專利名稱：自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系一般而言相關(guān)于半導(dǎo)體裝置制造，更特別相關(guān)于半導(dǎo)體裝置中自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化結(jié)構(gòu)(salicide structure)的形成方法。
背景技術(shù)：
于半導(dǎo)體裝置制造中，常常使用為硅及金屬之摻雜物(alloy)的自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物。自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物可藉由耐火性金屬或近乎貴金屬與硅的反應(yīng)而加以形成，并且，其可用于各式各樣的應(yīng)用之中。舉例而言，硅化物可以被用于源極/漏極及/或柵極區(qū)域，或者其可用于建立柵極或局部互聯(lián)機(jī)(local interconnect lines)，作為例子。
自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物(salicide)系為一種自行對(duì)準(zhǔn)硅化物(self-aligned silicide)，而名詞自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物系表示藉由自我對(duì)準(zhǔn)方法形成之硅化物。一自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物系典型地藉由在一硅化層上沉積一金屬層并且接著將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)退火(anneal)而形成，在此，該金屬與該硅接觸，因而自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物形成。然后，未反應(yīng)之金屬選擇性地被蝕刻移除，而留下該硅化物自動(dòng)地與在其下之多晶硅層對(duì)準(zhǔn)，因此，這代表一“自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物(salicide)”。該名詞“silicide(硅化物)”以及“salicide(自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物)”于此系可互換地加以使用。
自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物材料系常見地用于先進(jìn)的互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semicondcutor，CMOS)技術(shù)中。自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物會(huì)減少薄膜電阻(sheet resistance)以及接觸電阻(contact resistance)，而在該自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物配置于，舉例而言，一晶體管之源極、漏極以與門極區(qū)域之上時(shí)特別有利。在過去，硅化鈦(TiSi2)已經(jīng)廣泛地被用于CMOS技術(shù)中，然而，由于硅化鈦(TiSi2)具有對(duì)低電阻相(low resistance phase，C54)形成之強(qiáng)烈線寬依附性(line-width dependency)，因此，有使用硅化鈷(CoSi2)勝于使用硅化鈦(TiSi2)的傾向，特別是在較小規(guī)模的CMOS技術(shù)中，例如，次四分之一微米(sub-quarter-micron)特征尺寸。
然而，硅化鈷(CoSi2)的形成是有異議的。因?yàn)殁挷⒉幌疋佉粯?，其不?huì)減少氧化表面硅(silicon surface oxide)的量，所以，硅化鈷(CoSi2)的形成過程系易受在其下之硅表面的狀態(tài)的影響，若在該硅表面上配置有一厚氧化層時(shí)，則硅化鈷(CoSi2)會(huì)受到阻礙或抑制，而且，當(dāng)磊晶硅化鈷(CoSi2)可形成于一無氧化物之硅表面上的同時(shí)，如此之硅化鈷(CoSi2)材料形成傾向于具有增加接面漏電流(junction leaka ge)的{111}端面(faceting)，而由于清洗過程以未使用水沖洗的如氬濺鍍清洗(Argon sputter clean)或氟氫酸浸泡清洗(HF dip clean)準(zhǔn)備表面，因此該端面在磊晶成長(zhǎng)期間發(fā)生。
硅化鈷(CoSi2)形成易受硅表面影響的另一個(gè)問題是，硅化鈷(CoSi2)形成的制程范圍(processwindow)系為受限。只要硅表面一被清洗掉任何氧化物，該氧化物即開始，舉例而言，重新成長(zhǎng)(regrow)。若氧化物成長(zhǎng)太厚時(shí)，則硅化物會(huì)因?yàn)樵诒砻鏇]有硅與金屬反應(yīng)而無法形成，這使得形成硅化鈷(CoSi2)的表面清洗與鈷沉積間的時(shí)間范圍非常受限。
在已知技術(shù)中所需的是，形成半導(dǎo)體裝置之硅化鈷(CoSi2)自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的改善方法。

發(fā)明內(nèi)容
這些及其它問題系可加以解決或避免，并且，技術(shù)優(yōu)勢(shì)系可藉由本發(fā)明之較佳實(shí)施例而加以達(dá)成，而本發(fā)明系為使用Ti/Co/Ti三層之自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物形成方法。該薄底部鈦層系降低在其下半導(dǎo)體層的表面氧化物，降低該半導(dǎo)體基板的敏感度，以及改善或降低自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物之粗糙度。該薄上部鈦層系會(huì)擴(kuò)散通過該鈷層，以降低位于該其下半導(dǎo)體層之表面的氧化物，并且降低橋接的機(jī)會(huì)。
