專利名稱：自對準金屬硅化物的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別涉及自對準金屬硅化物的形成方法。
背景技術：
在半導體制造技術中，金屬硅化物由于具有較低的電阻率且和其他材料具有很好 的粘合性而被廣泛應用于源/漏接觸和柵極接觸來降低接觸電阻。高熔點的金屬與硅發(fā)生 反應生成金屬硅化物，通過一步或者多步退火工藝可以形成低電阻率的金屬硅化物。隨著 半導體工藝水平的提高，特別是在90nm及其以下技術節(jié)點，為了獲得更低的接觸電阻，鎳 及鎳的合金成為形成金屬硅化物的主要材料。在已經公開的申請?zhí)枮?00780015617. 9的中國專利申請中公開了一種自對準金 屬硅化物的形成方法，該方法選擇鎳合金作為形成金屬硅化物的材料。圖1至圖3給出了 該方法形成自對準硅化物各階段的剖面結構示意圖。如圖1所示，首先提供半導體基底100，所述半導體基底100形成有隔離區(qū)110，所 述隔離區(qū)110內填充有絕緣材料；在半導體基底100上形成有柵介質層104 ；在所述柵介質 層104上形成有柵電極103，在所述柵電極103及柵介質層104的兩側形成有側墻105，所 述柵電極103兩側半導體基底100內形成有源極101和漏極102。如圖2所示，在所述半導體基底100的表面形成金屬層106，所述金屬層106覆蓋 所述源極101、漏極102、柵極103和側墻105，所述金屬層106的材料為鈦。進一步地，可以 在金屬層106上形成保護層107，所述保護層107的材料為氮化鈦(TiN)，用來防止金屬層 106被氧化，保護層107的形成是可選的，可以被忽略。如圖3所示，對所述半導體基底100進行退火工藝，通過退火，所述源極101、漏極 102、柵極103表面上的金屬層106材料與所述源極101、漏極102和柵極103中的硅材料發(fā) 生反應生成金屬硅化物層，分別為101a、102a、103a。之后通過選擇性刻蝕將沒有發(fā)生反應 的金屬層106去除，使得形成的金屬硅化物層101a、102a、103a暴露在所述半導體基底100 的表面。但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術形成的金屬硅化物層(101a、10 或者103a)中合金 元素的分布不夠均勻，并且金屬硅化物層(101a、10 或者103a)的金屬元素會擴散到所述 源極101、漏極102或者柵極103，形成橋接現(xiàn)象。
發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種自對準金屬硅化物的形成方法，避免形成的金屬硅 化物層均勻性差且器件有橋接現(xiàn)象。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種自對準金屬硅化物的形成方法，包括提供半導體基底，所述半導體基底表面至少有一硅區(qū)域；對所述硅區(qū)域進行離子注入；去除所述硅區(qū)域的自然氧化層；
在所述硅區(qū)域形成金屬層；在所述金屬層表面形成保護層；對所述形成有金屬層的半導體基底進行退火，形成金屬硅化物層?？蛇x的，所述硅區(qū)域為源極區(qū)的硅區(qū)域、漏極區(qū)的硅區(qū)域或者柵極區(qū)的柵多晶層?？蛇x的，所述離子注入工藝為砷離子注入?？蛇x的，所述離子注入的具體工藝參數(shù)為注入離子為砷離子，所述砷離子注入的 濃度為1. 8EHcm 2至2. 2E14cnT2，能量范圍為18KeV至22KeV?？蛇x的，所述金屬層的材料為Ti、Co或者Ni?？蛇x的，所述金屬層的形成工藝為物理氣相沉積工藝。可選的，所述保護層的材料為TiN?？蛇x的，所述保護層的形成工藝為物理氣相沉積工藝?？蛇x的，所述退火工藝具體參數(shù)包括退火溫度為700°C至750°C，保護氣體為氮 氣，氮氣流量為3升/分鐘至5升/分鐘，退火時間為15秒至25秒?？蛇x的，還包括步驟去除保護層及其未反應的金屬層?？蛇x的，還包括步驟對所述金屬硅化物層再退火?？蛇x的，對所述金屬硅化物層再退火的具體工藝參數(shù)為退火溫度為800°C至 880°C，保護氣體為氮氣，氮氣流量為3升/分鐘至5升/分鐘，退火時間為15秒至25秒。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點通過形成金屬層之前對硅區(qū)域進行砷離 子注入，提高了后續(xù)形成的金屬硅化物的均一性，且避免形成的器件出現(xiàn)橋接現(xiàn)象。
