專利名稱：用復(fù)合蓋改善硅化物形成的空氣斷開的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及硅化物形成工藝，更具體地，涉及一種結(jié)構(gòu)和方
法， 橋聯(lián),
背景技術(shù)：
隨著互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體器件被規(guī)模化，具體地，隨著溝道 長(zhǎng)度被規(guī)?；谶@種器件中的寄生電阻增加。為了最小化寄生電阻， 在多晶硅柵極導(dǎo)體上、在硅源極/漏極擴(kuò)散區(qū)上形成硅化物區(qū)，并且硅 化物區(qū)還用作器件之間(例如， 一個(gè)器件的硅源極/漏極擴(kuò)散區(qū)和另一 器件的多晶硅柵極導(dǎo)體之間)的本地互連。這些硅化物區(qū)提供了低電
阻，并且能夠抵擋高溫。因此，它們可用于改善CMOS器件速度， 因此改善器件性能。
在傳統(tǒng)自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成工藝期間，在器件結(jié)構(gòu)上(例如，在例 如絕緣體上硅(SOI)晶片的半導(dǎo)體晶片上形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管上) 沉積金屬層(例如，6-10nm鎳、鈦或鈷層)。具體地，可在硅源極/ 漏極擴(kuò)散區(qū)上、多晶硅柵極導(dǎo)體上以及與柵極導(dǎo)體鄰近的側(cè)壁間隔件 上沉積金屬層。在這一步驟之后是沉積保護(hù)蓋層(例如，氮化鈦)， 以防止在隨后的熱退火期間金屬層的污染。采用第一退火，以在熱反 應(yīng)中在包括多晶硅-金屬界面的硅-金屬界面處形成硅化物區(qū)，從而導(dǎo) 致明顯的體積變化。然后，去除保護(hù)蓋層和剩余金屬?？刹捎玫诙?退火，以將富金屬相的任意硅化物轉(zhuǎn)化成單硅化物。
在硅化物形成工藝期間應(yīng)考慮多種因素，以保證最佳CMOS器 件性能。首先，該工藝應(yīng)避免硅橋聯(lián)到不必要的區(qū)域，以防止短路。 例如，由于在金屬與硅進(jìn)行熱反應(yīng)以形成金屬硅化物時(shí)存在明顯的體
積變化，所以具有有限柔性的保護(hù)蓋層會(huì)使得空隙張開，以補(bǔ)償體積 改變。這種空隙可使得硅能夠移動(dòng)或橋聯(lián)到器件的不必要的區(qū)域(例
如，在側(cè)壁間隔件上)，因此潛在地削弱了器件性能。其次，CMOS 器件性能可通過在硅化物區(qū)形成時(shí)調(diào)節(jié)它們的拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力 來優(yōu)化。例如，受到更大拉伸應(yīng)力的硅化物使得硅或多晶硅底層處于 壓縮狀態(tài)，因此處于對(duì)于n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(n-FET)性能而言更好 的狀態(tài)?；蛘?，受到更大壓縮的硅化物使得硅或多晶硅底層處于拉伸 狀態(tài)，因此處于對(duì)于p-FET性能而言更好的狀態(tài)。因此，需要一種結(jié) 構(gòu)和方法，用于在自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成工藝期間同時(shí)控制硅橋聯(lián)和調(diào)節(jié) 硅化物應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
以下描述的本發(fā)明的方面包括一種自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成方法，以及 結(jié)合該方法使用的相關(guān)結(jié)構(gòu)。
所述自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成方法的第一實(shí)施例包括在半導(dǎo)體晶片 (例如，塊狀硅或SOI晶片)上形成的n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(n-FET) 上形成第一金屬層(例如，大約9nm鎳層)。具體地，可以在真空中， 在多晶硅柵極導(dǎo)體上、在鄰近于柵極導(dǎo)體的側(cè)壁間隔件上、在硅源極 /漏極擴(kuò)散區(qū)上以及在鄰近于源極/漏極擴(kuò)散區(qū)的淺溝槽隔離區(qū)上沉積 笫一金屬層。然后，可在第一金屬層上形成(例如，在真空中沉積) 保護(hù)蓋層(例如，大約3nm氮化鈦層)，以防止笫一金屬層在隨后退 火期間污染。保護(hù)層可形成為其厚度僅是第一金屬層的大約1/3。
在沉積保護(hù)蓋層之后，對(duì)器件進(jìn)行空氣斷開。具體地，從沉積室 將在其上形成器件的晶片去除預(yù)定的一段時(shí)間(例如，大于l分鐘的 一段時(shí)間)。從沉積室對(duì)晶片的去除使得保護(hù)層的頂面暴露于空氣， 因此根據(jù)推測(cè)會(huì)具有向保護(hù)蓋層中或上引入例如氧和/或水汽的雜質(zhì) 的效果。
