专利名称：金属硅化物的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术，特别涉及一种金属硅化物的形成方法。
背景技术：
随着半导体制造工艺的发展，半导体器件尺寸缩小带来了相对接触电阻的提升， 为了降低相对接触电阻，金属硅化物(salicide)的形成工艺得到了广泛的应用。图Ia 图6a为现有技术中金属硅化物的形成方法的过程剖面示意图，该方法主要包括步骤101，参见图la，提供一半导体衬底1001，在半导体衬底1001表面生长栅氧化层1002，并淀积多晶硅1003，利用光刻、刻蚀和离子注入等工艺形成栅极结构。本步骤中，首先进行栅氧化层1002的生长；然后，通过化学气相淀积工艺，在晶片表面淀积一层多晶硅1003，厚度约为500 2000埃；之后，通过光刻、刻蚀和离子注入等工艺，制作出栅极结构，本发明所述栅极结构包括由多晶硅1003构成的栅极和位于栅极下方的栅氧化层1002。步骤102，参见图2a，向半导体衬底1001进行轻掺杂漏(LDD)注入，在栅极结构两侧的半导体衬底1001上形成轻掺杂漏极1004和轻掺杂源极1005。在半导体器件微型化、高密度化、高速化和系统集成化等需求的推动下，栅极结构的宽度不断减小，其下方的沟道长度也不断减小，然而漏端的电压并没有显著减小，这就造成了在漏端的电场的增加，使得附近的电荷具有较大的能量，这些热载流子有可能穿越栅氧化层，引起了漏电流的增加，因此，需要采用一些手段来降低漏电流出现的可能性，如LDD 注入。步骤103，参见图3a，在半导体衬底1001表面依次淀积二氧化硅(SiO2)和氮化硅 (Si3N4)，然后采用干法刻蚀工艺刻蚀晶片表面的氮化硅，形成第二侧壁层1006，采用湿法刻蚀工艺刻蚀晶片表面的二氧化硅，形成第一侧壁层1007。第一侧壁层1007和第二侧壁层1006共同构成半导体器件的侧壁层，可用于防止后续进行源漏注入时过于接近沟道以致发生源漏穿通，即注入的杂质发生扩散从而产生漏电流。另外，在现有技术中可能还包括形成侧壁层的其他方法，例如侧壁层还有可能是 NON结构，也就是说侧壁层包括第一侧壁层、第二侧壁层和第三侧壁层，其中，第一侧壁层和第三侧壁层为氮化硅，第二侧壁层是二氧化硅，形成方法为在沉积氮化硅，然后采用干法刻蚀工艺刻蚀氮化硅，刻蚀后的氮化硅覆盖栅极结构表面，形成第三侧壁层；依次沉积二氧化硅和氮化硅，采用干法刻蚀工艺刻蚀氮化硅，采用湿法刻蚀工艺刻蚀二氧化硅，刻蚀后的氮化硅和二氧化硅覆盖在第三侧壁层表面，形成第一侧壁层和第二侧壁层，第一侧壁层为刻蚀后的氮化硅，第二侧壁层为刻蚀后的二氧化硅。步骤104，参见图4a，向半导体衬底1001进行离子注入，从而形成漏极1008和源极 1009。需要说明的是，由于第一侧壁层1007和第二侧壁层1006可作为栅极结构的保护
3层，因此注入的离子难以进入栅极，从而仅对栅极两侧的半导体衬底1001实现了注入，并最终形成漏极1008和源极1009。步骤105，参见图5a，沉积金属硅化物阻挡层(salicide block oxide) 1010。金属硅化物阻挡层1010可为硅氧化物，例如二氧化硅(SiO2)。步骤106，参见图6a，对金属硅化物阻挡层1010进行刻蚀，将接触孔形成区域所对应的金属硅化物阻挡层1010去除，暴露出接触孔形成区域对应的半导体衬底1001表面或栅极结构表面，沉积金属，然后进行快速退火处理(RTA)，由于金属可与硅反应，但是不会与硅氧化物如二氧化硅反应，所以金属只会与暴露出的半导体衬底1001表面或栅极结构表面发生反应形成金属硅化物1011。后续可将没有发生反应的金属去除，例如可采用酸性溶液去除金属硅化物阻挡层 1010之上没有反应的金属。在本步骤中，沉积的金属可为(Ni)、钛(Ti)或者钴(Co)等任一种金属，相应地，所形成的金属硅化物1011可为镊基硅化物、钛基硅化物或钴基硅化物。可见，本步骤执行完毕后，相当于形成的金属硅化物1011镶嵌于金属硅化物阻挡层1010中，在后续工艺流程中，接触孔将形成于金属硅化物1011之上，也就是说，后续形成的每个接触孔的底部为金属硅化物1011，金属硅化物1011是由金属和硅经过物理化学反应形成的一种化合态，其导电特性介于金属和硅之间。至此，本流程结束。