专利名称：金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电学领域半导体器件中的半导体组件结构及其制造方法，特别是涉及一种可有效解决现有习知金属硅化物会有高阻值问题，而具有产业上的利用价值，且可解决现有习知的闸极(或源极/汲极)阻值过大而导致组件可靠度不佳问题，从而更具有实用性的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法(SILICIDE LAYER AND FABRICATION METHODTHEREOF AND METHOD FOR FABRICATING METAL-OXIDE SEMICONDUCTORTRANSISTOR)。
背景技术：
一个常用来作为开关的金属氧化半导体晶体管(Metal-OxideSemiconductor Transistor，简称MOS晶体管)其是由闸极(gate)、源极(source)与汲极(drain)所构成。早期的MOS晶体管，其是由金属层、二氧化硅层(闸绝缘层)与硅基底所组成的，但是因为大多数的金属对于二氧化硅层的附着力不佳，所以现在的金属层大多是以多晶硅(polysilicon)层来取代，但是使用多晶硅却衍生出其它的问题，例如多晶硅的阻值太高不适合作为MOS晶体管的闸极，即使是使用掺杂多晶硅来作为闸极，其阻值偏高的问题仍有待解决。
所以，目前所采用的方式是在多晶硅层上再形成一层厚度与多晶硅层相当的金属硅化物(或称硅化金属)(silicide)，该金属硅化物的导电性较佳，因此以多晶硅及金属硅化所组成的导电层，可执行闸极的电性操作，且多晶硅及金属硅化所组成的导电层是称为多晶硅化金属(polycide)。另外，以目前半导体制程较常采用的金属硅化物的材质来说，其是为硅化钨(WSi2)或硅化钛(TiSi2)。
此外，在多晶硅化金属的制程中，较常采用的方式例如是在多晶硅层上直接沉积金属硅化物，其材质例如是硅化钨或硅化钛。而另一种形成方式，则是在多晶硅层上形成金属层，其中金属层的材质例如是钨或钛，之后再对金属层进行回火以形成金属硅化物，不过，利用后者所形成的多晶硅化金属，在回火(再结晶)的过程中，在高温(例如摄氏950度)及较长时间(例如360秒)的作用下，其晶粒虽然会变大，但是由于这些尺寸大小不一的晶粒分布并不均匀，且高温制程还会影响金属硅化物本身性质的稳定度，所以会使得金属硅化物的阻值变大，连带的亦使得作为闸极的多晶硅化金属其阻值变大，如此会影响后续组件的动作，甚至造成断线等等的问题，进而导致组件的制程优良品率降低。
由此可见，上述现有的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法仍存在有缺陷，而亟待加以进一步改进。
为了解决现有的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法的缺陷，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决的道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法，能够改进一般现有的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服上述现有的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法存在的缺陷，而提供一种新的金属硅化物及其制造方法，所要解决的主要技术问题是使其可以解决现有习知的金属硅化物会有高阻值的问题，而具有产业上的利用价值。
本发明的另一目的在于，提供一种半导体组件的制造方法，所要解决的技术问题是使其可以解决现有习知的闸极(或源极/汲极)阻值过大而导致组件可靠度不佳的问题，从而更具有实用性。
本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种金属硅化物的制造方法，该方法包括以下步骤提供一硅层；进行一离子植入步骤，以在该硅层中掺入一离子，而形成一阻绝层；在该硅层上形成一金属层；以及进行一回火制程，以使该硅层与该金属层反应生成一金属硅化物。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的金属硅化物的制造方法，其中所述的掺入的该离子是选自一惰性元素离子与氮离子。
