專利名稱：在晶片上的硅化物形成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體晶片上選擇性地形成硅化物的方法。
背景技術(shù)：
M0S晶體管是半導(dǎo)體器件的重要部件，M0S晶體管的柵極的電特 性直接影響到這類器件的質(zhì)量。MOS晶體管的柵極區(qū)典型地包括作為 主導(dǎo)電層的多晶硅層或非晶硅層，以及有時(shí)候在主導(dǎo)電層上堆疊的硅 化物層，例如硅化鈷或硅化鈦或硅化鎳。類似地，MOS晶體管的源極 和漏極有源區(qū)典型地包括可由硅化物層覆蓋的摻雜硅層。這些硅化物 層提供了良好的歐姆接觸，從而減小了 MOS晶體管的層電阻并增加了 其中結(jié)合了該MO S晶體管的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行速度。
存在許多期望減小集成電路的一些晶體管的接觸電阻并通過維 持較高接觸電阻來保護(hù)其它晶體管免受靜電放電影響的應(yīng)用。因此， 期望選擇性地對(duì)需要減小接觸電阻的晶體管的柵極、漏極和/或源極 區(qū)進(jìn)行硅化而保持其它晶體管的相應(yīng)區(qū)域不被硅化，從而維持有源區(qū) 和多晶硅區(qū)都具有較高接觸電阻和方塊電阻(sheet resistance)。
在一些已知方法中，典型地采用掩膜來防止在不想被硅化的區(qū) 域上形成硅化物。該掩膜可以由疊層來形成， 一方面，疊層包括例如 通過CVD (化學(xué)氣相沉積)從原硅酸四乙酯(TEOS)得到的二氧化硅 (Si02)層之類的氧化層，另一方面，疊層包括例如氮化硅(Si3N4) 層之類的氮化層?，F(xiàn)有技術(shù)中將這樣的掩膜稱為硅保護(hù)掩膜或 "SiProt"掩膜。在該掩膜保護(hù)的晶片區(qū)域上不形成硅化物。
然而，在上述方法中有許多缺點(diǎn)。掩膜的形成需要熱預(yù)算，該 熱預(yù)算在90nm以及更小的工藝中與結(jié)不是太兼容。另外，還會(huì)在MOS 晶體管中產(chǎn)生應(yīng)力。最后，上述方法本身需要相對(duì)多的步驟，尤其是 在沉積鈷(Co)之前為去除Si02阻止層的去氧步驟，這導(dǎo)致挖出不期望的STI (淺槽隔離)槽。
公開號(hào)為US2005/64638的美國(guó)專利申請(qǐng)描述了一種意在減輕上 述缺點(diǎn)的在晶片上選擇性地形成硅化物的方法。所提出的方法包括步 驟a)在不想被硅化的區(qū)域頂部形成阻止層，b)經(jīng)由阻止層進(jìn)行離 子注入，c)去除阻止層，d)在該薄層上沉積一個(gè)金屬層(該金屬能 夠通過與硅進(jìn)行熱反應(yīng)來形成硅化物)，e)執(zhí)行適合于對(duì)通過步驟 d)所沉積的金屬進(jìn)行硅化的熱處理，以及f)將沒有對(duì)步驟e)的熱 處理進(jìn)行反應(yīng)的金屬去除。
然而，在該處理流程中，必須在需要硅化的區(qū)域處蝕刻SiProt 掩膜(阻止層)，因此使得這些區(qū)域易受蝕刻處理的侵蝕，導(dǎo)致不期 望的表面損傷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，最好提供一種用于在晶片上選擇性地形成硅化物的方法， 其中防止了在SiProt層的蝕刻過程中對(duì)要被硅化的區(qū)域的損傷。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在半導(dǎo)體晶片上選擇性地形成硅化物 的方法，該半導(dǎo)體晶片包括要在其上形成硅化物的第一區(qū)域和不想在 其上形成硅化物的第二區(qū)域，該方法包括
a) 在所述晶片上沉積金屬層來覆蓋所述第一和第二區(qū)域；
b) 沉積掩膜層來覆蓋所述金屬層；和 C)執(zhí)行硅化工藝；
其中使所述掩膜層形成圖案以使得僅在所述第一區(qū)域中的金屬 暴露于所述硅化工藝。
這樣，因?yàn)樵谘谀又俺练e金屬層，所以晶片表面不會(huì)遭受 任何掩膜蝕刻的侵蝕和隨后的劣化。
