專利名稱：用于形成自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及形成用于半導(dǎo)體器件的自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸的方法。 更具體地，本發(fā)明涉及形成用于至少兩個含硅半導(dǎo)體區(qū)的自對準(zhǔn)金屬硅化物 接觸的方法，所述至少兩個含硅半導(dǎo)體區(qū)通過暴露的電介質(zhì)區(qū)彼此間隔開。
背景技術(shù)：
微尺寸半導(dǎo)體集成電路器件的技術(shù)發(fā)展需要改進(jìn)的用于制造到半導(dǎo)體 雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電接觸的方法。金屬硅化物已經(jīng)證明是優(yōu)異的接觸材料，其易于
通過金屬珪化工藝(salicidation process )以自對準(zhǔn)方式形成。
通過金屬硅化工藝形成金屬硅化物接觸通常包括步驟在包括含硅器件 區(qū)和電介質(zhì)隔離區(qū)兩者的半導(dǎo)體襯底之上均勻地沉積含有硅化物金屬或金 屬合金(即能與 硅反應(yīng)從而形成金屬硅化物的金屬或金屬合金)的薄金屬層 (例如厚度小于約15 nm)，加熱該半導(dǎo)體襯底從而在器件區(qū)之上形成硅化 物，以及然后從電介質(zhì)隔離區(qū)選擇性地蝕刻掉未反應(yīng)的金屬。為了成功制造 高性能半導(dǎo)體器件，蝕刻應(yīng)是高選擇性的，即，從電介質(zhì)隔離區(qū)去除所有未 反應(yīng)的金屬或金屬合金，而不侵蝕或以其他方式破壞器件區(qū)上的硅化物。
鎳或鎳合金例如鎳鉑合金已廣泛用作CMOS技術(shù)中形成硅化物接觸的 硅化物金屬。
具體地，為了形成純鎳硅化物接觸，通常采用快速熱退火(RTA)步驟 從而將所沉積的位于器件區(qū)上的薄鎳層轉(zhuǎn)變成鎳硅化物，然后進(jìn)行鎳蝕刻步 驟以從電介質(zhì)隔離區(qū)去除未反應(yīng)的鎳。然而，殘留材料，可能為鎳硅化物， 傾向于在RTA步驟之后形成在電介質(zhì)隔離區(qū)之上。這樣的殘留材料不能通 過鎳蝕刻步驟中使用的蝕刻劑滿意地去除。電介質(zhì)隔離區(qū)上殘留材料的存在 顯著增加了器件區(qū)之間短路的風(fēng)險并降低了器件可靠性。隨著RTA溫度增 加，這個問題變得更加嚴(yán)重。
此外，為了形成包括鎳硅化物以及一種或更多其它金屬硅化物例如柏硅 化物和/或錸硅化物的硅化物接觸，在半導(dǎo)體襯底上沉積包含鎳和一種或更多其他硅化物金屬例如鉑和/或錸的鎳合金層。也采用RTA步驟在器件區(qū)中將 鎳和柏/錸轉(zhuǎn)變成鎳硅化物和柏/錸硅化物，接著進(jìn)行王水(AR)蝕刻步驟以 從電介質(zhì)隔離區(qū)去除未反應(yīng)的鎳和鉑/錸。由于RTA步驟后在電介質(zhì)隔離區(qū) 之上存在殘留材料，所以也存在類似問題。
此外，當(dāng)RTA溫度等于或小于約40(TC時，通過RTA形成的硅化物高 度易于受到AR蝕刻劑的侵蝕，并且AR蝕刻期間會導(dǎo)致對硅化物接觸的嚴(yán) 重?fù)p壞。另一方面，當(dāng)RTA在更高溫度(例如>600")執(zhí)行時，在電介質(zhì) 隔離區(qū)之上觀察到明顯的殘留材料的形成。圖1A和1B示出通過常規(guī) RTA/AR蝕刻工藝形成的硅接觸。具體地，優(yōu)選地含有鎳硅化物和鉑硅化物 的硅化物接觸3和5形成在包括兩個含硅半導(dǎo)體器件區(qū)2和4以及其間的電 介質(zhì)隔離區(qū)6的半導(dǎo)體襯底1上。當(dāng)RTA溫度不足夠高時，硅化物接觸3 和5將受到AR蝕刻的嚴(yán)重?fù)p壞，由此導(dǎo)致非常不規(guī)則的表面形貌，如圖1A 所示。另一方面，當(dāng)RTA溫度更高時，層7表示的殘留材料(例如鎳鉑硅 化物)會形成在電介質(zhì)隔離區(qū)6之上，如圖1B所示。