根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，一種形成一自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的方法，其包括提供一半導(dǎo)體基板，其中該半導(dǎo)體基板系于其一頂部表面上具有至少一硅區(qū)域，沉積一第一耐火性金屬層而覆蓋于該至少一硅區(qū)域之頂部表面之上，以及沉積一近貴金屬層而覆蓋于該第一耐火性金屬層之上。該方法包括沉積一第二耐火性金屬層而覆蓋于該近貴金屬層之上，在一第一退火步驟中退火該半導(dǎo)體基板，以形成鄰接該至少一硅區(qū)域之一硅化物，并留下一部份之該近貴金屬層未反應(yīng)。未反應(yīng)的金屬則接著被選擇性地移除。
根據(jù)本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例，一種形成一自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物之方法，其包括提供一半導(dǎo)體基板，其中該半導(dǎo)體基板系于其一頂部表面上具有至少一硅區(qū)域，沉積一第一鈦層而覆蓋于該至少一硅區(qū)域之頂部表面之上，以及沉積一鈷層而覆蓋于該第一鈦層之上。一第二鈦層系加以沉積而覆蓋于該鈷層之上，以及該半導(dǎo)體基板系在一第一退火步驟中進(jìn)行退火，以形成鄰接該硅區(qū)域之一CoSi(硅化鈷)單硅化物。
本發(fā)明之優(yōu)點(diǎn)包括，降低將面漏電流以及避免覆蓋于，舉例而言，晶體管之間隙壁上之橋接。本發(fā)明之實(shí)施例系提供形成較不易受其下將被硅化之硅區(qū)域的狀況影響的自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物之方法，而得出一較平滑的自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物。該第一耐火性金屬層系降低覆蓋于該硅區(qū)域之上之氧化物，以及降低該硅區(qū)域表面之粗糙度。因?yàn)樵摰谝荒突鹦越饘賹酉到档驮摴杌瘏^(qū)域之表面的氧化物，制程范圍因此可被增加。
前述已經(jīng)概略描繪出但非擴(kuò)張本案實(shí)施例之特征及技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以使得接下來本發(fā)明的詳細(xì)敘述可以更容易被了解。本發(fā)明實(shí)施例之額外特征及優(yōu)點(diǎn)將于之后進(jìn)行敘述，其系形成本發(fā)明權(quán)利要求之標(biāo)題。應(yīng)該注意的是，對(duì)熟習(xí)此技藝之人而言，所揭露之概念及特殊的實(shí)施例可以很快的加以利用，以作為修飾或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)或制程的基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同之目的。其亦應(yīng)注意的是，對(duì)熟習(xí)此技藝之人而言，如此等同之架構(gòu)并不脫于正如所附權(quán)利要求所提出者之本發(fā)明之精神及范疇。


為了更完整的了解本發(fā)明以及其優(yōu)點(diǎn)，將以接下來的敘述以及其與伴隨圖式的結(jié)合作為參考，其中第1圖及第2圖其系顯示已知技術(shù)中自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制程的剖面圖，其中，將被自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化的材料的粗糙表面會(huì)造成在自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化制程期間形成之端面結(jié)構(gòu)；第3圖其系顯示已知自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化制程的剖面圖，其中，橋接區(qū)域系形成于鄰接晶體管之柵極電極的間隙壁之上；
第4A圖～第4C圖其系顯示根據(jù)已知方法之在自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化的硅區(qū)域上的氧化物減少；第5A圖～第5C圖其系顯示根據(jù)另一已知方法之在自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化的硅區(qū)域上的氧化物減少；第6圖其系顯示在已知自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化方法中已降級(jí)之接面漏電流的曲線圖；第7A圖～第7C圖其系顯示根據(jù)本發(fā)明之一較佳實(shí)施例中，自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物形成制程之剖面圖；第8A圖～第8B圖其系顯示根據(jù)本發(fā)明之另一較佳實(shí)施例中，自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物形成制程之剖面圖；以及第9A圖～第9C圖其系顯示根據(jù)本發(fā)明之一較佳實(shí)施例中，氧化物減少的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
除非有特別提到，在不同圖式中之相對(duì)應(yīng)號(hào)碼及符號(hào)通常代表相對(duì)應(yīng)的部分，而圖式系為了清楚舉例說明與較佳實(shí)施例有關(guān)的觀點(diǎn)而繪制，并不需要依比例進(jìn)行繪制。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，較佳實(shí)施例的制造及使用將于之后有詳細(xì)的討論。然而，需要注意的是，本發(fā)明提供許多可實(shí)施之具發(fā)明性概念，而其可被具體實(shí)施為特定前后關(guān)系之廣泛變化，而所討論之特定實(shí)施例僅系為了制造及使用本發(fā)明而加以舉例的特定方式，因此，并不限制本發(fā)明之范圍。