在一個(gè)示例實(shí)施例中，使掩膜層形成圖案以使得僅暴露處在半 導(dǎo)體晶片的第二區(qū)域中的金屬層，并隨后在執(zhí)行硅化工藝之前(優(yōu)選 地通過濕法或干法蝕刻)去除金屬層的暴露部分。優(yōu)選地，隨后執(zhí)行 選擇性蝕刻工藝來去除任何未反應(yīng)的金屬。
在另一個(gè)示例實(shí)施例中，使掩膜層形成圖案來僅暴露處在第一區(qū)域中的金屬層，接下來，在執(zhí)行硅化工藝之前沉積非晶硅蓋層來覆 蓋第一和第二區(qū)域。在這種情況下，可通過干法蝕刻使掩膜層形成圖
案，并且優(yōu)選地在達(dá)到大約100-15(TC的相對(duì)低的溫度下沉積非晶硅 蓋層。優(yōu)選地，在硅化工藝之后再次執(zhí)行選擇性蝕刻工藝，以便去除 任何殘留的或未反應(yīng)的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，在沉積掩膜層之前可 以沉積電介質(zhì)層，并且使用掩膜層來蝕刻電介質(zhì)層，以便僅留下未被 暴露于所述硅化工藝的區(qū)域中的所述電介質(zhì)層。
將理解的是金屬層可以包括能夠被硅化的任何適合的金屬，包 括但不限于Co、 Ni、 Ti等。類似地，掩膜可以包括任何適合的材料， 包括但不限于氧化物、氮化物、碳化物或無定形碳，或者它們的組合。
通過參照下面描述的實(shí)施例將明了和說明本發(fā)明的這些和其它 方面。


現(xiàn)在將僅通過例子并參照附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中
圖1示意性示出在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于在晶片上選擇性地形成 硅化物的方法的工藝流程中的基本步驟；
圖2示意性示出在根據(jù)本發(fā)明第一示例實(shí)施例的用于在晶片上 選擇性地形成硅化物的方法的工藝流程中的基本步驟；
圖3示意性示出在根據(jù)本發(fā)明第二示例實(shí)施例的用于在晶片上 選擇性地形成硅化物的方法的工藝流程中的基本步驟；和
圖4示意性示出在根據(jù)本發(fā)明第三示例實(shí)施例的用于在晶片上 選擇性地形成硅化物的方法的工藝流程中的基本步驟。
具體實(shí)施例方式
參照附圖中的圖1，如上面的簡(jiǎn)述，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝流程 中，首先(1)用SiProt層IO覆蓋整個(gè)晶片，該SiProt層10包括 氧化物、氮化物或上面提及的與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的類型的疊層。區(qū)域A 將被硅化，區(qū)域B表示不想進(jìn)行硅化的I/O晶體管。通過濕法蝕刻、 干法蝕刻或兩者的組合在要硅化的區(qū)域處對(duì)SiProt層10進(jìn)行蝕刻(2)。實(shí)際上，要硅化的區(qū)域往往形成晶片表面的90% — 99%左右。 接下來，以任何適合的方法對(duì)晶片進(jìn)行清潔，比如濕法蝕刻、干法蝕 刻、化學(xué)蝕刻、反應(yīng)蝕刻或物理蝕刻(濺射蝕刻)，并在整個(gè)晶片上 沉積(3)金屬層12。最后，執(zhí)行(4)熱處理(退火)來在未被SiProt 層IO保護(hù)的區(qū)域處產(chǎn)生硅化物14，并隨后執(zhí)行選擇性的蝕刻處理來 去除所有未反應(yīng)的金屬。
如上所述，在參照?qǐng)D1圖解說明和描述的工藝流程中，在要硅 化的區(qū)域中去除SiProt (由于缺陷和殘留物)會(huì)使這些區(qū)域的Si表 面劣化。這是需要很專門的清潔處理的原因，但由于不規(guī)則的硅化(穿 刺，spiking)導(dǎo)致結(jié)泄漏或硅化物侵蝕，因此仍然發(fā)生產(chǎn)量降低。
本發(fā)明通過首先執(zhí)行金屬沉積步驟，然后防止在預(yù)定位置處的 金屬形成硅化物并最后執(zhí)行硅化步驟，克服了該缺陷。
