优化自对准接触孔底部金属硅化物形貌的方法
【专利摘要】本发明公开了一种优化自对准接触孔底部金属硅化物形貌的方法，该方法在刻蚀形成接触孔后，成长金属阻挡层前，进行以下工艺步骤：1）在衬底损失区的表面生长一层氧化硅保护层；2）用氮气和氢气进行快速热退火处理；3）去除接触孔底部的氧化硅。本发明通过在衬底损失区域的侧壁上形成氧化硅保护层，避免了自对准接触孔形成时，阻挡层金属Ti与衬底损失区侧壁的Si反应，形成无规则的硅化物延伸，从而保证了半导体器件的性能。
【专利说明】优化自对准接触孔底部金属硅化物形貌的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种优化自对准接触孔底部金属硅化物形貌的方法。
【背景技术】
[0002]金属硅化物(Silicide)是半导体工艺中不可缺少的重要工艺手段，在降低孔电阻、接触电阻以及提高MOS器件速度上有着重要的用途。在自对准接触孔(SAC-LIC)形成时，通过金属Ti与硅衬底之间的化学反应，我们可以得到TiSi2这种最常用的金属硅化物。为了保证接触孔与衬底(sub)的良好接触，在孔的底部一般都留有一定量的衬底损失区(silicon loss)，正是这个衬底损失区让接触孔底部的硅形成了侧壁。但是，在现有的制造工艺中，这个侧壁上是没有针对硅的保护结构的，因此，侧壁会与金属Ti反应。在一些极端的异常情况下，Ti与Si侧壁的反应失控，硅化物区域会在水平方向上无规则地延伸，如图1所示，这会造成MOS器件的性能异常，如图2所示，ID、IB两条曲线重合，即ID、IB电流大小相等，漏电的路径是从器件的漏极到衬底，表示整个电路的失效。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种优化自对准接触孔底部金属硅化物形貌的方法，它可以阻止硅化物无规则的横向生长。
[0004]为解决上述 技术问题，本发明的优化自对准接触孔底部金属硅化物形貌的方法，在刻蚀形成接触孔后，成长金属阻挡层前，包括有以下步骤:
[0005]I)在衬底损失区的表面生长一层氧化硅保护层；
[0006]2)使用氮气和氢气进行快速热退火处理；
[0007]3)去除接触孔底部的氧化硅。
[0008]本发明通过在衬底损失区域的侧壁上形成氧化硅保护层，避免了自对准接触孔形成时，阻挡层金属与衬底损失区的侧壁反应，形成无规则的硅化物延伸，从而保证了半导体器件的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是采用现有工艺形成金属硅化物时，硅化物在接触孔底部横向无规则生长的示意图。
[0010]图2是硅化物发生横向延伸的异常MOS器件的NPASS管漏电曲线。其中，ID代表测试时漏极的电流，IB代表测试时衬底的电流。
[0011]图3是本发明实施例的金属硅化物的形成方法流程示意图。
[0012]图4是硅化物未发生横向延伸的正常MOS器件的NPASS管漏电曲线。其中，ID是漏极的电流，IS是源极的电流。
[0013]图中附图标记说明如下:[0014]1:前金属介质层(PMD)
[0015]2:硅衬底
[0016]3:自对准接触孔
[0017]4:衬底损失区
[0018]5:氧化层
[0019]6:阻挡层
[0020]7:金属硅化物
【具体实施方式】
[0021]为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下:
[0022]本发明的接触孔制作方法，其具体工艺流程如下:
[0023]步骤1，采用现有工艺，通过光刻和刻蚀形成自对准接触孔3，如图3 Ca)所示，此时，娃衬底2上会有一定的娃缺失,形成衬底损失区4。
[0024]步骤2，在900~1050°C下，通入氧气和氮气(氧气:氮气=1:99)，快速热退火处理20s，在衬底损失区4的表面生长一层氧化硅，形成氧化层5，如图3 (b)所示。
[0025]步骤3，在970°C下，同时通入氮气和氢气(氮气:氢气=10:1)，快速热退火处理400s，以改变接触孔内各种物质的表面态，消除表面缺陷，增加接触的良好性。
[0026]步骤4，常温下使用RF (射频)工艺去除自对准接触孔3正下方底部的氧化硅，仅保留侧壁的氧化硅，如图3 (c)所示。
[0027]步骤5，采用现有工艺生长金属T1-TiN阻挡层6 (先生长Ti，再生长TiN，两层结构叠加)，如图3 (d)所示。此时，由于衬底损失区4的侧壁有氧化层5的保护，不会与金属Ti接触，因此，TiSi2金属硅化物只能形成在自对准接触孔3的底部，不会横向无规则地生长。
[0028]步骤6，填充金属钨。 [0029]上述方法在既不影响原器件结构与性能，又不必对原工艺进行复杂改动的情况下，很好地解决了硅化物横向延伸的问题，使困扰产品的漏电现象得到了解决，如图4所示，ID (漏极电流)、IS (源极电流)两者基本相等，表示漏电路径是从漏极到源极，器件性能正常。
【权利要求】
1.优化自对准接触孔底部金属硅化物形貌的方法，其特征在于，在刻蚀形成接触孔后，成长金属阻挡层前，包括有以下步骤: 1)在衬底损失区的表面生长一层氧化硅保护层； 2)使用氮气和氢气进行快速热退火处理； 3)去除接触孔底部的氧化硅。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤I)，使用氧气快速热退火工艺生长氧化硅保护层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤I)，热退火的温度为900~1050°C，时间为20s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)，氮气与氢气的比例为10:1。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤2)，热退火处理的温度为970°C，处理时间为400s。
6.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，步骤3)，采用射频工艺。
【文档编号】H01L21/28GK103904020SQ201210567505
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月24日 优先权日:2012年12月24日
【发明者】刘凯, 熊涛, 陈广龙, 陈华伦 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司