專利名稱：改進MOSFETs鎳基硅化物熱穩(wěn)定性的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件的制造方法，特別是涉及ー種改進MOSFETS鎳基硅化物熱穩(wěn)定性的方法。
背景技術：
IC集成度不斷増大需要器件尺寸持續(xù)按比例縮小，然而電器工作電壓有時維持不變，使得實際MOS器件內(nèi)電場強度不斷増大。高電場帶來一系列可靠性問題，使得器件性能退化。例如，MOSFET源漏區(qū)之間的寄生串聯(lián)電阻會使得等效工作電壓下降。由于鎳基硅化物通常具有較低的電阻(例如10. 5 15 μ Ω/cm)、較低的硅消耗(鎳與襯底硅反應形成鎳基硅化物時消耗襯底硅較少)以及與硅襯底之間較低的接觸電阻，鎳基硅化物在現(xiàn)有的CMOS技術中起到了不可替代的作用并被廣泛應用。例如，為了減小接觸電阻率以及源漏串聯(lián)電阻，深亞微米小尺寸MOSFET常采用高摻雜源漏(或LDD)并同時在源漏區(qū)上以硅化物自對準(Salicide)エ藝覆蓋金屬硅化物特別是鎳基金屬硅化物用作接觸。但是，這種具有鎳基金屬硅化物的傳統(tǒng)高摻雜源漏MOSFET也存在ー些不足。鎳基硅化物通常受制于其較差的熱穩(wěn)定性。由于鎳基硅化物熔點較低，它們通常在約550°C下會發(fā)生凝結或凝聚。但是在某些應用中，鎳基硅化物需要承受約750°C的高溫以進行后期硅化處理。在這些應用中，較低熔點、較差熱穩(wěn)定性的鎳基硅化物因為會發(fā)生凝結或凝聚從而破壞源漏接觸的穩(wěn)定性或進入溝道區(qū)內(nèi)，甚至可能導致器件失效。因此，非常需要改進鎳基硅化物的熱穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的改進鎳基硅化物熱穩(wěn)定性的方法通常包括，在沉積鎳金屬時同步添加高熔點(難熔)金屬，例如鉬、鈷、鈦等等，形成的合金具有較高熔點和較佳的熱穩(wěn)定性，隨后形成的鎳基金屬合金硅化物的熱穩(wěn)定性也隨之改善。此外，還可以在整個硅襯底(特別是要形成接觸的源漏區(qū)中)加入摻雜劑，例如氮、碳等等(常用的為C、N、F，此外還可以是O、S等等)，隨后沉積金屬并執(zhí)行退火以形成鎳基硅化物，摻雜離子能起到阻止鎳擴散的作用，當鎳基金屬硅化物發(fā)生部分凝結時能阻擋金屬擴散特別是進入溝道區(qū)，一定程度上提高了熱穩(wěn)定性。然而，這些現(xiàn)有的改進鎳基硅化物熱穩(wěn)定性的方法存在一定缺陷。采用鎳基金屬合金來制備硅化物時，所添加的例如鉬、鈷、鈦等金屬不足以大大改進其熱穩(wěn)定性，取得的改進效果有限的同時還帶來了硅化物電阻増大的副作用。而對襯底摻雜的技術中，摻入的雜質(zhì)除了改進源漏接觸的鎳基金屬硅化物的熱穩(wěn)定性之外，還會因為離子注入時經(jīng)常發(fā)生的隧道效應而進入溝道區(qū)從而影響到溝道區(qū)的遷移率，進ー步加劇或惡化了 MOSFETs的短溝道效應。總而言之，現(xiàn)有MOSFETs制造技術中廣泛使用的鎳基金屬硅化物需要有效改進其 熱穩(wěn)定性，然而現(xiàn)有的改進技術不足以完全勝任。因此，需要ー種能有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性的方法。

發(fā)明內(nèi)容