一旦經(jīng)過預(yù)定的一段時(shí)間，在保護(hù)層的頂面上形成(例如，在真 空中沉積)第二金屬層(例如，大約3nm的第二鎳層)。第二金屬層
可形成為具有與保護(hù)層大約相同的厚度。此外，可將第一金屬層-保 護(hù)層-第二金屬層疊層形成為具有預(yù)先選擇的組合厚度，所迷厚度被 設(shè)計(jì)以最小化在硅本體和鄰近絕緣體之間的任意不均勻結(jié)處(例如， 在柵極導(dǎo)體和側(cè)壁間隔件之間的結(jié)處)累積的機(jī)械能。具體地，小于
約20nm的第一金屬層—保護(hù)層 一 第二金屬層疊層的組合厚度對(duì)于在 自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成工藝期間避免空隙形成以及跨越硅-絕緣體結(jié)的 硅橋聯(lián)是最佳的。
在形成第一金屬層—保護(hù)層—第二金屬層疊層之后，執(zhí)行第一退 火工藝，以在硅-金屬界面處形成有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)。具體地，用 氧和/或濕氣對(duì)保護(hù)層的頂面的污染影響了在保護(hù)層和第二金屬層之 間的粘附性，因此改變了在硅化物形成時(shí)施加在其上的外部機(jī)械應(yīng) 力。更具體地，在退火工藝期間，用使用空氣斷開形成的保護(hù)層-第 二金屬層疊層在第一金屬層上施加的拉伸應(yīng)力將大于沒有使用空氣 斷開而用具有相同厚度的相同層形成的類似疊層。得到的硅化物區(qū)具 有與壓縮應(yīng)力相反的拉伸應(yīng)力(例如，得到的硅化物區(qū)可形成有大于 約+2.0(^109達(dá)因/ 112的拉伸應(yīng)力)。這種有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)將 壓縮下面的硅本體(例如，多晶硅柵極導(dǎo)體)，以優(yōu)化n-FET的性能。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于在n-FET的至少一個(gè)硅本 體(例如，多晶硅柵極導(dǎo)體和硅源極/漏極擴(kuò)散區(qū))上形成有拉伸應(yīng)力 的硅化物區(qū)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括第一金屬層(例如，大約9nm的鎳層)， 其是沉積的n-FET結(jié)構(gòu)(即，在硅本體和任意鄰近絕緣體(例如，側(cè) 壁間隔件、淺溝槽隔離區(qū)等)上沉積的)。在第一金屬層上是保護(hù)層 (例如，大約3nm的氮化鈦層，其厚度是第一金屬層的大約1/3)。 保護(hù)層具有污染的頂面。具體地，保護(hù)層具有用氧和/或濕氣污染的頂 面。附著于保護(hù)層的污染頂面的是第二金屬層(例如，大約3nm的第 二鎳層，其厚度與保護(hù)層大約相同)。第一金屬層-保護(hù)層-第二金 屬層疊層的組合厚度被預(yù)先選擇(例如，小于約20mn)，以最小化 在不均勻的硅-絕緣體結(jié)處的結(jié)構(gòu)中累積的機(jī)械能。因此，該結(jié)構(gòu)在 硅化物形成工藝期間避免空隙形成以及跨越硅—絕緣體結(jié)的硅橋聯(lián)。
此外，作為對(duì)該結(jié)構(gòu)應(yīng)用退火工藝的結(jié)果，在硅-金屬界面處形成有 拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)。具體地，對(duì)上述形成的結(jié)構(gòu)應(yīng)用的退火工藝將
得到具有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)，所述拉伸應(yīng)力大于在n-FET的硅本體 上(即，在多晶硅柵極導(dǎo)體和源極/漏極擴(kuò)散區(qū)上)形成的大約+2.00 xl(^達(dá)因/cm2。這種有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)將壓縮硅，以優(yōu)化晶體管 的性能。
當(dāng)結(jié)合以下說明和附圖考慮時(shí)，將更好地獲知和理解本發(fā)明的這 些和其它方面以及實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解，盡管以下說明指出了本 發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其大量具體細(xì)節(jié)，但是僅是作為示例，而不是限 制?？梢栽诒景l(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行許多變化和改變，并且本發(fā)明的實(shí)施 例包括所有這些改變。