有關(guān)已知硅化鈷形成的問題將會(huì)進(jìn)行討論，接著，將會(huì)是本發(fā)明較佳實(shí)施例以及其一些優(yōu)點(diǎn)的敘述。本發(fā)明將以有關(guān)于特定前后關(guān)系之較佳實(shí)施例，亦即CMOS晶體管，而進(jìn)行討論，然而，根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例亦可以被應(yīng)用于其它意欲于形成硅化物之半導(dǎo)體裝置應(yīng)用之中。
接著，將討論形成已知技術(shù)形成硅化鈷的方法。在第1圖中，一包括硅或其它半導(dǎo)體材料之半導(dǎo)體晶圓或基板系，舉例而言，已被在靠近該晶圓110表面的已摻雜區(qū)域中植入摻質(zhì)，該已摻雜區(qū)域112可包括，舉例而言，一晶體管之一源極或漏極區(qū)域，該已摻雜區(qū)域112之頂面系由于植入程序所造成之損害而為粗糙。為了在該已摻雜區(qū)域112之上形成一硅化鈷，留駐于該已摻雜區(qū)域112表面的氧化物(未顯示)系加以移除，而該氧化物系可藉由一氬濺鍍清洗(argon sputtercleaning)或一稀釋氟氫酸蝕刻(diluted HF etch)而自該已摻雜區(qū)域112表面被移除。
然后，一鈷層114系沉積于該已摻雜區(qū)域112之上，該鈷層114，舉例而言，可使用物理氣相沉積(physical vapordeposition，PVD)而加以沉積，該晶圓接著進(jìn)行退火，以造成該鈷層114與在該已摻雜區(qū)域112中硅之頂部間的反應(yīng)，進(jìn)而形成硅化鈷(CoSi2)116，正如第2圖所示。
當(dāng)該鈷114向下擴(kuò)散進(jìn)入該已摻雜區(qū)域112，在該已摻雜區(qū)域112中之硅亦會(huì)向下擴(kuò)散，以此方法，即可形成該硅化鈷(CoSi2)116。
硅化鈷116的形成系容易受位于其下之硅112表面條件的影響，若在區(qū)域112之硅之上存在有太厚的表面氧化物，則將不會(huì)有自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物116會(huì)形成，因?yàn)闆]有硅原子會(huì)與鈷原子進(jìn)行反應(yīng)。然而，若在此形成硅化鈷(CoSi2)的磊晶方法中，該表面是沒有氧化物的，則其所具有的一個(gè)缺點(diǎn)會(huì)是，當(dāng)硅化鈷116形成時(shí)，端面118會(huì)以{111}的方向形成，如圖所示。但這些端面118是不需要的，并且可能在活性裝置(active device)中造成接面漏電流。
第3圖顯示在已知自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物形成中會(huì)面臨的另一個(gè)問題。半導(dǎo)體裝置200包括形成在基板210范圍內(nèi)之一基板210以及已摻雜區(qū)域212，該已摻雜區(qū)域212的部分可包括一源極區(qū)域220以及一漏極區(qū)域222，而一信道230系留駐于該源極區(qū)域220以及該漏極區(qū)域222之間，一柵極介電質(zhì)層224則被形成為覆蓋于該信道230、該源極區(qū)域220以及該漏極區(qū)域230的部分之上，一柵極導(dǎo)體226系被形成為覆蓋于該柵極介電質(zhì)層224之上，如圖所示，一間隙壁28則形成在該柵極電極226之每一側(cè)之上。
顯示于第3圖中之該半導(dǎo)體200所面臨的問題是，當(dāng)一自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物形成在該柵極電極226之上時(shí)，橋接區(qū)域(bridgingregions)232可加以形成而鄰接至在該柵極電極226之其中一側(cè)上的該間隙壁228，這些橋接區(qū)域232系由于沿著該間隙壁228之側(cè)邊向上之移動(dòng)的硅112所造成。但因?yàn)樵摉艠O電極226可能會(huì)與該源極區(qū)域220及/或該漏極區(qū)域222形成短路、或與在該半導(dǎo)體裝置200中的其它構(gòu)件及導(dǎo)體形成短路，未顯示，所以該橋接區(qū)域232可能會(huì)造成裝置故障。
于此并入做為參考之1991年9月10日獲證之Wei et al.的美國(guó)專利第5,047,367號(hào)，其揭示藉由使用置于一鈷層以及硅表面之間的鈦層而形成硅化鈷，該鈦層系具有50至300的厚度，并會(huì)移除在該硅基板之表面上的原生氧化物。在第4A圖中系顯示對(duì)具有沉積于n+硅(Si2)上之較Wei et al.所教導(dǎo)之厚度為薄的30鈦層(Ti1)，沉積于鈦層Ti1之上之80鈷層(Co1)，以及當(dāng)沉積時(shí)、在該硅基板Si2表面上之氧化物(01)之測(cè)量的半導(dǎo)體晶圓之相關(guān)濃度的測(cè)量結(jié)果。這些材料在一第一退火后的相關(guān)濃度系顯示于第4B圖中，以及在一第二退火后的相關(guān)濃度系顯示于第4C圖中。這些測(cè)量系以一相關(guān)原子濃度而加以顯示，并且系利用歐杰電子光譜分析儀(AugerElectron Spectroscopy)而加以測(cè)量。由其中可見，鈦層造成氧化物之減少，例如，在202，然而，在此設(shè)計(jì)之中，該鈷層于退火期間可以藉由形成于該間隙壁228之上的鈷層而增加形成于該間隙壁228之上的橋接，如第3圖所示。
于此并入做為參考之2002年6月4日獲證之Erhardt et al.的美國(guó)專利第6,399,467號(hào)，其揭示一鈦頂蓋層(cap layer)，其系在退火該晶圓之前，被置于沉積于硅之上之一鈷層之上，以形成硅化鈷。如此之鈦頂蓋層議會(huì)造成氧化物之減少，如第5A圖至第5C圖所示。在第5A圖中，其系顯示具有沉積于n+硅(Si2)上之鈷層(Co1)，沉積于該鈷層Co1之上之30鈦層(Ti1)，以及當(dāng)沉積時(shí)、在該硅基板Si2表面上之氧化物(01)之測(cè)量的半導(dǎo)體晶圓之相關(guān)濃度的測(cè)量結(jié)果。這些材料在一第一退火后的相關(guān)濃度系顯示于第5B圖中，以及在一第二退火后的相關(guān)濃度系顯示于第5C圖中，由其中可見，該鈦頂蓋層造成氧化物01之減少，正如在第5C圖中204所見。
