專利名稱：金屬硅化物的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬硅化物的形成方法，特別是涉及一種自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物(self-aligned-silicide；salicide)的制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體技術(shù)中，金氧化半導(dǎo)體(metal-oxide-semiconductor；MOS)晶體管由柵極(gate)、源極(source)與漏極(drain)等三個(gè)電極所構(gòu)成。早期的MOS由金屬層、二氧化硅層與硅基底等三層材料所組成的。但是，由于大多數(shù)的金屬對(duì)于二氧化硅的附著能力很差，所以對(duì)于二氧化硅具有較佳附著能力的多晶硅(polysilicon)便被提出，以取代金屬層。然而，使用多晶硅卻有電阻值太高的問題存在。即使多晶硅經(jīng)過摻雜，其電阻值還是太高，并不適合用來取代MOS的金屬層。之后，提出了一種解決方法，就是在多加一層厚度與多晶硅層相當(dāng)?shù)慕饘俟杌镉诙嗑Ч璧谋砻?，利用?dǎo)電性較佳的金屬硅化物與多晶硅共同組成導(dǎo)電層。
一般而言，金屬硅化物以金屬薄膜經(jīng)由熱處理的方式來形成，通常金屬薄膜可以蒸鍍(evaporation)或?yàn)R射(sputtering)的方式來沉積，而這些金屬薄膜經(jīng)由爐管或快速熱處理的回火，在純度極高的氣體(氮?dú)饣驓鍤?中，便由金屬與硅化界面反應(yīng)而形成金屬硅化物。
金屬硅化物具有高熔點(diǎn)、具穩(wěn)定性及低電阻率，進(jìn)而提高了整個(gè)元件的驅(qū)動(dòng)電流及操作速度，所以于集成電路工藝上的應(yīng)用，已愈來愈普遍。而金屬硅化物在工藝上，還有一個(gè)特點(diǎn)，即自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)功能，一種稱為“自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物”(self-aligned-silicide；salicide)，目前已被廣泛地應(yīng)用于集成電路的工藝中。
此外，隨著集成電路的制作技術(shù)持續(xù)地朝縮小化的方向發(fā)展，元件的柵極線寬也隨之縮小，而金屬硅化物如硅化鈦，將產(chǎn)生所謂的窄線寬效應(yīng)(narrow-line-width effect)，即當(dāng)線寬縮小時(shí)，柵極處所形成的硅化鈦的片電阻(sheet resistance)，便會(huì)明顯地增加。因此，便開始使用其它材料代替，其中以CoSi2和NiSi最普遍。
另外，在自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝中，漏極/源極上的硅會(huì)被消耗而反應(yīng)成金屬硅化物。因此，現(xiàn)有的自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝所造成的漏極/源極的消耗損失，隨著半導(dǎo)體線寬微縮的趨勢，使得所引發(fā)的接合漏電流問題更形嚴(yán)重。
另一現(xiàn)有技術(shù)在沉積金屬鈦之前，先進(jìn)行硅物種注入至基底中，使基底非晶硅化再進(jìn)行后續(xù)的工藝。然而，上述的方法對(duì)鎳而言并不適用。因?yàn)樵谶M(jìn)行第二次回火時(shí)，NiSi會(huì)因?yàn)闇囟冗^高而反應(yīng)成NiSi2，造成尖峰與側(cè)向擴(kuò)散，產(chǎn)生界面漏電流。但是，若是回火工藝溫度較低，卻無法使非晶硅化的基底再結(jié)晶成結(jié)晶硅。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在提供一種金屬硅化物制造方法，其避免在第二次回火時(shí)，NiSi因?yàn)闇囟容^高而反應(yīng)生成NiSi2，造成尖峰與側(cè)向擴(kuò)散，而產(chǎn)生接面漏電流的問題。
本發(fā)明提出一種金屬硅化物制造方法，首先，提供一硅基底，此硅基底上形成有一柵極結(jié)構(gòu)與一漏極/源極，其中柵極結(jié)構(gòu)側(cè)邊形成有一間隙壁。接著，于柵極結(jié)構(gòu)、漏極/源極與間隙壁上沉積一層金屬層。之后，進(jìn)行第一道加熱工藝，使金屬層與柵極和漏極/源極起反應(yīng)形成金屬硅化物。接著，去除未反應(yīng)的金屬層，并對(duì)金屬硅化物進(jìn)行物種注入工藝。最后，進(jìn)行第二道加熱工藝，使金屬硅化物產(chǎn)生相變化，轉(zhuǎn)變成電阻較低的相。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物制造方法，金屬層的材料例如為鈦、鈷、鎳等。