专利名称:金属硅化物阻挡结构的形成方法及半导体器件的制作方法
技术领域:
本发明涉及半导体制造技术领域,特别涉及一种金属硅化物阻挡结 构的形成方法及半导体器件。
背景技术:
集成电路的金属硅化物制作工艺中,需在大部分区域的有源区(表 面为硅材料的区域)形成金属硅化物,但也有部分区域的有源区是不能 形成金属硅化物的,如高阻多晶硅区、隔离有源区等区域,因此,在制
作金属硅化物之前,要先在这部分区域形成金属硅化物阻挡层(SAB, Salicide block layer),以防止其形成金属石圭4b物。
申请号为20041008921.5的中国专利申请公开了 一种SAB层的制作方 法,该方法结合光刻、刻蚀和湿法腐蚀技术形成了金属硅化物阻挡结构。
图1 A至1E为说明现有的SAB层形成方法的器件剖面图,图1 A为沉积 SAB层之前的器件剖面图,如图1A所示,首先,提供衬底101,且所述衬 底上已形成多个4册极结构110、 120和130,每一个栅极结构都包括栅氧化 层103、多晶硅栅极104和栅极侧壁层105。若这一结构的衬底直接进入形 成金属硅化物的工艺步骤,则图中所示的表面为硅材料的区域(各器件 的硅村底表面和多晶硅栅极表面)都会形成硅化物,为避免一些高阻区 域表面的硅材料也形成硅化物,需在其上生长阻挡层进行隔离保护。
图1B为沉积SAB层后的器件剖面图,如图1B所示,在所述衬底上沉 积了一层阻挡层140,该层通常由富含硅的氧化硅材料(SRO)形成。
图1C为光刻SAB层后的器件剖面图,如图1C所示,光刻后,衬底表 面形成了第一区域和第二区域,第一区域为在表面为硅材料之处需要形 成金属硅化物的区域,第二区域为在表面为硅材料之处不能形成金属硅 化物的区域,图中器件110和120所在区域为第一区域,器件130所在区域为第二区域。光刻后,第一区域表面的阻挡层曝露,而第二区域表面的
阻挡层被光刻胶150覆盖保护。
图1D为刻蚀SAB层后的器件剖面图,如图1D所示,利用刻蚀工艺刻 蚀第一区域的阻挡层,本步刻蚀工艺中,由于器件密集区与疏散区的刻 蚀速率不相同,密集区的刻蚀速率较快,在器件密集区易出现过刻蚀的 现象,如图中160所示,该部分的刻蚀速率较快,下层的硅衬底在刻蚀过 程中会被损伤,导致器件性能的下降。
图1E为去除光刻胶后的器件剖面图,如图1E所示,在刻蚀SAB层后, 利用氢氟酸溶液漂去余下的薄阻挡层140-1,然后去除光刻胶,形成了仅 在第二区域上方保留有阻挡层的器件结构。
可以看到,现有的SAB形成方法中,因同一衬底上器件的密集度各 不相同,其刻蚀SAB层的速率也会有所差异,这一差异会导致SAB层刻 蚀的均匀性较差,有的区域还余有较厚的阻挡层,有的区域已发生了过 刻蚀现象,损伤到了衬底。随着超大规模集成电路的迅速发展,芯片的 集成度越来越高,元器件的尺寸越来越小,对半导体工艺制作的要求也 越来越高,SAB层刻蚀造成的衬底损伤的问题变得更力。突出,对器件性 能的影响也更加明显,必须加以解决。
发明内容
本发明提供一种金属硅化物阻挡结构的形成方法及半导体器件,该 阻挡结构为堆栈式结构,可以改善现有的阻挡层刻蚀均匀性较差,易损 伤衬底的问题。
本发明提供的一种金属硅化物阻挡结构的形成方法,包括步骤 提供衬底;
在所述衬底上沉积阻挡层; 在所述阻挡层上沉积辅助层;
5利用光刻胶在所述辅助层上定义出第 一 区域和第二区域;
刻蚀所述第 一 区域的所述辅助层;
去除所述光刻胶;
湿法腐蚀所述第 一 区域的所述阻挡层,形成位于所述第二区域上的 阻挡结构。
