附圖中示例了兩個(gè)襯墊。
具體地，圖1示出了一個(gè)結(jié)構(gòu)，包括含有第一寬度的第一襯墊22，以及含有第二寬度的第二襯墊24，其中第一寬度比第二寬度窄。在另一個(gè)實(shí)施例中，二襯墊方案由單襯墊代替，其中該單襯墊是一個(gè)寬度基本上等于第一和第二襯墊寬度的寬襯墊，如圖1所示。
當(dāng)使用第一和第二襯墊，第一和第二襯墊包括不同絕緣體。例如，第一襯墊22可以包括SiO2而第二襯墊24可以包括Si3N4。
襯墊的寬度必須足夠?qū)捠沟迷?漏硅化物接觸(將隨后形成的)不侵蝕下面的多晶硅柵導(dǎo)體16的邊緣進(jìn)入晶體管的溝道區(qū)。典型地，當(dāng)襯墊在底測(cè)得的寬度約20-80nm時(shí)，源/漏硅化物接觸不侵蝕下面的柵疊層。
當(dāng)形成襯墊后，源/漏擴(kuò)散區(qū)(未明確示出)進(jìn)入襯底形成。源/漏擴(kuò)散區(qū)使用離子注入和一個(gè)退火步驟形成。退火步驟用作激活前面注入步驟注入的摻雜劑。離子注入和退火條件對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的。
然后，如果先前沒(méi)有去掉，柵電介質(zhì)14的暴露部分使用選擇去除柵電介質(zhì)14的化學(xué)刻蝕工藝去除。該刻蝕步驟停止于半導(dǎo)體襯底10上表面以及隔離區(qū)12的上表面。盡管任何可以使用化學(xué)刻蝕劑去除柵電介質(zhì)14的暴露部分，在一個(gè)實(shí)施例中使用稀釋的氫氟酸(DHF)。
然后使用一個(gè)硅化物工藝形成源/漏(S/D)硅化物接觸26，包括在包括源/漏擴(kuò)散區(qū)的半導(dǎo)體襯底10暴露的表面上淀積一種金屬的步驟，第一退火形成金屬硅化物，選擇刻蝕任何未反應(yīng)的金屬，以及如果需要的化進(jìn)行第二退火步驟。在多晶硅柵區(qū)16上可以使用一個(gè)絕緣蓋帽層以阻止在S/D硅化步驟過(guò)程中的柵硅化。
當(dāng)半導(dǎo)體襯底10不包括硅時(shí)，一層硅(未示出)可以生長(zhǎng)在半導(dǎo)體襯底10暴露的表面上，并且可以用于形成源/漏硅化物接觸26。
用于形成源/漏硅化物接觸26的金屬包括任何適合與硅反應(yīng)形成金屬硅化物的金屬。這樣金屬的實(shí)例包括但不局限于Ti，Ta，W，Co，Ni，Pt，Pd及它們的合金。在一個(gè)實(shí)施例中，Co是一個(gè)優(yōu)選金屬。在這個(gè)實(shí)施例中，需要第二退火步驟。在另一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選Ni或Pt。在該實(shí)施例中，典型地不進(jìn)行第二退火步驟。
金屬可以使用傳統(tǒng)的淀積工藝淀積，例如濺射，化學(xué)氣相淀積，蒸發(fā)，化學(xué)溶液淀積，電鍍等。
第一退火典型地在比第二退火步驟更低的溫度下進(jìn)行。典型地，可以或不能形成高電阻硅化物相材料的第一退火步驟在約300-600℃下使用連續(xù)加熱方式或者各種傾斜和均熱加熱循環(huán)進(jìn)行。更優(yōu)選地，第一退火步驟在約350-550℃下進(jìn)行。第二退火步驟在約600-800℃下使用連續(xù)加熱方式或者各種傾斜和均熱加熱循環(huán)進(jìn)行。更優(yōu)選地，第一退火步驟在約650-750℃下進(jìn)行。第二退火典型地將高電阻硅化物轉(zhuǎn)化成較低電阻的硅化物相。
自對(duì)準(zhǔn)硅化物退火在氣體氣氛下進(jìn)行，例如He，Ar，N2或合成氣體。源/漏硅化物接觸退火步驟可以使用不同氣氛，或者退火步驟可以在相同氣氛下進(jìn)行。例如，He可以用于兩個(gè)退火步驟，或者He可以用于第一退火步驟而一種合成氣體可以用于第二退火步驟。
選擇刻蝕步驟包括任何傳統(tǒng)刻蝕工藝，可以選擇去除未反應(yīng)的金屬。實(shí)例包括使用硫酸/雙氧水的濕法刻蝕。
圖形化的電介質(zhì)疊層28包括第一電介質(zhì)層30以及然后提供的第二電介質(zhì)層32。第一電介質(zhì)層30作為刻蝕停止層，而第二電介質(zhì)層32用作內(nèi)層水平的電介質(zhì)。圖形化的電介質(zhì)疊層28的第一和第二電介質(zhì)層包括不同的絕緣材料，例如包括氧化物，氮化物及氧氮化物。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)疊層的第一電介質(zhì)層30包括Si3N4，而第二電介質(zhì)層32包括SiO2。如圖所示，圖形化的電介質(zhì)疊層28覆蓋隔離區(qū)12，源/漏區(qū)硅化物接觸26，而留下每個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)20上表面暴露出來(lái)。特別地，暴露的上表面是多晶硅柵導(dǎo)體16的上表面。