然而，如此之一鈦頂蓋層之實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻顯示接面漏電流的增加，如第6圖所示。第6圖系為舉例說明包括覆蓋于該鈷層之上之鈦頂蓋層的一種使用方法之已降級(jí)接面漏電流特征的圖例。在205的線代表具有沈積于n+硅上之13.5nm鈷層以及沉積于該鈷層上之厚度15nm之一鈦頂蓋層之晶圓的接面漏電流205的測(cè)量結(jié)果，在206的線代表具有沈積于n+硅上之15nm鈷層以及沉積于該鈷層上之厚度15nm之一鈦頂蓋層之晶圓的接面漏電流206的測(cè)量結(jié)果，而在207的線則顯示具有沉積于n+硅上之12nm鈷層以及沉積于該鈷層上之25nm氮化鈦TiN的裝置的接面漏電流207的比較結(jié)果。值得注意的是，在利用鈦頂蓋層所形成之裝置中的接面漏電流205以及206，其與沒有使用鈦頂蓋層之裝置之接面漏電流207相較之下，系被降級(jí)。
根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例系藉由提供形成較不易受被硅化之硅表面的條件影響的自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的方法而解決在已知技術(shù)中的這些問題。首先請(qǐng)參閱第7A圖，系提供有一半導(dǎo)體基板310，其中該基板310系為一硅基板，舉例而言。而至少一已摻雜區(qū)域312系形成于該基板310之頂部區(qū)域之中，該已摻雜區(qū)域312系可藉由擴(kuò)散或植入，舉例而言，如硼、磷、或砷的摻質(zhì)而加以形成。
依照本發(fā)明之一實(shí)施例，首先，該已摻雜區(qū)域312之頂部表面上之原生氧化物或任何其它先前已沉積于該已摻雜區(qū)域312之表面上的氧化物皆被加以清除，該氧化物清除程序，舉例而言，系較佳地是在一HF濕式清洗步驟之后再以水沖洗，或者，亦可以以其它清洗方法去除該已摻雜區(qū)域312表面的原生氧化物。
接著，一第一耐火性金屬層340系沉積于該基板310之該已摻雜區(qū)域312之上，該第一耐火性金屬層340系較佳地包括鈦，或亦可以包括，舉例而言，鋯(Zr)、鉿(Hf)、或其它耐火性金屬。一耐火性金屬系在此定義為具熱抗性，具有相對(duì)而言較高融點(diǎn)溫度，以及系加以適應(yīng)以降低氧化物的金屬。該第一耐火性金屬層340可藉由，舉例而言，物理氣相沉積法(PVD)或其它沉積法而沉積，較佳地，該第一耐火性金屬層340系使用如原子層沉積(ALD)之可控制沉積程序而加以沉積。當(dāng)該第一耐火性金屬層340包括鈦時(shí)，該第一耐火性金屬較佳地具有少于50之厚度，并且，更進(jìn)一步，該第一耐火性金屬層，舉例而言，更較佳地是實(shí)施以厚度10至15。較佳地，該第一耐火性金屬340為一非常薄的層，例如，幾個(gè)原子層的厚度。
一近貴金屬層(near-noble metal layer)342則接著沉積于該第一耐火性金屬層340之上。該近貴金屬層342較佳地是包括鈷，或者可包括鎳、或其它，舉例而言，如鈀或鉑之近貴金屬。在此，一近貴金屬系定義為類似一貴金屬的金屬，而該貴金屬系為不會(huì)很快地與非金屬進(jìn)入化學(xué)結(jié)合狀態(tài)的金屬。該近貴金屬層342可藉由，舉例而言，使用物理氣相沉積法(PVD)或其它沉積法，如原子層沉積(ALD)而沉積。當(dāng)該近貴金屬層342包括鈷時(shí)，該近貴金屬342較佳地具有少于150之厚度，并且，更進(jìn)一步，舉例而言，更較佳地是具有厚度50至100。舉例而言，該近貴金屬342可具有80之厚度。
一第二耐火性金屬層344系沉積于該鈷層342之上。該第二耐火性金屬層344較佳地是具有少于50之厚度，并以類似于該第一耐火性金屬層340之方式加以沉積，該第二耐火性金屬層344系較佳地包括鈦，或亦可以包括，舉例而言，鋯(Zr)、鉿(Hf)、或其它耐火性金屬。該第二耐火性金屬層344可藉由，舉例而言，物理氣相沉積法(PVD)或其它沉積法而沉積，較佳地，該第二耐火性金屬層344系使用如原子層沉積(ALD)之可控制沉積程序而加以沉積。該第二耐火性金屬層344，舉例而言，包括與該第一耐火性金屬層340相同的材料，舉例而言，該第二鈦層344可以具有10至15的厚度，較佳地，該第一耐火性金屬層340以及該第二耐火性金屬層344可以是非常薄的層，例如，它們較佳地僅為幾個(gè)原子層的厚度?；蛘撸貏e是當(dāng)未使用非必須的TiN頂蓋層352時(shí)，此將會(huì)有更進(jìn)一步之?dāng)⑹?，該第二耐火性金屬?44可以具有介于50至150之間的厚度。
該半導(dǎo)體裝置300接著在一第一退火步驟中進(jìn)行退火，如第7B圖所示。該第一退火步驟之溫度系取決于該近貴金屬層342所使用之材料的型態(tài)，舉例而言，若該近貴金屬層342包括鈷，則該第一退火步驟較佳地是溫度介于450至600℃之間的快速熱退火(rapid thermalannealing，RTA)，并且，更較佳地，該第一退火步驟具有575℃的溫度。該第一退火步驟可執(zhí)行60秒或更少時(shí)間，并且，更較佳地是，可執(zhí)行，舉例而言，10至20秒。
在該第一退火步驟期間，該近貴金屬層342原子，如鈷，會(huì)向下擴(kuò)散至該基板310之該已摻雜區(qū)域312，該擴(kuò)散之鈷或近貴金屬會(huì)與在該已摻雜區(qū)域312頂部表面之硅進(jìn)行反應(yīng)，以形成鄰接該基板310之該已摻雜區(qū)域312之一硅化物層，如第5圖所示。舉例而言，若鈷系使用于該近貴金屬層中，則會(huì)形成一單硅化物層346。該單硅化物層346，舉例而言，可包括硅化鈷(CoSi)，而其系相對(duì)而言比起導(dǎo)電金屬具有較高的電阻。因此，一第二退火步驟將于稍后執(zhí)行于該半導(dǎo)體裝置300之上，以減少電阻。在鈷近貴金屬層的例子中，該硅化物層346，舉例而言，可形成為厚度100至160。
