專利名稱：形成金屬硅化物的方法
技術領域：
本發(fā)明有關一種形成金屬硅化物(silicide)的方法，特別是有關于形成具低阻值(low sheet resistance)與高熱穩(wěn)定性(high thermal stability)的金屬硅化物導線的方法。
背景技術：
由于金屬硅化物(silicide)具有低電阻值、與硅接觸電阻低、與硅附著能力好與界面應力不太大等優(yōu)點，金屬硅化物已普遍被應用來作為金屬接觸、閘極或導線等金屬硅化物結構。
金屬硅化物結構的制造方法基本上有二種一種是直接沉積金屬硅化物在底材上，然后進行圖案轉移程序以形成所需的金屬硅化物結構；另一種則是先形成金屬層與硅層在底材上，然后以加熱程序使金屬層與硅層(通常是多晶硅層)反應形成金屬硅化物層，最后再進行圖案轉移程序以形成所需的金屬硅化物結構。而由于不是每種金屬金屬硅化物都有合適的沉積方式，因此現行制程多是使用后一種制造方法，特別是借由預先設定硅層的分布來控制形成金屬硅化物層的分布，借以節(jié)省圖案轉移程序，一般稱此為自行對準金屬硅化物制程。
但以加熱程序使金屬層與硅層反應形成金屬硅化物層時，只要加熱溫度略高或加熱時間略長，金屬硅化物層便很容易發(fā)生所謂的團縮現像(agglomerationphenomena)，引發(fā)諸如金屬硅化物接面漏電流、金屬硅化物導線截面積減少、金屬硅化物導線斷裂與金屬硅化物接觸電阻值增加等缺失。參見圖1A的未發(fā)生團縮現像與圖1B的發(fā)生團縮現像的示意圖(未照真實比例畫)，在此，半導體結構11位于底材10上而金屬硅化層12位于半導體結構11上。而研究結果顯示，由于團縮現像與金屬硅化物層的結構重組(structure recombination)與相轉移(phase transformation)有關，因此越厚越寬的金屬硅化物結構的品質便越不易因團縮現像的發(fā)生而變壞，也就是說其熱穩(wěn)定性(thermal stability)越佳。
但隨著半導體元件的臨界尺寸的持續(xù)縮短，金屬硅化物結構的尺寸也必需隨之縮短。因此團縮現像成為越來越窄/越來越薄的金屬硅化物結構無法避免的困難，特別是厚度與寬度皆受到嚴苛限制的金屬硅化物導線。
除此之外，隨著半導體元件的結構的日益復雜，金屬硅化物導線往往不是形成在一個平坦的表面上而是形成在起伏不平具有臺階與轉角的半導體結構上。此時不僅由于在半導體結構表面轉折處的金屬硅化物層的應力(stress)較大，使得在加熱程序使硅層與金屬層反應形成金屬硅化物層時，金屬硅化物層的晶粒(grain)會傾向不形成在轉折處，導致金屬硅化物導線出現截面積縮小與斷線的缺失；同時硅層與金屬層也往往不容易均勻地覆蓋在表面上，在半導體結構側壁(sidewall)上的硅層與金屬層(特別是金屬層)的厚度往往較半導體結構側壁平坦處的硅層與金屬層(特別是金屬層)的厚度來得低，使得反應時側壁部份不易吸引晶粒的出現與成長。因此在反應完成后，側壁部份往往會出現金屬硅化物導線變薄或甚至斷裂的現像，特別是當此表面的起伏程度大到使得部份孔洞的深寬比大到使金屬層與硅層無法都均勻地位于整個孔洞的表面上時。參見圖1C與圖1D所顯示的例子，在此硅層13大致等形覆蓋而金屬層14在填入孔洞15無法等形地覆蓋孔洞15的側壁，使得位于側壁的金屬硅化物12的晶粒遠少于為于平坦處的金屬硅化物12的晶粒。
綜上所述，金屬硅化物導線會因為團縮現像而發(fā)生熱穩(wěn)定性不夠的缺失，而且位于起伏不平表面上的金屬硅化物導線與窄薄的金屬硅化物導線皆特別會發(fā)生不均勻甚至斷裂的問題。因此，有必要發(fā)展可以改善甚至消除這些缺失的方法，使得金屬硅化物(特別是金屬硅化物導線)可以更適用于大形集成電路(very large scale integration，VLSI)甚至超大形集成電路(ultra large scaleintegration，ULSI)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一目的在于提供一種形成金屬硅化物和金屬硅化物導線的方法，此金屬硅化物導線位于一不平坦的表面上，可減輕甚至去除團縮現像對金屬硅化物的影響而無需大幅度地改變金屬硅化物的現有形成過程便可以提高所形成的金屬硅化物的熱穩(wěn)定性，并適用于形成具有微小臨界尺寸的金屬硅化物導線。