其中,所述阻挡层由富含硅的氧化物形成,所述辅助层由氮化硅或 氮氧化硅形成,且所述阻挡层厚度在50至150A之间,所述辅助层厚度 在200至400 A之间。
其中,所述湿法腐蚀是利用氢氟酸溶液实现。
本发明具有相同或相应技术特征的一种半导体器件,包括衬底和金 属硅化物阻挡结构,所述村底分为第一区域和第二区域,所述金属硅化 物阻挡结构仅形成于所述衬底的第二区域上,其特征在于所述金属硅 化物阻挡结构包括阻挡层和辅助层,且所述辅助层位于所述阻挡层之 上。
其中,所述阻挡层由富含硅的氧化物形成,所述辅助层由氮化硅或 氮氧化硅形成,且所述阻挡层厚度在50至150A之间,所述辅助层厚度 在200至400 A之间。
本发明具有相同或相应技术特征的另 一种金属硅化物阻挡结构的 形成方法,包括步骤
提供衬底;
在所述衬底上沉积辅助层; 在所述辅助层上沉积阻挡层;
利用光刻胶在所述阻挡层上定义出第一区域和第二区域;
刻蚀所述第 一 区域的所述阻挡层;
去除所述光刻胶;湿法腐蚀所述第 一 区域的所述辅助层,形成位于所述第二区域上的 阻挡结构。其中,所述阻挡层由富含^f圭的氧化物形成,所述辅助层由氮化硅或氮氧化硅形成,且所述辅助层厚度在50至150A之间,所述阻挡层厚度 在200至400 A之间。其中,所述湿法腐蚀是利用热磷酸溶液实现。本发明具有相同或相应技术特征的另 一种半导体器件,包括衬底和 金属硅化物阻挡结构,所述衬底分为第一区域和第二区域,所述金属硅 化物阻挡结构仅形成于所述衬底的第二区域上,其特征在于所述金属 硅化物阻挡结构包括阻挡层和辅助层,且所述阻挡层位于所述辅助层之 上。其中,所述阻挡层由富含^5圭的氧化物形成,所述辅助层由氮化硅或 氮氧化硅形成,且所述辅助层厚度在50至150A之间,所述阻挡层厚度 在200至400 A之间。与现有技术相比,本发明具有以下优点本发明的金属硅化物阻挡结构的形成方法,形成了堆栈式的金属硅 化物阻挡结构,除了包含一层阻挡效果较好的SRO层外,还加入了另 一层刻蚀速率与SRO层不同的辅助层,该辅助层的加入可以令阻挡层 的刻蚀结果均匀 一致,防止在金属硅化物阻挡层的刻蚀过程中损伤衬 底,从而避免了器件性能因此衰退的问题。本发明的金属硅化物阻挡结构的形成方法,不再需要利用光刻胶为 掩膜进行湿法腐蚀,可以在利用酸溶液进行湿法腐蚀前就将光刻胶去 除,只是利用阻挡层和辅助层间腐蚀速率的不同,就可以进行选择性的 湿法腐蚀形成阻挡结构,避免了原有方法中因光刻胶在酸溶液中易受损 而导致的阻挡层变形的问题。本发明的金属硅化物阻挡结构的形成方法具有操作简单,实现方便,可控性强的特点。利用本发明的金属硅化物阻挡结构的形成方法制 作的半导体器件,在制作工艺及器件性能的均匀性方面均有明显改善。
图1A至1E为说明现有的SAB层形成方法的器件剖面图;图2A至2G为说明本发明第一实施例的SAB结构形成方法的器件 剖面图;图3为本发明第一实施例的SAB结构形成方法的流程图;图4A至4G为说明本发明第二实施例的SAB结构形成方法的器件 剖面图;图5为本发明第二实施例的SAB结构形成方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合 附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。本发明的处理方法可被广泛地应用到许多应用中,并且可利用许多 适当的材料制作,下面是通过较佳的实施例来加以说明,当然本发明并 不局限于该具体实施例,本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换 无疑地涵盖在本发明的保护范围内。