參照附圖，作為實(shí)例，以下更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中 圖1A-圖1D是示出自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成工藝步驟的截面示意圖； 圖2是示出在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的多晶硅柵極導(dǎo)體和側(cè)壁間隔件之
間的示例性不均勻結(jié)的截面示意圖3是示出在自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成期間潛在的空隙以及跨越硅本
體和絕緣體之間的結(jié)的硅橋聯(lián)的截面示意圖4是示出本發(fā)明的方法的實(shí)施例的流程圖；和
圖5A-圖5F是示出圖4的工藝步驟的截面示意圖，具體地，圖
5D-圖5E示出結(jié)合到圖4的工藝步驟中的本發(fā)明結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
參照在附圖中所示以及在以下說明書中詳細(xì)描述的非限制性實(shí) 施例更完整地說明本發(fā)明實(shí)施例及其各種特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)細(xì)節(jié)。應(yīng)注意， 在附圖中示出的特征不一定按比例繪制。公知部件和處理技術(shù)的描述 被忽略，以避免不必要地使本發(fā)明的實(shí)施例不分明。這里使用的實(shí)例 僅旨在便于理解可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的方式并進(jìn)一步使得本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。因此，這些實(shí)例不應(yīng)理解為對(duì) 本發(fā)明實(shí)施例范圍的限制。
如上所迷，需要一種結(jié)構(gòu)和方法，用于在自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成工藝
期間同時(shí)調(diào)節(jié)硅化物應(yīng)力和控制硅橋聯(lián)。參照?qǐng)D1A-1B，在傳統(tǒng)自對(duì) 準(zhǔn)硅化物形成工藝期間，在真空中，在金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器 件100上(例如，在例如絕緣體上硅(SOI)晶片或塊狀硅晶片的半 導(dǎo)體晶片上形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管上)沉積金屬層114 (例如，6-10nm 鎳、鈦或鈷層)。具體地，可在硅源極/漏極擴(kuò)散區(qū)106上、多晶硅柵 極導(dǎo)體110上、與柵極導(dǎo)體IIO鄰近的側(cè)壁間隔件112 (例如，氧化 物或氮化物間隔件)上、以及與源極/漏極擴(kuò)散區(qū)106鄰近的淺溝槽隔 離結(jié)構(gòu)103 (STI)上沉積金屬層114。在這一步驟之后是同樣在真空 中沉積保護(hù)蓋層116 (例如，氮化鈦)，以防止在隨后的熱退火期間 金屬層114的污染。采用第一退火，以在熱反應(yīng)中在包括多晶硅-金屬 界面的硅-金屬界面處形成硅化物區(qū)118 (例如，硅化鈷、硅化鎳或硅 化鈦)，從而導(dǎo)致明顯的體積變化(見圖1C)。然后，去除保護(hù)蓋 層116和剩余金屬114 (見圖1D)?？刹捎玫诙嵬嘶穑詫⒏唤饘?相的任意硅化物118轉(zhuǎn)化成單硅化物。
可選擇的硅化物形成方法在美國(guó)專利No.7，129，169( 2004年5月 12日提交的申請(qǐng)No.10/709，534)作了描述，該專利結(jié)合于此以資參 考。所描述的方法被設(shè)計(jì)為在硅化物形成期間控制空隙和硅橋聯(lián)。具 體地，由于在硅化物形成工藝期間的體積變化，具有有限柔性的保護(hù) 蓋將使得空隙張開。這種空隙可使得硅移動(dòng)到不期望的區(qū)域(例如， 在側(cè)壁間隔件上)，導(dǎo)致電橋聯(lián)，從而可潛在地削弱器件性能。所述 可選擇方法在FET上形成反應(yīng)力層(例如，鈷層)-氮化鈦-金屬 層疊層。然后，執(zhí)行退火工藝，以在硅-金屬界面處形成硅化物。在形 成的硅化物/氮化鈦/鈷膜中的凈存儲(chǔ)能量被降低，從而防止了可導(dǎo)致 橋聯(lián)的空隙的形成。
如上所迷，CMOS器件性能可通過在它們形成時(shí)調(diào)節(jié)硅化物區(qū) 的拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力來優(yōu)化。例如，受到更大拉伸應(yīng)力的硅化物使