在該第一退火程序之后，未反應(yīng)的鈷層348仍然留駐于包含已反應(yīng)鈷之該單硅化物層346之上，如第7B圖所示，并且，該第二鈦層344仍然留駐于該未反應(yīng)鈷層348之上。該第一耐火性金屬層340之部分系會(huì)于該第一退火步驟期間，向下擴(kuò)散至該第二耐火性金屬層344，該第一耐火性金屬層340的一小部分或比例會(huì)與該單硅化物層346進(jìn)行反應(yīng)，造成該單硅化物層346包含小部分比例的鈦，例如，重量百分比10％，或更少。因此，所得出在該第退火步驟期間形成之雙硅化物(bi-silicide)系為一混雜物，其包括小部分比例的該第一耐火性金屬層之材料。
該第二耐火性金屬層344則接著被移除，而留下如第7C圖所示之結(jié)構(gòu)，而包括如鈷之該未反應(yīng)之近貴金屬層348系亦被移除。對(duì)該第二耐火性金屬層以及該未反應(yīng)之近貴金屬層的移除，舉例而言，系需要兩個(gè)分開的蝕刻或移除處理程序。該第二耐火性金屬層344以及該未反應(yīng)之近貴金屬層可利用高選擇型之濕式蝕刻程序，如，H2SO4∶H2O2溶液，而加以移除。該未反應(yīng)之近貴金屬層348之移除系可避免在一隨意之接續(xù)第二退火步驟期間橋接之形成，將于之后進(jìn)行敘述。
該半導(dǎo)體裝置300接著進(jìn)行退火或暴露至一隨意的第二退火步驟，而得出如第7C圖所示的結(jié)果結(jié)構(gòu)。在該第二退火步驟中，當(dāng)故被用于該近貴金屬層342時(shí)，該單硅化物346系被轉(zhuǎn)變成，舉例而言，包括硅化鈷CoSi之一雙硅化物350，其系具有低電阻，并且因此在該已摻雜區(qū)域312上較易成為一導(dǎo)體。該第二退火步驟較佳地是包括比該第一退火步驟為高的退火溫度，如果鈷系用于該近貴金屬層342，則該第二退火步驟較佳的包括介于600至800℃的溫度，更較佳地是，舉例而言，在750℃的快速熱退火(RTA)。該第二退火步驟可執(zhí)行60秒或更少時(shí)間，并且，更較佳地是，可執(zhí)行，舉例而言，10至30秒。
該第一退火步驟以及該第二退火步驟兩者的溫度皆取決于該近貴金屬層所使用之材料。而且，該第二退火步驟所需系取決于該近貴金屬層342之材料。舉例而言，若該近貴金屬層342系包括鎳，則該第一退火步驟的溫度會(huì)比鈷用作為該近貴金屬之材料時(shí)的溫度低，舉例而言，該第一退火步驟可具有200至400℃之范圍。該第一退火步驟會(huì)造成具有低電阻相硅化物材料(low resistance phase silicidematerial)的硅化物346，該硅化物346，舉例而言，系可為一單硅化物346。在此例子中，該未反應(yīng)部分之該近貴金屬層以及該第二耐火性金屬層系加以移除，并且，對(duì)該半導(dǎo)體裝置之接續(xù)處理接著進(jìn)行。
然而，一第二退火步驟系于鎳系用作為該近貴金屬層342之材料時(shí)亦是有幫助的。舉例而言，一第二退火步驟可以降低該硅化物346之電阻相，及/或擴(kuò)展制程范圍。舉例而言，在該第一退火步驟之后，該硅化物346會(huì)包括一富含金屬之硅化物(metal-rich silicide)，并且，在移除該近貴金屬層之未反應(yīng)部分以避免橋接之后，一第二隊(duì)火步驟可以改善或降低該硅化物346之電阻。舉例而言，若該近貴金屬層342包括鎳時(shí)，則一第二退火步驟可為介于400至500℃之范圍，以完全形成低電阻相鎳單硅化物(nickel monosilicide)硅化鎳NiSi，較佳地是，該第二退火步驟較該第一退火步驟的溫度高。
被硅化之該已摻雜區(qū)域312系包括許多型態(tài)的組件，舉例而言，晶體管、二極管、墊容、導(dǎo)體、以及其它型態(tài)的電子電路組件，于此，該自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化程序之一較特殊的應(yīng)用系顯示于第8A圖以及第8B圖中。在第8A圖中，系提供一基板40，其中，該基板40系具有已摻雜區(qū)域412形成于其中，該已摻雜區(qū)域412系包括一源極區(qū)域420以及一漏極區(qū)域422，以及信道區(qū)域430置于該源極以及漏極區(qū)域420、422之間，一柵極介電質(zhì)層424系覆蓋于至少該信道區(qū)域430之上，一柵極電極426則形成覆蓋于該柵極介電質(zhì)層424之上，一間隙壁428可形成于該柵極電極428之其中一側(cè)之上，如圖所示。
根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例，一第一耐火性金屬層440系覆蓋于至少該已摻雜區(qū)域412以及該柵極電極426之上，如圖所示。在一較佳實(shí)施例中，該第一耐火性金屬層440系包括鈦，雖然，亦可以該第一耐火性金屬層440包括其它耐火性金屬，舉例而言。一近貴金屬層422系覆蓋于該第一鈦層440之上，在一較佳實(shí)施例中，該近貴金屬層422系包括鈷，雖然，亦可以該近貴金屬層422包括其它近貴金屬，舉例而言。一第二耐火性金屬層442系覆蓋于該鈷層422之上，在一較佳實(shí)施例中，該第二耐火性金屬層442系包括鈦，雖然，亦可以該第二耐火性金屬層442包括其它耐火性金屬，舉例而言。
以第7圖至第7C圖做為參考而加以敘述，該半導(dǎo)體裝置4004系暴露于一第一退火步驟，以在該基板410之該已暴露之已摻雜區(qū)域412表面之上形成一單硅化物CoSi層，在該近貴金屬層442之未反應(yīng)部分的該第二耐火性金屬層444系接著被移除，然后，該裝置4004被暴露至一第二退火步驟，以將高電阻單硅化物CoSi轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏陔娮桦p硅化物CoSi2450，如第8B圖所示，所得之雙硅化物CoSi2450之電阻，舉例而言，可介于15至25μΩcm之間。