其次,本发明利用示意图进行了详细描述,在详述本发明实施例时, 为了便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,不 应以此作为对本发明的限定,此外,在实际的制作中,应包含长度、宽 度及深度的三维空间尺寸。图2A至2G为说明本发明第一实施例的SAB结构形成方法的器件 剖面图,图3为本发明第一实施例的SAB结构形成方法的流程图,下 面结合图2A至2G和图3对本发明的第一实施例进行详细介绍。首先,提供衬底(S301),图2A为提供的衬底的器件剖面图,如图2A所示,在衬底上已形成多个栅极结构110、 120和130,每一个栅 极结构都包括栅氧化层103、多晶硅栅极104和栅极侧壁层105。若直 接进入形成金属硅化物的步骤,则图中所示的各器件的表面为硅材料的 区域都会形成硅化物,本实施例中,假设栅极结构130所在区域为高阻 的区域,要求其表面为硅材料的部分不能形成金属硅化物,为此,需在 该区域上生长阻挡层,本实施例中,采用了由两层以上介质层组成的堆 栈式的阻挡结构对该类区域进行隔离。为形成阻挡结构,先在该衬底上沉积一层阻挡层(S302),图2B 为沉积阻挡层后的器件剖面图,如图2B所示,在衬底上依其形貌生长 了一层阻挡层201,该阻挡层201通常采用富含硅的氧化硅材料SRO, 其阻挡隔离效果较好,且可以有效防止有源区的硅损失。本实施例中, 该阻挡层是由化学气相沉积方法形成(CVD , Chemical Vapor Deposition ),由于该阻挡层在后续工艺中的去除是单纯利用湿法腐蚀的 工艺实现,其生长厚度最好不要太厚,但为了达到一定的阻挡效果,其 厚度也不能太薄,例如可以:没置在50至150A之间,如为100 A。接着,在该阻挡层上再沉积一层辅助层(S303 ),图2C为沉积辅助 层后的器件剖面图,如图2C所示,在阻挡层201上再生长了一层辅助 层202,该层可以是由CVD的方法形成的介质层,具体材料可以为氮 化硅或氮氧化硅,其在刻蚀速率上需要与阻挡层201明显不同。其生长 厚度可以设置在200至400 A之间,如为300 A。再接着,利用光刻胶在该辅助层上定义出第 一 区域和第二区域 (S304),图2D为光刻后的器件剖面图,如图2D所示,利用光刻技术 将衬底分为第 一 区域和第二区域,第 一 区域为在表面为硅材料之处需要 形成金属硅化物的区域,第二区域为在表面为硅材料之处不能形成金属 硅化物的区域,图中器件IIO和120所在区域为第一区域,器件130所 在区域为第二区域。光刻后,第一区域的表面曝露,而第二区域的表面被光刻胶150覆盖保护。定义出第 一和第二区域后,刻蚀未被光刻胶保护的第 一 区域的辅助层(S305 ),图2E为刻蚀辅助层后的器件剖面图,如图2E所示,本实 施例中,由于辅助层202与其下的阻挡层201的刻蚀速率不同,前者要 快于后者,本步刻蚀可以较好地停止于阻挡层201处,不会出现因密集 度不同而引起的各器件间的刻蚀不均匀的现象,避免了因过刻蚀而损伤 衬底表面的问题。本步刻蚀的工艺条件设置为本领域的普通技术人员所 熟知,在此不再赘述。刻蚀辅助层后,去除衬底上的光刻胶(S306)。图2F为去除光刻胶 后的器件剖面图,如图2F所示,将光刻胶去除后,衬底上的第一区域 表面为阻挡层201,第二区域的阻挡层201上则还覆盖有辅助层202。本发明的SAB形成方法,可以避免传统的SAB形成方法中光刻胶 和酸溶液直接接触。因为有许多光刻胶在酸溶液(特别是氢氟酸)中容 易受损和脱落,要发现一种适合保护的光刻胶需要花费大量的时间和成 本,在工艺制作中希望能尽量避免光刻胶入酸槽。