因此，繼續(xù)需要一種改進(jìn)的用于在半導(dǎo)體襯底上制造硅化物接觸的方 法，所述方法能夠最小化電介質(zhì)隔離區(qū)上殘留材料的形成并減小對硅化物接 觸的蝕刻損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于在通過暴露的電介質(zhì)區(qū)彼此間隔開的至少兩個含 硅半導(dǎo)體區(qū)上形成自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸的方法。本發(fā)明的方法一方面最小 化了電介質(zhì)隔離區(qū)上殘留材料的有害形成，由此降低了器件區(qū)之間短路的風(fēng) 險并提高了器件可靠性。另一方面，本發(fā)明的方法減小了退火后蝕刻導(dǎo)致的 對硅化物接觸的損壞。
在一個方面，本發(fā)明涉及一種方法，該方法包括
在所述含硅半導(dǎo)體區(qū)和所述暴露的電介質(zhì)區(qū)上形成金屬合金層，其中所 述金屬合金層包含鎳和至少一種額外金屬；
在從約150。C到約50(TC范圍的第一退火溫度退火，其中所述金屬合金 層中包含的鎳與所述半導(dǎo)體區(qū)中包含的硅反應(yīng)，從而在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成 第一相的鎳硅化物；
利用第一蝕刻溶液選擇性地蝕刻所述金屬合金層，從而從所述半導(dǎo)體區(qū)之間的所述暴露的電介質(zhì)區(qū)基本去除所有的未反應(yīng)的鎳；
在從約30(TC到約60(TC范圍的第二退火溫度退火，其中所述第一相的 鎳硅化物進(jìn)一步與所述半導(dǎo)體區(qū)中包含的硅反應(yīng)，從而在所述半導(dǎo)體區(qū)上形 成第二相的鎳硅化物，其中所述第二相比所述第一相具有更低的電阻率；以 及
利用第二蝕刻溶液選擇性地蝕刻所述金屬合金層，從而從所述暴露的電 介質(zhì)區(qū)基本去除所有的殘留未反應(yīng)金屬，由此形成彼此電隔離的自對準(zhǔn)金屬 石圭4匕物纟妄觸。
另一方面，本發(fā)明涉及一種相對于鎳硅化物和鉑硅化物選擇性地蝕刻鎳 柏的方法，包括
提供包含至少 一種氧化劑、至少 一種絡(luò)合劑和至少 一種溶劑的蝕刻溶
液；
保持所述蝕刻溶液在從約3(TC到約8(TC范圍的保持溫度下至少15分
鐘；
使包含鎳鉑合金、鎳硅化物和鉑合金的工件在從約3(TC到約8(TC范圍 的蝕刻溫度與所述蝕刻溶液接觸約IO分鐘到約45分鐘的持續(xù)時間； /人所述蝕刻溶液移除所述工件；以及 漂洗并干燥所述工件從而去除微量的所述蝕刻溶液。 在又一方面，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括位于通過暴露的電介質(zhì)
述自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸包括至少鎳硅化物和鉬硅化物并具有基本光滑的 表面。此外，所述暴露的電介質(zhì)區(qū)基本沒有金屬和金屬硅化物。
術(shù)語"基本光滑的表面"在這里使用時表示這樣的表面，其包含很少或 沒有表面損傷，且特征在于表面凸起和/或凹陷低于lnm高。
本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點將從下面的公開和所附權(quán)利要求中變得 更明顯。