得硅或多晶硅底層處于壓縮狀態(tài)，因此處于對(duì)于n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (n-FET)性能而言更好的狀態(tài)。或者，受到更大壓縮應(yīng)力的硅化物 使得硅或多晶硅底層處于拉伸狀態(tài)，因此處于對(duì)于p-FET性能而言更 好的狀態(tài)。使用上述用于硅化物形成的可選擇方法，需要相對(duì)厚的反 應(yīng)力層來降低第一金屬層/保護(hù)蓋層疊層的壓縮應(yīng)力，以最終提供對(duì)于 n-FET的性能最佳的受到更大拉伸應(yīng)力的硅化物。然而，參照?qǐng)D3， 厚的反應(yīng)力層115在圍繞器件100的突邊(sharp)結(jié)構(gòu)(例如，在 多晶硅柵極導(dǎo)體110和側(cè)壁間隔件112之間的不均勻結(jié)120中(見圖 2))累積的機(jī)械能中出現(xiàn)問題。具體地，在硅化物形成期間，氮化 鈦蓋116必然在有源區(qū)IIO上偏斜，而不在絕緣體112上偏斜。它必 須行進(jìn)的距離是金屬厚度和在退火工藝期間形成的硅化物相的函數(shù)。 可使用以下公式確定在該偏斜期間累積的機(jī)械能Mdef: Mdef = J(EI) k2dt Et3仁
其中，E是楊氏系數(shù)，I是慣性彎矩，k是膜的曲率，t是膜厚度，
dt是由偏斜引起的膜厚度的變化，Mdef是存儲(chǔ)在膜中的能量。隨著第
一金屬層114-保護(hù)蓋層116-反應(yīng)力層125疊層的組合厚度增加， 將突邊周圍的疊層纏繞在例如側(cè)壁間隔件112和柵極導(dǎo)體110之間的 不均勻結(jié)120中所需的機(jī)械能也增加。隨著機(jī)械能增加，在建立空隙 131的硅化物118中累積的應(yīng)力也增加，從而可導(dǎo)致硅的過度生長(zhǎng)物 133和硅化物132橋聯(lián)到不必要的區(qū)域(例如，側(cè)壁間隔件112、 STI 等)上。因此，n-FET的性能難以提高。此外，原位鎳的情況下反應(yīng) 力隨鎳厚度的變化率不太高。甚至使用密集躍遷柵極設(shè)計(jì)也不能獲得 有拉伸應(yīng)力的蓋。
根據(jù)上述內(nèi)容，公開了一種結(jié)構(gòu)和方法，用于在自對(duì)準(zhǔn)硅化物形 成工藝期間調(diào)節(jié)硅化物應(yīng)力，具體地，用于在n-FET的柵極導(dǎo)體上生 長(zhǎng)有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)，以優(yōu)化n-FET的性能。所述結(jié)構(gòu)和方法還 可在硅化物形成工藝期間同時(shí)控制硅橋聯(lián)。
參照?qǐng)D4，自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成方法的實(shí)施例包括形成n-FET 500。 例如，n-FET 500可以用高摻雜(N+)硅源極/漏極擴(kuò)散區(qū)506、部署
在源極/漏極擴(kuò)散區(qū)506之間的溝道區(qū)、在溝道區(qū)上的柵極電介質(zhì)、在 柵極電介質(zhì)上的多晶硅柵極導(dǎo)體510和鄰近于多晶硅導(dǎo)體510的絕緣
(例如，氧化物或氮化物)側(cè)壁間隔件512形成(401，參見圖5A)。 然后，在多晶硅柵極導(dǎo)體上形成拉伸應(yīng)力大于約+2.00xl09達(dá)因/cm2 的硅化物區(qū)，以壓縮柵極導(dǎo)體，從而優(yōu)化n-FET 500的性能(402 )。 同時(shí)，通過限制用以形成硅化物的金屬層 一保護(hù)蓋層 一金屬層疊層的 組合厚度來最小化在硅化物形成工藝期間跨越硅-絕緣體結(jié)橋聯(lián)的 硅，以控制空隙(410-412)。
更具體地，可在半導(dǎo)體晶片(例如，SOI晶片)上形成的n型場(chǎng) 效應(yīng)晶體管(n-FET) 500上形成第一金屬層514 (403，見圖5B )。 所迷第一金屬層514可包括厚度521大約為6-10nm的鈷、鎳或鈦層。 例如，在真空中，可在n-FET 500上，具體地，在多晶硅柵極導(dǎo)體510
(即，硅本體)上、在鄰近于柵極導(dǎo)體510的側(cè)壁間隔件512 (即， 絕緣體)上、在n-FET的硅源極/漏極擴(kuò)散區(qū)506 (即，另一硅本體) 上以及在鄰近于源極/漏極擴(kuò)散區(qū)506的淺溝槽隔離區(qū)503 (即，另一 絕緣體)上沉積大約9nm的鎳層514。然后，可在第一金屬層5"上 形成保護(hù)蓋層516,以防止第一金屬層514在隨后退火期間的污染
(404，見圖5B)。保護(hù)蓋層516可包括厚度522為3-9nm的氮化鈦 層。例如，可在約9nm的第一鎳層514上在真空中沉積約3nm的氮 化鈦層516，從而氮化鈦層516的厚度521僅是第一鎳層514的大約 1/3。
在沉積保護(hù)蓋層516 (在工藝404)之后，對(duì)器件500進(jìn)行空氣 斷開(405)。具體地，從沉積室將在其上形成器件500的晶片去除 預(yù)定的一段時(shí)間(例如，大于l分鐘的一段時(shí)間)。從沉積室對(duì)晶片 的去除使得保護(hù)蓋層516的頂面525暴露于空氣540,因此根據(jù)推測(cè) 會(huì)具有向保護(hù)蓋層516中或上引入例如氧和/或水汽的雜質(zhì)517 (即， 外來物質(zhì))的效果(見圖5C)。