尤其在制作小尺寸器 件时,通常要使用深紫外线(DUV)光刻胶,该类光刻胶在酸溶液中会 受到损伤,不能4艮好地保护其下层结构,因此,采用原有的单层的SRO 阻挡层结构时,在以光刻胶为掩膜进行湿法腐蚀去除剩余的SRO阻挡 层的步骤中,常会因光刻胶在酸槽中受损、脱落,令本应受保护的第二 区域的SRO阻挡层直接曝露于酸溶液中,从而导致最终形成的阻挡层 不完整。而采用本发明的堆栈式的阻挡结构后,在第二区域的SRO阻 挡层201上方覆盖有辅助层202,因该辅助层与阻挡层的腐蚀速率不同, 可以将该辅助层202直接作为掩膜使用,不需要再利用光刻胶为掩膜, 避免了原有的以光刻胶为掩膜的方法中,因光刻胶变形或脱落而引发的 阻挡层不完整等问题。最后,以第二区域上的辅助层202为掩膜,对第一区域的阻挡层进行腐蚀处理(S307)。图2G为腐蚀阻挡层201后的器件剖面图,如图 2G所示,将表面没有辅助层202覆盖保护的第一区域的阻挡层201湿 法腐蚀去除,本实施例中,阻挡层201为SRO材料,辅助层202为氮 化硅材料,可以选用氢氟酸(HF)为选择性腐蚀液,去除表面曝露的 第一区域的阻挡层201 — 一至此,形成了金属硅化物阻挡结构。该金属硅化物阻挡结构仅形成于衬底的第二区域上,使得该区域表 面没有曝露的硅材料,在后面工艺中也不会在其上形成金属硅化物;同 时,在衬底的第一区域上并没有形成阻挡结构,其表面为硅材料之处仍 可以在后面工艺中形成低阻的金属硅化物。利用本发明第 一实施例的金属硅化物阻挡结构的形成方法形成的 半导体器件,包括衬底和金属硅化物阻挡结构,且衬底可分为第一区域 和第二区域,第 一 区域为在表面为硅材料之处需要形成金属硅化物的区 域,第二区域为在表面为硅材料之处不能形成金属硅化物的区域,所述 金属硅化物阻挡结构仅形成于衬底的第二区域上,其中,金属硅化物阻 挡结构包括阻挡层和辅助层,且辅助层位于阻挡层之上。该阻挡层通常可由富含硅的氧化物形成,厚度在50至150A之间; 该辅助层可由氮化硅或氮氧化硅形成,厚度在200至400 A之间。图4A至4G为说明本发明第二实施例的SAB结构形成方法的器件 剖面图,图5为本发明第二实施例的SAB结构形成方法的流程图,下 面结合图4A至4G和图5对本发明的第二实施例进行详细介绍。首先,提供衬底(S501),图4A为提供的衬底的器件剖面图,如 图4A所示,在衬底上已形成多个栅极结构110、 120和130,每一个栅 极结构都包括栅氧化层103、多晶硅栅极104和栅极侧壁层105。然后,在该衬底上沉积一层辅助层(S502),图4B为沉积辅助层后 的器件剖面图,如图4B所示,在衬底上依其形貌生长了 一层辅助层401 , 该辅助层401可以是由CVD的方法形成的介质层,具体材料可以为氮化硅或氮氧化硅,该辅助层在后面要作为刻蚀停止层使用,为确保停止 效果,其厚度不能过薄,但由于该辅助层在后续工艺中的去除是单纯利 用湿法腐蚀的工艺实现,其生长厚度也最好不要太厚,可以将其设置在50至150A之间,如为100 A。本实施例中,虽然该辅助层选用的氮化硅或氮氧化硅材料与器件直接相邻, 一方面可能会在器件中引入应力,另一方面其与器件间的连接质量也不如SRO与器件相连的质量,但因 其厚度很小,其引入的应力及对连接质量的影响都很有限,对器件的性 能及生产质量不会有明显影响。接着,在该辅助层上再沉积一层阻挡层(S503 ),图4C为沉积阻挡 层后的器件剖面图,如图4C所示,在辅助层401上再生长了一层阻挡 层402,该层可以是富含硅的氧化硅材料SRO,其阻挡隔离效果较好, 且可以有效防止有源区的硅损失。