專利名稱：金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬硅化物的制作方法，特別是涉及采用選擇性離子注入預(yù)非晶化的金屬硅化物制作方法。
背景技術(shù)：
在源漏區(qū)域選擇性外延生長(zhǎng)硅鍺使通道區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)變已經(jīng)成為P型通道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMOSFET)提高載子遷移性的有效方法。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在硅上和外延生長(zhǎng)的硅鍺上形成金屬硅化物的條件不同。如在外延生長(zhǎng)的硅鍺上形成金屬硅化物的溫度高于在硅上形成金屬硅化物的溫度，如在硅上鎳金屬硅化物形成的第一快速升溫回火(RapidThermal Annealing，RTA1)溫度為280～300℃，接著濕法去除未反應(yīng)的金屬，然后在500℃第二次快速升溫回火(Rapid Thermal Annealing，RTA2)。而對(duì)于硅鍺，第一快速升溫回火(RTA1)溫度為300～350℃，濕法去除未反應(yīng)金屬后第二次快速升溫回火(RTA2)溫度是500℃。RTA1的溫度差可以達(dá)到20～50℃，這種不同區(qū)域形成金屬硅化物的條件的不同會(huì)導(dǎo)致外延生長(zhǎng)的硅鍺上和硅上形成的金屬硅化物不均勻，在多晶硅及硅上的金屬硅化物比外延生長(zhǎng)硅鍺上形成的金屬硅化物厚，因此導(dǎo)致片電阻(sheetresistance)的不均勻性。如片電阻差別可以達(dá)到50％，對(duì)于鎳硅化物(NiSi)片電阻是12歐姆/方塊(ohm/square)，對(duì)于鎳的硅鍺化物(NiSiGe)則為8歐姆/方塊。在半導(dǎo)體制程上，所期望的是在晶片橫向的外延生長(zhǎng)的硅鍺、襯底硅和多晶硅等不同區(qū)域上形成均勻一致的金屬硅化物，因此在芯片橫向的不同區(qū)域能夠具有一致的片電阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)在金屬硅化物形成之前對(duì)不同的金屬硅化物形成區(qū)域進(jìn)行選擇性離子注入預(yù)非晶化，減少外延生長(zhǎng)的硅鍺與金屬反應(yīng)形成金屬硅化物的障礙，獲得晶片橫向的不同區(qū)域上均勻一致的金屬硅化物。
本發(fā)明的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，包括a)在多晶硅氧化物層上淀積多晶硅，光刻形成圖案；b)去除多晶硅柵極上的硬掩模；c)形成多晶硅間隔層；d)在PMOS和NMOS區(qū)域淀積保護(hù)層；e)光刻膠覆蓋NMOS區(qū)域和多晶硅柵極；f)NMOS區(qū)域和多晶硅柵極在電介質(zhì)和光刻膠的保護(hù)下，在PMOS的源漏區(qū)域進(jìn)行硅凹陷刻蝕；g)去除光刻膠；h)在硅凹陷區(qū)域進(jìn)行硅鍺外延生長(zhǎng)；i)進(jìn)行選擇性離子注入預(yù)非晶化；j)去除保護(hù)層；k)金屬硅化物制作；本發(fā)明的選擇性離子注入預(yù)非晶化(pre-amorphorzation implantation，PAI)是指，在金屬硅化物形成之前對(duì)需要形成金屬硅化物的區(qū)域進(jìn)行選擇性地非晶化，也就是通過(guò)高能量離子流對(duì)選擇的區(qū)域進(jìn)行選擇性地離子轟擊使其表面非晶化。
根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)層采用電介質(zhì)材料，如硅氧化物、硅氮氧化物、硅氮化物等。
本發(fā)明的金屬硅化物的制作，包括表面預(yù)清洗，金屬淀積，回火，去除金屬，再回火。
本發(fā)明的選擇性離子注入預(yù)非晶化為離子流注入，其離子流注入材料為硅、鍺或硅鍺的混合物，離子流注入的能量為5～50KeV，離子流劑量為1.0×1013～1.0×1016/厘米2。
