专利名称：形成用于接触插塞的金属硅化物的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成金属硅化物的方法。特别是涉及一种形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，以避免金属硅化物的管状钻出(piping)而造成漏电流的问题。
背景技术：
半导体装置广泛使用于各种电子产品中，例如电脑或是移动电话...等物件。简单来说，一个典型半导体元件是在硅基材上建立栅极，并在栅极两边的硅基材中，经由离子注入方法建立具有掺质的源极与漏极。栅极、源极与漏极一起即共同组成了一个典型半导体元件。此时，半导体元件中的栅极、源极与漏极尚需与外部电路形成电连接。一般说来， 由于金属具有极低的电阻，通常会被选为栅极、源极与漏极与外部电路电连接的电性媒介。由于硅与金属间单纯的欧姆接触所产生的接面电阻太大，而不利于元件的电性操作，所以还会希望在硅与作为外部电路电性媒介的金属之间，再额外形成一层可以降低接面电阻的金属硅化物。此等金属硅化物的本身的导电度不但够大，有利于降低硅与金属间单纯的欧姆接触所产生的接面电阻，并改善元件的电性操作。另一方面，为了增加硅基材中的载流子迁移率，也会想要在硅基材中或是硅基材之上建立应力层，通过调整应力层的应力值，而得到改善的载流子迁移率。但是，一但将增加应力的应力工程纳入考量之后，反而会造成金属硅化物漏电流的问题，特别是因为金属硅化物的管状钻出瑕疵(piping defect)而造成漏电流的问题。还有，在考量到金属栅极与高介电材料的制作工艺时，也会影响到金属硅化物的稳定性，特别是栅极后制(gate-last)的制作工艺，因为金属硅化物会比金属栅极早完成。当金属栅极比金属硅化物还要晚完成的时候，会产生热预算顾虑(thermal budget concern)、交叉污染(cross-contamination)与缺陷议题(defect issue)。为了要解决金属硅化物的管状钻出瑕疵(piping defect)而造成漏电流的问题， 以及金属栅极比金属硅化物还要晚完成所产生的热预算顾虑(thermalbudget concern), 交叉污染(cross-contamination)与缺陷议题...等种种困难，势必需要一种新的形成金属硅化物的方法，特别是形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，以解决上述问题，同时获得制作工艺整合上的好处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的形成金属硅化物的方法，特别是形成用于接触插塞的金属硅化物的方法。使用本发明发法可以解决金属硅化物的管状钻出瑕疵(piping defect)而造成漏电流的问题。另外，对于金属栅极比金属硅化物还要晚完成的制作工艺中，所遭遇至Ij的热预算尼页虑(thermal budgetconcern)、交叉污染(cross-contamination) 与缺陷议题...等种种困难，本发明新的形成金属硅化物的方法也可以使得上述问题迎刃而解。另外，本发明形成金属硅化物的方法同时还可以获得制作工艺整合上的好处。为达上述目的，本发明一方面提出一种形成金属硅化物的方法，特别适用于接触插塞中。首先，提供一基材。其次，在基材上形成一栅极结构，此栅极结构包含一硅层、一栅极介电层与至少一间隙壁。然后，形成一组源极与漏极，其位于基材中并邻近栅极结构。继续，形成一层间介电层，其覆盖栅极结构、源极与漏极。再来，选择性移除层间介电层，以暴露栅极结构。之后，在层间介电层中形成多个接触洞，以暴露部分的基材。接下来，将暴露的基材反应以形成所需的金属硅化物。在本发明一较佳实施态样中，形成金属硅化物的步骤可以是，先使用一接触金属填入多个接触洞中，使得接触金属直接接触源极与漏极，接下来进行一退火步骤，使得接触金属与基材反应形成金属硅化物。在本发明另一较佳实施态样中，还可以形成位于接触洞中的源极接触插塞与漏极接触插塞，其直接接触金属硅化物。本发明另一方面提出一种形成金属硅化物的方法，特别适用于接触插塞中。首先， 提供一栅极结构。