由上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性的方法。本發(fā)明提供了ー種方法，用于有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性，包括在重摻雜源漏區(qū)中形成非晶層；對所述非晶層進行摻雜離子注入；執(zhí)行第一退火以形成重結晶層，所述摻雜離子固定在所述重結晶層內(nèi)；在所述重結晶層上形成鎳基金屬硅化物。其中，形成非晶層的步驟包括對重摻雜源漏區(qū)進行預非晶化離子注入，所述預非 晶化離子包括Ge、Si、B、P、As或其組合，優(yōu)選為Ge或Si，注入劑量為I X IO15至I X 1017cm_2。所述摻雜離子包括C、N、F或其組合，注入劑量為I X IO15至I X IO17Cm-2。其中，形成鎳基金屬硅化物的步驟包括，在重結晶層上沉積鎳基金屬，執(zhí)行第二退火以形成鎳基金屬硅化物，所述鎳基金屬包括Ni、Ni-Co、Ni-Pt、Ni-Pt-Co，其中Co含量小于等于10%,Pt含量小于等于8 %，鎳基金屬厚度為I至30nm ;所述鎳基金屬硅化物為NiSi、NiPtSi、NiCoSi或NiPtCoSi。依照本發(fā)明的有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性的方法，由于采用了預非晶化再注入摻雜離子隨后再退火重結晶的エ藝，使得注入的摻雜離子被類似干“固定”或“凍結”在重結晶層中，也即在稍后的鎳基金屬硅化物形成過程中這些摻雜離子不會因為離子注入時經(jīng)常發(fā)生的隧道效應而進入溝道區(qū)，從而大幅提高了鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性，且不會惡化器件性能。本發(fā)明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申請獨立權利要求的范圍內(nèi)得以滿足。本發(fā)明的實施例限定在獨立權利要求中，具體特征限定在其從屬權利要求中。


以下參照附圖來詳細說明本發(fā)明的技術方案，其中圖I至圖7為依照本發(fā)明的可有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性的方法的各個步驟的剖面示意圖。
具體實施例方式以下參照附圖并結合示意性的實施例來詳細說明本發(fā)明技術方案的特征及其技術效果，公開了可有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性的方法。需要指出的是，類似的附圖標記表示類似的結構，本申請中所用的術語“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修飾各種器件結構或制造エ序。這些修飾除非特別說明并非暗示所修飾器件結構或制造エ序的空間、次序或?qū)蛹夑P系。圖I至圖7為依照本發(fā)明的可有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性的方法的各個步驟的剖面示意圖。首先參照附圖1，形成基礎結構。如圖I所示為基礎結構的剖面示意圖。首先，形成襯底中有源區(qū)的隔離結構。例如在襯底10上沉積氧化物和/或氮化物組成的犧牲層和刻蝕停止層(未示出)，涂敷光刻膠并曝光顯影，去除非有源區(qū)上的光刻膠，執(zhí)行刻蝕在襯底中形成溝槽，然后去除光刻膠，在整個襯底上包括溝槽中填充作為隔離介質(zhì)的氧化物，然后再次光刻，去除有源區(qū)上的氧化物，從僅在之前形成的溝槽中留有氧化物，最終構成淺溝槽隔離(STI) 20。其中襯底10可以是體硅、絕緣體上硅(SOI)或者是含硅的其他化合物半導體襯底，例如SiGe、SiC等等，以及這些物質(zhì)的組合。STI 20的填充材料可以是氧化硅。除了 STI之外，還可以采用LOCOSエ藝形成熱氧化物隔離，但是對于小尺寸器件，還是優(yōu)選使用STI。需要說明的是，雖然附圖中僅顯示了兩STI包圍的ー個有源區(qū)及其中的MOSFETs，但是本發(fā)明可適用于CMOS器件或單元陣列的多個MOSFETs。