第一電介質(zhì)層30和第二電介質(zhì)層32使用相同或不同電解工藝形成。能夠用于形成電介質(zhì)疊層的層30和32的合適淀積工藝的實(shí)例包括但不局限于化學(xué)氣相淀積，原子層淀積，物理氣相淀積，化學(xué)溶液淀積，蒸發(fā)以及其它類(lèi)似淀積工藝。在平面化之前的電介質(zhì)疊層的初始厚度可以變化，但是厚度必須比多晶硅柵區(qū)20的厚度要大。
形成第一和第二電介質(zhì)層之后，使用傳統(tǒng)的平面化工藝平面化第二電介質(zhì)層32，包括化學(xué)機(jī)械拋光和/或研磨。
然后，例如圖2中所示的在圖1所示的整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成第一雙層34。第一雙層34包括第一金屬含有層36和第一蓋帽層38。如圖2所示，第一金屬含有層36首先形成其后形成第一蓋帽層38。依賴于第一金屬含有層36的厚度，在本發(fā)明中第一金屬含有層36可以用于形成或者硅化物柵接觸或者硅化物金屬柵。
第一雙層34的第一金屬含有層36包括適合于與多晶硅反應(yīng)形成一個(gè)金屬硅化物的任何金屬。這樣的金屬的實(shí)例包括但不局限于Ni，Co，Pt，Ti，W，Mo，Ta或它們的合金。這些金屬的疊層也可以用作第一金屬含有層36。在這些各種金屬中優(yōu)選使用Co或Ni。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，第一金屬含有層36含有的金屬可以包括一種合金添加劑，能夠加強(qiáng)金屬硅化物的形成?？梢杂糜诒景l(fā)明的合金添加劑實(shí)例包括C，Al，Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Ge，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，In，Sn，Hf，Ta，W，Re，Ir，Pt或它們的混合物，附帶條件是合金添加劑與第一金屬含有層36中的金屬不同。如果存在的化，合金添加劑含有的量是大約0.1-50原子百分比。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一雙層34的第一金屬含有層36是一個(gè)薄層，厚度典型約5-15nm，更典型的厚度約8-12nm。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一雙層34的第一金屬含有層36厚度典型約5-100nm，更典型的厚度約10-60nm。
第一雙層34的第一金屬含有層36使用任何傳統(tǒng)淀積工藝形成，例如濺射，化學(xué)氣相淀積，蒸發(fā)，化學(xué)溶液淀積，電鍍等。
形成于第一金屬含有層36上的第一雙層34的第一蓋帽層38，包括任何可以阻止氧進(jìn)入下面用于形成硅化物的金屬的材料。這種蓋帽層示例的實(shí)例包括TiN，W或Ti。第一蓋帽層38典型厚度約5-50nm，更典型的厚度約10-25nm。第一蓋帽層38使用傳統(tǒng)淀積工藝形成，例如物理氣相淀積或化學(xué)氣相淀積。
然后在圖2所示的結(jié)構(gòu)上涂上光致抗蝕劑，然后涂上的光致抗蝕劑進(jìn)行光刻，提供一個(gè)圖形化的光致抗蝕劑40(見(jiàn)圖3)，暴露部分的第一雙層34，覆蓋預(yù)選的圖形化多晶硅柵20，而保護(hù)了其它的圖形化多晶硅柵20。然后去除暴露的材料，即覆蓋預(yù)選圖形化多晶硅柵的第一雙層34，以暴露每個(gè)圖形化多晶硅柵20的至少一個(gè)多晶硅含有表面。特別地，第一蓋帽層38的暴露部分首先去除掉，然后去除下面的第一金屬含有層36。
去除過(guò)程使用濕法刻蝕工藝進(jìn)行，選擇去除第一蓋帽層38的暴露部分，然后是下面的第一金屬含有層36，而停止于下面的多晶硅柵16以及第二電介質(zhì)32的一個(gè)表面上。作為實(shí)例，濕法刻蝕工藝可以包括使用一種刻蝕劑，包括20份H2O，1份H2O2以及一份HCl。注意濕法刻蝕工藝應(yīng)該選擇去除暴露的第一蓋帽層38以及下面的第一金屬含有層36，而不導(dǎo)致破壞圖形化的光致抗蝕劑40。
圖3示出了濕法刻蝕工藝后形成的結(jié)構(gòu)。在示例的結(jié)構(gòu)中，暴露一個(gè)預(yù)選的多晶硅柵20的一個(gè)多晶硅含有表面，而其它柵區(qū)由覆蓋的光致抗蝕劑40保護(hù)。