為實現上述目的，根據本發(fā)明一方面提供一種形成金屬硅化物的方法，其特點是至少包括提供一底材，所述的底材表面為一起伏不平的半導體結構所覆蓋；形成一硅層在所述的半導體結構上，所述的硅層的輪廓與所述的半導體結構的輪廓大致相當；以一蝕刻程序處理所述的硅層，借以使得所述的硅層的輪廓較所述的半導體結構的輪廓來得圓滑；形成一金屬層在所述的硅層上；以及執(zhí)行一熱處理程序，借以使得所述的金屬層與所述的硅層反應而形成一金屬硅化物層。
根據本發(fā)明另一方面提供一種形成金屬硅化物的方法，其特點是至少包括提供具有起伏不平的一第一表面的一底材；以一蝕刻程序處理所述的底材，借以將所述的第一表面修改為輪廓較所述的第一表面的輪廓來得圓滑的一第二表面；形成一硅層在所述的第二表面上，所述的硅層的輪廓與所述的第二表面的輪廓大致相當；形成一金屬層在所述的硅層上；以及執(zhí)行一熱處理程序，借以使得所述的金屬層與所述的硅層反應而形成一金屬硅化物層。
根據本發(fā)明又一方面提供一種形成金屬硅化物導線的方法，其特點是至少包括提供一底材，所述的底材表面存在數個孔洞；形成一硅層在所述的半導體結構上，所述的硅層的輪廓與所述的半導體結構的輪廓大致相當；以一蝕刻程序處理所述的硅層，借以使得位于所述的些孔洞的側壁的部份所述的硅層形成數個間隙壁；形成一金屬層在所述的硅層上；執(zhí)行一熱處理程序，借以使得所述的金屬層與所述的硅層反應而形成一金屬硅化物層；以及執(zhí)行一圖案轉移程序，移除部份的所述的金屬硅化物層以形成數條金屬硅化物導線。
由于本發(fā)明可以減少金屬硅化層形成時所受到的不均勻應力與不均勻厚度的影響，使得金屬硅化物的晶粒均勻地分布在整個底材上(至少比未減少應力與厚度的不均勻前來得均勻)，因此本發(fā)明可以有效地提高熱穩(wěn)定性與降低阻值，防治團縮現像所帶來得缺失。特別是由于本發(fā)明可以借由改變硅層的輪廓來改善金屬層無法等形地覆蓋高深寬比的渠溝所引起的缺失，因此金屬硅化物可以被應用來形成窄薄的導線，例如深次微米元件的字符線。
為更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點，下面將結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細說明。


圖1A至圖1D為用以顯示現有技術的團縮現像與金屬硅化物晶粒分布不均勻的影響的橫截面示意圖；圖2A至圖2E為本發(fā)明的一較佳實施例中各基本步驟的橫截面示意圖；以及圖3A至圖3E為本發(fā)明的另一較佳實施例中各基本步驟的橫截面示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一些實施例詳細描述如下，用以清楚地說明本發(fā)明的內容。然而必須強調地是，除了這些實施例外，本發(fā)明還可以廣泛地應用在其它的應用中。因此本發(fā)明的范圍并不限定于所提出的實施例，而是取決于其權利要求書請求保護的范圍。
針對現有技術中在形成金屬硅化物于起伏不平的表面時難以避免的缺失表面轉折處的應力較表面平坦處的應力大而使得金屬硅化物的晶粒傾向于不出現在表面轉折處，以及表面各側壁的硅與金屬的厚度較表面各平坦處的硅與金屬的厚度小而使得金屬硅化物的晶粒傾向于不出現在各側壁。本發(fā)明申請的發(fā)明人提出解決此類問題的一個切入點由于起伏不平的表面會引起應力不均勻與厚度不均勻，因此在形成金屬硅化物前先減少此表面的起伏(甚至完全平坦化此表面)，便可以減少甚至消除應力不均勻與厚度不均勻的程度。特別是由于硅層(特別是多晶硅層)通常可以等形地覆蓋而金屬層較不能等形地覆蓋，為了避免影響到此起伏不平表面下已形成的半導體結構，可以不改變此表面的起伏而是在多晶硅層覆蓋此表面后，先減少硅層的起伏再形成形成金屬層于硅層上。