在具有淺溝槽隔離(STI) 20的襯底10上形成柵極堆疊結構30，包括先沉積柵極介質(zhì)層31，柵極介質(zhì)層31可以是低k的氧化硅、氮氧化硅，也可以是高k材料，例如氧化鉿、氧化鉭等。在柵極介質(zhì)層31上沉積柵極層32，柵極層32的材質(zhì)可為多晶硅(poly Si)、非晶娃(d-Si),也可以是金屬或合金及其氮化物,例如Al、Ti、Ta、TiN、TaN等等,甚至當柵極層32用作后柵エ藝的虛擬柵極時是氧化物特別是ニ氧化硅，也可以是這些物質(zhì)組合的疊層或混合物。在柵極層32上沉積蓋層33，其材質(zhì)通常是氮化物，例如氮化硅(SiN)，用于稍后刻 蝕或注入的掩模層。采用常用的光刻掩?？涛gエ藝形成由柵極介質(zhì)層31、柵極層32以及蓋層33重疊構成的柵極堆疊結構30。以柵極堆疊結構30為掩模，進行源漏第一次低劑量注入，退火形成源漏輕摻雜(LDD)區(qū)。隨后，在整個結構上沉積隔離絕緣層并刻蝕，在柵極堆疊結構30的兩側留下隔離側墻40，隔離側墻40的材質(zhì)可為氮化物或氮氧化物。以柵極堆疊結構30以及隔離側墻40為掩模，進行源漏第二次高劑量注入，退火形成源漏重摻雜區(qū)，從而構成如圖I所示的具有LDD結構的重摻雜源漏區(qū)50，以便進一步減小源漏電阻。自然，也可以只進行一次源漏離子注入(例如采用頂部較薄的T型柵極結構，斜向注入源漏摻雜離子，此時T型結構的柵極阻擋了部分源漏摻雜離子，使得靠近T型柵極的源漏部分摻雜濃度較低，從而形成LDD結構)，形成具有LDD結構的重摻雜源漏區(qū)50。其次，參照圖2，進行預非晶化離子注入。如圖2所示，對整個基礎結構進行第一次離子注入以執(zhí)行預非晶化，也即在進行后續(xù)源漏摻雜離子注入之前預先將要注入的單晶Si的源漏區(qū)部分改變?yōu)榉蔷B(tài)，因此也稱為預非晶化離子注入，該第一次離子注入所用離子或稱預非晶化離子種類包括鍺Ge、硅Si、硼B(yǎng)、神As、磷P或其組合，優(yōu)選為Ge、Si。注入劑量范圍從I X IO15至I X 1017cm_2。注入能量依據(jù)離子種類和劑量而選擇，只要能滿足使得注入?yún)^(qū)完全非晶化，例如對于IO16CnT2的B注入而言，所需的注入能量為40keV。由于材質(zhì)例如為氮化物的較致密的蓋層33和隔離側墻40的存在，第一次預非晶化離子只能注入到源漏區(qū)50中位于隔離側墻40外側的一部分中。這些高劑量的預非晶化離子在注入到源漏單晶硅的過程中，改變了襯底的晶體結構，在源漏區(qū)50位于隔離側墻40外側的部分中形成了非晶層60，如圖3所示。非晶層60在水平方向上與源漏區(qū)50和/或襯底溝道區(qū)中單晶硅的界面大致平行于隔離側墻40的垂直面，非晶層60在豎直方向上與源漏區(qū)50和/或襯底溝道區(qū)中單晶硅的界面大致平行于并優(yōu)選地不超出源漏區(qū)50的底面，非晶層60上表面與襯底10上表面大致齊平也即露出襯底表面。然后，參照圖4，對上述形成的非晶層進行摻雜離子注入。如圖4所示，對整個結構進行第二次離子注入以摻入能改善鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性的雜質(zhì)離子，因此也稱為摻雜離子注入，該第二次注入所采用的離子或稱摻雜離子種類包括但不限于碳C、氮N、氟F或其組合，注入的劑量范圍從1父1015至1\1017(^_2。由于材質(zhì)例如為氮化物的較致密的蓋層33和隔離側墻40的存在，與第一次離子注入類似，第二離子只能注入到上述形成的非晶層60中。