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物制造方法，第一道加熱工藝?yán)鐬榭焖偌訜峁に?rapid thermal process；RTP)。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物制造方法，去除未反應(yīng)金屬層的方法例如為選擇性濕式蝕刻。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物制造方法，在物種注入工藝中，注入的物種例如為硅、氬、氙、鍺、氮等中性原子。在0.065微米工藝中，硅的注入能量為數(shù)十KeV，劑量介于1013atom/cm2(原子/厘米2)至1018atom/cm2之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物制造方法改善，第二道加熱工藝?yán)鐬榭焖偌訜峁に嚒?br>
本發(fā)明另提出一種金屬硅化物的制造方法，首先，在一硅結(jié)構(gòu)上先沉積一金屬層，再進(jìn)行第一道加熱工藝，使金屬層與硅結(jié)構(gòu)反應(yīng)形成金屬硅化物。之后，移除未反應(yīng)的金屬層，再對(duì)金屬硅化物進(jìn)行物種注入。其后，再進(jìn)行第二道加熱工藝，使金屬硅化物產(chǎn)生相變化，轉(zhuǎn)變成電阻較低的相。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物的制造方法，硅結(jié)構(gòu)例如為硅導(dǎo)線、以硅為主體的摻雜區(qū)等。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物的制造方法，金屬層的材料例如為鈦、鈷、鎳等。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物的制造方法，第一道加熱工藝?yán)鐬榭焖偌訜峁に嚒?br>
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物的制造方法，在物種注入工藝中所注入的物種例如為硅、氬、氙、鍺、氮等等。當(dāng)物種為硅的注入能量為數(shù)十KeV，劑量介于1013atom/cm2至1018atom/cm2之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的金屬硅化物的制造方法，第二道加熱工藝?yán)鐬榭焖偌訜峁に嚒?br>
本發(fā)明因?yàn)椴捎霉枳⑷牍に?，將中性原子物種注入金屬硅化物(NiSi)中，可避免NiSi在第二次加熱工藝時(shí)，因?yàn)闇囟容^高而反應(yīng)成NiSi2，造成尖峰與側(cè)向擴(kuò)散現(xiàn)象，而產(chǎn)生界面漏電。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
圖1A至圖1E為依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示的金屬硅化物的制造方法的流程剖面圖。
圖2A至圖2D為依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示的金屬硅化物的制造方法的應(yīng)用的流程剖面圖。
圖3A至圖3E為依照本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例所繪示的金屬硅化物的制造方法的應(yīng)用的流程剖面圖。
簡單符號(hào)說明
100硅基底102柵極104柵極氧化層106漏極/源極108間隙壁110隔離結(jié)構(gòu)112、202、302金屬層114、204、304金屬硅化物116、206、306具有新的相的金屬硅化物200、300硅結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
圖1A至圖1E為依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示的金屬硅化物制造方法的流程剖面圖。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1A，提供一硅基底100，此基底100上以隔離結(jié)構(gòu)110定義出一有源區(qū)(active area)。隔離結(jié)構(gòu)110例如是以局部區(qū)域熱氧化法所形成的場氧化層或是以淺溝槽隔離法所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。有源區(qū)域內(nèi)形成有一金氧半晶體管，此金氧半晶體管包括漏極/源極106、柵極102以及位于柵極102下方的柵極氧化層104，另外在柵極102的側(cè)壁上形成有一間隙壁108。