自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法和半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】一種自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法和半導(dǎo)體器件，所述自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法包括：在硅層上形成摻雜區(qū)；在摻雜區(qū)的表面形成第一金屬層；進行退火工藝，使得所述第一金屬層和與之相接觸的摻雜區(qū)源漏摻雜區(qū)表面的硅結(jié)合形成第一金屬硅化物層；去除未反應(yīng)的第一金屬層；在所述第一金屬硅化物層上形成與所述第一金屬層材質(zhì)不同的第二金屬層；進行退火工藝，使得所述第一金屬硅化物層的表層和第二金屬層結(jié)合形成第二金屬硅化物層；去除多余的第二金屬層。本發(fā)明提供的自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法形成的金屬硅化物能夠提供給半導(dǎo)體器件更小的接觸電阻。
【專利說明】自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法和半導(dǎo)體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，尤其涉及一種自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法和包含上述自對準(zhǔn)金屬硅化物的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造技術(shù)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)體工藝水平的提高，特別是在90nm及其以下技術(shù)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(jīng)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(zhǔn)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。
[0003]如作者為中國科學(xué)院微電子研究所的尚海平等人的《自對準(zhǔn)硅化物工藝研究》(《微電子學(xué)》第39卷第6期，2009年12月)中介紹的，現(xiàn)有選擇鎳合金作為形成金屬硅化物的材料的形成自對準(zhǔn)硅化物的工藝一般包括一步硅化工藝和兩步硅化工藝，其中一步硅化工藝采用一次高溫快速退火形成鎳硅化物，兩步硅化工藝先采用一次低溫快速退火工藝，然后采用一次高溫快速退火工藝形成鎳硅化物。由于兩步硅化工藝中形成的硅化物電阻率更小且均勻性好，是現(xiàn)有常用的形成金屬硅化物的工藝。
[0004]而現(xiàn)有兩步硅化工藝提供的金屬硅化物的電阻率依然比較大，不能滿足一些高性能電子器件的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有形成金屬硅化物的工藝提供的金屬硅化物的電阻率不能適應(yīng)高性能電子器件的要求。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法，包括:
[0007]在硅層的表面形成摻雜區(qū)；
[0008]在所述摻雜區(qū)的表面形成第一金屬層；
[0009]進行退火工藝，使得所述第一金屬層和與之相接觸的摻雜區(qū)表面的硅結(jié)合形成第一金屬硅化物層；
[0010]去除未反應(yīng)的第一金屬層；
[0011]在所述第一金屬娃化物層上形成與所述第一金屬層材質(zhì)不同的第二金屬層；
[0012]進行退火工藝，使得所述第一金屬硅化物層的表層和第二金屬層結(jié)合形成第二金屬硅化物層；
[0013]去除未反應(yīng)的第二金屬層。
[0014]可選的，所述第一金屬層或者第二金屬層中具有的金屬兀素包括Er、Yb、Pt、T1、Co或Ni中的一種。[0015]可選的，形成第一金屬硅化物層時的退火工藝為低溫快速退火工藝，設(shè)置退火溫度的范圍為180°C?300°C，進行時間為IOs?120s。
[0016]可選的,在去除未反應(yīng)的第一金屬層之后，在所述第一金屬娃化物層上形成與所述第一金屬層材質(zhì)不同的第二金屬層之前，還包括一次高溫快速退火工藝，設(shè)置退火溫度的范圍為380°C?550°C，進行時間為IOs?120s。
[0017]可選的，所述形成第二金屬硅化物層的退火工藝為恒溫退火工藝、尖峰退火工藝、閃光退火工藝或激光退火工藝中的一種。
[0018]可選的，所述形成第二金屬硅化物層的退火工藝為恒溫退火工藝時，設(shè)置退火溫度的范圍為200°C?600°C，進行時間為5s?120s。
[0019]可選的，所述形成第二金屬硅化物層的退火工藝為尖峰退火工藝時，設(shè)置退火溫度的尖峰溫度范圍為300°C飛00°C。
[0020]可選的，所述形成第二金屬硅化物層的退火工藝為閃光退火工藝時，設(shè)置退火溫度的范圍為500°C、00°C，進行時間為0.lms?ls。