圖1A和1B示出通過常規(guī)RTA/AR蝕刻工藝在半導(dǎo)體襯底之上形成的 》圭化物4妄觸；
圖2-7示出根據(jù)本發(fā)明一實施例用于在半導(dǎo)體襯底之上形成硅化物接觸的示例性處理步驟。
具體實施例方式
在下面的說明中，描述了多個具體細(xì)節(jié)，例如具體結(jié)構(gòu)、部件、材料、 尺寸、處理步驟和技術(shù)，以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)該理解，可以在沒有這些具體的細(xì)節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。在其它情況 中，沒有詳細(xì)描述公知的結(jié)構(gòu)或處理步驟以避免模糊本發(fā)明。
應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)作為層、區(qū)或村底的元件稱為在另一元件"上"或"之上" 時，其可以直接在其它元件上或者中間元件可存在。相反，當(dāng)元件稱為"直 接，，在另一元件"上/之上"時，沒有中間元件存在。還應(yīng)理解，當(dāng)元件^皮稱 為"連接"或"耦接"到另一元件時，其可以直接連接或耦接到其它元件或 者可以存在居間元件。相反，當(dāng)元件被稱為"直接連接"或"直接耦接"到 另一元件時，沒有居間元件。
本發(fā)明提供一種改善的金屬硅化方法用于在半導(dǎo)體村底包含的器件區(qū) 之上形成自對準(zhǔn)硅化物接觸，同時完全消除了位于器件區(qū)之間的電介質(zhì)隔離 區(qū)上殘留材料的形成，并最小化對硅化物接觸的蝕刻損傷。所得結(jié)構(gòu)包括基 本沒有不期望的殘留材料(例如金屬或金屬硅化物)的電介質(zhì)隔離區(qū)，并且 所述硅化物接觸的特征在于基本光滑的表面。
現(xiàn)在將參照附圖2-7更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性處理步驟。
首先參照圖2，其示出包括通過電介質(zhì)隔離區(qū)16彼此隔離的至少兩個器 件區(qū)12和14的半導(dǎo)體襯底10。
本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體襯底IO可包括任何半導(dǎo)體材料，包括但不限于 未摻雜硅、n型摻雜硅、p型摻雜硅，單晶硅、多晶硅、非晶硅、Ge、 SiGe、 SiC、 SiGeC、 Ga、 GaAs、 InAs、 InAs、 InP以及所有其它III/V或II/VI族化 合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體襯底IO也可包括有機(jī)半導(dǎo)體或?qū)盈B半導(dǎo)體例如Si/SiGe、 絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上硅鍺(SGOI)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，半導(dǎo)體襯底10由含硅半導(dǎo)體材料即包含硅 的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，例如硅(包括未摻雜硅、n型4參雜硅、p型摻雜硅、單 晶硅、多晶硅和非晶硅)、SiGe、 SiGeC等。半導(dǎo)體襯底10中含有的硅可與 隨后沉積的硅化物金屬反應(yīng)從而形成硅化物接觸。另一方面，本發(fā)明也預(yù)期 半導(dǎo)體襯底10可不包含硅，圖案化的含硅層(未示出)隨后形成在半導(dǎo)體襯底10上從而選擇性地覆蓋器件區(qū)12和14,而不覆蓋電介質(zhì)隔離區(qū)16。 以此方式，隨后形成的圖案化含硅層提供形成硅化物接觸所需的硅。