值得注意的是，在第8圖以及第8B圖所示的實(shí)施例中，較有利的是，若柵極電極425包括硅時(shí)，一層單硅化物454亦可形成而覆蓋于該柵極電極426之上，若該柵極電極426的頂部表面系于該第一退火步驟期間暴露至該第一耐火性金屬層440、該近貴金屬層442、該第二耐火性金屬層444、以及隨意之頂蓋層452時(shí)。該單硅化物454接著于該第二退火步驟期間被轉(zhuǎn)變成一雙硅化物。覆蓋于該源極區(qū)域420及該漏極區(qū)域422以及該柵極電極426之上之該自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物之區(qū)域450、454分別提供該源極區(qū)域420及該漏極區(qū)域422以及該柵極電極426降低之電阻及改善之導(dǎo)電性，進(jìn)而改善裝置速度及效能。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，一隨意之氧化避免頂蓋層352或452可被放置而覆蓋于該第二耐火性金屬層344或444之上，如第7A圖、第7B圖、以及第8A圖中的虛線部分。該氧化避免頂蓋層352或452系較佳地包括氮化鈦，雖然該氧化避免頂蓋層352或452亦可包括其它鈍態(tài)金屬，如氮化鉭或氮化硅，舉例而言。該氧化避免頂蓋層352或452之厚度可為250或更少，而更較佳地的是，介于50至150之厚度范圍。在一實(shí)施例中，該氧化避免頂蓋層352或452系為，舉例而言，介于150至200之間的氮化鈦。該氮化鈦層系在該第二退火步驟之前被移除，正如該第二鈦層344及444以及該未反應(yīng)之鈷層348及442一樣，如第7B圖以及第8A圖所示。
該隨意氧化避免頂蓋層352或452系由于可避免該耐火性金屬層344及444以及該近貴金屬層342及442之氧化而為有幫助，氮化鈦層352及452亦提供沈積較薄之第二耐火性金屬層344及444之能力。
當(dāng)未使用一隨意之氧化避免頂蓋層352或452時(shí)，該第二耐火性金屬層344及444會(huì)避免在其下之近貴金屬層342及442進(jìn)行氧化，并且以低電阻硅化物之形式在該退火步驟中有所幫助協(xié)助。較佳地是，當(dāng)未使用該隨意之氧化避免頂蓋層352或452時(shí)，該第二耐火性金屬層344及444之厚度較該第一耐火性金屬層340及440為厚。
依照本發(fā)明之實(shí)施例而形成之該硅化鈷CoSi2層350及450中，舉例而言，仍然可留有小部分比例之鈦。根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例系亦包括根據(jù)于此所敘述之方法所制造之一半導(dǎo)體裝置以及一晶體管裝置。
CoSi2之形成非常容易受到在其下之表面312及412狀況之影響。較佳地，薄鈦或耐火性金屬層340及440覆蓋并鄰接該基板表面312及412結(jié)合薄鈦或耐火性金屬層344及444覆蓋于該鈷層或近貴金屬層342及442上的新穎使用方法，可得出該基板312/412的表面氧化具體的被降低的結(jié)果，而此則造成一自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層形成具有一平滑的表面，特別是，減少的表面粗糙度。
第9A到第9C圖系舉例說明根據(jù)本發(fā)明之一實(shí)施例所制造之裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在第9A圖中，測(cè)試結(jié)果系為具有沉積于n+硅(Si2)上的一15第一鈦層(Ti2)，沉積于該第一鈦層之上之一80鈷層(Co1)，沉積于該鈷Col層之上之一15鈦層(Ti2)，以及當(dāng)沉積時(shí)、在該硅基板Si2表面上之氧化物(01)之測(cè)量的半導(dǎo)體晶圓之相關(guān)濃度的測(cè)量結(jié)果。一200TiN頂蓋層系沉積于該第二鈦層之上，這些材料在一第一退火后的相關(guān)濃度系顯示于第9B圖中，以及在一第二退火后的相關(guān)濃度系顯示于第9C圖中。將該鈷Co1層夾在中間之該薄15第一及第二鈦層系意料外地具體地降低氧化物01的厚度，正如在第9C圖中456所見。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)意料外的結(jié)果是，所得出之自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物表面粗糙度的具體降低。表一舉例說明與在第9圖至第9C圖中所述之實(shí)施例一樣的表面粗糙度，其系藉由原子力顯微鏡(AtomicForce Microscope，AFM)而加以測(cè)量。每個(gè)裝置之硅化物表面粗糙度系在一5μm×5μm的區(qū)域中進(jìn)行測(cè)量。所測(cè)量之粗糙度之范圍系以nm表示。當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例所測(cè)得之結(jié)果與使用形成而覆蓋于鈷層之上之Ti層所形成之自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物裝置(如Erhard et al.所教示)相較，粗糙度的降低多于一半。類似地，該自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物表面粗糙度當(dāng)與使用形成于該鈷層以及該Si之間之Ti層所形成之自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物裝置(如Wei et al.所教示)相較時(shí)，系降低28％(，雖然在此實(shí)驗(yàn)中所使用之較薄鈦層系為Wei et al.所教示)。
表一

因此，根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)包括，降低硅表面之氧化物，并同時(shí)改善或降低橋接機(jī)會(huì)(如第3圖所示)，而降低硅化物350/450表面之粗糙度會(huì)造成接面漏電流的降低。因?yàn)樵摻F金屬層342及442系被夾于兩耐火性金屬層340/440及344/444之間，根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例，該基板氧化物可被降低，并且，該硅化物350/450的粗糙度可獲得改善，再不產(chǎn)生硅化物橋接或接面漏電流降級(jí)的情形下。因?yàn)樵摰谝荒突鹦越饘賹?40/440可降低任何在該硅化區(qū)域312/412頂部表面上氧化物，因此制程范圍被增加，更甚者，因?yàn)楣杌瘶蚪颖桓纳疲杂诖怂鶖⑹鲋椒ㄔ斐僧a(chǎn)率的改善。