前述的金属硅化物的制造方法，其中所述的惰性元素离子包括氩离子。
前述的金属硅化物的制造方法，其中所述的金属层的材质是选自钨、钼、钴与钛其中之一。
本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种半导体组件的制造方法，该方法包括以下步骤在一基底上形成一闸极；在该闸极两侧的该基底中形成一源极/汲极；在该闸极的两侧形成一间隙壁；进行一离子植入步骤，以在该闸极与该源极/汲极中掺入一离子，而形成一阻绝层；在该基底上形成一金属层；进行一回火步骤，以使该闸极及该源极/汲极与该金属层反应生成一金属硅化物；以及移去未反应的该金属层。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的半导体组件的制造方法，其中所述的掺入的该离子是选自一惰性元素离子与氮离子。
前述的半导体组件的制造方法，其中所述的惰性元素离子包括氩离子。
前述的半导体组件的制造方法，其中所述的金属层是选自钨、钼、钴与钛其中之一。
本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种金属硅化物，该金属硅化物的结构包括一第一金属硅化物层；一第二金属硅化物层；以及一阻绝层，配置于该第一金属硅化物层以及该第二金属硅化物层之间，且该阻绝层中包括一离子；其中该第一金属硅化物层的晶粒分布较该第二金属硅化物层的晶粒分布均匀。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的金属硅化物，其中所述的离子是选自一惰性元素离子与氮离子。
前述的金属硅化物，其中所述的惰性元素离子包括氩离子。
前述的金属硅化物，其中所述的第一金属硅化物层与该第二金属硅化物层是选自硅化钨、硅化钼、硅化钴与硅化钛其中之一。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下本发明提出一种金属硅化物的结构，该结构包括第一金属硅化物层、阻绝层以及第二金属硅化物层。其中，该阻绝层是配置于第一金属硅化物层以及第二金属硅化物层之间，且该阻绝层中是掺杂有离子，而且该离子是选自惰性元素离子与氮离子。而第一金属硅化物层的晶粒分布较第二金属硅化物层的晶粒分布均匀。
由于本发明的金属硅化物中较现有习知产品多一层阻绝层，该阻绝层可以使阻绝层底下的金属硅化物的晶粒的尺寸与分布会较为均匀，而使金属硅化物整体的阻值降低，进而可以提高其接触可靠度。
本发明提出一种金属硅化物的制造方法，该方法是首先提供一硅层，然后，进行离子植入步骤以在硅层中掺入离子，而在硅层中形成一阻绝层，其中掺入的离子例如是惰性元素离子或是氮离子，且该惰性元素离子例如是氩离子。接着，在硅层上形成金属层。之后，进行回火制程，以使硅层与金属层反应生成金属硅化物。
因此由上述可知，由于本发明在形成金属层之前，先进行离子植入步骤，该离子植入步骤可以使得后续在回火制程中，阻绝层底下的硅与金属反应所形成的金属硅化物晶粒的尺寸与分布会较为均匀，所以可以解决现有习知的金属硅化物的阻值过高的问题，以提升金属硅化物的接触可靠度(contact reliability)。
本发明提出一种半导体组件的制造方法，该方法是首先在基底上形成闸极，然后，在闸极两侧的基底中形成源极/汲极。之后，在闸极的两侧形成间隙壁，接着，进行离子植入步骤以在闸极与源极/汲极中掺入离子，而在闸极与源极/汲极中形成阻绝层，其中掺入的离子例如是惰性元素离子或是氮离子，且该惰性元素离子例如是氩离子。继之，在基底上形成金属层，然后，进行回火步骤以使闸极及源极/汲极与金属层反应生成金属硅化物。之后，移去未反应的金属层。
因此由上可知，由于本发明的源极/汲极与闸极上方都形成有金属硅化物，而且在形成金属硅化物的过程中较现有习知产品多了离子植入步骤，该离子植入步骤可以使得后续在回火制程中，阻绝层底下的硅与金属反应所形成的金属硅化物晶粒的尺寸与分布会较为均匀，因此可以使金属硅化物的阻值降低，进而可以提高组件效能。