簡單地說，本發(fā)明的基本概念是借由在形成金屬硅化物所需的材料前先減少金屬硅化物(特別是金屬硅化物導線)所位于的平面的起伏或者是在形成金屬硅化物前先減少用以形成金屬硅化物的材料的起伏來解決因不平坦表面所引起的應力不均勻與厚度不均勻等缺失。相對地，許多現有技術都是利用改變金屬硅化物制程的溫度、金屬硅化物的材料與金屬層形成過程等復雜且昂貴的方法來防治應力不均勻與厚度不均勻所引起的缺失。
本發(fā)明的一較佳實施例的形成金屬硅化物的方法至少包括下列基本步驟如圖2A所示，提供底材20，底材20的表面為起伏不平的半導體結構21所覆蓋。在此半導體結構可以為相互交錯排列的數個閘極與數個介電質層，也可以是數個位元線介電質層。在此為簡化圖示與強調本發(fā)明的作用，假設起伏不平表面為一連串高低不等的臺階，但本發(fā)明并不受限于如何的起伏不平。
如圖2B所示，形成硅層22在半導體結構21上，在此硅層22的輪廓與半導體結構21的輪廓大致相當。在此，硅層22基本上可視為是等形地覆在半導體結構21上，特別是當硅層22為多晶硅層時。但一般而言，硅層可以為多晶硅層、非晶硅層或磊晶硅層之一。
如圖2C所示，以蝕刻程序處理硅層22，使得硅層22的輪廓較半導體結構21的輪廓來得圓滑。例如將硅層22對應到半導體結構21的各尖銳轉角的尖銳轉角都修改成圓滑的轉角，并且將位于半導體結構21的數個側壁上的部份硅層22的輪廓轉變?yōu)閿祩€間隙壁(spacer)。在此，蝕刻程序可以是濕蝕刻程序也可以是干蝕刻程序。
如圖2D所示，形成金屬層23在硅層22上。此時間隙壁的存在可以使金屬層23較均勻地較等形地覆蓋在硅層22上，而金屬層23的材料至少可以為鈦、鈷、鎢、鎳、錳、鉑、鉭與鈀之一。
如圖2E所示，執(zhí)行熱處理程序使得金屬層23與硅層22反應而形成金屬硅化物層24。在此，為簡化圖示，假設所有的硅層22與所有的金屬層23都轉變?yōu)榻饘俟杌飳?4。當然，通常在金屬硅化物層24形成后，金屬層23會完全被耗盡，但硅層22可能會有部份未被耗盡。并且金屬硅化物層24的材料可以為二硅化鈦、二硅化鈷、二硅化鎢、二硅化鎳、二硅化錳、二硅化鉑、二硅化鉭與二硅化鈀之一。
在此，金屬硅化物層24可用以形成數條金屬硅化物導線，例如金屬硅化物字符線?？梢栽跓崽幚沓绦蚪Y束后，執(zhí)行圖案轉移程序將金屬硅化物層24轉變?yōu)樗龅男┙饘俟杌飳Ь€；也可以不使用圖案轉移程序，而引用自行對準的概念，在以蝕刻程序處理硅層22時，即將不位于這些金屬硅化物導線的預定位置的部份硅層22移除，使得金屬金屬硅化物層24一形成便是所需要的這些金屬硅化物導線，然后再移除殘余的金屬層23。
本發(fā)明的另一較佳實施例的形成金屬硅化物的方法，至少包括下列基本步驟如圖3A所示，提供具有起伏不平的第一表面31的底材30。
如圖3B所示，以蝕刻程序處理底材30借以將第一表面31修改為輪廓較第一表面31的輪廓來得圓滑的第二表面32。舉例來說，蝕刻程序可以用來將第一表面31的數個側壁變?yōu)榫哂械诙砻?2的數個間隙壁。而蝕刻程序可以是濕蝕刻程序或是干蝕刻程序，視實際的需要而定。
如圖3C所示，形成硅層33在第二表面32上，在此硅層33的輪廓與第二表面32的輪廓大致相當。在此，硅層33通常是多晶硅層、非晶硅層或磊晶硅層；同時還可以使用另一蝕刻程序處理硅層33，借以使得硅層33的輪廓較第二表面32的輪廓來得圓滑。
如圖3D所示，形成金屬層34在硅層33上。金屬層34通常是鈦、鈷、鎢、鎳、錳、鉑、鉭或鈀。
如圖3E所示，執(zhí)行熱處理程序使得金屬層34與硅層33反應而形成金屬硅化物層35，在此金屬硅化物層35可用以形成數條金屬硅化物導線。
在此可以在熱處理程序結束后，執(zhí)行圖案轉移程序將金屬硅化物層35轉變?yōu)楦鹘饘俟杌飳Ь€，也可以使用自行對準的概念，在以蝕刻程序處理硅層33后便將不位于這些金屬硅化物導線預定位置的部份硅層33移除。
顯然地，由于本發(fā)明僅使用習知的蝕刻技術來降低應力與厚度的不均勻，并沒有改變形成金屬硅化物的材料、反應溫度與反應時間等。因此本發(fā)明不僅可以輕易地被應用在以有的半導體元件生產線上，同時也是一個易于執(zhí)行與控制的發(fā)明。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請的專利保護范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述的權利要求所請求保護的專利范圍內。
