专利名称：半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法。
背景技术：
随着半导体技术的发展，器件尺寸持续缩小以提高集成电路集成度。随着器件尺寸的持续缩小，低电阻值的栅极成为业界广泛探讨的议题，其中尤以金属硅化物材料的使用最为广泛。低电阻值的金属硅化物目前广泛应用于集成电路组件的栅极与源/漏极上，用以降低接触电阻。其中，较为常见的金属硅化物制造方法为自对准金属硅化物 (SALICIDE)技术，其方法包括将用以反应形成金属硅化物的金属材料形成于硅衬底上， 再藉由热处理使所述金属材料与硅反应而在栅极与源/漏极上形成金属硅化物。例如图1至图3就示出了应用上述自对准金属硅化物技术的一种半导体器件制造过程。参照图1所示，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10中具有隔离结构12，在隔离结构12间的半导体衬底10上已形成有栅极结构14及围绕栅极结构14的间隙壁18，栅极结构14两侧的半导体衬底10中已形成有轻掺杂源/漏极区域16及重掺杂源/漏极区域 20。参照图2所示，在所述半导体衬底10上形成金属层22，并随后对半导体衬底10进行一次快速热退火(RTA)，使得所述金属层22与其下方的栅极结构14以及源/漏极区域反应生成金属硅化物24。参照图3所示，在生成金属硅化物24后，去除未反应形成金属硅化物24的残余金属层22，仅保留栅极结构14与源/漏极区域上的金属硅化物24。并且，再次对半导体衬底 10进行快速热退火，以降低所生成的金属硅化物24的电阻值。至此，完成了半导体器件中金属硅化物的制造。目前，业界所使用的金属硅化物中，以硅化钛(TiSi2)、硅化钴(CoSi2)及硅化镍 (NiSi)的电阻率最低，约为15 20 μ ohm· cm。就硅化钴材料而言，其具有较佳的热稳定性，且其方块电阻(sheet resistance)值也不像硅化钛材料那样与器件线宽有较大关系， 因而成为深亚微米制程中常用的材料。在制造具有金属硅化物的半导体器件过程中，为了优化制程以及分析器件性能， 通常都会采用仿真的方式模拟金属硅化物的电阻，以提供有用的参考数据。其中一种常用的仿真方法是沿用现有多晶硅栅极结构电阻的仿真模型进行仿真。然而，在实际操作中发现，由于在形成金属硅化物的过程中会经历多次热处理过程，使得金属硅化物中电阻的分布情况变得复杂；另外，由于电路设计中对小电阻精度的需求，也需要更精确的模型来模拟硅化物电阻。采用现有的仿真模型已不能满足精确模拟金属硅化物电阻的需要，亟待有一种针对性的解决方案。
发明内容
4
本发明解决的问题是提供一种半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，以提供较为精确的金属硅化物电阻模拟结果。为解决上述问题，本发明提供一种半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法， 包括对于同一具有金属硅化物层的半导体器件，选取长度或宽度至少有一不相同的多组金属硅化物层样本，测量各组金属硅化物层样本的平均方块电阻；判断各组金属硅化物层样本的平均方块电阻是否相同；若相同，则确定所述半导体器件中的金属硅化物层由单相金属硅化物材料构成；若不相同，则确定所述半导体器件中的金属硅化物层由多相金属硅化物材料构成；对于单相金属硅化物材料，以所述单相金属硅化物材料对应的方块电阻值作为电阻模型中的方块电阻参数，建立单相金属硅化物材料的电阻模型；在后续对于所述半导体器件中金属硅化物层电阻仿真时，基于所述单相金属硅化物材料的电阻模型，结合仿真时的电压及温度环境，对所述金属硅化物层电阻进行仿真；对于多相金属硅化物材料，获取多相金属硅化物材料在所述半导体器件的金属硅化物层中的分布情况；根据所述分布情况，获取各相金属硅化物材料的方块电阻与所述金属硅化物层的方块电阻的关系；基于所述各相金属硅化物材料的方块电阻与所述金属硅化物层的方块电阻的关系形成电阻模型中的方块电阻参数，建立多相金属硅化物材料的电阻模型；在后续对于所述半导体器件中金属硅化物层电阻仿真时，基于所述多相金属硅化物材料的电阻模型，结合仿真时所处的电压及温度环境，对所述金属硅化物层电阻进行仿真。与现有技术相比，上述半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法具有以下优点通过测量多组金属硅化物层样本的方块电阻，区分半导体器件中的金属硅化物层是由单相金属硅化物材料或由多相金属硅化物材料组成，对于金属硅化物层的不同组成，分别采用不同的建模方式，从而使得所建立的模型更接近金属硅化物层的实际电阻情况，进而使得所述仿真能够获得较为精确的金属硅化物电阻模拟结果。