在未示出的一個(gè)可選實(shí)施例中，在結(jié)構(gòu)上形成光致抗蝕劑前，在第一蓋帽層38上形成一低溫氧化物(LTO)。由光刻圖形化光致抗蝕劑后，使用濕法HF刻蝕從暴露的預(yù)選多晶硅柵區(qū)去除LTO。光致抗蝕劑去除后，LTO用作使用濕法刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕工藝去除暴露的第一蓋帽層38和下面的第一金屬含有層36的硬掩膜。
當(dāng)在預(yù)選多晶硅柵區(qū)20上刻蝕暴露的第一蓋帽層38和下面的第一金屬含有層36完成之后，圖形化的光致抗蝕劑40或LTO使用傳統(tǒng)剝離工藝去除掉，這對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的。
在本發(fā)明的該點(diǎn)，每個(gè)預(yù)選多晶硅柵20的暴露的多晶硅表面16應(yīng)該清洗使得去除暴露的多晶硅表面上的氧化物。本發(fā)明可以使用適合去除硅氧化物的任何清洗工藝。這樣的清洗工藝的一個(gè)實(shí)例是稀釋的氫氟酸。
圖4示出了在圖3所示的結(jié)構(gòu)上形成第二雙層之后的結(jié)構(gòu)。第二雙層42包括一個(gè)第二金屬含有層44和一個(gè)第二蓋帽層46。如圖4所示，第二金屬含有層44首先形成然后形成第二蓋帽層46。本發(fā)明中第二金屬含有層44可以用于形成或者硅化物柵接觸或者硅化物金屬柵。
第二雙層42的第二金屬含有層44包括任何適合于與多晶硅反應(yīng)形成一個(gè)金屬硅化物的任何金屬。第二金屬含有層44可以與第一金屬含有層36包括相同或不同的金屬。這樣用于第二金屬含有層44的金屬的實(shí)例包括但不局限于Ni，Co，Pt，Ti，W，Mo，Ta或它們的合金。本發(fā)明還可以使用這些金屬的疊層作為第二金屬含有層44。在這些各種金屬中優(yōu)選使用Co或Ni用作第二金屬含有層44。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，第二金屬含有層44含有的金屬可以包括一種合金添加劑，能夠加強(qiáng)金屬硅化物的形成?？梢杂糜诒景l(fā)明的合金添加劑實(shí)例包括C，Al，Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Ge，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，In，Sn，Hf，Ta，W，Re，Ir，Pt或它們的混合物，附帶條件是合金添加劑與第二金屬含有層44中的金屬不同。如果存在的化，合金添加劑含有的量是約0.1-50原子百分比。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第二金屬含有層44厚度比第一金屬含有層36的厚度要厚。在該實(shí)施例中，第二金屬含有層44厚度約5-100nm，更典型的厚度約10-60nm。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第二金屬含有層44厚度比第一金屬含有層36的厚度要厚。在該實(shí)施例中，第二金屬含有層44厚度約5-15nm，更典型的厚度約8-12nm。
仍然在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第二金屬含有層44厚度基本上等于第一金屬含有層36的厚度。
第二金屬含有層44使用任何傳統(tǒng)淀積工藝形成，包括例如濺射，化學(xué)氣相淀積，蒸發(fā)，化學(xué)溶液淀積，電鍍等。
第二雙層42的第二蓋帽層46，包括任何可以阻止氧進(jìn)入下面用于形成硅化物的金屬的材料。這種蓋帽層示例的實(shí)例包括TiN，W或Ti。第二蓋帽層46典型厚度約5-50nm，更典型的厚度約10-25nm。第二蓋帽層46使用傳統(tǒng)淀積工藝形成，例如物理氣相淀積或化學(xué)氣相淀積。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，圖3-5所示的工藝步驟可以重復(fù)多次以形成用于柵接觸和金屬硅化物柵的多硅化物類(lèi)型或相。如果使用不同的硅化物類(lèi)型，意識(shí)到退火溫度和熱退化溫度可以不同是重要的。
圖5示例了在一個(gè)圖形化多晶硅柵中的硅化物接觸48形成之后，以及金屬硅化物柵50形成之后的CMOS器件。特別地，圖5中所示的硅化物使用一種自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝形成，包括在第一溫度下的第一退火，足夠形成一個(gè)金屬硅化物，選擇刻蝕去除未反應(yīng)的金屬和蓋帽層，以及可選的第二溫度下的第二退火，足夠形成可能的最低電阻的硅化物相。