然而，在实际应用中，当在步骤105沉积金属硅化物阻挡层时，由于不同机台的性能差异，当对位于不同机台上的晶片执行沉积金属硅化物阻挡层的步骤时，沉积速率不完全相同，这就有可能使得一批产品中不同晶片之间的金属硅化物阻挡层的致密度显著不同，而当后续执行步骤106进行快速退火处理时，栅极、轻掺杂漏极、轻掺杂源极、漏极和源极中注入的离子会在一定程度上穿过金属硅化物阻挡层向外扩散至金属硅化物阻挡层中， 由于不同晶片之间的金属硅化物阻挡层的致密度显著不同，则扩散至金属硅化物阻挡层的离子数量也存在较大差异，使得同一批产品的性能差异较大，经测量可以发现，这种性能差异主要体现在同一批产品的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值差异比较大，在原理上来说，扩散至金属硅化物阻挡层的离子数量越多则金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值越大。而在实际应用中，我们期望同一批产品的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值具有一致性，可见，现有技术的方法难以实现上述目的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种金属硅化物的形成方法，能够降低同一批产品的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值的差异。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的一种金属硅化物的形成方法，该方法包括在半导体衬底表面形成栅极结构；向半导体衬底进行轻掺杂漏LDD注入，在栅极结构两侧的半导体衬底上形成轻掺杂漏极和轻掺杂源极；在栅极结构两侧形成侧壁层；
向半导体衬底进行离子注入，在侧壁层两侧的半导体衬底上形成漏极和源极；沉积金属硅化物阻挡层后，进行热烘烤；对金属硅化物阻挡层进行刻蚀，暴露出接触孔形成区域对应的半导体衬底表面或栅极结构后，沉积金属，然后进行快速退火处理，在暴露出的半导体衬底表面或栅极结构表面形成金属硅化物。所述金属硅化物阻挡层为硅氧化物。所述硅氧化物为二氧化硅。所述热烘烤的温度为200°C至600°C，热烘烤的时间为0. 5分钟至20分钟。所述热烘烤的环境为充满惰性气体的密闭腔室；所述密闭腔室中的气压为200托至780托，所述惰性气体的流量为1升每分钟至 30升每分钟。所述沉积的金属为镍、钛或者钴；所述形成的金属硅化物为镊基硅化物、钛基硅化物或钴基硅化物。可见，在本发明所提供的一种金属硅化物的形成方法中，当沉积金属硅化物阻挡层后，进行热烘烤，然后再对金属硅化物阻挡层进行刻蚀，暴露出接触孔形成区域对应的半导体衬底表面或栅极结构后，沉积金属，最后进行快速退火处理，在暴露出的半导体衬底表面或栅极结构表面形成金属硅化物。这样，由于进行了热烘烤，使得同一批产品的金属硅化物阻挡层的致密度都有提升并稳定在一个基本相同的致密度上，当后续进行快速退火处理时，由于不同晶片之间的金属硅化物阻挡层的致密度大致相同，则不同晶片扩散至金属硅化物阻挡层的离子数量也基本相同，因此降低了同一批产品的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值的差异。
图Ia 图6a为现有技术中金属硅化物的形成方法的过程剖面示意图。图1本发明所提供的一种金属硅化物的形成方法的流程图。图Ib 图7b为本发明所提供的一种金属硅化物的形成方法的实施例的过程剖面示意图。图2为本发明和现有技术的实验效果对比图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。本发明的核心思想为当沉积金属硅化物阻挡层后，进行热烘烤，然后再对金属硅化物阻挡层进行刻蚀，暴露出接触孔形成区域对应的半导体衬底表面或栅极结构后，沉积金属，最后进行快速退火处理，在暴露出的半导体衬底表面或栅极结构表面形成金属硅化物，由于沉积金属硅化物阻挡层后进行了热烘烤，使得同一批产品的金属硅化物阻挡层的致密度都有提升并稳定在一个基本相同的致密度上，当后续进行快速退火处理时，不同晶片扩散至金属硅化物阻挡层的离子数量也基本相同，因此能够降低同一批产品的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值的差异。