图1至图3是现有技术的一种应用自对准金属硅化物技术的半导体器件制造过程示意图；图4是本发明半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法的一种实施方式流程图；图5是本发明半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法的一种实施例中金属硅化物层中各种相的金属硅化物材料的分布示意图。
具体实施例方式如前所述，现有技术沿用多晶硅栅极结构电阻的仿真模型对半导体器件中的金属硅化物电阻进行仿真，由于在形成金属硅化物的过程中会经历多次热处理过程，使得金属硅化物中电阻的分布情况变得复杂，因而并不能满足模拟精确性的要求。通过进一步分析发现，现有硅化物电阻结构的仿真模型中，不同尺寸硅化物电阻方块电阻参数是一个固定常数，而一些半导体器件中的金属硅化物层实际是由多相金属硅化物材料构成的，各相金属硅化物材料的方块电阻相对存在差异，因而若仍沿用现有的仿真模型，显然无法获得精确的模拟结果。有鉴于此，本发明提供一种新的半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，以提供金属硅化物层电阻的建模及相应的仿真方法。参照图4所示，本发明半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法的一种实施方式包括执行步骤Si，对于同一具有金属硅化物层的半导体器件，选取长度或宽度至少有一不相同的多组金属硅化物层样本，测量各组金属硅化物层样本的平均方块电阻；执行步骤s2，判断各组金属硅化物层样本的平均方块电阻是否相同；若是，则转到步骤s3 ；若否，则转到步骤s6 ；执行步骤S3，确定所述半导体器件中的金属硅化物层由单相金属硅化物材料构成；执行步骤s4，对于单相金属硅化物材料，以所述单相金属硅化物材料对应的方块电阻值作为电阻模型中的方块电阻参数，建立单相金属硅化物材料的电阻模型；执行步骤s5，在后续对于所述半导体器件中金属硅化物层电阻仿真时，基于所述单相金属硅化物材料的电阻模型，结合仿真时的电压及温度环境，对所述金属硅化物层电阻进行仿真；执行步骤s6，确定所述半导体器件中的金属硅化物层由多相金属硅化物材料构成；执行步骤s7，对于多相金属硅化物材料，获取多相金属硅化物材料在所述半导体器件的金属硅化物层中的分布情况；执行步骤s8，根据所述分布情况，获取各相金属硅化物材料的方块电阻与所述金属硅化物层的方块电阻的关系；执行步骤s9，基于所述各相金属硅化物材料的方块电阻与所述金属硅化物层的方块电阻的关系形成电阻模型中的方块电阻参数，建立多相金属硅化物材料的电阻模型；执行步骤slO，在后续对于所述半导体器件中金属硅化物层电阻仿真时，基于所述多相金属硅化物材料的电阻模型，结合仿真时所处的电压及温度环境，对所述金属硅化物层电阻进行仿真。上述实施方式中，通过测量多组金属硅化物层样本的方块电阻，区分半导体器件中的金属硅化物层是由单相金属硅化物材料或由多相金属硅化物材料组成，对于金属硅化物层的不同组成，分别采用不同的建模方式，对于由单相金属硅化物材料构成的金属硅化物层，在建立电阻模型时仍可将方块电阻设置为固定常数(所述单相金属硅化物材料的方块电阻)，而对于由多相金属硅化物材料构成的金属硅化物层，则需要考虑各相金属硅化物材料在整个金属硅化物层中的分布情况，并根据所述分布情况获得各相金属硅化物材料的方块电阻与整个金属硅化物层的方块电阻的关系，以此关系来形成电阻模型中的方块电阻参数，从而所建立的电阻模型更接近金属硅化物层中电阻的实际分布情况。在具体实施例中，选取长度或宽度至少有一不相同的多组金属硅化物层样本包括至少选取三种长度值、三种宽度值，并将所选择的长度值和宽度值互相组合，构成多组金属硅化物层样本。在具体的实施例中，获取多相金属硅化物材料在所述金属硅化物层中的分布情况包括获取多相金属硅化物材料在所述金属硅化物层中的面积分布情况；相应地，根据所述分布情况，获取各相金属硅化物材料的方块电阻与所述金属硅化物层的方块电阻的关系包括以单位长度的金属硅化物层中各相金属硅化物材料所占宽度关系以及各相金属硅化物材料的方块电阻表示所述金属硅化物层的方块电阻。以下通过对半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真的具体实例，对于上述仿真方法进一步说明。继续参照图4，选取一形成有金属硅化物层的半导体器件作为测试用半导体器件， 假定在形成金属硅化物层时采用钴(Co)作为反应金属。选取3种长度值和3种宽度值，组合成5组长度、宽度至少有一不相同的金属硅化物层样本，见表1