參照附圖中的圖2，在根據(jù)本發(fā)明的第一示例實(shí)施例的方法中， 首先(1)在整個(gè)晶片上沉積金屬(例如Co、 Ni、 Ti等)層12 (例 如50-200埃)，既覆蓋要硅化的區(qū)域(A)也覆蓋不想硅化的區(qū)域(B)。 接下來(2)，在金屬層12上沉積硬掩膜(例如氧化物/氮化物/碳化 物)16，并形成圖案來去除不想硅化的區(qū)域(B)中的硬掩膜16。最 后，在進(jìn)行硅化退火以使得在其中保留了金屬層并去除了所有未反應(yīng) 金屬的區(qū)域中形成硅化物14 (4)之前，通過濕法或干法蝕刻將金屬 層12形成圖案，以便從不想硅化的區(qū)域中去除金屬層并且從要硅化 的區(qū)域(A)中去除硬掩膜(3)。
因此，在提出的方法中，通過(優(yōu)選地通過濕法蝕刻)去除非 常薄(典型地在5到30nm之間)的金屬層來形成SiProt圖案。所提 出的新工藝流程的主要優(yōu)點(diǎn)之一是SiProt圖案形成被限制在I/O晶 體管區(qū)域(B)，這樣對(duì)器件的總泄漏造成的影響很小(這是因?yàn)橐?硅化的區(qū)域往往形成晶片表面的90% — 99%左右，而要保護(hù)的區(qū)域(輸 入/輸出晶體管)往往僅形成大約1%—10%的晶片表面)。而且，受保 護(hù)的區(qū)域不會(huì)遭受由現(xiàn)有技術(shù)的裝置中與SiProt有關(guān)的缺陷而導(dǎo)致 的任何硅化問題(即，穿剌和硅化侵蝕，它們都引起結(jié)泄漏增大)。
參照附圖中的圖3，在根據(jù)本發(fā)明第二示例實(shí)施例的方法中，以代表要硅化的區(qū)域A和不想硅化的區(qū)域B的兩個(gè)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(1)開始， 首先，在整個(gè)晶片上再次沉積(2)金屬層12 (例如Co、 Ni、 Ti等)。 接下來，在金屬層12上沉積SiProt層10。 SiProt層10可以包括氧 化物、氮化物、硅化物或無定形碳層，或它們的組合。然后，優(yōu)選地 通過干法蝕刻將SiProt層10形成圖案(4)，以便從要硅化的區(qū)域 (A)去除SiProt層，留下覆蓋原始隔離物的殘留隔離物，并留下不 想硅化的區(qū)域(B)中的SiProt層lO。這里將意識(shí)到，SiProt層以 及蝕刻不會(huì)與下面的硅和結(jié)相互反應(yīng)，因此防止了該工藝過程中硅表 面的劣化。
在接下來的步驟(5)，在整個(gè)晶片表面上沉積犧牲非晶硅蓋層 30。這種沉積發(fā)生在相對(duì)低的溫度(例如PECVD，可能是基于SiH4 的，或者如PVD之類其它技術(shù)， 10(TC)。在步驟6，進(jìn)行硅化退 火工藝。金屬與未摻雜非晶硅的反應(yīng)速度比與摻雜晶體硅的反應(yīng)速度 快得多。在未保護(hù)區(qū)域(A，B，C)和SiProt保護(hù)區(qū)域(a，b，c)上形 成了兩種不同相和不同厚度的硅化物?？梢酝ㄟ^對(duì)退火工藝的溫度/ 時(shí)間設(shè)置來調(diào)節(jié)厚度和相的差異。在未保護(hù)區(qū)域和SiProt保護(hù)區(qū)域 上形成不同厚度和相的硅化物使得可以通過未摻雜非晶硅的反應(yīng)形 成富含硅的穩(wěn)定硅化物14 (例如MSi2)以及通過摻雜晶體硅形成薄 的、含硅少的相的硅化物(如MSi)或不穩(wěn)定的固溶體硅化物(例如 MxSiy) 32。從而后面能夠從受保護(hù)區(qū)域選擇性地去除后一種硅化物。
最后，去除(7)硅蓋層和SiProt層(在將無定形碳作為SiProt 層的情況下，可以通過揭起(liftoff)來去除)，留下未反應(yīng)金屬的 區(qū)域12，然后將區(qū)域12以及薄的不穩(wěn)定硅化物蝕刻掉(8)(例如 通過濕法蝕刻)。