[0021]可選的，形成所述第一金屬層或所述第二金屬層的方法為化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。
[0022]可選的，所述第一金屬層的材質(zhì)為Ni，所述第二金屬層的材質(zhì)為Ti，所述第二金屬硅化物為NiSi，所述第三金屬硅化物為TiNiSi。
[0023]可選的，形成第一金屬層之前還包括預(yù)清洗所述摻雜區(qū)表面的步驟。
[0024]可選的，在形成第一金屬硅化物層之后，形成第二金屬層之前，還包括預(yù)清洗所述第一金屬硅化物層表面的步驟。
[0025]可選的，所述摻雜區(qū)為源漏摻雜區(qū)。
[0026]可選的，所述摻雜區(qū)位于多晶硅柵極的表面，所述硅層為多晶硅柵極的柵極材料層。
[0027]本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件具有形成在硅層中的摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的表面具有金屬娃化物層，所述金屬娃化物層從娃層內(nèi)部向表面的方向上依次包括第一金屬硅化物層和第二金屬硅化物層，所述第一金屬硅化物層中具有第一金屬元素，所述第二娃化物層中具有第一金屬兀素和第二金屬兀素。
[0028]可選的，所述第一金屬元素或第二金屬元素為Er、Yb、Pt、T1、Co或Ni中的一種。
[0029]可選的，所述第一金屬元素為Ni，所述第二金屬元素為Ti，所述第二金屬硅化物為NiSi，所述第二金屬硅化物為TiNiSi。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0031]本發(fā)明提供的自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法包括在形成好第一金屬硅化物之后，再形成第二金屬層，然后再進行一次退火，使得所述第二金屬層和第一金屬硅化物反應(yīng)形成具有第一金屬元素和第二金屬元素的第二金屬硅化物。根據(jù)發(fā)明人的理論推理和多次試驗驗證，這樣形成的第二金屬硅化物具有比第一金屬硅化物更小的電阻率，能夠提供給MOS晶體管更小的接觸電阻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1至圖5是本發(fā)明的實施例提供的自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0033]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0034]本發(fā)明的實施例中以現(xiàn)有常用的選擇鎳合金作為形成金屬硅化物的材料，且進行兩步硅化工藝的硅化物的形成工藝為基礎(chǔ)，結(jié)合圖1至圖5，詳細詮釋本發(fā)明的技術(shù)方案的改進之處。但是本發(fā)明的技術(shù)方案并不受此限制。
[0035]首先，如圖1所示，在硅層10上形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)包括MOS晶體管的多晶硅柵極20和在硅層10內(nèi)形成MOS晶體管的源漏摻雜區(qū)22和33。
[0036]其中，所述硅層10可以由體硅襯底提供，也可以由諸如SOI襯底這樣表面為硅外延層的其它半導(dǎo)體襯底提供，也可以由摻雜多晶硅層提供。
[0037]所述多晶硅柵極20包括柵氧化層和摻雜的多晶硅層，以及圍繞所述柵氧化層和多晶硅層的側(cè)墻。在其它實施方式中，所述多晶硅柵極也可以為金屬柵極，在這種情況中，所述摻雜區(qū)也可以只為源漏摻雜區(qū)22和33。所述源漏摻雜區(qū)22和33通過源漏離子注入形成。
[0038]在別的實施例中，所述摻雜區(qū)為別的半導(dǎo)體器件需要電性連接的極端，如光電二極管的正負極，三極管的基極、集電極或發(fā)射極。
[0039]在后續(xù)工藝中，需要在所述多晶硅柵極20以及源漏摻雜區(qū)22和33上形成金屬接觸孔結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)與其它半導(dǎo)體器件的金屬互連。
[0040]接下來，進行形成硅化物前的預(yù)清洗，以使得需要形成金屬硅化物的區(qū)域的表面沒有雜質(zhì)或者氧化膜，避免影響形成金屬硅化物的質(zhì)量。預(yù)清洗采用稀釋的氫氟酸等進行。
[0041]接下來，如圖2所示，在圖1所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面形成第一金屬層30，使得多晶硅柵極20和所述源漏摻雜區(qū)的表面與第一金屬層30相接觸。所述第一金屬層30的厚度要大于預(yù)計形成金屬硅化物所需要的金屬層的厚度，以使得形成整片晶片上不同區(qū)域硅化物的均勻性好。如在本實施例中，后續(xù)工藝中形成硅化物所需要的第一金屬層30的厚度為50人,在本步驟中形成的第一金屬層30的厚度為100人?200人。所述形成第一金屬層30的工藝可以為化學(xué)氣相沉積工藝，也可以為物理氣相沉積工藝。
[0042]由于金屬硅化物NiSi具有低硅耗和低形成熱預(yù)算、低電阻率和不存在線寬效應(yīng)等優(yōu)點，因而得到了廣泛的關(guān)注和研究，是如今常采用的自對準(zhǔn)硅化物材料。在本實施例中，所述第一金屬層30為Ni或者主要為Ni的合金(如NiPt)。在其它實施方式中，所述第一金屬層30也可以為主要包括Er、Yb、Pt、Ti或Co中的一種的金屬或合金層。