此栅极结构位于一基材上，并包含一栅极填充层(dummy gate)。其次，形成一组源极与漏极，其位于基材中并邻近栅极结构。然后，形成一层间介电层，其覆盖源极与漏极，并暴露栅极结构。继续，选择性移除栅极填充层。接下来，在层间介电层中形成多个接触洞，以暴露源极与漏极。跟着，使用一接触金属填入多个接触洞中，使得接触金属直接接触源极与漏极。再来，进行一退火步骤，使得接触金属与基材反应形成金属硅化物。在本发明一较佳实施态样中，还可以形成位于接触洞中的源极接触插塞与漏极接触插塞，其直接接触金属硅化物。在本发明另一较佳实施态样中，在形成多个接触洞之前，还可以形成一金属栅极以取代栅极填充层。或是，在本发明又一较佳实施态样中，可以使用接触金属取代栅极填充层以形成一金属栅极。使用本发明方法所形成的金属硅化物，可以将金属硅化物局限在所需要的地方。 使用本发明方法可以解决金属硅化物的管状钻出瑕疵(piping defect)而造成漏电流的问题。另外，对于金属栅极比金属硅化物还要晚完成的制作工艺中，所遭遇到的热预算顾虑 (thermal budget concern)(cross-contamination). . . 禾中禾中0 难，本发明新的形成金属硅化物的方法也可以使得上述问题迎刃而解。因此，本发明形成金属硅化物的方法同时还可以获得制作工艺整合上的好处。
图1-图8为本发明形成金属硅化物方法的示意图；图9-图12为本发明形成金属硅化物方法的示意图。主要元件符号说明101 基材102金属硅化物110栅极结构111 硅层112栅极介电层113第一间隙壁114第二间隙壁120 源极125源极接触插塞130 漏极
135漏极接触插塞140应力层140蚀刻停止层150层间介电层151接触洞152接触金属153插塞金属巧4阻障材料201 基材210栅极结构211栅极填充层212栅极介电层213第一间隙壁214第二间隙壁215栅极材料层220 源极225源极接触插塞230 漏极235漏极接触插塞250层间介电层251接触洞252接触金属253插塞金属254阻障材料
具体实施例方式本发明一方面提供一种形成金属硅化物的方法，特别适用于接触插塞中，而可以解决金属硅化物的管状钻出瑕疵而造成漏电流的问题。请参考第图1-图6，例示本发明形成金属硅化物方法的示意图。首先提供基材101。基材101可以为一半导体基材，例如硅。 其次，在基材101上形成一栅极结构110。栅极结构110包含硅层111、栅极介电层112与间隙壁。栅极结构110的间隙壁可以为单一间隙壁或是复合间隙壁。栅极结构110的复合间隙壁可以是情况需要在制作工艺中移除，或是成为永久结构的一部分。另外，如图1所示，在栅极结构110两侧形成一组源极120与漏极130。如果需要对栅极通道施加所需的应力，源极120与漏极130至少其中一者可以为硅与其他材料的外延结构。源极120与漏极130分别位于基材101中并邻近栅极结构110。源极120与漏极 130的形成步骤可以和栅极结构110的形成步骤相关。例如，在栅极结构110的第一间隙壁113完成后，以栅极结构110自身作为掩模， 进行浅掺杂步骤，而在栅极结构Iio两侧形成一组浅掺杂区域121。之后，在栅极结构110 的第二间隙壁114完成后，再进行一源极120与漏极130掺杂步骤，而在栅极结构110两侧形成一组源极120与漏极130。此时，可以视情况移除第一间隙壁113与第二间隙壁114的至少一者。图1例示栅极结构110具有复合间隙壁，第一间隙壁113与第二间隙壁114。如果需要对栅极通道施加所需的应力，可以先移除第一间隙壁113与第二间隙壁 114的至少一者，再形成视情况所需覆盖栅极结构110、源极120与漏极130的应力层140。 或者是源极220与漏极230至少其中一者可以为凹入式结构，然后再填入适当的外延材料， 形成应力层。又或者是上述两种方式并行。如果需要形成蚀刻停止层，即可在完成源极120 与漏极130之后形成视情况所需要覆盖栅极结构110、源极120与漏极130的蚀刻停止层 140。在本发明一较佳实施态样中，所需的应力层也可作为蚀刻停止层之用。图2例示应力层140也作为蚀刻停止层140之用。接着，如图3所示，形成层间介电层150。