图1本发明所提供的一种金属硅化物的形成方法的流程图，如图1所示，该方法包括步骤11，在半导体衬底表面形成栅极结构。步骤12，向半导体衬底进行轻掺杂漏注入，在栅极结构两侧的半导体衬底上形成轻掺杂漏极和轻掺杂源极。步骤13，在栅极结构两侧形成侧壁层。步骤14，向半导体衬底进行离子注入，在侧壁层两侧的半导体衬底上形成漏极和源极。步骤15，沉积金属硅化物阻挡层后，进行热烘烤。步骤16，对金属硅化物阻挡层进行刻蚀，暴露出接触孔形成区域对应的半导体衬底表面或栅极结构后，沉积金属，然后进行快速退火处理，在暴露出的半导体衬底表面或栅极结构表面形成金属硅化物。至此，本流程结束。下面，通过一个实施例对本发明所提供的一种金属硅化物的形成方法进行详细介绍。图Ib 图7b为本发明所提供的一种金属硅化物的形成方法的实施例的过程剖面示意图，该方法主要包括步骤201，参见图Ib，提供一半导体衬底1001，在半导体衬底1001表面生长栅氧化层1002和淀积多晶硅1003，并利用光刻、刻蚀和离子注入等工艺形成栅极结构。步骤202，参见图2b，进行LDD注入，在栅极结构两侧的半导体衬底1001上形成轻掺杂漏极1004和轻掺杂源极1005。步骤203，参见图北，在半导体衬底1001表面依次淀积二氧化硅(SiO2)和氮化硅 (Si3N4),然后采用干法刻蚀工艺刻蚀晶片表面的氮化硅，在栅极结构的两侧面形成第二侧壁层1006，采用湿法刻蚀工艺刻蚀晶片表面的二氧化硅，在栅极结构两侧面形成第一侧壁层 1007。当然，还可采用现有技术中的其他方法形成其他结构的侧壁层，图北中形成侧壁层的方法仅为举例说明。步骤204，参见图4b，向半导体衬底1001进行离子注入，从而形成漏极1008和源极 1009。步骤205，参见图5b，沉积金属硅化物阻挡层(salicide block oxide) 1010。金属硅化物阻挡层1010可为硅氧化物，例如二氧化硅(SiO2)。上述步骤201至205与现有技术相同，此处不予赘述。步骤206，参见图乩，进行热烘烤(bake)。在本步骤中，当对晶片进行热烘烤时，能够改变金属硅化物阻挡层的致密度，使得不同产品的金属硅化物阻挡层都变得更加致密，并稳定在基本相同的致密度上，从而解决了由于金属硅化物阻挡层沉积速率不同而带来的同一批产品的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值差异比较大的问题。具体地说，虽然当对位于不同机台上的晶片执行沉积金属硅化物阻挡层的步骤时，沉积速率不完全相同，使得一批产品中不同晶片之间的金属硅化物阻挡层的致密度显著不同，然而，由于在本步骤进行了热烘烤，使得同一批产品的金属硅化物阻挡层的致密度都有提升并稳定在一个基本相同的致密度上，当后续进行快速退火处理时，由于不同晶片之间的金属硅化物阻挡层的致密度大致相同，则不同晶片的栅极、轻掺杂漏极、轻掺杂源极、漏极和源极外扩散至金属硅化物阻挡层的离子数量也基本相同，因此使得同一批产品的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值基本相同。较佳地，热烘烤的温度为200°C至600°C，热烘烤的时间为0. 5分钟至20分钟。另外，热烘烤时将晶片置于密闭的腔室中，密闭的腔室充满了惰性气体，例如氮气 (N2)，其中气压为200托(torr)至780托(torr)，惰性气体的流量为1升每分钟(slm)至 30升每分钟(slm)。需要说明的是，本步骤中的热烘烤显著改变了金属硅化物阻挡层的致密度，但是对半导体器件的其他结构没有影响，不会降低半导体器件的其他性能。步骤207，参见图7b，对金属硅化物阻挡层1010进行刻蚀，将接触孔形成区域所对应的金属硅化物阻挡层1010去除，暴露出接触孔形成区域对应的半导体衬底1001表面或栅极结构表面，沉积金属，然后进行快速退火处理(RTA)，在暴露出的半导体衬底1001表面或栅极结构表面形成金属硅化物1011，后续可将没有发生反应的金属去除，例如可采用酸性溶液去除金属硅化物阻挡层1010之上没有反应的金属。沉积的金属可为镍(Ni)、钛(Ti)或者钴(Co)等任一种金属，相应地，所形成的金属硅化物1011可为镊基硅化物、钛基硅化物或钴基硅化物等。本步骤与现有技术相同，不再详述。至此，本流程结束。图2为本发明和现有技术的实验效果对比图。如图2所示，曲线的横坐标为金属硅化物阻挡层的沉积速率，单位为埃/分钟(A/min)，曲线的纵坐标为金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值，单位为欧姆每平方米(ohm/sq)。