本發(fā)明的選擇性離子注入預(yù)非晶化至少進(jìn)行一次，較好為進(jìn)行選擇性離子注入預(yù)非晶化兩次。
第一次選擇性離子注入非晶化在形成金屬硅化物的金屬淀積之前的外延生長(zhǎng)硅鍺的源漏極進(jìn)行，即在PMOS的外延生長(zhǎng)硅鍺的源漏區(qū)域進(jìn)行。
第二次選擇性離子注入非晶化在去除電介質(zhì)保護(hù)層后的源漏及柵極同時(shí)進(jìn)行。該第二次選擇性離子注入預(yù)非晶化的能量為5～50KeV，離子流劑量為1.0×1013～1.0×1015/厘米2第二次選擇性離子注入非晶化在源漏及柵極上，形成金屬硅化物的金屬淀積之后，回火之前進(jìn)行。該第二次選擇性離子注入非晶化的能量為30～50KeV，離子流劑量為1.0×1013～1.0×1015/厘米2。
本發(fā)明采用對(duì)金屬硅化物形成區(qū)域進(jìn)行選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，使被選擇性離子注入非晶化區(qū)域的結(jié)晶產(chǎn)生變化，從而降低金屬硅化物形成的溫度，不同區(qū)域，硅、多晶硅以及外延生長(zhǎng)硅鍺區(qū)域的金屬硅化物形成溫度接近或一致，溫度差降到10℃以下，使形成的金屬硅化物厚度均勻。


圖1是具有硬掩模的多晶硅柵極圖案的截面示意圖。
圖2是去除硬掩模后的多晶硅柵極圖案截面示意圖。
圖3是形成多晶硅間隔層后的多晶硅柵極截面示意圖。
圖4是在PMOS和NMOS區(qū)域淀積電介質(zhì)層，并形成光刻膠圖案后的截面示意圖。
圖5是用電介質(zhì)層和光刻膠保護(hù)NMOS區(qū)域和多晶硅柵極，進(jìn)行凹陷刻蝕后的截面示意圖。
圖6是去除光刻膠后的截面示意圖。
圖7是用電介質(zhì)層保護(hù)NMOS區(qū)域和PMOS的多晶硅柵極，對(duì)其凹陷刻蝕區(qū)域進(jìn)行硅鍺外延生長(zhǎng)后，第一次選擇性離子注入非晶化后的一個(gè)圖8是去除電介質(zhì)層后的截面示意圖。
圖9是在金屬淀積前，第二次選擇性離子注入非晶化的另一個(gè)實(shí)施例的截面示意圖。
圖10是在金屬淀積后回火前，第二次選擇性離子注入非晶化的又一個(gè)實(shí)施例的截面示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明06全部表面覆蓋的電介質(zhì)層10硅襯底11N井12PMOS多晶硅氧化物層13PMOS多晶硅柵極14PMOS多晶硅柵極硬掩模15PMOS多晶硅柵極間隔層16PMOS區(qū)域電介質(zhì)層17PMOS區(qū)域光刻膠圖案18PMOS源漏區(qū)域硅凹陷刻蝕181硅凹陷刻蝕區(qū)域硅鍺外延生長(zhǎng)182硅鍺外延生長(zhǎng)的區(qū)域非晶化183硅鍺外延生長(zhǎng)區(qū)域兩次非晶化184淀積的金屬19非晶化離子流20淺溝隔離21P井22NMOS多晶硅氧化物層23NMOS多晶硅柵極24NMOS多晶硅柵極硬掩模25NMOS多晶硅柵極間隔層26NMOS區(qū)域電介質(zhì)層27NMOS區(qū)域光刻膠圖案30除硅鍺外延生長(zhǎng)區(qū)域以外的非晶化部分具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)行一次預(yù)非晶化方法，包括以下工藝步驟
a)在柵極氧化物上淀積多晶硅和作為硬掩模的電介質(zhì)材料，接著進(jìn)行光刻，顯影形成多晶硅柵極圖案，如圖1所示。
b)去除硬掩模14、24，如圖2所示。
c)在多晶硅柵極的側(cè)壁形成間隔層15、25，如圖3所示。
d)NMOS區(qū)域和多晶硅柵極上淀積電介質(zhì)層06。
e)并自對(duì)準(zhǔn)覆蓋光刻膠17、27，如圖4所示。
f)NMOS區(qū)域和PMOS區(qū)域的多晶硅柵極13在電介質(zhì)層06和光刻膠17、27的保護(hù)下，在PMOS區(qū)域源漏上刻蝕掉電介質(zhì)層然后進(jìn)行硅凹陷刻蝕18，如圖5所示。