综上所述，本发明特殊的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法，该金属硅化物的制造方法，是首先提供一硅层，然后，进行离子植入步骤以在硅层中掺入离子。接着，在硅层上形成金属层。之后，进行回火制程，以使硅层与金属层反应生成金属硅化物。由于在进行回火制程之前，先进行离子植入步骤，而可以使金属硅化物的阻值降低，进而可增加金属硅化物的接触可靠度。本发明可以有效的解决现有习知的金属硅化物会有高阻值的问题，而具有产业上的利用价值；另其可以解决现有习知的闸极(或源极/汲极)阻值过大而导致组件可靠度不佳的问题，从而更具有实用性。其具有上述诸多的优点及实用价值，在产品结构及制造方法上确属创新，且不论在产品、制造加工方法上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，较现有的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法具有增进的多项功效，并产生了好用及实用的效果，具有产业的广泛利用价值，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
图1A至图1C是依照本发明一较佳实施例的一种形成金属硅化物的制造流程剖面示意图。
图2A至图2E是依照本发明一较佳实施例的一种形成金属氧化半导体晶体管的制造流程剖面示意图。
100硅层 102、210离子植入步骤104、212阻绝层 106、214金属层106a、214a金属硅化物 200基底201浅沟渠隔离区 202、202a绝缘层203闸极结构 204导体层204a闸极 206a源极206b汲极 208间隙壁具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法其具体结构、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1A至图1C所示，是依照本发明一较佳实施例的一种形成金属硅化物的制造流程剖面示意图。请参阅图1A所示，本发明较佳实施例的形成金属硅化物的方法，是首先提供一硅层100，该硅层100例如是硅基材或是一多晶硅层。
然后，进行离子植入步骤102以在硅层100中掺入离子，以在硅层100中形成一阻绝层104，其中掺入的离子例如是惰性元素离子或是氮离子，且该惰性元素离子例如是氩离子。在此进行离子植入步骤102的目的，可以避免后续在回火制程时，尺寸大小不一的晶粒其分布不均而导致金属硅化物阻值增高而使组件可靠度下降的问题。
接着，请参阅图1B所示，在硅层100上形成金属层106，其中金属层106的材质是选自钨、钼、钴、钛或其它可用于半导体制程的金属材料，而形成金属层106的方式例如是低压化学气相沉积法。
之后，请参阅图1C所示，进行回火制程(anneal process)108，以使硅层100与金属层106反应生成金属硅化物106a、106b，其中，回火制程108的温度例如是摄氏960度，且回火时间约为360秒。此外，在进行回火制程108的过程中，金属层106以及邻近金属层106的硅层100会因高温呈现熔融状态，并使晶粒进行重新排列而成为金属硅化物(silicide)106a、106b，所形成的金属硅化物106a、106b例如是硅化钛、硅化钨、硅化钼、硅化钴或其它金属硅化物。
而且，值得一提的是，由于先前在图1B中步骤中有在硅层100中植入离子以形成阻绝层104(例如掺杂氩离子或是惰性元素离子)，因此当后续进行回火制程时，硅层100中的阻绝层104将会发挥阻绝的作用。换言之，在回火制程之后，如图1C所示，阻绝层104底下的硅与金属反应所形成的金属硅化物106b晶粒尺寸及分布会较为均匀，即使阻绝层104上方的硅与金属反应所形成的金属硅化物106a晶粒可能仍有阻值较高的问题，但是阻绝层104底下的硅与金属反应所形成的金属硅化物106b已经可以大幅改善整体金属硅化物膜层的阻值。
因此，本发明的金属硅化物结构，包括第一金属硅化物层106b、阻绝层104以及第二金属硅化物层106a。其中，该阻绝层104是配置于第一金属硅化物层106b以及第二金属硅化物层106a之间。而该阻绝层104中是掺有离子，且该离子是选自惰性元素离子与氮离子，其中惰性元素离子包括氩离子。另外，该第一金属硅化物层106b与第二金属硅化物层106a，例如是硅化钨、硅化钼、硅化钴与硅化钛等金属硅化物。而且，该第一金属硅化物层106b的晶粒分布较第二金属硅化物层106a的晶粒分布均匀。