曲线1的实验条件为采用现有技术，曲线 2的实验条件为采用本发明，经对比曲线1和曲线2，可以看出，采用现有技术时，当金属硅化物阻挡层的沉积速率由3140A/min逐渐递增到3728A/min时，金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值从^2ohm/Sq逐渐递增到301ohm/Sq;而采用本发明时，当金属硅化物阻挡层的沉积速率由3140A/min逐渐递增到3728A/min时，金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值一直大致在^5ohm/sq至301ohm/sq之间波动，可见，采用本发明的技术方案能够使得金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值比较稳定，且不随沉积速率的变化而发生较大波动，因此，采用本发明的技术方案能够解决由于金属硅化物阻挡层的沉积速率不同而导致的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值差异大的问题。综上，在本发明所提供的一种金属硅化物的形成方法中，当沉积金属硅化物阻挡层后，进行热烘烤，然后再对金属硅化物阻挡层进行刻蚀，暴露出接触孔形成区域对应的半导体衬底表面或栅极结构后，沉积金属，最后进行快速退火处理，在暴露出的半导体衬底表面或栅极结构表面形成金属硅化物。这样，由于进行了热烘烤，使得同一批产品的金属硅化物阻挡层的致密度都有提升并稳定在一个基本相同的致密度上，当后续进行快速退火处理时，由于不同晶片之间的金属硅化物阻挡层的致密度大致相同，则不同晶片扩散至金属硅化物阻挡层的离子数量也基本相同，因此能够降低同一批产品的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值的差异。
7
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种金属硅化物的形成方法，该方法包括在半导体衬底表面形成栅极结构；向半导体衬底进行轻掺杂漏LDD注入，在栅极结构两侧的半导体衬底上形成轻掺杂漏极和轻掺杂源极；在栅极结构两侧形成侧壁层；向半导体衬底进行离子注入，在侧壁层两侧的半导体衬底上形成漏极和源极；沉积金属硅化物阻挡层后，进行热烘烤；对金属硅化物阻挡层进行刻蚀，暴露出接触孔形成区域对应的半导体衬底表面或栅极结构后，沉积金属，然后进行快速退火处理，在暴露出的半导体衬底表面或栅极结构表面形成金属硅化物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属硅化物阻挡层为硅氧化物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述硅氧化物为二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热烘烤的温度为200°C至600°C，热烘烤的时间为0. 5分钟至20分钟。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热烘烤的环境为充满惰性气体的密闭腔室；所述密闭腔室中的气压为200托至780托，所述惰性气体的流量为1升每分钟至30升每分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积的金属为镍、钛或者钴；所述形成的金属硅化物为镊基硅化物、钛基硅化物或钴基硅化物。
全文摘要
本发明公开了一种金属硅化物的形成方法，该方法包括沉积金属硅化物阻挡层后，进行热烘烤，然后再对金属硅化物阻挡层进行刻蚀，暴露出接触孔形成区域对应的半导体衬底表面或栅极结构后，沉积金属，最后进行快速退火处理，在暴露出的半导体衬底表面或栅极结构表面形成金属硅化物。采用本发明公开的方法能够降低同一批产品的金属硅化物阻挡层的单位面积电阻值的差异。
文档编号H01L21/28GK102456557SQ201010510309
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者唐兆云, 徐强, 陈勇 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司