一旦經(jīng)過預(yù)定的一段時(shí)間，在保護(hù)層516的頂面525上形成第二 金屬層515 (406,見圖5D)。第二金屬層515可包括具有3-10nm厚
度的另一鎳層(或者，可以是鈷或鈦層)。例如，可將晶片重新加載
到沉積工具中，并且可以在真空中在保護(hù)層516上沉積大約3nm的鎳 層515,從而第二金屬層515和保護(hù)層514具有大約相同的厚度522。 然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，第二金屬層515可形成為比保 護(hù)蓋層516厚大約1至5倍，以增加在第一金屬層514上施加的機(jī)械 應(yīng)力，而不引起劣質(zhì)硅化物形成。
此外，可形成第一金屬層-保護(hù)層-第二金屬層疊層，使其具有 預(yù)先選擇的組合厚度523，所述厚度被設(shè)計(jì)以最小化在硅本體(例如， 多晶硅柵極導(dǎo)體510)和鄰近絕緣體(例如，側(cè)壁間隔件512)之間 的任何不均勻結(jié)550處累積的機(jī)械能(410-420，見圖5D)。具體地， 小于約20nm的第一金屬層-保護(hù)層-第二金屬層疊層的組合厚度 523對(duì)于在自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成工藝期間避免空隙形成以及跨越硅 - 絕 緣體結(jié)550的硅橋聯(lián)是最佳的。
在形成第一金屬層-保護(hù)層-第二金屬層疊層(在工藝406)之 后，執(zhí)行第一高溫加熱退火工藝，以在硅-金屬界面處的硅本體510、 506上形成有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)518 (407，見圖5E )。具體地，根 據(jù)推測(cè)，將保護(hù)蓋層516的頂面525暴露于空氣540會(huì)具有向保護(hù)蓋 層516中或上引入例如氧和/或水汽的雜質(zhì)517 (即，外來物質(zhì))的效 果。這樣改變了在保護(hù)層516和第二金屬層515之間的粘附性，因此 改變了在第一金屬層-保護(hù)層-第二金屬層疊層中的機(jī)械應(yīng)力。在疊 層中機(jī)械應(yīng)力的改變進(jìn)而改變了在硅化物518形成時(shí)在其上施加的外 部機(jī)械應(yīng)力，從而能夠形成具有更大拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)。在機(jī)械應(yīng) 力上的空氣斷開(在工藝405)的明顯效果可歸因于在保護(hù)層516的 頂面525上第二金屬層515的不同晶粒結(jié)構(gòu)。
更具體地，如上所述，在退火工藝期間，用保護(hù)層516的污染頂 面525形成的保護(hù)層 一 第二金屬層疊層在第一金屬層514上施加的壓 縮應(yīng)力將小于用沒有污染頂面的具有相同厚度的相同層形成的類似 疊層。得到的硅化物區(qū)具有與壓縮應(yīng)力相反的拉伸應(yīng)力(例如，具有 大于約+2.00xl(^達(dá)因/cn^的拉伸應(yīng)力)。例如，僅具有3nm氮化鈦
蓋的9nm鎳層可得到具有大約-7.69 x 109達(dá)因/(:1112的壓縮應(yīng)力的珪化 物區(qū)。如果在不提供空氣斷開的情況下向該結(jié)構(gòu)增加3nm第二鎳層， 則壓縮應(yīng)力可被進(jìn)一步降低到約-3.65xl09達(dá)因/cm2的靜壓縮應(yīng)力。 如上所述，可通過進(jìn)一步增加第二金屬層的厚度來實(shí)現(xiàn)更低的壓縮應(yīng) 力。然而，這種技術(shù)由于機(jī)械應(yīng)力的增加還增加了硅橋聯(lián)的可能性。 或者，使用這里公開的方法，如果在空氣斷開之后向9nm鎳層-3nm 氮化鈦層疊層增加3nm第二鎳層，則硅化物應(yīng)力可改變?yōu)?5.46達(dá)因 /0112的拉伸應(yīng)力。因此，如果硅本體是n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的多晶 硅柵極導(dǎo)體510，則有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)518將壓縮多晶硅柵極導(dǎo) 體510，從而一旦完成則優(yōu)化了晶體管的性能。
一旦形成硅化物區(qū)518，則可(例如，通過選擇蝕刻工藝)去除 剩余金屬層514和515，以及保護(hù)層516 (408,見圖5F)。此外，如 果作為第一高溫加熱退火(在處理407)的結(jié)果形成的硅化物是富金 屬相，則可執(zhí)行最后高溫加熱退火，以將硅化物區(qū)518轉(zhuǎn)化成單硅化 物區(qū)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，上述方法可用于僅形成n-FET， 或形成結(jié)合了 n-FET和p-FET的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS ) 器件。如上所述，可使用柵極導(dǎo)體上的有拉伸應(yīng)力硅化物區(qū)來優(yōu)化 n-FET的性能，以及可使用在柵極導(dǎo)體上的有壓縮應(yīng)力硅化物區(qū)來優(yōu) 化p-FET的性能。這可以通過提供用于從n-FET蝕刻掉物質(zhì)的p-FET 來實(shí)現(xiàn)，和/或通過在CMOS硅化物形成工藝期間的一個(gè)或多個(gè)階段 阻止物質(zhì)形成在p-FET上來實(shí)現(xiàn)。例如，可通過在p-FET上提供更 厚(20-60nm厚)的氮化鈦蓋來改善的p-FET性能?？赏ㄟ^提供更薄 的氮化鈦蓋和更厚的第二金屬層來進(jìn)一步改善n-FET的性能。
