专利名称：金属硅化物形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及ー种金属硅化物的形成方法。
背景技术：
随着超大規模集成电路的迅速发展，器件的集成度越来越高，尺寸越来越小。当器件尺寸縮小至次微米量级时，会相应的产生许多问题，如金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管，由于减小尺寸，会导致MOS晶体管的栅电极和源扱/漏极区的表面电阻和接触电阻増加，使得MOS晶体管出现信号延迟。 为了解决减小器件尺寸带来的问题，一般采用金属硅化物エ艺，在器件大部分区域的有源区(表面为硅材料的区域)上沉积难熔金属钛(Ti)、钴(Co)、镍(Ni)等，通过退火エ艺形成金属硅化物，但是也有部分区域的有源区是不能形成金属硅化物的，如高阻多晶硅区、隔离有源区等区域。因此，在制作金属硅化物之前，需要先在不能形成金属硅化物的区域形成金属娃化物阻挡结构(salicide block layer, SAB),利用金属娃化物阻挡结构不会与金属发生反应的特性，以防止在不能形成金属硅化物的区域形成金属硅化物。一般金属硅化物形成的方法如图I所示，包括如下步骤先在硅衬底上形成金属硅化物阻挡层，在金属硅化物阻挡层上形成与硅衬底所需生成硅化物的预定区域对应的图案化光刻胶，利用图案化光刻胶作为掩膜进行刻蚀，暴露出需要生成金属硅化物的硅衬底预定部分，然后在此衬底结构上沉积ー层金属层进行第一次退火，刻蚀去除未与硅衬底反应的金属后再进行一次退火处理。金属硅化物的形成过程中，还要注意硅表面氧化层的影响，如果在硅表面存在有氧化层，会使得金属硅化物的形成质量较差，造成器件电阻升高，漏电流加大。然而，在芯片的制造过程中，娃片不可避免的会曝露于空气中，形成自然氧化层(native oxide)。一般去除硅表面氧化层影响的方法主要包括两种，一种是在生成金属硅化物前利用氢氟酸(HF)浸泡去除氧化硅，一种是利用氟化氮和氨气(NFノNH3)进行等离子刻蚀去除硅表面的氧化层。两种方法都会将氟元素扩散到硅衬底中。氟元素的引入可以抑制在生成金属硅化物初期时金属突然集中进入硅衬底中，并且可以固定已经扩散到硅衬底中的金属元素，进而减小缺陷。以难熔金属Ni生成硅化镍(NiSi)为例，Ni与Si会生成三种硅化物，即硅化镍(NiSi)，ニ硅化镍(NiSi2)和ー硅化ニ镍(Ni2Si) ,NiSi2的电阻性最强且相应的增加了硅的消耗，Ni2Si不稳定，且其形状不易控制，NiSi的电阻率相对较低，且其形成所需温度为约350摄氏度，其热消耗也相对较低，所以NiSi是优选的金属硅化物。氟元素的引入可抑制生成NiSi初期时大量Ni元素集中扩散入硅衬底产生不期望的Ni2Si,此外，氟元素还可以在提高NiSi2的晶核形成温度的同吋，降低NiSi与硅衬底之间的表面粗糙度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了进ー步提高硅衬底中氟元素的含量，本发明提供了ー种金属娃化物形成方法。
本发明的技术方案如下ー种金属娃化物形成方法，包括在娃衬底上沉积ー层氟硅玻璃薄膜作为缓冲层；在缓冲层上沉积金属硅化物阻挡层；在金属硅化物阻挡层上形成与硅衬底所需生成硅化物的预定区域对应的图案化光刻胶；通过所述图案化光刻胶作为掩膜进行刻蚀，暴露出硅衬底上需要生成金属硅化物的预定区域并去除光刻胶；在刻蚀后的硅衬底结构上沉积ー层金属层，并进行第一次退火处理；通过刻蚀去除未与硅衬底反应的金属后进行第二次退火处理。进ー步，所述方法还包括在生成氟硅玻璃薄膜缓冲层后对硅衬底结构进行热处理 的步骤；所述热处理的温度优选为200-500摄氏度。进ー步，所述方法还包括在硅衬底上沉积氟硅玻璃薄膜前利用氢氟酸浸泡或通过氟化氮和氨气进行等离子刻蚀去除硅表面的氧化层的步骤。进ー步，通过等离子化学气相沉积在硅衬底上沉积ー层氟硅玻璃薄膜缓冲层；等离子化学气相沉积的エ艺參数优选为四氟化娃流量为200-2000标况晕升姆分；四氢化娃流量为200-2000标况晕升姆分；ー氧化ニ氮流量为2000-30000标况毫升每分；功率为500-2000 瓦；温度为250-600摄氏度；氟硅玻璃薄膜缓冲层的厚度为50-150埃。进ー步，所述金属硅化物阻挡层为氮化硅；所述金属层为镍钼合金。进ー步，所述镍钼合金中钼的原子比优选为5_15%，镍钼合金层的厚度优选为50-200 埃。进ー步，所述氮化硅阻挡层的厚度优选为150-350埃。进ー步，所述第一次退火处理的温度小于第二次退火处理的温度。
图I为现有金属硅化物形成方法流程图；图2为本发明金属硅化物形成方法流程图；图3a_3d为本发明金属硅化物形成方法的一种实施例的半导体结构截面示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。图2为本发明ー种金属硅化物形成方法的流程图，如图2所示，本方法的主要步骤包括在硅衬底上沉积ー层氟硅玻璃薄膜作为缓冲层；在氟硅玻璃薄膜缓冲层上沉积金属硅化物阻挡层；