以下特举出金属氧化半导体晶体管(MOS晶体管)制程来详细说明本发明的半导体组件的应用，而且，上述的金属硅化物并不只限于以下的金属氧化半导体晶体管的应用，其它包含金属硅化物的半导体组件制程亦可藉由本发明来加以达成。
请参阅图2A至图2E所示，是依照本发明一较佳实施例的一种形成金属氧化半导体晶体管的制造流程剖面示意图。请参阅图2A所示，提供已形成有浅沟渠隔离区201的基底200，该基底200例如是硅基材，并在基底200上形成闸绝缘层202，之后，在闸绝缘层202上形成导体层204，其中导体层204的材质例如是多晶硅或掺杂多晶硅，而形成导体层的方法例如是低压化学气相沉积法。
然后，请参阅图2B所示，定义导体层204与闸绝缘层202以形成由闸极204a以与门绝缘层202a所组成的闸极结构203，其定义导体层204与闸绝缘层202的方法，例如是在导体层204上形成一层图案化光阻层(图中未示)，接着利用该光阻层作为蚀刻罩幕进行非等向性的干式蚀刻法以形成闸极204a以与门绝缘层202a。
之后，在闸极结构203两侧的基底200中形成源极206a/汲极206b，其形成源极206a/汲极206b的方式，例如是以闸极结构203为罩幕对基底200进行离子植入步骤，以在闸极结构203两侧的基底200中形成源极206a/汲极206b，其中植入的离子依组件结构形态的不同而有所不同，其例如是N型或P型离子，当植入离子为N型时，其例如是砷离子，而植入的离子为P型时，其例如是氟化硼离子。
当然，若形成N型的源极206a/汲极206b，则在上述的离子植入步骤所形成的源极206a/汲极206b是为浅掺杂源极206a/汲极206b，并可再次对基底200进行离子植入步骤，以形成重掺杂源极/汲极(图中未示)。
接着，请参阅图2C所示，在闸极结构203的两侧形成间隙壁208，其中该间隙壁208的形成方法，例如是在基底200上先形成一层介电层(图中未示)，且形成介电层的方法例如是电浆加强化学气相沉积法，其反应气体来源视其所形成的介电层而定，之后，对介电层进行回蚀刻制程，以在闸极结构203侧壁形成间隙壁208，其中回蚀刻的方式例如是非等向性的干式蚀刻法。
继之，进行离子植入步骤210以在闸极204a与源极206a/汲极206b中掺入离子，以在闸极204a与源极206a/汲极206b中形成阻绝层212，其中掺入的离子例如是惰性元素离子或是氮离子，且该惰性元素离子例如是氩离子，其中氩离子植入浓度是介于2×1015ion/cm2至6×1015ion/cm2。
然后，请参阅图2D所示，在基底200上全面性地形成金属层214，其中金属层214的材质是选自钨、钼、钴、钛或其它可用于半导体制程的金属材料，而形成金属层214的方式例如是低压化学气相沉积法。
之后，请参阅图2E所示，进行回火制程216，以使与源极206a/汲极206b以与门极204a接触的金属层214与源极206a/汲极206b以与门极204a反应生成金属硅化物214a，之后，并移除未与源极206a/汲极206b与闸极204a反应的金属层214。其中，回火制程216的温度例如是摄氏960度，且回火时间约为360秒。
此外，在进行回火制程216的过程中，金属层106以及邻近金属层106的源极206a/汲极206b以与门极204a表面因高温呈现熔融状态，并使晶粒进行重新排列而成为金属硅化物214a，例如若先前形成的金属层为钛，则所形成的金属硅化物为硅化钛、硅化钨、硅化钼、硅化钴或其它金属硅化物。而且金属硅化物214a与多晶硅层(例如源极206a/汲极206b或门极204a)又称为多晶硅化金属。
而且，值得一提的是，所形成的金属硅化物214a由于之前进行离子植入步骤(例如掺杂氩离子)之故，所以可以使得金属硅化物214a整体的阻值降低。因此，可以使得源极206a/汲极206b与闸极204a的阻值降低，进而提高组件的效能。
以下特例举三个实例来说明发明的方法确实可以降低金属硅化物的阻值。在此实例中，是以硅化钛(TiSi2)的金属硅化物制程为例来作说明，并且比较有进行离子植入步骤以及未进行离子植入步骤的金属硅化物的阻值。其中，进行硅化钛的金属硅化物制程是先在硅层上形成钛金属层，然后再进行回火制程以使硅层与金属层反应形成金属硅化物。而且该回火制程是在摄氏950度的高温下，对于钛金属进行历时360秒的回火制程，并以60秒作为间隔观察金属硅化物阻值变化的情形。