隨后進行第一次退火以重結晶，優(yōu)選為激光退火(退火時間一般為I微秒至100秒，所使用的激光、離子束、電子束或非相干寬帶光源的能量密度約為I至lOOJ/cm2)，摻雜的非晶層60在退火過程中發(fā)生重結晶，原位形成了重結晶層61，重結晶層61的范圍、大小、位置與非晶層60大致相同，如圖5所示。與此同時，第二次離子注入所采用的第二離子與襯底中Si以及第一次離子注入的第一離子相互反應，例如彼此共價鍵合，第二離子被類似于“固定”或“冷凍”在重結晶層61中，也即在稍后的鎳基金屬硅化物形成過程中這些第二離子不會因為離子注入時經(jīng)常發(fā)生的隧道效應而進入溝道區(qū)，不會惡化器件性能。隨后，參照圖6，在整個結構也即襯底10 (包括重結晶層61)、STI 20、柵極堆疊結構30上沉積鎳基金屬薄層70。鎳基 金屬薄層70的材質(zhì)可以是鎳(Ni)、鎳鉬合金(Ni-Pt，其中Pt含量小于等于8%重量)、鎳鈷合金(Ni-Co,其中Co含量小于等于10%重量)或鎳鉬鈷三元合金(Ni-Pt-Co,其中Pt含量小于等于8%重量,Co含量小于等于10%重量)。鎳基金屬薄層70的厚度范圍從I至30nm。接著，通過第二次退火執(zhí)行硅化物自對準エ藝(SALICIDE)形成鎳基金屬硅化物80。執(zhí)行第二次退火所用的SALICIDEエ藝可以采用一歩或兩步退火。對于一歩退火而言，在約450-550°C下進行快速熱退火(RTP，退火時間一般為I微秒至100秒，所使用的激光、離子束、電子束或非相干寬帶光源的能量密度約為I至lOOJ/cm2)，沉積的鎳基金屬薄層70與原重結晶層61中的硅反應而生成相應的鎳基金屬硅化物，剝除未反應的鎳基金屬薄層70的那部分，在剰余的重結晶層61上留下鎳基金屬硅化物80。鎳基金屬硅化物80依照鎳基金屬薄層70材質(zhì)不同而相應的可以是NiSi、NiPtSi、NiCoSi或NiPtCoSi。對于兩步退火而言，首先，執(zhí)行第二低溫退火，退火溫度約為300°C。第二低溫退火之后，與重結晶層61直接接觸的也即位于源漏區(qū)域上方的鎳基金屬薄層70部分會與原重結晶層61中的單晶硅發(fā)生反應形成富鎳相的鎳基金屬硅化物。在此約300°C的低退火溫度下，柵極側墻40上的金屬薄層不太可能繞過隔離側墻橫向擴散到襯底特別是溝道區(qū)中。接著，剝除未反應的金屬薄層70。在約450至500°C的溫度下進行第二高溫退火，使得富鎳相的鎳基金屬硅化物轉化為具有低電阻率鎳基金屬硅化物80，以便減小源漏寄生電阻，提高器件響應速度。同樣，鎳基金屬硅化物80依照鎳基金屬薄層70材質(zhì)不同而相應的可以是NiSi、NiPtSi、NiCoSi或NiPtCoSi。鎳基金屬硅化物的橫向生長由于采用兩步溫度不同的退火而在一定程度上得到抑制。如圖7所示，最終得到的鎳基金屬硅化物80范圍在水平方向上與原重結晶層61大致相同，也即與源漏區(qū)50和/或襯底溝道區(qū)中單晶硅的界面大致平行于隔離側墻40的垂直面；鎳基金屬硅化物80在豎直方向上與重結晶層61中單晶硅的界面大致平行于并優(yōu)選地不超出重結晶層61下底面，也即鎳基金屬硅化物80由于鎳基金屬的低硅耗而厚度小于原重結晶層61，換言之，重結晶層61中的硅并未被完全消耗而是在下方剰余一部分重結晶層61。之后，與傳統(tǒng)的MOSFETエ藝類似，可沉積并平坦化層間介質(zhì)層，刻蝕形成接觸通孔，沉積接觸墊層和金屬接觸材料。當柵極層32為虛擬柵極時，也即采用后柵エ藝時，在形成層間介質(zhì)層之后形成接觸通孔之前，還可以先刻蝕去除虛擬柵扱，隨后依次沉積高k柵極介質(zhì)材料以及金屬柵極材料并平坦化。依照本發(fā)明的有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性的方法，由于采用了預非晶化再注入摻雜離子隨后再退火重結晶的エ藝，使得注入的摻雜離子被類似干“固定”或“凍結”在重結晶層中，也即在稍后的鎳基金屬硅化物形成過程中這些摻雜離子不會因為離子注入時經(jīng)常發(fā)生的隧道效應而進入溝道區(qū)，從而大幅提高了鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性，不會惡化器件性能。