因此，通過在金屬沉積步驟之后沉積SiProt層克服了上述與現(xiàn) 有技術(shù)相關(guān)的缺點(diǎn)。因此，當(dāng)(通過蝕刻)將SiProt層形成圖案時(shí)， 下面的硅不會(huì)劣化，即當(dāng)沒有殘留物并且沒有由于蝕刻或由于所需要 的清潔工藝(典型地是濺射蝕刻)而引起的Si缺陷時(shí)，硅化得到改 善，并減少了結(jié)泄漏，這使該工藝與超淺結(jié)(USJ)或S0I尤為兼容。 所提出的方法的基本思想包括在金屬層頂部沉積犧牲非晶Si蓋層，并在該蓋層與下面的金屬之間布置SiProt層。犧牲Si蓋層使得來自 SD結(jié)的硅消耗減小，從而進(jìn)一步增強(qiáng)與USJ和SOI的兼容性。
在另一個(gè)稱為升高式硅化(elevated silicidation)的公知的 工藝流程中，首先在在提高的溫度(典型地高于60(TC)下執(zhí)行選擇 性外延硅生長(zhǎng)工藝以在源極和漏極上生長(zhǎng)額外的硅層。接著，在整個(gè) 晶片上沉積金屬層，并進(jìn)行硅化退火從而在與硅層接觸的金屬區(qū)域處 形成硅化物。然后選擇性地蝕刻掉未反應(yīng)的金屬。然而，由于使用了 高溫，因此結(jié)的輪廓劣化，顯然這是不期望的。另外，所需的選擇性 外延生長(zhǎng)工藝不容易實(shí)現(xiàn)，這導(dǎo)致在隔離區(qū)域(隔離物/STI)上有發(fā) 生短路的風(fēng)險(xiǎn)。
參照附圖中的圖4，根據(jù)本發(fā)明的第三示例實(shí)施例解決了這些附 加的問題，并且尤其在沒有與選擇性外延硅生長(zhǎng)相關(guān)的缺點(diǎn)的情況下 實(shí)現(xiàn)了普通升高源-漏極(elevated source/drain)結(jié)構(gòu)的一個(gè)特定 有益效果，即減小了結(jié)的硅消耗。與根據(jù)本發(fā)明第一示例實(shí)施例的方 法一樣，以源-漏結(jié)構(gòu)(1)開始，首先在整個(gè)晶片表面上沉積(2) 金屬層12。接著，在金屬層12上沉積(3)電介質(zhì)材料(氧化物或 氮化物)的層18，下文將電介質(zhì)材料層18稱為硬掩膜。然后，優(yōu)選 地使用(4)反向有源掩膜(inverse active mask) 22和用來表示 無需硅化的有源區(qū)域的附加設(shè)計(jì)層以及干法蝕刻工藝(5)來將硬掩 膜18形成圖案，干法蝕刻工藝從要硅化的區(qū)域中去除硬掩膜，但留 下了被保護(hù)的STI和原始隔離物上的殘留隔離物。接著，在相對(duì)低的 溫度下沉積(6)非晶硅層24，并執(zhí)行(7)硅化退火工藝，以便非 晶硅層24與要硅化的區(qū)域中的金屬12進(jìn)行反應(yīng)以在這些區(qū)域中形成 硅化物14。最后，執(zhí)行(8)未反應(yīng)的硅、電介質(zhì)和金屬的選擇性濕 法蝕刻。
與傳統(tǒng)的升高源-漏極結(jié)構(gòu)(其中在金屬沉積之前沉積犧牲硅 (以提供不是來源于結(jié)的硅))不同，在上面描述的第三示例實(shí)施例 中，在金屬沉積之后沉積犧牲硅。
因?yàn)樵谙鄬?duì)低的溫度下(例如，PECVD 15(TC， PVD 10(TC) 沉積非晶硅層，所以不會(huì)有結(jié)劣化。另外，在硅化工藝期間大多數(shù)Si消耗來自于非晶硅蓋層，而結(jié)區(qū)域僅僅消耗非常少量的硅，這是 因?yàn)閾诫s晶體硅與金屬層的反應(yīng)比未摻雜的非晶Si蓋層與金屬層的 反應(yīng)慢得多。第三示例實(shí)施例是上述第二示例實(shí)施例的擴(kuò)展的、全面
綜合的版本，其中使用了特殊步驟從而使得在隔離區(qū)域(STI或 L0C0S)上不會(huì)形成硅化物。