其生长厚度可以设置在200至400 A 之间,如为300A。本实施例中,该SRO阻挡层较厚,阻挡隔离效果更 为优越。再接着,利用光刻胶在该阻挡层上定义出第 一 区域和第二区域 (S504),图4D为光刻后的器件剖面图,如图4D所示,利用光刻技术 将衬底分为第 一 区域和第二区域,第 一 区域为在表面为硅材料之处需要 形成金属硅化物的区域,第二区域为在表面为硅材料之处不能形成金属 硅化物的区域,图中器件IIO和120所在区域为第一区域,器件130所 在区域为第二区域。光刻后,第一区域的表面曝露,而第二区域的表面 被光刻胶150覆盖保护。定义出第 一和第二区域后,刻蚀未被光刻胶保护的第 一 区域的阻挡 层(S505 ),图4E为刻蚀阻挡层后的器件剖面图,如图4E所示,本实 施例中,由于阻挡层402与其下的辅助层401的刻蚀速率不同,本步刻 蚀可以较好地停止于辅助层401处,不会出现因密集度不同而引起的各 器件间的刻蚀不均匀的现象,避免了因过刻蚀而损伤衬底表面的问题。本步刻蚀的工艺条件设置为本领域的普通技术人员所熟知,在此不再赘 述。刻蚀阻挡层后,可以将衬底上的光刻胶去除(S506),图4F为去除 光刻胶后的器件剖面图,如图4F所示,此时,衬底上的第一区域表面 为辅助层401,第二区域的辅助层401上则还覆盖有阻挡层402。最后,直接以第二区域上的阻挡层402为掩膜,腐蚀位于第一区域 表面的辅助层401(S507)。图4G为形成阻挡结构后的器件剖面图,如图 4G所示,利用热磷酸溶液将由氮化硅或氮氧化硅材料组成的辅助层401 腐蚀去除,形成仅位于第二区域上的阻挡结构。该金属硅化物阻挡结构 将第二区域上原本曝露的硅材料保护起来,防止其在后面工艺中形成低 阻的金属硅化物。本实施例中的金属硅化物阻挡结构的形成方法不仅可以令刻蚀结 果均匀一致,避免损伤衬底;同时还可以避免以光刻胶为湿法腐蚀的掩 膜,消除了光刻胶在酸槽中脱落的风险,提高了金属硅化物阻挡结构的 形成质量。利用本发明第二实施例的金属硅化物阻挡结构的形成方法形成的 半导体器件,包括衬底和金属硅化物阻挡结构,且衬底可分为第一区域 和第二区域,第 一 区域为在表面为硅材料之处需要形成金属硅化物的区 域,第二区域为在表面为硅材料之处不能形成金属硅化物的区域,所述 金属硅化物阻挡结构仅形成于衬底的第二区域上,其中,金属硅化物阻 挡结构包括阻挡层和辅助层,且该阻挡层位于辅助层之上。该阻挡层通常可由富含硅的氧化物形成,厚度在200至400 A之间; 该辅助层可由氮化硅或氮氧化硅形成,厚度在50至150A之间。利用本发明的金属硅化物阻挡结构的形成方法制作的半导体器件, 在制作工艺及器件性能的均匀性方面均有所改善。本发明的上述实施例,只列举了两层的堆栈式的金属硅化物阻挡结构,在本发明的其他实施例中,还可以形成两层以上的多层堆栈式的阻挡结构,只要其中一层可以作为刻蚀停止层使用,提高了刻蚀SAB层的刻蚀均匀性,就应该落入了本发明的保护范围内。本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明, 任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能 的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的 范围为准。
权利要求