层间介电层150会覆盖已经完成的栅极结构110、源极120、漏极130与视情况所需要的应力层140或是蚀刻停止层140。层间介电层150通常为单一绝缘材料或多个绝缘材料的组合，例如硅氧化物、氮化物、碳化物、高介电系数材料的任意组合。可以先使用沉积法，使得层间介电层150会完全覆盖栅极结构 110、源极120、漏极130。然后再移除部分的层间介电层150，例如使用化学机械抛光法，使得层间介电层150中的硅层111部分暴露出来。然后，如图4所示，选择性移除部分的层间介电层150，以形成所需的接触洞151。 如果应力层140或是蚀刻停止层140存在时，接触洞151也会穿透应力层140或是蚀刻停止层140，而暴露出层间介电层150下方部分的基材101，通常为源极120与漏极130，而得以形成后续所需的电连接之用。形成多个接触洞151的方法可以是使用光刻方法配合蚀亥IJ，而得到所需形状与尺寸的接触洞151。例如，如图4所示，接触洞151可以为单一的方形 (square)或是连续的条状(slot)。另外，源极和漏极的接触洞151形状可相同或可不同， 而源极和漏极的接触洞151尺寸也可相同或不同。接下来，如图5所示，将基材101与适当的金属反应而形成所需的金属硅化物102。 形成所需的金属硅化物102的方式可以是，例如，先用一适当的接触金属152，例如镍、钴或是钛，填入接触洞151中，使得接触金属152直接接触源极120与漏极130。再来，就可以进行一退火步骤，使得接触金属152与基材101反应形成所需的金属硅化物102。多余未反应的接触金属152可以再行移除。在移除未反应的接触金属152后可选择性的退火步骤， 更进一步地降低金属硅化物的阻值。视情况需要，接触金属152也可以直接接触栅极结构 110中的硅层111，使得接下来的退火步骤，接触金属152也会与硅层111反应形成所需的金属硅化物102。俟所需的金属硅化物102完成后，就可以在接触洞151中分别形成所需的源极接触插塞125与漏极接触插塞135如图6所示。源极接触插塞125与漏极接触插塞135会分别位于接触洞151之中并直接接触背景所形成的金属硅化物102。形成所需的源极接触插塞125与漏极接触插塞135的方式可以是，例如，使用一适当的插塞金属153，例如钨，填入接触洞151中。视情况需要，可以使用至少两种插塞材料，例如插塞金属153与阻障材料 154，以形成源极接触插塞125与漏极接触插塞135中的至少一者。形成阻障材料154的参数，例如材料或是厚度，可以略做调整以得到最佳的应力效果。此处，填入源极与漏极的插塞材料可为相同材料或不同材料。本发明在另一方面提供一种形成金属硅化物的方法，特别适用于接触插塞中，而可以解决金属硅化物的管状钻出瑕疵而造成漏电流的问题。请参考图7-图12，例示本发明形成金属硅化物方法的示意图。首先，提供基材201。基材201可以为一种半导体基材，例如硅。其次，在基材201上形成一栅极结构210。栅极结构210可以是硅栅极结构或是金属栅极结构。栅极结构210如果是金属栅极结构，一方面其中的高介电常数栅极介电层212 可在形成栅极填充层(dummy gate) 211前业已预先完成。另一方面，也可以先不形成高介电常数栅极介电层212，而是等到栅极填充层211移除后才完成，后续再进行金属栅极的部分。因此，栅极结构210可能会包含视情况需要的栅极介电层212。例如，可为硅氧化层单一层，或硅氧化层与高介电常数介电层的复合层，或硅氧化层、高介电常数介电层与其他绝缘材料的复合层。栅极结构210还可以包含视情况需要的选择性的金属蚀刻阻障层、 栅极填充层(dummy gate) 211、垫氧化硅层、垫氮氧化硅层与间隙壁。金属蚀刻阻障层通常位于栅极填充层211与栅极介电层212之间。栅极结构210如果是金属栅极结构，此时的栅极填充层211可以为非晶硅、多晶硅、掺有掺质的多晶硅或硅锗材料。栅极结构210的间隙壁可以为单一间隙壁或是复合间隙壁。例如，例示栅极结构210具有单一间隙壁213。 栅极结构210的复合间隙壁可以是情况需要在制作工艺中移除，或是成为永久结构的一部分。垫氧化硅层、垫氮氧化硅层在形成栅极填充层211时便形成。