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，在基底100上，沉積一層金屬層112，此金屬層112的材料包括耐熱金屬，例如為鈦、鈷、鎳。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，在溫度約為200-700℃的氮?dú)猸h(huán)境中，以第一道快速加熱工藝、等溫加熱工藝或加熱板加熱工藝來進(jìn)行回火。此時(shí)，金屬層112與柵極102上的多晶硅和漏極/源極106上的單晶硅起反應(yīng)，形成金屬硅化物114，例如為硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳。而在間隙壁108和隔離結(jié)構(gòu)110上的金屬112則未參與反應(yīng)。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1D，去除未反應(yīng)的金屬層112。上述去未除反應(yīng)金屬的方式例如為選擇性濕式蝕刻。之后，對(duì)金屬硅化物114進(jìn)行物種注入，以破壞金屬硅化物114的晶格結(jié)構(gòu)，其中所注入的物種選自于硅、氬、氙、鍺、氮等中性原子所組成的族群。在一實(shí)例中，所注入的物種例如為硅，注入的能量為數(shù)十KeV，劑量為1×1013～1×1018atom/cm2左右。
最后，請(qǐng)參照?qǐng)D1E，在約為400-900℃的氮?dú)猸h(huán)境中，以第二道快速加熱工藝來進(jìn)行回火，使金屬硅化物114進(jìn)行相變化，轉(zhuǎn)變成電阻較低的相116。由于在進(jìn)行第一次回火之后已先進(jìn)行物種注入工藝，以破壞金屬硅化物114的晶格結(jié)構(gòu)，因此，能避免在第二次回火時(shí)，金屬硅化物114因?yàn)闇囟容^高而反應(yīng)成NiSi2，造成尖峰與側(cè)向擴(kuò)散，而產(chǎn)生界面漏電流的問題。
以上以金氧半晶體管為實(shí)施例說明本發(fā)明，然而，本發(fā)明的方法并不限定于此。本發(fā)明的方法亦可應(yīng)用于其它的硅結(jié)構(gòu)，例如是硅導(dǎo)線、以硅為主體的摻雜區(qū)等，其制作流程詳述于后。
圖2A至圖2D為依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示的金屬硅化物制造方法的應(yīng)用的流程剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2A，首先，提供一硅結(jié)構(gòu)200，本實(shí)施例中，硅結(jié)構(gòu)例如為硅導(dǎo)線。
接著，請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2B與圖2C，于硅結(jié)構(gòu)200上沉積一層金屬層202，其材料例如為耐熱金屬，如鈦、鈷、鎳。之后，進(jìn)行第一道加熱工藝，此第一道加熱工藝?yán)鐬榭焖偌訜峁に?、等溫加熱工藝或加熱板加熱工藝。此加熱工藝使金屬?02與硅結(jié)構(gòu)200反應(yīng)形成金屬硅化物204。
之后，請(qǐng)參照?qǐng)D2D，對(duì)上述的金屬硅化物204進(jìn)行物種注入工藝，所注入的物種例如為硅、氬、氙、鍺、氮等中性原子。在一實(shí)例中，所注入的物種例如為硅，注入的能量為數(shù)十KeV，劑量為1×1013～1×1018atom/cm2左右。
之后，去除未反應(yīng)的金屬層202。最后，進(jìn)行第二道加熱工藝，此第二道加熱工藝?yán)鐬榭焖偌訜峁に?。第二道加熱工藝使金屬硅化?04產(chǎn)生相變化，轉(zhuǎn)變成電阻較低的相206。
圖3A至圖3E繪示為依照本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例所繪示的金屬硅化物制造方法的應(yīng)用的流程剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D3A，首先，提供一硅結(jié)構(gòu)300，本實(shí)施例中，硅結(jié)構(gòu)例如為以硅為主體的摻雜區(qū)。
接著，請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D3B與圖3C，于此硅結(jié)構(gòu)300上沉積一層金屬層302，其材料例如為耐熱金屬，如鈦、鈷、鎳。之后，進(jìn)行第一道加熱工藝，此第一道加熱工藝?yán)鐬榭焖偌訜峁に?、等溫加熱工藝或加熱板加熱工藝。此加熱工藝使金屬?02與硅結(jié)構(gòu)300反應(yīng)形成金屬硅化物304。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3D，去除未反應(yīng)的金屬302。之后，對(duì)金屬硅化物304進(jìn)行物種注入工藝，所注入的物種例如為硅、氬、氙、鍺、氮等中性原子。在一實(shí)例中，所注入的物種例如為硅，注入的能量為數(shù)十KeV，劑量為1×1013～1×1018atom/cm2左右。