第一退火典型地在比第二退火步驟更低的溫度下進(jìn)行。典型地，可以或不能形成高電阻硅化物相材料的第一退火步驟在約300-600℃下使用連續(xù)加熱方式或者各種傾斜和均熱加熱循環(huán)進(jìn)行。更優(yōu)選地，第一退火步驟在約350-550℃下進(jìn)行。第二退火步驟在約600-800℃下使用連續(xù)加熱方式或者各種傾斜和均熱加熱循環(huán)進(jìn)行。更優(yōu)選地，第一退火步驟在約650-750℃下進(jìn)行。第二退火典型地將高電阻硅化物轉(zhuǎn)化成較低電阻的硅化物相。自對(duì)準(zhǔn)硅化物退火在氣體氣氛下進(jìn)行，例如He，Ar，N2或合成氣體(forming gas)。在第一退火和第二退火可以使用相同或不同的氣氛。
在自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝中使用的選擇刻蝕工藝包括從結(jié)構(gòu)上去除未反應(yīng)的金屬和蓋帽層的任何刻蝕工藝。可以使用的選擇刻蝕工藝實(shí)例包括，使用硫酸/雙氧水或它們的組合的濕法刻蝕。
盡管已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例特別示出和描述本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，可以進(jìn)行前述的和其它在形式和細(xì)節(jié)上的變化而不背離本發(fā)明的范圍和精神。因此本發(fā)明不局限于描述和示例的準(zhǔn)確形式和細(xì)節(jié)，而在附帶的權(quán)利要求之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括提供一個(gè)平面化的結(jié)構(gòu)，包括位于一個(gè)半導(dǎo)體襯底上的多個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)，每個(gè)含有一個(gè)暴露的上多晶硅含有表面，所述襯底含有在其中形成的硅化的源/漏區(qū)；形成包括第一金屬含有層的第一雙層，所述第一金屬含有層與每個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)的暴露的上多晶硅含有表面相接觸；圖形化所述第一雙層以提供圖形化的結(jié)構(gòu)，其中第一雙層從預(yù)選的圖形化多晶硅柵區(qū)中去除；在圖形化的結(jié)構(gòu)上形成包括第二金屬含有層的第二雙層，所述第二金屬含有層與每個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)的暴露的上多晶硅含有表面相接觸；以及進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝將第一和第二金屬含有層轉(zhuǎn)化成金屬硅化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中提供平面化結(jié)構(gòu)包括步驟在襯底上形成圖形化多晶硅柵區(qū)，在襯底中形成硅化的源/漏接觸，形成一個(gè)在襯底和圖形化多晶硅柵區(qū)上的包括第一電介質(zhì)和第二電介質(zhì)的電介質(zhì)疊層，并平面化第二電介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括形成關(guān)于每個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)的至少一個(gè)襯墊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述至少一個(gè)襯墊的厚度足夠大以阻止所述圖形化的多晶硅柵區(qū)下面所述硅化物源/漏接觸的侵蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中多個(gè)圖形化的多晶硅柵區(qū)包括一個(gè)摻雜的多晶硅柵導(dǎo)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中多晶硅柵導(dǎo)體摻雜選自As，P，B，Sb，Bi，In，Al，Tl，Ga以及它們的混合物的摻雜劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中硅化的源/漏區(qū)使用一個(gè)自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝形成，包括在位于襯底中激活的源/漏區(qū)上淀積一種金屬，第一退火以形成一種金屬硅化物，選擇刻蝕未反應(yīng)的金屬，以及可選地進(jìn)行的第二退火。