另外，如图7所示，在栅极结构210两侧形成一组源极220与漏极230。如果需要对栅极通道施加所需的应力，源极220与漏极230至少其中一者可以为硅与其他材料的外延，以局限应力。源极220与漏极230分别位于基材201中并邻近栅极结构210。源极220 与漏极230的形成步骤可以和栅极结构210的形成步骤相关。例如，在栅极结构210的间隙壁213完成后，以栅极结构210自身作为掩模，进行浅掺杂步骤，而在栅极结构210两侧形成一组浅掺杂区域221。之后，在栅极结构210的第二间隙壁214完成后，再进行一源极 220与漏极230掺杂步骤，而在栅极结构210两侧形成一组源极220与漏极230。此时，可以视情况移除第一间隙壁213与第二间隙壁214的至少一者。同样地，除了于凹入式结构填入外延材料之外，也可形成覆盖应力层，又或者是上述两种方式并行。如果需要增加对栅极通道施加所需的应力，可以先移除第一间隙壁213 与第二间隙壁214的至少一者，再形成视情况所需覆盖栅极结构210、源极220与漏极230 的应力层。如果需要形成蚀刻停止层，即可在完成源极220与漏极230之后形成视情况所需要覆盖栅极结构210、源极220与漏极230的蚀刻停止层。在本发明一较佳实施态样中， 所需的应力层也可作为蚀刻停止层之用。接着，如图8所示，形成层间介电层250。层间介电层250会覆盖已经完成的栅极结构210、源极220、漏极230与视情况所需要的应力层或是蚀刻停止层。层间介电层250 通常为单一绝缘材料或多个绝缘材料的组合，例如硅氧化物、氮化物、碳化物、高介电系数材料的任意组合。可以先使用沉积法，使得层间介电层250会完全覆盖栅极结构210、源极 220、漏极230。然后再移除部分的层间介电层250，例如使用化学机械抛光法，使得栅极结构210中的栅极填充层211部分暴露出来。然后，移除栅极填充层211，而停止在视情况需要的金属蚀刻阻障层上或停在栅极介电层上212。视所使用材料的不同，移除栅极填充层211的适当方法也不同，但当使用硅材作为栅极填充层211时，会使用氢氧化四甲铵(TMAH)或氨水。然而，无论何等方法，皆为本技术人士所熟知，故不在此多加赘述。接下来，回填适当材料以取代栅极填充层211，而形成栅极材料层215与栅极介电层212。视情况需要，如果在形成栅极材料层215之前才形成栅极介电层212，则所形成的栅极介电层212会是U形的，如图11所示。本实施例中的栅极材料层215特别适合用于一金属栅极之中，例如包含有P型或N型的功函数金属材料。移除栅极填充层211时可以一倂考虑移除垫氧化硅层/垫氮氧化硅层。此外，回填一适当材料以取代栅极填充层211，可以与形成金属硅化物有关或是无关。例如，如图9所示，若是回填一适当材料以取代栅极填充层211且与形成金属硅化物无关时，可以在栅极填充层211部分暴露出来后，移除栅极填充层211，并回填适当的材料以取代栅极填充层211，而形成金属栅极。金属栅极包含栅极材料层215与栅极介电层212。 栅极介电层212可以为一高介电常数的绝缘材料。例如，Lei2O3, Ta205、Ti02、Hf02、&02、Al203、 Lii2O3、或是Pr203。栅极材料层215则可以为适当的金属，例如，钛、氮化钛、钴、镍、钼或铱，或是金属氮化物，或金属碳化物。如果没有移除垫氧化硅层/垫氮氧化硅层，最终的结构中， 栅极介电层212下方即存在有垫氧化硅层/垫氮氧化硅层。例如，若是回填一适当材料以取代栅极填充层211与形成金属硅化物有关时，可以先移除栅极填充层211再选择性移除部分的层间介电层250，以形成所需的接触洞251， 或先选择性移除部分的层间介电层250再移除栅极填充层211，如图10所示。移除栅极填充层211时可停在视情况需要的金属蚀刻阻障层上或停在栅极介电层212上。如果应力层或是蚀刻停止层存在时，接触洞251也会穿透应力层或是蚀刻停止层，而暴露出层间介电层250下方的源极220与漏极230，而得以形成后续所需的电连接。图10例示应力层或是蚀刻停止层均不存在的实施态样。形成多个接触洞251的方法可以是使用光刻方法配合蚀亥IJ，而得到所需形状与尺寸的接触洞251。例如，接触洞251可以为单一的方形结构或是连续的条状结构。