參照?qǐng)D5D-5E，根據(jù)上述本發(fā)明實(shí)施例，還公開了用于在鄰近于 至少一個(gè)絕緣體(例如，鄰近于柵極導(dǎo)體的側(cè)壁間隔件512或鄰近于 源極/漏極擴(kuò)散區(qū)的STI 503 )的至少一個(gè)硅本體(例如，多晶硅柵極 導(dǎo)體510或硅源極/漏極擴(kuò)散區(qū)506)上形成硅化物區(qū)518的結(jié)構(gòu)的實(shí) 施例。該結(jié)構(gòu)包括具有6-10nm厚度的第一金屬層514。例如，第一
金屬層可包括大約9nm厚的鎳、鈷或鈦層。在第一金屬層514上是具 有3-9nm厚度522的保護(hù)層516。例如，保護(hù)層516可包括大約3nm 的氮化鈦層，其厚度約為第一金屬層514的厚度522的1/3。保護(hù)層 516還包括污染的頂面525。具體地，在形成工藝期間將保護(hù)層516 暴露于空氣540，因此根據(jù)推測(cè)，保護(hù)層的頂面525包括例如氧和/或 水汽517的雜質(zhì)。附著于保護(hù)層516的污染頂面525的是第二金屬層 515，其厚度比所述保護(hù)蓋層516厚大約1至5倍(例如，大約3-10nm 厚)。例如，第二金屬層可包括大約3nm第二鎳、鈷或鈦層，其厚度 與保護(hù)層516的厚度522大約相同。該結(jié)構(gòu)(即，第一金屬層514-保護(hù)層516 -第二金屬層515疊層)的組合厚度523被預(yù)先選擇(例 如，小于約20nm)，以最小化該結(jié)構(gòu)中在硅本體510、 506和絕緣體 512、 502之間的不均勻結(jié)500處累積的機(jī)械能。因此，該結(jié)構(gòu)在硅化 物形成工藝期間避免空隙形成以及在硅-絕緣體結(jié)550處的硅橋聯(lián)。 此外，作為對(duì)該結(jié)構(gòu)應(yīng)用高溫加熱退火工藝的結(jié)果，在硅本體510、 506上形成有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)518P具體地，對(duì)上述形成的結(jié)構(gòu) 應(yīng)用的退火工藝將得到具有拉伸應(yīng)力的硅化物518，所述拉伸應(yīng)力大 于在n-FET的硅本體(即，多晶硅柵極導(dǎo)體510和源極/漏極擴(kuò)散區(qū) 506)上形成的大約+2.00xl(f達(dá)西/cm、這種有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū) 518將壓縮硅本體，具體地，壓縮柵極導(dǎo)體510，從而一旦完成則優(yōu) 化了晶體管的性能。
因此，上文公開了一種結(jié)構(gòu)和方法，用于調(diào)節(jié)硅化物應(yīng)力，以及 具體地用于在n-FET的柵極導(dǎo)體上生長(zhǎng)有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)，以優(yōu) 化n-FET的性能。更具體地，在n-FET結(jié)構(gòu)上形成第一金屬層 -保 護(hù)蓋層-第二金屬層疊層。然而，在第二金屬層的沉積之前，將保護(hù) 層暴露于空氣。這一空氣斷開步驟改變了在保護(hù)蓋層和第二金屬層之 間的粘附力，從而影響了在硅化物形成期間在第 一金屬層上施加的應(yīng) 力。得到的結(jié)果是對(duì)于n-FET的性能最佳的有更多拉伸應(yīng)力/更少壓 縮應(yīng)力的硅化物。此外，該方法使得能夠使用相對(duì)薄的第一金屬層-保護(hù)蓋層 一第二金屬層疊層，具體地使用相對(duì)薄的第二金屬層來形成
這種有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)，以最小化在柵極導(dǎo)體和側(cè)壁間隔件之間 的結(jié)處累積的機(jī)械能，從而避免硅橋聯(lián)。