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述金屬選自Ti，Ta，W，Co，Ni，Pt，Pd及它們的合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中第一退火在約300至約600℃下在He，Ar，N2或合成氣體中進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中可選的第二退火在約600至約800℃下在He，Ar，N2或合成氣體中進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一金屬含有層包括一種選自Ni，Co，Pt，Ti，W，Mo，Ta以及它們的合金的金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中第一金屬含有層包括Co或Ni。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中第一金屬含有層進(jìn)一步包括一種合金添加劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中合金添加劑選自C，Al，Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Ge，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，In，Sn，Hf，Ta，W，Re，Ir，Pt以及它們的混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一金屬含有層用于形成硅化物柵接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一金屬含有層用于形成金屬硅化物柵。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中圖形化包括光刻和刻蝕。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第二金屬含有層包括一種選自Ni，Co，Pt，Ti，W，Mo，Ta以及它們的合金的金屬。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中第二金屬含有層包括Co或N。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中第二金屬含有層進(jìn)一步包括一種合金添加劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中合金添加劑選自C，Al，Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Ge，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，In，Sn，Hf，Ta，W，Re，Ir，Pt以及它們的混合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第二金屬含有層用于形成硅化物柵接觸。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第二金屬含有層用于形成金屬硅化物柵。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝包括第一退火以形成一種金屬硅化物，選擇刻蝕未反應(yīng)的金屬，以及可選地進(jìn)行的第二退火。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中第一退火在約300至約600℃下在He，Ar，N2或合成氣體中進(jìn)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中可選的第二退火在約600至約800℃下在He，Ar，N2或合成氣體中進(jìn)行。
全文摘要
一種CMOS硅化物金屬集成方案，允許使用自對(duì)準(zhǔn)工藝(salicide)以及一步和幾步光刻工藝集成硅接觸(S/D和柵)和金屬硅化物柵。本發(fā)明的集成方案降低了制造包括硅化物接觸和硅化物柵金屬的CMOS結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和成本。
文檔編號(hào)H01L21/8238GK1624902SQ200410092678
公開(kāi)日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月2日
發(fā)明者小西里爾·卡伯拉爾, 賈庫(kù)布·T.·克德澤爾斯基, 維克托·庫(kù), 克里斯蒂·拉沃伊, 維賈·納拉亞南, 安·L.·希甘 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司