半導(dǎo)體襯底IO可以摻雜、不摻雜或其中包含摻雜和未摻雜區(qū)域兩者。 這些摻雜區(qū)稱為"阱"并可用于定義各種器件區(qū)。例如，器件區(qū)12可代表 第一摻雜(n或p)區(qū)，器件區(qū)14可代表第二摻雜(p或n)區(qū)，二者具有 相同或不同的導(dǎo)電性(conductivity)和/或摻雜濃度。通常，n摻雜區(qū)用于形 成p溝道場效應(yīng)晶體管(p-FET)， p摻雜區(qū)用于形成n溝道場效應(yīng)晶體管 (n-FET)。因此，器件區(qū)12和14可以都是n-FET或p-FET器件區(qū)，或者 兩個區(qū)12和14之一是n-FET區(qū)，而另一個是p-FET區(qū)。在本發(fā)明的優(yōu)選實 施例中，器件區(qū)12和14之一是n-FET區(qū)，另 一個是p-FET區(qū)。
在本發(fā)明的特別優(yōu)選實施例中，半導(dǎo)體襯底10是混合村底，其包含電 子遷移率得到提高的至少 一個區(qū)(例如n-FET器件區(qū))和空穴遷移率得到提 高的另一個區(qū)(例如p-FET器件區(qū))。通過在電子遷移率提高的區(qū)中制造 n-FET以及在空穴遷移率提高的區(qū)中制造p-FET, n-FET和p-FET器件區(qū)中 各自的電荷載流子(即電子或空穴)的遷移率可同時提高，由此改善互補(bǔ)金 屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件的性能。
更具體地，半導(dǎo)體襯底10是包括不同晶體取向的不同區(qū)的混合襯底(這 里稱為混合晶體取向襯底)。這種混合晶體取向襯底的作用基于半導(dǎo)體晶體 中載流子遷移率的各向異性。具體地，電荷載流子例如電子和空穴的遷移率 隨著半導(dǎo)體襯底的晶體取向而改變。例如，在硅襯底中，與(100)表面相 比，對于(110)表面而 穴遷移率得到提高，但與(110)表面相比，
對于(100)硅表面而言，電子遷移率得到提高。因此，通過在具有(100) 表面晶體取向的器件區(qū)中制造n-FET且在具有(110)表面晶體取向的不同 器件區(qū)中制造p-FET, n-FET和p-FET器件區(qū)中各自的電荷載流子(即電子 或空穴)的遷移率都得到提高。
通常在半導(dǎo)體襯底10中設(shè)置至少一個電介質(zhì)隔離區(qū)16以使相鄰的器件 區(qū)12和14 4皮此隔離。電介質(zhì)隔離區(qū)16可以是溝槽隔離區(qū)或場氧化物隔離 區(qū)。溝槽隔離區(qū)利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)溝槽隔離工藝形成。例如， 光刻、蝕刻以及用溝槽電介質(zhì)填充溝槽可用于形成溝槽隔離區(qū)?？蛇x地，溝 槽填充之前，在溝槽中可形成襯，在溝槽填充之后可進(jìn)行密實化步驟且平坦 化工藝也可以在溝槽填充之后進(jìn)行。場氧化物可利用所謂的硅的局部氧化工藝來形成。
器件區(qū)12和14每個可包括柵極堆疊(未示出)，柵極堆疊至少包括柵
極電介質(zhì)層、柵極導(dǎo)體、及可選的沿柵極導(dǎo)體側(cè)壁的一個或更多側(cè)壁間隔物。 柵極導(dǎo)體可以是金屬性柵極導(dǎo)體、多晶硅柵極導(dǎo)體、或包括金屬性材料和多 晶硅材料二者的柵極導(dǎo)體，無論二者作為混合物或在單獨的層中。