在金属硅化物阻挡层上形成与硅衬底所需生成硅化物的预定区域对应的图案化光刻胶；通过所述图案化光刻胶作为掩膜进行刻蚀，暴露出硅衬底上需要生成金属硅化物的预定区域并去除光刻胶；在刻蚀后的硅衬底结构上沉积ー层金属层，并进行第一次退火处理；通过刻蚀去除未与硅衬底反应的金属后进行第二次退火处理。现以在硅衬底上生成镍化硅为例，详细描述本发明方法过程。如图3a所示，首先，在硅衬底I上通过等离子化学气相沉积ー层氟硅玻璃薄膜缓冲层2，等离子化学气相沉积的エ艺參数优选为四氟化硅(SiF4)流量为200-2000标况毫升每分(sccm);四氢化硅(SiH4)流量为200-2000SCCm; —氧化氮(N2O)流量为2000-30000sccm;功率为500-2000瓦；温度为250-600摄氏度；氟硅玻璃薄膜缓冲层2的厚 度优选为50-150埃。在氟硅玻璃薄膜缓冲层2上沉积ー层SiN作为金属硅化物阻挡层3，SiN层的厚度优选为150-350埃。氟硅玻璃薄膜缓冲层2中的氟元素可通过扩散进入硅衬底I，如图3b所示。由于在进行等离子化学气相沉积时温度大约在250-600摄氏度，可以使得氟硅玻璃薄膜缓冲层2中的氟元素扩散速度加快；优选的，在沉积氟硅玻璃薄膜缓冲层2后对衬底结构进行热处理，提高氟元素在衬底I中的扩散，热处理的温度优选为200-500摄氏度。然后，如图3c所示的，在SiN层上形成与硅衬底所需生成硅化物的预定区域对应的图案化光刻胶4，并通过图案化光刻胶4为掩膜刻蚀硅衬底结构，以暴露出硅衬底上需要生成SiNi的预定区域，然后去除光刻胶4。如图3d所示，在硅衬底结构上沉积ー层镍钼合金层5，镍钼合金中钼的原子比优选为5-15%，厚度优选为50-200埃；然后对硅衬底结构进行第一次退火处理，使层5中的镍可以与硅充分发生反应生成SiNi，扩散到硅衬底中的氟元素，可抑制生成NiSi初期时大量Ni元素集中扩散入硅衬底产生不期望的Ni2Si,并固定已经扩散到硅衬底中的镍，进而减小缺陷，还可以在提高NiSi2的晶核形成温度的同时，降低NiSi与硅衬底之间的表面粗糙度。可选的，在退火衬底结构之前，可在镍钼合金层5上沉积ー层氮化钛(TiN)以减小在退火过程中引起的镍的氧化。最后通过刻蚀去除未发生反应的镍钼合金层，并再次经过第二次退火处理，形成具有SiNi的硅衬底结构，其中，第一次退火处理的温度小于第二次退火处理的温度，第一次退火主要作用是扩散，温度相对低，形成Ni2Si,第二次退火温度相对较高，使Ni2Si转化为更稳定的NiSi。在不需要形成SiNi的硅衬底结构中，虽然引入了氟硅玻璃薄膜，但其作为缓冲层对衬底结构，以及对在衬底结构上形成的半导体器件都不会有实质上的影响。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种金属硅化物形成方法，包括 在硅衬底上沉积一层氟硅玻璃薄膜作为缓冲层； 在缓冲层上沉积金属硅化物阻挡层； 在金属硅化物阻挡层上形成与硅衬底所需生成硅化物的预定区域对应的图案化光刻胶； 通过所述图案化光刻胶作为掩膜进行刻蚀，暴露出硅衬底上需要生成金属硅化物的预定区域并去除光刻胶； 在刻蚀后的硅衬底结构上沉积一层金属层，并进行第一次退火处理； 通过刻蚀去除未与硅衬底反应的金属后进行第二次退火处理。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在生成氟硅玻璃薄膜缓冲层后对硅衬底结构进行热处理的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为200-500摄氏度。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在硅衬底上沉积氟硅玻璃薄膜前利用氢氟酸浸泡或通过氟化氮和氨气进行等离子刻蚀去除硅表面的氧化层的步骤。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，通过等离子化学气相沉积在硅衬底上沉积一层氟娃玻璃薄膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述等离子化学气相沉积的工艺参数为 四氟化娃流量为200-2000标况晕升每分； 四氢化娃流量为200-2000标况晕升每分； 一氧化二氮流量为2000-30000标况晕升每分； 功率为500-2000瓦； 温度为250-600摄氏度； 氟硅玻璃薄膜缓冲层的厚度为50-150埃。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属硅化物阻挡层为氮化硅；所述金属层为镍钼合金。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述镍钼合金中钼的原子比为5-15%，镍钼合金层的厚度为50-200埃。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氮化硅阻挡层的厚度为150-350埃。
10.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一次退火处理的温度小于第二次退火处理的温度。
全文摘要
本发明提供了一种金属硅化物形成方法，在形成金属硅化物阻挡层之前在硅衬底上先沉积一层氟硅玻璃薄膜作为缓冲层，氟硅玻璃薄膜中的氟元素可以扩散入硅衬底中，氟元素的引入可抑制在生成金属硅化物初期时金属突然集中进入硅衬底中，并且可以固定已经扩散到硅衬底中的金属元素，进而减小缺陷。
文档编号H01L21/768GK102832112SQ20111016500
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者鲍宇, 荆学珍, 平延磊, 肖海波 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司