权利要求
1.一种半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，其特征在于，包括对于同一具有金属硅化物层的半导体器件，选取长度或宽度至少有一不相同的多组金属硅化物层样本，测量各组金属硅化物层样本的平均方块电阻；判断各组金属硅化物层样本的平均方块电阻是否相同；若相同，则确定所述半导体器件中的金属硅化物层由单相金属硅化物材料构成；若不相同，则确定所述半导体器件中的金属硅化物层由多相金属硅化物材料构成；对于单相金属硅化物材料，以所述单相金属硅化物材料对应的方块电阻值作为电阻模型中的方块电阻参数，建立单相金属硅化物材料的电阻模型；在后续对于所述半导体器件中金属硅化物层电阻仿真时，基于所述单相金属硅化物材料的电阻模型，结合仿真时的电压及温度环境，对所述金属硅化物层电阻进行仿真；对于多相金属硅化物材料，获取多相金属硅化物材料在所述半导体器件的金属硅化物层中的分布情况；根据所述分布情况，获取各相金属硅化物材料的方块电阻与所述金属硅化物层的方块电阻的关系；基于所述各相金属硅化物材料的方块电阻与所述金属硅化物层的方块电阻的关系形成电阻模型中的方块电阻参数，建立多相金属硅化物材料的电阻模型；在后续对于所述半导体器件中金属硅化物层电阻仿真时，基于所述多相金属硅化物材料的电阻模型，结合仿真时所处的电压及温度环境，对所述金属硅化物层电阻进行仿真。
2.如权利要求1所述的半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，其特征在于，选取长度或宽度至少有一不相同的多组金属硅化物层样本包括至少选取三种长度值、三种宽度值，并将所选择的长度值和宽度值互相组合，构成多组金属硅化物层样本。
3.如权利要求1所述的半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，其特征在于，获取多相金属硅化物材料在所述金属硅化物层中的分布情况包括获取多相金属硅化物材料在所述金属硅化物层中的面积分布情况；根据所述分布情况，获取各相金属硅化物材料的方块电阻与所述金属硅化物层的方块电阻的关系包括以单位长度的金属硅化物层中各相金属硅化物材料所占宽度关系以及各相金属硅化物材料的方块电阻表示所述金属硅化物层的方块电阻。
4.如权利要求3所述的半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，其特征在于，所述金属硅化物层由两种相的金属硅化物材料构成；所述金属硅化物层的方块电阻由下式表示
5.如权利要求1所述的半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，其特征在于，所述单相金属硅化物材料的电阻模型由下式表示
6.如权利要求4所述的半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，其特征在于，所述多相金属硅化物材料的电阻模型由下式表示
7.如权利要求4所述的半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，其特征在于，所述第一种相的金属硅化物材料为CoSi2,所述第二种相的金属硅化物材料为CoSi。
全文摘要
一种半导体器件中金属硅化物层电阻的仿真方法，通过选取多组硅化物层样本判断所述金属硅化物层是由单相或多相金属硅化物材料构成；对单相金属硅化物材料，以对应方块电阻值作为电阻模型中的方块电阻参数，建立相应电阻模型；对多相金属硅化物材料，根据多相金属硅化物材料在所述金属硅化物层中分布情况，获取各相金属硅化物材料的方块电阻与所述金属硅化物层的方块电阻的关系；基于所述关系形成电阻模型中的方块电阻参数，建立相应电阻模型；在后续对于所述半导体器件中金属硅化物层电阻仿真时，选择相应的电阻模型，结合仿真时所处的电压及温度环境，对所述金属硅化物层电阻进行仿真。从而，能够获得较为精确的金属硅化物电阻模拟结果。
文档编号G06F17/50GK102254846SQ201110185880
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者范象泉 申请人:上海宏力半导体制造有限公司