g)去除光刻膠層17、27，如圖6所示。
h)在電介質(zhì)層16作為硬掩模保護(hù)PMOS的多晶硅柵極13，電介質(zhì)層26作為硬掩模保護(hù)NMOS區(qū)域下，對(duì)PMOS源漏的硅凹陷刻蝕區(qū)域18進(jìn)行硅鍺外延生長(zhǎng)181，如圖7所示。
i)然后對(duì)外延生長(zhǎng)硅鍺區(qū)域181進(jìn)行選擇性離子注入非晶化，其選擇性離子注入的種類是鍺、硅或其他元素。離子注入能量范圍在5KeV到50KeV，而離子劑量為1.0×1013到1.0×1016/厘米2。
j)然后采用濕式化學(xué)去除法，如用稀釋氫氟酸去除電介質(zhì)層16和26，如圖8所示。
k)然后進(jìn)行金屬的淀積，淀積的金屬可以是鈦、鈷、鎳等、回火、清洗、再回火等金屬硅化物制程。如對(duì)于鎳硅化物的形成，100～150A的鎳淀積后，第一快速升溫回火(RTA1)溫度為280～320℃，濕法清洗去除未反應(yīng)的鎳金屬后，在溫度450～550℃進(jìn)行第二次快速升溫回火(RTA2)，形成最終鎳金屬硅化物(NiSi)，選擇性離子注入可使回火溫度降低20～50℃。
實(shí)施例2本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)行兩次預(yù)非晶化方法，包括如下工藝步驟其中a)～h)步驟同實(shí)施例1。
i)對(duì)外延生長(zhǎng)硅鍺區(qū)域181進(jìn)行第一次選擇性離子注入非晶化，使其表面非晶化182，其選擇性離子注入的種類是鍺、硅。離子注入能量范圍在5KeV到50KeV，而離子劑量為1.0×1013到1.0×1016/厘米2。
j)采用濕式化學(xué)去除法，如用稀釋氫氟酸去除電介質(zhì)層16和26，如圖8所示。
k)然后在金屬淀積前，對(duì)PMOS和NMOS多晶硅柵極和源漏表面進(jìn)行第二次選擇性離子注入非晶化，如圖9所示。使需要形成金屬硅化物的區(qū)域的反應(yīng)溫度進(jìn)一步降低，其離子注入條件為Si或Ge，能量5～50KeV，離子劑量為1.0×1014-1.0×1016/厘米2。
l)然后進(jìn)行PMOS和NMOS的多晶硅柵極和源漏表面的金屬淀積，淀積的金屬可以是鈦、鈷、鎳等，采用物理氣相淀積方法形成，然后快速升溫回火、清洗、再回火等金屬硅化物形成工藝。如對(duì)于鎳硅化物的形成，100～150A的鎳淀積后，第一快速升溫回火(RTA1)溫度為280～320℃，濕法清洗去除未反應(yīng)的鎳金屬后，在450～550℃第二次快速升溫回火(RTA2)，形成最終鎳金屬硅化物(NiSi)，選擇性離子注入可使回火溫度降低20～50℃。
實(shí)施例3本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)行兩次預(yù)非晶化方法，包括工藝步驟如下a)～h)步驟同實(shí)施例1。
i)對(duì)外延生長(zhǎng)硅鍺區(qū)域181進(jìn)行選擇性離子注入非晶化182，其選擇性離子注入的種類是鍺、硅或其他元素。離子注入能量范圍在5KeV到50KeV，而離子劑量為1.0×1013到1.0×1016/厘米2。
j)采用濕式化學(xué)去除法，如用稀釋氫氟酸去除電介質(zhì)層16和26，如圖8所示。
k)然后對(duì)PMOS和NMOS多晶硅柵極和源漏表面進(jìn)行金屬淀積，淀積的金屬可以是鈦、鈷、鎳等，采用物理氣相淀積方法形成。
l)在金屬淀積層表面進(jìn)行第二次選擇性離子注入非晶化，使金屬和硅/硅鍺表面之間產(chǎn)生非晶化，如圖10所示，進(jìn)一步降低形成金屬硅化物的反應(yīng)溫度，其離子注入Si或Ge，能量為30～50KeV，離子劑量為1.0×1014～1.0×1016/厘米2，然后快速升溫回火、清洗、再快速升溫回火等金屬硅化物形成工藝。如對(duì)于鎳硅化物的形成，100～150A的鎳淀積后，第一快速升溫回火(RTA1)為280～320℃，濕法清洗去除未反應(yīng)的鎳金屬后，在450～550℃第二次快速升溫回火(RTA2)，形成最終鎳金屬硅化物(NiSi)，選擇性離子注入可使回火溫度降低20～50℃。