源极与漏极的接触洞251形状可相同或不同，而源极与漏极的接触洞251 尺寸也可以相同或不同。接下来，如图11所示，先使用栅极介电层212取代部分被移除的栅极填充层211， 然后再用适当的金属取代部分被移除的栅极填充层211，接着将基材201与金属反应而形成所需的金属硅化物202。形成所需的金属硅化物202的方式可以是，例如，先用一适当的接触金属252，例如镍、钴或是钛，通过物理气相沉积或是无电极电镀方法，在适当温度与适当压力下来将接触金属252填入接触洞251中，使得接触金属252直接接触源极220与漏极230。此时，接触金属252也取代部分被移除的栅极填充层211。再来，就可以进行一退火步骤，使得接触金属252与基材201反应形成所需的金属硅化物202。部分的接触金属 252则形成金属栅极。反应后的接触金属252可以无需剥除。例如使用化学机械抛光方法来移除多余的接触金属252，并部分留在接触洞251中作为电连接之用。在本发明的另一实施例中，所需的金属硅化物202完成后，可以将接触洞中未反应的接触金属252移除，并在接触洞251中分别形成所需的源极接触插塞225与漏极接触插塞235如图12所示。源极接触插塞225与漏极接触插塞235会分别位于接触洞之中并直接接触背景所形成的金属硅化物202。形成所需的源极接触插塞225与漏极接触插塞235 的方式可以是，例如，使用一适当的插塞金属253，例如钨，填入接触洞251中。视情况需要， 可以使用至少两种插塞材料，例如插塞金属253与阻障材料254，以形成源极接触插塞225 与漏极接触插塞235。形成阻障材料254的参数，例如材料或是厚度，可以略做调整以得到
9最佳的应力效果。此处，填入源极与漏极的插塞材料可为相同材料或不同材料。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修
饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，包含 提供一基材；在该基材上形成一栅极结构，该栅极结构包含一硅层、一栅极介电层与至少一间隙壁；形成一组源极与漏极，其位于该基材中并邻近该栅极结构； 形成一层间介电层，其覆盖该栅极结构、该源极与该漏极； 选择性移除该层间介电层，以暴露该栅极结构 在该层间介电层中形成多个接触洞，以暴露部分基材；以及将接触洞暴露出的该部分基材反应成该金属硅化物。
2.如权利要求1所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中在形成该层间介电层前，移除至少一该间隙壁。
3.如权利要求1所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，还包含使用一接触金属填入多个该接触洞中，该接触金属直接接触该源极与漏极；以及进行一退火步骤，使得该接触金属与该基材反应形成该金属硅化物。
4.如权利要求1所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中在形成该层间介电层前，还包含形成一蚀刻停止层，其覆盖该栅极结构、该源极与该漏极，使得该多个接触洞穿透该蚀刻停止层以暴露该源极与漏极。
5.如权利要求1所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中使用一化学机械抛光以选择性移除该层间介电层。
6.如权利要求1所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中在该多个接触洞中，分别形成一源极接触插塞与一漏极接触插塞，其位于该接触洞的至少一者中并直接接触该金属硅化物。
7.如权利要求1所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中该源极以及该漏极至少其中一者包含一凹入式结构。
8.如权利要求3所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中进行该退火步骤，使得该接触金属与该栅极结构反应形成该金属硅化物。