1、一种金属硅化物阻挡结构的形成方法,包括步骤提供衬底;在所述衬底上沉积阻挡层;在所述阻挡层上沉积辅助层;利用光刻胶在所述辅助层上定义出第一区域和第二区域;刻蚀所述第一区域的所述辅助层;去除所述光刻胶;湿法腐蚀所述第一区域的所述阻挡层,形成位于所述第二区域上的阻挡结构。
2、 如权利要求1所述的形成方法,其特征在于所述阻挡层由富 含硅的氧化物形成,所述辅助层由氮化硅或氮氧化硅形成。
3、 如权利要求1所述的形成方法,其特征在于所述阻挡层厚度 在50至150A之间,所述辅助层厚度在200至400 A之间。
4、 如权利要求1所述的形成方法,其特征在于所述湿法腐蚀是 利用氢氟酸溶液实现。
5、 一种半导体器件,包括衬底和金属硅化物阻挡结构,所述衬底 分为第一区域和第二区域,所述金属硅化物阻挡结构仅形成于所述衬底 的第二区域上,其特征在于所述金属硅化物阻挡结构包括阻挡层和辅 助层,且所述辅助层位于所述阻挡层之上。
6、 如权利要求5所述的半导体器件,其特征在于所述阻挡层由 富含硅的氧化物形成,所述辅助层由氮化硅或氮氧化硅形成。
7、 如权利要求5所述的半导体器件,其特征在于所述阻挡层厚 度在50至150A之间。
8、 如权利要求5所述的半导体器件,其特征在于所述辅助层厚 度在200至400 A之间。
9、 一种金属硅化物阻挡结构的形成方法,包括步骤 提供衬底;在所述衬底上沉积辅助层; 在所述辅助层上沉积阻挡层;利用光刻胶在所述阻挡层上定义出第 一 区域和第二区域;刻蚀所述第一区域的所述阻挡层;去除所述光刻胶;湿法腐蚀所述第 一 区域的所述辅助层,形成位于所述第二区域上的 阻挡结构。
10、 如权利要求9所述的形成方法,其特征在于所述阻挡层由富 含硅的氧化物形成,所述辅助层由氮化硅或氮氧化硅形成。
11、 如权利要求9所述的形成方法,其特征在于所述辅助层厚度 在50至150A之间,所述阻挡层厚度在200至400 A之间。
12、 如权利要求9所述的形成方法,其特征在于所述湿法腐蚀是 利用热磷酸溶液实现。
13、 一种半导体器件,包括衬底和金属硅化物阻挡结构,所述衬底 分为第一区域和第二区域,所述金属硅化物阻挡结构仅形成于所述衬底 的第二区域上,其特征在于所述金属硅化物阻挡结构包括阻挡层和辅 助层,且所述阻挡层位于所述辅助层之上。
14、 如权利要求12所述的半导体器件,其特征在于所述阻挡层 由富含硅的氧化物形成,所述辅助层由氮化硅或氮氧化硅形成。
15、 如权利要求12所述的半导体器件,其特征在于所述辅助层 厚度在50至150A之间。
16、 如权利要求12所述的半导体器件,其特征在于所述阻挡层 厚度在200至400 A之间。
全文摘要
本发明公开了一种金属硅化物阻挡结构的形成方法,包括步骤提供衬底;在所述衬底上沉积阻挡层;在所述阻挡层上沉积辅助层;利用光刻胶在所述辅助层上定义出第一区域和第二区域;刻蚀所述第一区域的所述辅助层;去除所述光刻胶;湿法腐蚀所述第一区域的所述阻挡层,形成位于所述第二区域上的阻挡结构。本发明的形成方法可以令阻挡层的刻蚀结果均匀一致,避免损伤衬底;同时辅助层的引入可以避免利用光刻胶作为湿法腐蚀的掩膜,消除了光刻胶在酸槽中脱落的风险。利用本发明的金属硅化物阻挡结构的形成方法制作的半导体器件,在制作工艺及器件性能的均匀性方面都可以得到改善。
文档编号H01L21/70GK101295662SQ200710040238
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月24日 优先权日2007年4月24日
发明者刚 毛, 王家佳 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司