盡管已參照ー個或多個示例性實施例說明本發(fā)明，本領域技術人員可以知曉無需脫離本發(fā)明范圍而對器件結構做出各種合適的改變和等價方式。此外，由所公開的教導可做出許多可能適于特定情形或材料的修改而不脫離本發(fā)明范圍。因此，本發(fā)明的目的不在于限定在作為用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳實施方式而公開的特定實施例，而所公開的器件結構及其制造方法將包括落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實施例。
權利要求
1.ー種方法，用于有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性，包括 在重摻雜源漏區(qū)中形成非晶層； 對所述非晶層進行摻雜離子注入； 執(zhí)行第一退火以形成重結晶層，所述摻雜離子固定在所述重結晶層內(nèi)；以及 在所述重結晶層上形成鎳基金屬硅化物。
2.如權利要求I所述的方法，其中形成非晶層的步驟包括，對重摻雜源漏區(qū)進行預非晶化離子注入。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述預非晶化離子包括Ge、Si、B、P、As或其組合。
4.如權利要求2所述的方法，其中，所述預非晶化離子的劑量為IX IO15至I X 1017cm_2。
5.如權利要求I所述的方法，其中，所述摻雜離子包括C、N、F或其組合。
6.如權利要求I所述的方法，其中，所述摻雜離子的劑量為IXIO15至IX IO17CnT2。
7.如權利要求I所述的方法，其中，形成鎳基金屬硅化物的步驟包括，在所述重結晶層上沉積鎳基金屬，執(zhí)行第二退火以形成所述鎳基金屬硅化物。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述鎳基金屬包括Ni、Ni-Co、Ni-Pt、Ni-Pt-Co，所述鎳基金屬硅化物為NiSi、NiPtSi、NiCoSi或NiPtCoSi。
9.如權利要求7所述的方法，其中，所述鎳基金屬厚度為I至30nm。
10.如權利要求7所述的方法，其中，所述第二退火為一歩退火或兩步退火。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于有效提高鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性的方法，包括在重摻雜源漏區(qū)中形成非晶層；對所述非晶層進行摻雜離子注入；退火以形成重結晶層，所述摻雜離子固定在所述重結晶層內(nèi)；在所述重結晶層上形成鎳基金屬硅化物。由于采用了預非晶化再注入摻雜離子隨后再退火重結晶的工藝，使得注入的摻雜離子被類似于“固定”或“凍結”在重結晶層中，也即在稍后的鎳基金屬硅化物形成過程中，這些摻雜離子不會因為離子注入時經(jīng)常發(fā)生的隧道效應而進入溝道區(qū)，從而大幅提高了鎳基金屬硅化物熱穩(wěn)定性，且不會惡化器件性能。
文檔編號H01L21/336GK102693916SQ20111007439
公開日2012年9月26日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者李俊峰, 羅軍, 趙超, 鐘匯才 申請人:中國科學院微電子研究所