雖然根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例以及其一些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)有詳細(xì)的敘述，但必須要了解的是，各式的改變、取代、以及變化都將不脫由權(quán)利要求所定義之本發(fā)明之精神及范圍，舉例而言，熟習(xí)此技藝之人將能很快的了解，制程、材料、以及程序步驟的順序都可被改變卻仍然同時(shí)落在本發(fā)明之范圍之內(nèi)。
更甚者，本發(fā)明之范圍系并不意欲于被限制在說明書所述之制程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法及步驟之特定實(shí)施例，正如熟習(xí)此技藝之人能很快的能自本發(fā)明所揭示之制程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法、步驟、現(xiàn)存或未來之發(fā)展而獲得了解，與在此所敘述之相對(duì)應(yīng)實(shí)施例一樣的執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同功能或達(dá)成實(shí)質(zhì)上相同結(jié)果者，系都可根據(jù)本發(fā)明而加以利用。據(jù)此，所附之權(quán)利要求系意欲于包含在其范圍內(nèi)之如此之制程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法、或步驟。
權(quán)利要求
1.一種形成一硅化物的方法，其包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基板，其中該半導(dǎo)體基板系于其一頂部表面上具有至少一硅區(qū)域；設(shè)置一第一耐火性金屬層而覆蓋于該至少一硅區(qū)域之頂部表面之上；設(shè)置一近貴金屬層而覆蓋于該第一耐火性金屬層之上；設(shè)置一第二耐火性金屬層而覆蓋于該近貴金屬層之上；在一第一退火步驟中退火該半導(dǎo)體基板，以形成鄰接該至少一硅區(qū)域之一硅化物，并留下該近貴金屬層未反應(yīng)之一部份；以及移除該第二耐火性金屬層以及該未反應(yīng)部分之該近貴金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之方法，其更包括在一第二退火步驟中退火該半導(dǎo)體基板，以將該硅化物轉(zhuǎn)變成一低電阻相硅化材料(lowresistance phase silicide material)。
3.根據(jù)權(quán)利要求第2項(xiàng)所述之方法，其中該第二退火步驟之溫度系較該第一退火步驟為高。
4.根據(jù)權(quán)利要求第2項(xiàng)所述之方法，其更包括在該第一退火步驟之前，設(shè)置一氧化避免頂蓋層而覆蓋于該第二耐火性金屬層之上，并且在該第二退火步驟之前移除該氧化避免頂蓋層。
5.根據(jù)權(quán)利要求第4項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置一氧化避免頂蓋層系包括設(shè)置氮化鈦(TiN)。
6.根據(jù)權(quán)利要求第5項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置氮化鈦系包括設(shè)置厚度250?；蚋僦仭?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置該第一耐火性金屬層系包括設(shè)置鈦，其中設(shè)置該近貴金屬層系包括設(shè)置鎳或鈷，以及其中設(shè)置該第二耐火性金屬層系包括設(shè)置鈦。
8.根據(jù)權(quán)利要求第7項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置該近貴金屬層系包括設(shè)置鈷，以及其中在該第一退火步驟中退火該半導(dǎo)體基板以形成鄰接該至少一硅區(qū)域之一硅化物系包括形成一單硅化物(mono-silicide)。
9.根據(jù)權(quán)利要求第8項(xiàng)所述之方法，其更包括在一第二退火步驟中退火該半導(dǎo)體基板，以將該單硅化物轉(zhuǎn)變成一雙硅化物(bi-silicide)，其中該第二退火步驟之溫度系較該第一退火步驟為高。
10.根據(jù)權(quán)利要求第9項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置該第一耐火性金屬層系包括設(shè)置厚度少于50的鈦，其中設(shè)置該近貴金屬層系包括設(shè)置厚度100或更少的鈷，以及其中設(shè)置該第二耐火性金屬層系包括設(shè)置厚度少于50的鈦。
11.根據(jù)權(quán)利要求第9項(xiàng)所述之方法，其中該第一退火步驟系于450至600℃之間執(zhí)行10至20秒，以及其中第二退火步驟系于600至800℃之間執(zhí)行10至30秒。
12.根據(jù)權(quán)利要求第7項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置該近貴金屬層系包括設(shè)置鎳，以及其中該第一退火步驟系于200至400℃之間執(zhí)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求第12項(xiàng)所述之方法，其更包括在一第二退火步驟中退火該半導(dǎo)體基板，以將該硅化物轉(zhuǎn)變成一低電阻相硅化材料，其中該第二退火步驟系于400至500℃之間執(zhí)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置該第一耐火性金屬層，設(shè)置該近貴金屬層，或設(shè)置該第二耐火性金屬層系包括一物理氣相沉積(physical vapor deposition)或一原子層沉積(atomiclayer deposition)。