[0043]優(yōu)選的，在本實施例中，進行下一步驟之前，還包括在所述第一金屬層30上形成一層Ti或TiN層，以保護所述第一金屬層30在后續(xù)工藝過程中表面不被氧化。所述形成Ti或TiN層的工藝也為化學(xué)氣相沉積工藝或物理氣相沉積工藝中的一種。該Ti或TiN層在后續(xù)退火中不參與反應(yīng)，并且在需要去除多余的第一金屬層30時，其會一并被去除。
[0044]接下來，如圖3所示，進行退火工藝，使得所述第一金屬層和與之相接觸的多晶硅柵極表面以及源漏摻雜區(qū)表面的硅結(jié)合形成第一金屬硅化物層13。
[0045]在本實施例中，采用兩步硅化工藝形成第一金屬硅化物層。所述兩步硅化工藝包括兩次退火:第一次為在形成好金屬層之后進行的低溫快速退火工藝(RTA1)，第二次為在去除多余的金屬層之后進行的高溫快速退火工藝(RTA2)。
[0046]具體的，包括:
[0047]進行低溫快速退火工藝(RTA1)，設(shè)置退火溫度的范圍為180°C?300°C，進行時間為10iTl20S。經(jīng)過RTA1，在所述多晶硅柵極20和所述源漏摻雜區(qū)的表面形成了 N1-Si化合物。當(dāng)僅僅經(jīng)過RTAl的工藝，所述N1-Si由多種硅化物相組成，主要為富鎳相硅化物，其電阻率依然偏大，并且形成的N1-Si/Si界面粗糙。
[0048]去除多余(即未發(fā)生反應(yīng))的第一金屬層30。由于前述形成的第一金屬層30的厚度大于所需要的厚度，在進行下一步工藝之前，需要去除沒有被反應(yīng)掉的第一金屬層30，防止其在下一步的退火工藝中繼續(xù)與Si反應(yīng)。
[0049]進行高溫快速退火工藝(RTA2)，設(shè)置退火溫度的范圍為380°C飛50°C，進行時間為10iTl20S。經(jīng)過RTA2的工藝，在RTAl后形成的富鎳相硅化物發(fā)生相變，形成一硅化鎳(NiSi)0
[0050]進行兩步硅化工藝具有的優(yōu)點是通過低溫的RTAl使得Ni的擴散量得到精確控制，并形成富鎳相硅化物，而多余的Ni在隨后的選擇性腐蝕工藝中全部去除，隨后高溫的RTA2使得富鎳相硅化物相變成一硅化鎳，所以高溫處理時過度硅化問題得到解決。另外，硅化物僅由NiSi組成，其電阻率小且性質(zhì)均，并且能夠形成光滑的NiSi/Si界面。
[0051]但是，在本發(fā)明的技術(shù)方案中對形成第一金屬硅化物層的退火工藝不做具體的限制，其也可以為只有一次退火的一步硅化工藝。
[0052]接下來，預(yù)清洗所述第一金屬硅化物層13表面。以使得需要第一金屬硅化物層13的表面沒有雜質(zhì)或者氧化膜，避免影響形成金屬硅化物的質(zhì)量。
[0053]接下來，如圖4所示，在所述第一金屬硅化物層13上形成與所述第一金屬層材質(zhì)不同的第二金屬層40，使得多晶硅柵極20和所述源漏摻雜區(qū)的表面的第一硅化物13與第一金屬層30相接觸。
[0054]本實施例中，所述第二金屬層30為Ti或者主要為Ti的合金(如NiPt)。使得后續(xù)工藝中能夠形成鈦鎳硅化物(NiTiSi )，減小金屬硅化物的電阻率。在其它實施方式中，所述第二金屬層40也可以為主要包括Er、Yb、Pt或Co中的一種的金屬層，所述第二金屬層40中主要包括的金屬元素與第一金屬層中主要包括的金屬元素不同的。接下來，如圖5所示，進行退火工藝，使得所述第一金屬硅化物層13的表層和第二金屬層40結(jié)合形成第二金屬硅化物層14，去除多余的(即未發(fā)生反應(yīng)的)第二金屬層40。
[0055]在本步驟中，所述退火工藝為恒溫退火工藝、尖峰退火工藝、閃光退火工藝或激光退火工藝中的一種。
[0056]其中，經(jīng)過發(fā)明人的實驗，NiSi的電阻率會在超過650°C的退火溫度下劇烈的增長。本實施例中，第一金屬硅化物為NiSi，為了避免NiSi電阻率的增大，本步驟中的退火的溫度一般不宜超過650°C。
[0057]當(dāng)本步驟中的退火工藝為恒溫退火工藝(Soak Anneal)時，設(shè)置退火溫度的范圍為2000C?600°C，進行時間為5s?120s。
[0058]當(dāng)本步驟中的退火工藝為尖峰退火工藝(Spike Anneal)時，設(shè)置退火溫度的尖峰溫度范圍為300°C?600°C。
[0059]當(dāng)本步驟中的退火工藝為閃光退火工藝(Flash Anneal)時，設(shè)置退火溫度的范圍為500°C、00°C，進行時間為0.1ms?Is。
[0060]去除多余的第二金屬層40后，形成本發(fā)明的技術(shù)方案提供的MOS晶體管，如圖5所示:
[0061]所述MOS晶體管具有形成在硅層10中的多晶硅柵極20和在硅層10內(nèi)的源漏摻雜區(qū)22和33。所述源漏摻雜區(qū)22和33的表面具有金屬硅化物層，所述金屬硅化物層從半導(dǎo)體襯底內(nèi)部向表面的方向上依次包括第一金屬娃化物層13和第二金屬娃化物層14,在本實施例中，所述第一金屬硅化物為NiSi，所述第二硅化物為TiNiSi。
[0062]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。