應(yīng)注意，上述實(shí)施例說明而非限制本發(fā)明，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員 將能設(shè)計(jì)許多不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的可選的實(shí) 施例。在權(quán)利要求中，置于括號(hào)中的任何參考符號(hào)不應(yīng)理解為限制該 權(quán)利要求。詞語(yǔ)"包括"和"包含"之類不排除在任何權(quán)利要求或作 為整體的說明書中列舉的那些部件或步驟之外的部件或步驟存在。引 用單個(gè)部件不排除多個(gè)這類部件的引用，反之亦然。在相互不同的從 屬權(quán)利要求中記載的特定措施這一簡(jiǎn)單事實(shí)并不表示不能使用這些 措施的組合來獲得有益效果。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體晶片上選擇性地形成硅化物的方法，該半導(dǎo)體晶片包括要在其上形成硅化物的一個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域(A)以及不想在其上形成硅化物的一個(gè)或多個(gè)第二區(qū)域(B)，所述方法包括a)在所述晶片上沉積金屬層(12)來覆蓋所述第一和第二區(qū)域(A，B)；b)施加掩膜層(16，10，22)來覆蓋所述金屬層(12)；和c)執(zhí)行硅化工藝；其中，使所述掩膜層(10，16，22)形成圖案以使得僅在所述一個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域(A)中的金屬暴露于所述硅化工藝。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中使所述掩膜層(16)形成圖 案以使得僅暴露處在半導(dǎo)體晶片的所述一個(gè)或多個(gè)第二區(qū)域(B)中 的金屬層(12)，接下來，在執(zhí)行硅化工藝之前去除金屬層(12)的 暴露部分。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中隨后執(zhí)行選擇性蝕刻工藝來 去除任何未反應(yīng)的金屬。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述掩膜層(10， 22)形 成圖案來僅暴露處在所述一個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域中的金屬層，接下來， 在執(zhí)行硅化工藝之前沉積非晶硅蓋層(30， 24)來覆蓋第一和第二區(qū) 域。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中通過干法蝕刻使所述掩膜層 (10)形成圖案，并且在相對(duì)低的溫度下沉積非晶硅蓋層(30)。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中在硅化工藝之后執(zhí)行選擇性 蝕刻工藝，以便去除任何殘留的或未反應(yīng)的材料。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中在施加所述掩膜層(22)之 前沉積電介質(zhì)層(18)來覆蓋所述金屬層(12)，并且在去除電介質(zhì) 層(18)之前使所述掩膜層(22)形成圖案以暴露所述一個(gè)或多個(gè)第 一區(qū)域(A)處的所述電介質(zhì)層(18)。
8. —種通過包括如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法之一的工 藝所制造的電子電路。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體晶片上選擇性形成硅化物的方法，其中在施加SiProt掩膜(10，16，22)之前在整個(gè)晶片上沉積金屬層(12)，從而對(duì)掩膜(10，16，22)的任何蝕刻都不會(huì)導(dǎo)致硅晶片的任何表面損傷。
文檔編號(hào)H01L21/8234GK101517730SQ200780036100
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者埃里克·格里岑, 斯?fàn)栒病た茽柕峡? 韋羅妮克·德-容 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司