15.一種半導(dǎo)體裝置，其系由根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之方法所制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之方法，其中提供一半導(dǎo)體基板包括提供一具有至少一晶體管形成于其中之半導(dǎo)體基板，該晶體管包括一源極區(qū)域，其系形成于該基板中；一漏極區(qū)域，其系形成于該基板中，其中一信道區(qū)域系定義于該源極區(qū)域以及該漏極區(qū)域之間；一柵極介電質(zhì)層，其系至少形成而覆蓋于該信道區(qū)域之上；以及一柵極電極，其系形成而覆蓋于該柵極介電質(zhì)層之上，其中該源極或漏極區(qū)域系包括該至少一硅區(qū)域。
17.一種晶體管，其系由根據(jù)權(quán)利要求第16項(xiàng)所述之方法所制成。
18.一種形成一硅化物之方法，其包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基板，其中該半導(dǎo)體基板系于其一頂部表面上具有至少一硅區(qū)域；設(shè)置一第一鈦層而覆蓋于該至少一硅區(qū)域之項(xiàng)部表面之上；設(shè)置一鈷層而覆蓋于該第一鈦層之上；設(shè)置一第二鈦層而覆蓋于該鈷層之上；以及在一第一退火步驟中退火該半導(dǎo)體基板，以形成鄰接該硅區(qū)域之一CoSi(硅化鈷)單硅化物。
19.根據(jù)權(quán)利要求第18項(xiàng)所述之方法，其更包括在該第一退火步驟之后，自該半導(dǎo)體基板至少移除未反應(yīng)之鈷。
20.根據(jù)權(quán)利要求第19項(xiàng)所述之方法，其更包括在一第二退火步驟中退火該半導(dǎo)體基板，以將該CoSi單硅化物轉(zhuǎn)變成一CoSi2雙硅化物(bi-silicide)。
21.根據(jù)權(quán)利要求第20項(xiàng)所述之方法，其中該雙硅化物系包括一百分比之鈦。
22.根據(jù)權(quán)利要求第19項(xiàng)所述之方法，其更包括在退火該半導(dǎo)體基板之前設(shè)置一氮化鈦層，更包括在該第一退火步驟之后移除該氮化鈦層。
23.根據(jù)權(quán)利要求第22項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置該氮化鈦層系包括設(shè)置厚度為250?；蚋俚牡亴印?br> 24.根據(jù)權(quán)利要求第20項(xiàng)所述之方法，該第一退火步驟系于450至600℃之間執(zhí)行10至20秒，以及其中第二退火步驟系于600至800℃之間執(zhí)行10至30秒。
25.根據(jù)權(quán)利要求第18項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置該第一鈦層系包括設(shè)置厚度少于50之鈦。
26.根據(jù)權(quán)利要求第18項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置該第鈷層系包括設(shè)置厚度為100?；蚋僦?。
27.根據(jù)權(quán)利要求第18項(xiàng)所述之方法，其中設(shè)置該第二鈦層系包括設(shè)置厚度少于50之鈦。
28.一種半導(dǎo)體裝置，其系由根據(jù)權(quán)利要求第18項(xiàng)所述之方法所制成。
29.根據(jù)權(quán)利要求第18項(xiàng)所述之方法，其中提供一半導(dǎo)體基板包括提供一具有至少一晶體管形成于其中之半導(dǎo)體基板，該晶體管包括一源極區(qū)域，其系形成于該基板中；一漏極區(qū)域，其系形成于該基板中，其中一信道區(qū)域系定義于該源極區(qū)域以及該漏極區(qū)域之間；一柵極介電質(zhì)層，其系至少形成而覆蓋于該信道區(qū)域之上；以及一柵極電極，其系形成而覆蓋于該柵極介電質(zhì)層之上，其中該晶體管之該源極區(qū)域及漏極區(qū)域系包括該至少一硅區(qū)域。
30.根據(jù)權(quán)利要求第29項(xiàng)所述之方法，其中該柵極電極系包括硅，其中一CoSi單硅化物系在該第一退火步驟期間形成于該柵極電極之上。
31.一種晶體管，其系由根據(jù)權(quán)利要求第30項(xiàng)所述之方法所制成。
全文摘要
一種在一半導(dǎo)體裝置上形成一自我對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的方法，其包括覆蓋一第一耐火性金屬層于一基板之硅區(qū)域之上，沉積一近貴金屬層而覆蓋于該第一耐火性金屬層之上，以及沉積一第二耐火性金屬層而覆蓋于該近貴金屬層之上。該半導(dǎo)體裝置系在一第一退火步驟中進(jìn)行退火，以形成鄰接該半導(dǎo)體裝置之已摻雜區(qū)域的硅化層，該近貴金屬層未反應(yīng)的部分以及該第二耐火性金屬層系被移除，該裝置可在一隨意的第二退火步驟中進(jìn)行退火，而將該硅化物層轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏碗娮柘喙杌牧稀＝用媛╇娏骷皹蚪酉到逵杀景l(fā)明之實(shí)施例而被最小化或消除，并且，亦可以達(dá)成較平滑之硅化表面。
文檔編號(hào)H01L21/283GK1591796SQ20041003420
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月8日
發(fā)明者R·J·默菲, P·D·阿格內(nèi)洛, C·T·德茲科維斯基, L·克萊文格, N·羅維多, C·拉沃伊, 王光瀚, 方孫斐, 黃翔仁, P·W·德哈文 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司, 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司