通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按 實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖1至圖3是現(xiàn)有技術的自對準金屬硅化物形成方法的結構示意圖；圖4是本發(fā)明的一個實施例的自對準金屬硅化物的形成方法的流程示意圖；圖5至圖10為本發(fā)明的一個實施例的自對準金屬硅化物的形成方法的結構示意 圖。
具體實施例方式由背景技術可知，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術形成的金屬硅化物層中合金元素的分布 不夠均勻，并且金屬硅化物層的金屬元素會擴散到所述源極、漏極或者柵極，形成橋接現(xiàn)象。為此，本發(fā)明的發(fā)明人經過大量實驗，提供了一種優(yōu)化的自對準金屬硅化物的形 成方法，包括提供半導體基底，所述半導體基底表面至少有一硅區(qū)域；對所述硅區(qū)域進行離子注入；去除所述硅區(qū)域的自然氧化層；在所述硅區(qū)域形成金屬層；
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在所述金屬層表面形成保護層；對所述形成有金屬層的半導體基底進行退火，形成金屬硅化物層。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表 示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應 限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖4是本發(fā)明的一個實施例的自對準金屬硅化物的形成方法的流程示意圖，圖5 至圖10為本發(fā)明的一個實施例的自對準金屬硅化物的形成方法的過程示意圖。下面結合 圖4至圖10對本發(fā)明的自對準金屬硅化物的形成方法進行說明。步驟S101，提供半導體基底，所述半導體基底表面至少有一硅區(qū)域。參考圖5，提供半導體基底200，在所述半導體基底200表面至少有一硅區(qū)域。所 述半導體基底200的材質可以是單晶硅、非晶硅中的一種，所述半導體基底200的材質也可 以是硅鍺化合物，所述半導體基底200還可以是絕緣體上硅(S0I，SiliCOn On Insulator) 結構或硅上外延層結構。所述半導體基底200表面形成有柵極結構210，所述柵極結構210包括柵介質層 211、形成在柵介質表面的柵多晶硅層212、形成在所述柵介質層211和柵多晶硅層212側壁 的側墻213 ；所述半導體基底200內形成有源極區(qū)220和漏極區(qū)230。所述硅區(qū)域可以是所述半導體基底200內的源極區(qū)220或/和漏極區(qū)230 ；所述 硅區(qū)域也可以是所述半導體基底200表面的柵多晶硅層212。在本實施例中，以所述硅區(qū)域為源極區(qū)220、漏極區(qū)230和柵多晶硅層212為例做 示范性說明。需要特別指出的是，所述硅區(qū)域由于暴露在外界，所述硅區(qū)域表面會有一層自然 氧化層(未圖示)。步驟S102，對所述硅區(qū)域進行離子注入。參考圖6，對所述源極區(qū)220、漏極區(qū)230和柵多晶硅層212進行離子注入300，所 述離子注入用于將硅區(qū)域非晶化。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中直接在硅區(qū)域表面形 成金屬層，然后采用退火工藝形成金屬硅化物層，由于生成的金屬硅化物晶粒尺寸(grain size)較大，后續(xù)退火工藝使得硅區(qū)域硅原子與金屬原子反應形成金屬硅化物層的過程中， 很容易使得形成的金屬硅化物層均勻性差；并且現(xiàn)有工藝中形成的金屬硅化物層為A-Si 鍵(A為金屬原子，A可以為Ti或者Co)，形成機理為金屬原子與Si的互相擴散反應，由于所 述Si相比金屬原子擴散的更快，Si會擴散至柵極的絕緣側壁上與金屬原子反應生成A-Si 的導電金屬硅化物，導致形成的器件出現(xiàn)橋接現(xiàn)象而產生漏電。