表1
在表1中，其第一栏是表示回火制程的时间，第二栏(实例1)是表示无植入氩离子的制程方法，第三栏(实例2)及第四栏(实例3)是表示有植入氩离子的制程方法，其中第三栏的氩离子植入浓度是为2×1015ion/cm2，第四栏的氩离子植入浓度是为6×1015ion/cm2。
由表1可知，在高温的回火制程的作用下，会使得硅化钛中的晶粒重新排列并逐渐变大，但是随着时间的增长，大小晶粒的分布会越不均匀，而使得硅化钛的阻值逐渐变大，但若是在回火制程之前未执行离子植入步骤的制程，其阻值变化更是剧烈。
反观利用本发明的技术来进行硅化钛的制程，不论离子植入步骤所掺杂剂量的多寡，都可以改善晶粒尺寸与分布不均的问题，所以相较于现有习知的未执行离子植入步骤的方法，本发明的方法可以使金属硅化物的阻值明显下降。所以，本发明的确可以有效的改善现有习知的金属硅化物阻值过大的问题，而可提升金属硅化物的接触可靠度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种金属硅化物的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤提供一硅层；进行一离子植入步骤，以在该硅层中掺入一离子，而形成一阻绝层；在该硅层上形成一金属层；以及进行一回火制程，以使该硅层与该金属层反应生成一金属硅化物。
2.根据权利要求1所述的金属硅化物的制造方法，其特征在于其中所述的掺入的该离子是选自一惰性元素离子与氮离子。
3.根据权利要求2所述的金属硅化物的制造方法，其特征在于其中所述的惰性元素离子包括氩离子。
4.根据权利要求1所述的金属硅化物的制造方法，其特征在于其中所述的金属层的材质是选自钨、钼、钴与钛其中之一。
5.一种半导体组件的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤在一基底上形成一闸极；在该闸极两侧的该基底中形成一源极/汲极；在该闸极的两侧形成一间隙壁；进行一离子植入步骤，以在该闸极与该源极/汲极中掺入一离子，而形成一阻绝层；在该基底上形成一金属层；进行一回火步骤，以使该闸极及该源极/汲极与该金属层反应生成一金属硅化物；以及移去未反应的该金属层。
6.根据权利要求5所述的半导体组件的制造方法，其特征在于其中所述的掺入的该离子是选自一惰性元素离子与氮离子。
7.根据权利要求6所述的半导体组件的制造方法，其特征在于其中所述的惰性元素离子包括氩离子。
8.根据权利要求5所述的半导体组件的制造方法，其特征在于其中所述的金属层是选自钨、钼、钴与钛其中之一。
9.一种金属硅化物，其特征在于该金属硅化物的结构包括一第一金属硅化物层；一第二金属硅化物层；以及一阻绝层，配置于该第一金属硅化物层以及该第二金属硅化物层之间，且该阻绝层中包括一离子；其中该第一金属硅化物层的晶粒分布较该第二金属硅化物层的晶粒分布均匀。
10.根据权利要求9所述的金属硅化物，其特征在于其中所述的离子是选自一惰性元素离子与氮离子。
11.根据权利要求10所述的金属硅化物，其特征在于其中所述的惰性元素离子包括氩离子。
12.根据权利要求9所述的金属硅化物，其特征在于其中所述的第一金属硅化物层与该第二金属硅化物层是选自硅化钨、硅化钼、硅化钴与硅化钛其中之一。
全文摘要
本发明是关于一种金属硅化物与其制造方法与半导体组件的制造方法，该金属硅化物包括一第一金属硅化物层；一第二金属硅化物层；及一阻绝层，配置于第一金属硅化物层及第二金属硅化物层之间，阻绝层中包括一离子；第一金属硅化物层的晶粒分布较第二金属硅化物层的晶粒分布均匀。该金属硅化物的制造方法，首先提供一硅层，然后进行离子植入步骤以在硅层中掺入离子；接着在硅层上形成金属层；之后进行回火制程，使硅层与金属层反应生成金属硅化物。由于在进行回火制程前先进行离子植入步骤，可使金属硅化物阻值降低，而可增加金属硅化物接触可靠度。其可解决现有习知金属硅化物会有高阻值问题，另可解决现有闸极(或源极/汲极)阻值过大而导致组件可靠度不佳的问题。
文档编号H01L21/3205GK1571125SQ0314593
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月17日 优先权日2003年7月17日
发明者刘宏伟, 陈光钊, 施学浩 申请人:旺宏电子股份有限公司