權(quán)利要求
1.金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，包括a)在多晶硅氧化物層上淀積多晶硅，光刻形成圖案；b)去除多晶硅柵極上的硬掩模；c)形成多晶硅間隔層；d)在PMOS和NMOS區(qū)域形成保護(hù)層；e)光刻膠覆蓋NMOS區(qū)域和多晶硅柵極；f)NMOS區(qū)域和PMOS多晶硅柵極在電介質(zhì)和光刻膠的保護(hù)下，在PMOS的源漏區(qū)域進(jìn)行硅凹陷刻蝕；g)去除光刻膠；h)在硅凹陷區(qū)域進(jìn)行硅鍺外延生長(zhǎng)；i)進(jìn)行選擇性離子注入非晶化；j)去除保護(hù)層；k)金屬硅化物制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的保護(hù)層是電介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的金屬硅化物的制作，包括表面預(yù)清洗，金屬淀積，回火，去除金屬，再回火。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的選擇性離子注入非晶化為離子流注入，其離子流注入材料為硅、鍺或硅鍺混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的離子流注入的能量為5～50KeV，離子流劑量為1.0×1013～1.0×1016/厘米2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的選擇性離子注入預(yù)非晶化至少進(jìn)行一次。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的選擇性離子注入預(yù)非晶化兩次。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的第一次選擇性離子注入非晶化在形成硅化物的金屬淀積之前的源漏極進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的第二次選擇性離子注入非晶化在去除電介質(zhì)保護(hù)層后的源漏及柵極進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的第二次選擇性離子注入非晶化的能量為5～50KeV，離子流劑量為1.0×1013～1.0×1015/厘米2。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化，其特征在于，所述的第二次選擇性離子注入非晶化在源漏及柵極形成金屬淀積之后，回火之前進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，其特征在于，所述的第二次選擇性離子注入非晶化的能量為30～50KeV，離子流劑量為1.0×1013～1.0×1015/厘米2。
全文摘要
金屬硅化物制作中的選擇性離子注入預(yù)非晶化方法，是PMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管中進(jìn)行應(yīng)變?cè)绰┑墓桄N外延生長(zhǎng)后，通過(guò)對(duì)硅鍺外延生長(zhǎng)的區(qū)域進(jìn)行離子注入預(yù)非晶化，使其在形成金屬硅化物過(guò)程中的反應(yīng)溫度降低，從而與硅及多晶硅的形成金屬硅化物的反應(yīng)溫度接近或一致，以便得到均勻的金屬硅化物層，保證片電阻的均勻性。
文檔編號(hào)H01L21/265GK1921073SQ20051002914
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者寧先捷, 保羅 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司