為此，本發(fā)明的發(fā)明人經過大量的實驗，形成如下方案對所述硅區(qū)域進行離子注 入，所述離子注入的離子為砷，所述砷離子注入的濃度為1. 8E14cm2至2. 2E14cm 2，能量范 圍為 18KeV 至 22KeV。對所述硅區(qū)域進行砷離子注入步驟具有如下作用采用能量范圍為ISKeV至 22KeV的砷離子注入實現(xiàn)非晶化植布，能夠后續(xù)形成的金屬硅化物的晶粒尺寸(GrainSize)變小，排布均勻，使得后續(xù)在所述硅區(qū)域表面的金屬層形成金屬硅化物層時，形成的 金屬硅化物層均一性好；所述離子注入工藝注入了砷離子，砷離子與后續(xù)形成的位于所述 硅區(qū)域的金屬原子形成A-As結構(A為金屬原子，A可以為Ti或者Co)，以金屬鈦為例，鈦 砷結構的晶界(Grain Boundary)的阻擋硅的擴散，從而避免了器件出現(xiàn)橋接現(xiàn)象；砷離子 注入還可以增大后續(xù)金屬硅化物再退火溫度的工藝窗口和時間的工藝窗口。步驟S103，去除所述硅區(qū)域的自然氧化層。所述去除自然氧化層(未圖示)的工藝可以為現(xiàn)有的去除工藝，例如濕法去除工 藝，在這里不再贅述。所述自然氧化層(未圖示)為所述硅區(qū)域暴露在空氣中自然氧化形成，去除自然 氧化層用于提高后續(xù)形成的金屬硅化物層的質量。步驟S104，在所述硅區(qū)域形成金屬層。參考圖7，所述金屬層240材料可以為Ti、Co或者Ni，所述形成金屬層240的工藝 可以為現(xiàn)有的金屬層形成工藝，例如物理氣相沉積工藝。所述金屬層240在后續(xù)工藝中與所述硅區(qū)域的硅原子形成金屬硅化物。步驟S105，在所述金屬層表面形成保護層。參考圖8，所述保護層250用于保護所述金屬層對0，避免所述金屬層240暴露在
空氣中被氧化。所述保護層250材料可以為TiN ；所述形成保護層250的工藝可以為現(xiàn)有的保護 層形成工藝，例如物理氣相沉積工藝。步驟S106，對形成有金屬層的半導體基底進行退火，形成金屬硅化物層。參考圖9，所述退火工藝在快速退火爐中退火，所述退火工藝具體參數(shù)包括退火 溫度為700°C至750°C，保護氣體為氮氣，氮氣流量為3升/分鐘至5升/分鐘，退火時間為 15秒至25秒，直至形成金屬硅化物層沈0。對準金屬硅化物的形成方法還包括步驟去除保護層250 ；去除未反應的金屬層 240 ；對所述金屬硅化物層260再退火。參考圖10，所述去除保護層250工藝為化學試劑去除工藝，以保護層250為TiN為 例，具體工藝參數(shù)包括去除劑為H2SO4和H2O2，其中H2SO4 H2O2為5 1，采用所述去除劑 去除所述保護層250。所述去除未反應的金屬層MO的工藝為化學試劑去除工藝，以金屬層MO為鈦為 例，具體工藝參數(shù)包括去除劑為NH40H、H20dn H2O,其中NH4OH H2O2 H2O為1 1 5， 采用所述去除劑去除未反應的金屬層Μ0。若金屬層240材料為鈦，自對準金屬硅化物的形成方法步驟還包括對所述金屬 硅化物層260再退火，所述再退火工藝在快速退火爐中退火，所述再退火工藝具體參數(shù)包 括退火溫度為800°C至880°C，保護氣體為氮氣，氮氣流量為3升/分鐘至5升/分鐘，退 火時間為15秒至25秒。對所述金屬硅化物層260再退火工藝用于降低形成的金屬硅化物層沈0的電阻， 具體的，若金屬層260材料為鈦，鈦與硅反應生成的一種為C-49相位的TiSi2,C-49相位的 金屬硅化物層260電阻比較大，現(xiàn)有工藝會對所述金屬硅化物層260再退火使得C-49相位 的TiSi2轉變?yōu)榈妥璧腃-M相位的金屬硅化物層沈0，但是隨著半導體隨著線寬的變小，C-49相位轉化為C-M相位所需的溫度變高，所需時間變長。但溫度太高，高溫時間過長就 會導致薄膜的團化，所述金屬硅化物層260形成不相連的塊狀，導致電阻升高，而在本發(fā)明 中，由之前的敘述可知，砷離子注入使得金屬硅化物層260的非晶化可以使TiSi2的晶粒尺 寸變小，縮小晶粒尺寸能夠降低C-49相位到C-M相位轉化的溫度，縮短轉化所需時間。