具體實(shí)施例的以上描述將完全展現(xiàn)本發(fā)明的一般特征，其它方面 可通過應(yīng)用當(dāng)前知識(shí)在不脫離一般概念的情況下容易地修改和/或適 應(yīng)這些具體實(shí)施例的各個(gè)應(yīng)用，因此這種應(yīng)用和^f務(wù)改應(yīng)該并且意欲,皮 理解為在所公開實(shí)施例的含義和等同范圍內(nèi)。應(yīng)該理解，這里采用的 措辭和術(shù)語為的是說明的目的，而不是限制。因此，雖然根據(jù)實(shí)施例 已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在所附權(quán)利 要求的范圍內(nèi)可以通過修改來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成方法，包括以下步驟在硅本體上形成第一金屬層；在所述第一金屬層上形成保護(hù)層；將所述保護(hù)層的頂面暴露于空氣一段時(shí)間；在所述保護(hù)層的所述頂面上形成第二金屬層；和執(zhí)行退火，以在所述硅本體上形成有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述硅本體包括n型場(chǎng)效應(yīng)晶 體管的多晶硅柵極導(dǎo)體，以及所述有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)壓縮所迷多 晶硅柵極導(dǎo)體，以優(yōu)化所迷晶體管的性能。
3. 權(quán)利要求l或權(quán)利要求2所述的方法，其中將所述保護(hù)層暴 露于空氣的步驟改變了在執(zhí)行所述退火期間由所述保護(hù)層和所述第 二金屬層施加在所述第一金屬層上的機(jī)械應(yīng)力。
4. 權(quán)利要求l、 2或3所迷的方法，其中形成的所述第二金屬層 比所述保護(hù)層厚大約1至5倍。
5. 權(quán)利要求1至4中任一所述的方法，其中形成的所述保護(hù)層 的厚度是所述第一金屬層的厚度的大約1/3。
6. —種自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成方法，包括以下步驟 在硅本體上形成金屬層； 在所述金屬層上形成氮化鈦層；將所述氮化鈦層的頂面暴露于空氣 一段時(shí)間；在所述氮化鈦層的所述頂面上形成鎳層；和執(zhí)行退火，以在所述硅本體上形成有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)。
7. 權(quán)利要求6所述的方法，其中所述硅本體包括n型場(chǎng)效應(yīng)晶 體管的多晶硅柵極導(dǎo)體，并且所述有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)壓縮所述多 晶硅柵極導(dǎo)體，以優(yōu)化所述晶體管的性能。
8. 權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的方法，其中將所述氮化鈦層 暴露于空氣的步驟改變了在執(zhí)行所述退火期間由所迷氮化鈦層和所 述鎳層施加在所述金屬層上的機(jī)械應(yīng)力。
9. 權(quán)利要求6至8中任一所迷的方法，其中形成的所述鎳層的 比所述氮化鈦層厚大約1至5倍。
10. 權(quán)利要求6至9中任一所述的方法，其中形成的所迷氮化鈦 層的厚度是所述金屬層的厚度的大約1/3。
11. 一種自對(duì)準(zhǔn)硅化物形成方法，包括以下步驟 在硅本體和鄰近絕緣體上形成第一金屬層； 在所述第一金屬層上形成保護(hù)層； 將所述保護(hù)層的頂面暴露于空氣一段時(shí)間； 在所述保護(hù)層的所述頂面上形成第二金屬層，其中所述第一金屬層、所述保護(hù)層和所迷第二金屬層形成為具有預(yù)先選擇的組合厚度， 以最小化在所述硅本體和所迷鄰近絕緣體之間的不均勻結(jié)處累積的 機(jī)械能；和執(zhí)行退火，以在所述硅本體上形成有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)。
12. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中所迷硅本體包括n型場(chǎng)效應(yīng) 晶體管的多晶硅柵極導(dǎo)體，并且所述有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)壓縮所述 多晶硅柵極導(dǎo)體，以優(yōu)化所迷晶體管的性能。
13. 權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的方法，其中將所述保護(hù)層 暴露于空氣的步驟改變了在執(zhí)行所述退火期間由所述保護(hù)層和所述 第二金屬層施加在所述第一金屬層上的機(jī)械應(yīng)力。
14. 權(quán)利要求11至13中任一所述的方法，其中形成的所述第二 金屬層比所迷保護(hù)層厚大約1至5倍。
15. 權(quán)利要求11至14中任一所述的方法，其中形成的所述保護(hù) 層的厚度是所述第一金屬層的厚度的大約1/3。
16. —種在硅本體上形成硅化物區(qū)的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括 在所述硅本體上的第一金屬層；在所述第一金屬層上的保護(hù)層，其中所述保護(hù)層具有污染的頂 面^ 和附著于所述污染的頂面的第二金屬層，其中作為對(duì)所述結(jié)構(gòu)應(yīng)用退火的結(jié)果，在所述硅本體上形成有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)。