權利要求
1.一種形成金屬硅化物的方法，其特征在于至少包括提供一底材，所述的底材表面為一起伏不平的半導體結構所覆蓋；形成一硅層在所述的半導體結構上，所述的硅層的輪廓與所述的半導體結構的輪廓大致相當；以一蝕刻程序處理所述的硅層，借以使得所述的硅層的輪廓較所述的半導體結構的輪廓來得圓滑；形成一金屬層在所述的硅層上；以及執(zhí)行一熱處理程序，借以使得所述的金屬層與所述的硅層反應而形成一金屬硅化物層。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括執(zhí)行一圖案轉移程序，以將所述的金屬硅化物層轉變?yōu)閿禇l金屬硅化物導線。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于還包括在所述的金屬層形成前，即將不位于數條金屬硅化物導線的預定位置的部份所述的硅層移除。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的硅層為多晶硅層、非晶硅層或磊晶硅層之一。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金屬層的材料為鈦、鈷、鎢、鎳、錳、鉑、鉭與鈀之一。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金屬硅化物層的材料選自二硅化鈦、二硅化鈷、二硅化鎢、二硅化鎳、二硅化錳、二硅化鉑、二硅化鉭與二硅化鈀。
7.一種形成金屬硅化物的方法，其特征在于至少包括提供具有起伏不平的一第一表面的一底材；以一蝕刻程序處理所述的底材，借以將所述的第一表面修改為輪廓較所述的第一表面的輪廓來得圓滑的一第二表面；形成一硅層在所述的第二表面上，所述的硅層的輪廓與所述的第二表面的輪廓大致相當；形成一金屬層在所述的硅層上；以及執(zhí)行一熱處理程序，借以使得所述的金屬層與所述的硅層反應而形成一金屬硅化物層。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于還包括在所述的金屬層形成前先以另一蝕刻程序處理所述的硅層，借以使所述的硅層的輪廓較所述的第二表面的輪廓來得圓滑。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括執(zhí)行一圖案轉移程序，以將所述的金屬硅化物層轉變?yōu)閿禇l金屬硅化物導線，并在所述的金屬層形成前，即將不位于所述的些金屬硅化物導線的預定位置的部份所述的硅層移除。
10.一種形成金屬硅化物導線的方法，其特征在于至少包括提供一底材，所述的底材表面存在數個孔洞；形成一硅層在所述的半導體結構上，所述的硅層的輪廓與所述的半導體結構的輪廓大致相當；以一蝕刻程序處理所述的硅層，借以使得位于所述的些孔洞的側壁的部份所述的硅層形成數個間隙壁；形成一金屬層在所述的硅層上；執(zhí)行一熱處理程序，借以使得所述的金屬層與所述的硅層反應而形成一金屬硅化物層；以及執(zhí)行一圖案轉移程序，移除部份的所述的金屬硅化物層以形成數條金屬硅化物導線。
全文摘要
本發(fā)明有關一種形成金屬硅化物的方法，它包括提供表面為起伏不平半導體結構覆蓋的底材；形成硅層在半導體結構上，硅層與半導體結構的輪廓大致相當；以蝕刻程序處理硅層使得硅層輪廓較半導體結構輪廓圓滑；形成金屬層在硅層上；執(zhí)行熱處理程序使得金屬層與硅層反應形成金屬硅化物層，此金屬硅化物可作為金屬硅化物導線用。本方法還可采用以下步驟提供具有起伏不平第一表面的底材；以蝕刻程序處理底材使得底材具有較第一表面輪廓圓滑的輪廓的第二表面；形成硅層在第二表面上，硅層與第二表面的輪廓大致相當；形成金屬層在硅層上。
文檔編號H01L21/70GK1412825SQ0113582
公開日2003年4月23日 申請日期2001年10月18日 優(yōu)先權日2001年10月18日
發(fā)明者楊添助 申請人:旺宏電子股份有限公司