9.如权利要求3所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中在该退火步骤后，使用化学机械抛光移除该接触金属。
10.如权利要求1所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中使用至少两种插塞材料以形成该源极接触插塞与该漏极接触插塞的至少一者，该插塞材料选自一插塞金属与一阻障材料。
11.一种形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，包含提供一栅极结构，该栅极结构位于一基材上，并包含一栅极填充层(dummy gate)； 形成一组源极与漏极，其位于该基材中并邻近该栅极结构； 形成一层间介电层，其覆盖该源极与该漏极，并暴露该栅极结构； 选择性移除该栅极填充层在该层间介电层中形成多个接触洞，以暴露该源极与漏极； 使用一接触金属填入多个该接触洞中，该接触金属直接接触该源极与漏极；以及进行一退火步骤，使得该接触金属与该基材反应形成该金属硅化物。
12.如权利要求11所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中在形成多个该接触洞之前，还包含形成一金属栅极以取代该栅极填充层，该金属栅极包含一栅极金属与一金属栅极介电层。
13.如权利要求11所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中使用该接触金属取代该栅极填充层以形成一金属栅极，该金属栅极包含该接触金属与一金属栅极介电层。
14.如权利要求13所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中该接触金属填入多个该接触洞中，同时形成该金属栅极。
15.如权利要求11所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中使用一化学机械抛光以选择性移除该层间介电层而暴露该栅极结构。
16.如权利要求11所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中使用一物理气相沉积与一无电极电镀的至少一者，在一适当温度与一适当压力下来填入该接触金属。
17.如权利要求11所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中该源极以及该漏极至少其中一者包含一凹入式结构。
18.如权利要求11所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中使用化学机械抛光移除该接触金属。
19.如权利要求11所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中使用至少两种插塞材料以形成该源极接触插塞与该漏极接触插塞的至少一者，该插塞材料选自一插塞金属与一阻障材料。
20.如权利要求11所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，其中该源极接触插塞与该漏极接触插塞的至少一者具有一条状(slot)结构。
21.如权利要求11所述的形成用于接触插塞的金属硅化物的方法，还包含形成一源极/漏极接触插塞，位于该接触洞的至少一者中并直接接触该金属硅化物。
全文摘要
本发明公开一种形成用于接触插塞的金属硅化物的方法。首先，提供一基材。其次，在基材上形成一栅极结构，此栅极结构包含一硅层、一栅极介电层与至少一间隙壁。然后，形成一组源极与漏极，其位于基材中并邻近栅极结构。继续，形成一层间介电层，其覆盖栅极结构、源极与漏极。再来，选择性移除层间介电层，以暴露栅极结构。之后，在层间介电层中形成多个接触洞，以暴露部分的基材。接着，将暴露的基材反应形成金属硅化物。
文档编号H01L21/283GK102456559SQ20101052465
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者何念葶, 赖国智, 陈意维, 黄建中 申请人:联华电子股份有限公司