17. 權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述硅本體包括n型場(chǎng)效應(yīng) 晶體管的多晶硅柵極導(dǎo)體，并且所述有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)壓縮所迷 柵極導(dǎo)體，以優(yōu)化所述晶體管的性能。
18. 權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的結(jié)構(gòu)，其中所述污染的頂 面改變了在所述退火期間由所迷保護(hù)層和所述第二金屬層施加在所 迷第 一金屬層上的機(jī)械應(yīng)力。
19. 權(quán)利要求16至18中任一所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第二金屬層 比所述保護(hù)層厚大約1至5倍。
20. 權(quán)利要求16至19中任一所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第二金屬層 的厚度是所述第一金屬層的厚度的大約1/3。
21. —種在鄰近于絕緣體的硅本體上形成硅化物區(qū)的結(jié)構(gòu)，所述 結(jié)構(gòu)包括在所述硅本體和所述絕緣體上的第一金屬層； 在所述第一金屬層上的保護(hù)層，其中所述保護(hù)層具有污染的頂 面；和附著于所述污染的頂面的第二金屬層，其中所迷結(jié)構(gòu)的組合厚度 被預(yù)先選定，以最小化在所述結(jié)構(gòu)中在所述硅本體和所述絕緣體之間 的不均勻結(jié)處累積的機(jī)械能，并且作為對(duì)所述結(jié)構(gòu)應(yīng)用退火的結(jié)果， 在所述硅本體上形成有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)。
22. 權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)，其中所述硅本體包括n型場(chǎng)效應(yīng) 晶體管的多晶硅柵極導(dǎo)體，并且所迷有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)壓縮所述 柵極導(dǎo)體，以優(yōu)化所迷晶體管的性能。
23，權(quán)利要求21或權(quán)利要求22所述的結(jié)構(gòu)，其中所述組合厚度 小于約20nm。
24. 權(quán)利要求21至23中任一所述的結(jié)構(gòu)，其中所述污染的頂面 改變了在所述退火期間由所述保護(hù)層和所述第二金屬層施加在所述 第一金屬層上的機(jī)械應(yīng)力。
25. 權(quán)利要求21至24中任一所述的結(jié)構(gòu)，其中所迷第二金屬層 比所述保護(hù)層厚大約1至5倍。
26.權(quán)利要求21至25中任一所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第二金屬層 的厚度是所述第一金屬層的厚度的大約1/3。
全文摘要
公開一種結(jié)構(gòu)和方法，用于調(diào)節(jié)硅化物應(yīng)力，具體用于在n-FET的柵極導(dǎo)體上生長(zhǎng)(402)有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)以優(yōu)化n-FET的性能。更具體地，在n-FET結(jié)構(gòu)上形成第一金屬層-保護(hù)蓋層-第二金屬層疊層(403-406)。在第二金屬層的沉積(406)之前，將保護(hù)層暴露(405)于空氣。這一空氣斷開步驟改變了在保護(hù)蓋層和第二金屬層之間的粘附力，從而影響了硅化物形成期間在第一金屬層上施加的應(yīng)力。結(jié)果是對(duì)于n-FET的性能最佳的有更多拉伸應(yīng)力/更少壓縮應(yīng)力的硅化物。此外，該方法能夠使用相對(duì)薄的第一金屬層-保護(hù)蓋層-第二金屬層疊層，具體地使用相對(duì)薄的第二金屬層形成這種有拉伸應(yīng)力的硅化物區(qū)，以最小化在柵極導(dǎo)體和側(cè)壁間隔件之間的結(jié)處累積的機(jī)械能，從而避免硅橋聯(lián)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101361172SQ200780001474
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2007年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月9日
發(fā)明者K·洸漢·黃, R·波泰爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司