綜上所述，本發(fā)明提供的自對準金屬硅化物的形成方法，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明 在形成金屬層之前對硅區(qū)域進行砷離子注入，提高了后續(xù)形成的金屬硅化物的均一性，且 避免形成的器件出現(xiàn)橋接現(xiàn)象。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，包括提供半導體基底，所述半導體基底表面至少有一硅區(qū)域；對所述硅區(qū)域進行離子注入；去除所述硅區(qū)域的自然氧化層；在所述硅區(qū)域形成金屬層；在所述金屬層表面形成保護層；對形成有金屬層的半導體基底進行退火，形成金屬硅化物層。
2.如權利要求1所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，所述硅區(qū)域為源 極區(qū)的硅區(qū)域、漏極區(qū)的硅區(qū)域或者柵極區(qū)的柵多晶層。
3.如權利要求1所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，所述離子注入工 藝為砷離子注入。
4.如權利要求3所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，所述離子注入的 具體工藝參數(shù)為所述砷離子注入的濃度為1. 8E14cm2至2. 2E14cm 2，能量范圍為ISKeV至 22KeV0
5.如權利要求1所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，所述金屬層的材 料為Ti、Co或者Ni。
6.如權利要求5所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，所述金屬層的形 成工藝為物理氣相沉積工藝。
7.如權利要求1所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，所述保護層的材 料為TiN0
8.如權利要求7所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，所述保護層的形 成工藝為物理氣相沉積工藝。
9.如權利要求1所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，所述退火工藝具 體參數(shù)包括退火溫度為700°C至750°C，保護氣體為氮氣，氮氣流量為3升/分鐘至5升/ 分鐘，退火時間為15秒至25秒。
10.如權利要求1所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，還包括步驟去 除保護層及未反應的金屬層。
11.如權利要求1所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，若金屬層材料為 Ti，還包括步驟對所述金屬硅化物層再退火。
12.如權利要求11所述的自對準金屬硅化物的形成方法，其特征在于，若金屬層材料 為Ti，對所述金屬硅化物層再退火的具體工藝參數(shù)為退火溫度為800°C至880°C，保護氣 體為氮氣，氮氣流量為3升/分鐘至5升/分鐘，退火時間為15秒至25秒。
全文摘要
一種自對準金屬硅化物的形成方法，包括提供半導體基底，所述半導體基底表面至少有一硅區(qū)域；對所述硅區(qū)域進行離子注入；去除所述硅區(qū)域的自然氧化層；在所述硅區(qū)域形成金屬層；在所述金屬層表面形成保護層；對所述形成有金屬層的半導體基底進行退火，形成金屬硅化物層。本發(fā)明形成的金屬硅化物層均勻性好且器件不會出現(xiàn)橋接現(xiàn)象。
文檔編號H01L21/336GK102117744SQ201010002008
公開日2011年7月6日 申請日期2010年1月5日 優(yōu)先權日2010年1月5日
發(fā)明者王栩, 石永昱 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司