[0063]雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成方法，其特征在于，包括: 在娃層的表面形成摻雜區(qū)； 在所述摻雜區(qū)的表面形成第一金屬層； 進行退火工藝，使得所述第一金屬層和與之相接觸的摻雜區(qū)表面的硅結(jié)合形成第一金屬硅化物層； 去除未反應(yīng)的第一金屬層； 在所述第一金屬娃化物層上形成與所述第一金屬層材質(zhì)不同的第二金屬層； 進行退火工藝，使得所述第一金屬硅化物層的表層和第二金屬層結(jié)合形成第二金屬硅化物層； 去除未反應(yīng)的第二金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述第一金屬層或者第二金屬層中具有的金屬元素包括Er、Yb、Pt、T1、Co或Ni中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成第一金屬硅化物層時的退火工藝為低溫快速退火工藝，設(shè)置退火溫度的范圍為180°C~300°C，進行時間為IOs~120s。
4.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，在去除未反應(yīng)的第一金屬層之后，在所述第一金屬硅化物層上形成與所述第一金屬層材質(zhì)不同的第二金屬層之前，還包括一次高溫快速退火工藝，設(shè)置退火溫度的范圍為380°C~550°C，進行時間為IOs~120s。
5.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述形成第二金屬硅化物層的退火工藝為恒溫退火工藝、尖峰退火工藝、閃光退火工藝或激光退火工藝中的一種。
6.如權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述形成第二金屬硅化物層的退火工藝為恒溫退火工藝時，設(shè)置退火溫度的范圍為200°C~600°C，進行時間為5s~120s。
7.如權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述形成第二金屬硅化物層的退火工藝為尖峰退火工藝時，設(shè)置退火溫度的尖峰溫度范圍為300°C~600°C。
8.如權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述形成第二金屬硅化物層的退火工藝為閃光退火工藝時，設(shè)置退火溫度的范圍為500°C、00°C，進行時間為0.lmiTls。
9.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述第一金屬層或所述第二金屬層的方法為化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。
10.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述第一金屬層的材質(zhì)為Ni，所述第二金屬層的材質(zhì)為Ti，所述第二金屬硅化物為NiSi，所述第三金屬硅化物為TiNiSi。
11.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成第一金屬層之前還包括預(yù)清洗所述摻雜區(qū)表面的步驟。
12.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，在形成第一金屬硅化物層之后，形成第二金屬層之前，還包括預(yù)清洗所述第一金屬硅化物層表面的步驟。
13.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述摻雜區(qū)為源漏摻雜區(qū)。
14.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述摻雜區(qū)位于多晶硅柵極的表面，所述硅層為多晶硅柵極的柵極材料層。
15.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件具有形成在硅層中的摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的表面具有金屬娃化物層，所述金屬娃化物層從娃層內(nèi)部向表面的方向上依次包括第一金屬硅化物層和第二金屬硅化物層，所述第一金屬硅化物層中具有第一金屬元素，所述第二娃化物層中具有第一金屬兀素和第二金屬兀素。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一金屬元素或第二金屬元素為Er、Yb、Pt、T1、Co或Ni中的一種。
17.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一金屬元素為Ni，所述第二金屬兀素為Ti,所述第二金 屬娃化物層為NiSi,所述第二金屬娃化物層為TiNiSi。
【文檔編號】H01L21/285GK103915326SQ201310006397
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月8日
【發(fā)明者】禹國賓 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司