最后，請(qǐng)參照?qǐng)D3E，進(jìn)行第二道加熱工藝，此第二道加熱工藝?yán)鐬榭焖偌訜峁に?。第二道加熱工藝使金屬硅化?04產(chǎn)生相變化，轉(zhuǎn)變成電阻較低的相306。
綜上所述，本發(fā)明的金屬硅化物的制造方法，因?yàn)閷⒅行晕锓N注入金屬硅化物表面，破壞了金屬硅化物中的晶格結(jié)構(gòu)，所以具有避免在第二次回火時(shí)，產(chǎn)生界面漏電流的優(yōu)點(diǎn)。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬硅化物的制造方法，包括提供一硅基底，該硅基底上形成有一柵極與一漏極/源極，其中該柵極側(cè)邊形成有一間隙壁；于該柵極、該漏極/源極與該間隙壁上沉積一金屬層；進(jìn)行一第一道加熱工藝，使該金屬層與該柵極和該漏極/源極反應(yīng)形成一金屬硅化物；去除未反應(yīng)的該金屬層；對(duì)該金屬硅化物進(jìn)行一中性原子物種注入工藝；以及進(jìn)行一第二道加熱工藝，使該金屬硅化物產(chǎn)生一相變化，轉(zhuǎn)變成電阻較低的相。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬硅化物的制造方法，其中該金屬層的材料選自于鈦、鈷、鎳所組成的族群。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬硅化物的制造方法，其中該第一道加熱工藝包括快速加熱工藝、等溫加熱工藝或加熱板加熱工藝。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬硅化物的制造方法，其中該去除未反應(yīng)金屬層的方法包括選擇性濕式蝕刻。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬硅化物的制造方法，其中該中性原子物種注入工藝所注入的物種選自于硅、氬、氙、鍺、氮所組成的族群。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬硅化物的制造方法，其中該硅注入能量為數(shù)十KeV，劑量為1×1013～1×1018atom/cm2。
7.如權(quán)利要求1所述的金屬硅化物的制造方法，其中該第二道加熱工藝包括快速加熱工藝、等溫加熱工藝或加熱板加熱工藝。
8.一種金屬硅化物的制造方法，包括提供一硅結(jié)構(gòu)；于該硅結(jié)構(gòu)上沉積一金屬層；進(jìn)行一第一道加熱工藝，使該金屬層與該硅結(jié)構(gòu)反應(yīng)形成一金屬硅化物；對(duì)該金屬硅化物進(jìn)行一中性原子物種注入工藝；以及進(jìn)行一第二道加熱工藝，使該金屬硅化物產(chǎn)生一相變化，轉(zhuǎn)變成電阻較低的相。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬硅化物的制造方法，其中該硅結(jié)構(gòu)包括硅導(dǎo)線以及以硅為主體的摻雜區(qū)。
10.如權(quán)利要求8所述的金屬硅化物的制造方法，其中該金屬層的材料選自于鈦、鈷、鎳所組成的族群。
11.如權(quán)利要求8所述的金屬硅化物的制造方法，其中該第一加熱工藝包括快速加熱工藝、等溫加熱工藝或加熱板加熱工藝。
12.如權(quán)利要求8所述的金屬硅化物的制造方法，其中該物種注入工藝所注入的中性原子物種選自于硅、氬、氙、鍺、氮所組成的族群。
13.如權(quán)利要求12所述的金屬硅化物的制造方法，其中該硅注入能量為數(shù)十KeV，劑量為1×1013～1×1018atom/cm2。
14.如權(quán)利要求8所述的金屬硅化物的制造方法，其中該第二道加熱工藝包括快速加熱工藝、等溫加熱工藝或加熱板加熱工藝。
全文摘要
一種金屬硅化物制造方法，此方法針對(duì)金屬硅化物工藝中，于沉積耐熱金屬層且進(jìn)行第一次回火和清除未反應(yīng)金屬層之后，進(jìn)行物種注入工藝，將物種注入金屬硅化物中，以破壞金屬硅化物中的晶格結(jié)構(gòu)，避免在第二次回火時(shí)，金屬硅化物因?yàn)闇囟容^高而造成尖峰(spiking)與側(cè)向擴(kuò)散，而產(chǎn)生接面漏電流(junction leakage)的問題。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1862779SQ200510070459
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月9日
發(fā)明者謝朝景, 江怡穎, 黃建中, 曹博昭, 徐新惠, 林建廷, 戎樂天 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司