金屬合金層20沉積在半導(dǎo)體襯底10上，如圖3所示。金屬合金層20 包括與至少一種其它金屬形成合金的鎳。金屬合金層20中的總鎳含量可在 約50至約95原子百分比的范圍，更一般的是約75至95原子百分比。金屬 合金層20中含有的其它金屬(或多種金屬)優(yōu)選不大于約50原子百分比但 不小于約5原子百分比，更一般的是約O.l至20原子百分比。
優(yōu)選地，金屬合金層20包括鎳鉑合金，其可以通過沉積鎳和鉑的混合 物形成，或者通過首先沉積鎳層且然后將鉤引入到鎳層中而形成。通過公知 技術(shù)例如氣相摻雜或離子注入，鉑可容易地引入到鎳層中。金屬合金層20 還可包括選自由Pd、 Rh、 Ti、 V、 Cr、 Zr、 Nb、 Mo、 Hf、 Ta、 W、 Re、以 及它們的組合構(gòu)成的組的一種或更多額外金屬。優(yōu)選地，該額外金屬是Re。 金屬合金層優(yōu)選地具有約1 nm至約40 nm范圍的厚度，更優(yōu)選地約2 nm至 約20 nm，更優(yōu)選地約5 nm至約15 nm。
可選地一個或更多蓋層(未示出)可以沉積在金屬合金層20上。這樣 的蓋層(或多個蓋層)包括選自由Ti、 TiN、 W、 WN、 Ta和TaN構(gòu)成的組 的至少一種材料，且其用來保護(hù)金屬合金層20以及將由金屬合金層20形成 的硅化物接觸。
然后，利用連續(xù)加熱方式或各種上升和保持加熱周期在從約150。C至約 50(TC范圍的較低退火溫度執(zhí)行第一退火步驟約1秒至約IOOO秒范圍的持續(xù) 時間，更優(yōu)選地，在約20(TC至約400。C范圍的退火溫度執(zhí)行第一退火步驟 從約5秒到約500秒范圍的持續(xù)時間，更優(yōu)選地，在約250。C至約350。C范 圍的退火溫度執(zhí)行從約IO秒到約IOO秒范圍的持續(xù)時間。在特別優(yōu)選的實 施例中，第一退火步驟開始于使整個結(jié)構(gòu)的周圍溫度從環(huán)境溫度以約l°C/s 至約35°C/s的斜率(ramp rate )上升至所需的退火溫度，更優(yōu)選地以約5°C /s至約25°C/s的斜率，更優(yōu)選地以約10°C/s至約2(TC/s的斜率。此外，優(yōu) 選地第一退火步驟通過使整個結(jié)構(gòu)的周圍溫度在約IO秒至約IOOO秒的時段 內(nèi)降低至IO(TC以下而終止。如上所述的第一退火步驟因而被稱為低溫快速熱退火(RTA)步驟。由 于這樣的低溫RTA步驟，包含在金屬合金層20的直接位于半導(dǎo)體襯底10 的第一和第二器件區(qū)12和14上的部分中的鎳與器件區(qū)12和14中含有的硅 反應(yīng)，從而形成自對準(zhǔn)硅化物接觸22和24,而金屬合金層20的直接位于電 介質(zhì)隔離區(qū)16上的部分26含有未反應(yīng)的鎳，如圖4所示。自對準(zhǔn)硅化物接 觸22和24至少含有Ni2Si，其通過在較低退火溫度下鎳與硅之間的反應(yīng)而 形成，特征在于與NiSi相比較高的電阻率。自對準(zhǔn)硅化物接觸22和24還 包含鉑，其在低退火溫度下不能與硅反應(yīng)來形成硅化物。
在低溫RTA步驟之后，執(zhí)行僅蝕刻鎳的步驟從而從金屬合金層20的直 接位于電介質(zhì)隔離區(qū)16上的部分26基本去除全部未反應(yīng)的鎳，但不去除未 反應(yīng)的鉑，從而形成僅包含殘留的鉑線(stringer)的部分26',如圖5所示。 這樣的僅蝕刻鎳的步驟不從自對準(zhǔn)硅化物接觸22和24去除鎳硅化物(即， 這時的Ni2Si)。因此，自對準(zhǔn)硅化物接觸22和24基本保持完整。
優(yōu)選地，僅蝕刻鎳的步驟通過使用含有選自由過氧化氫、硫酸、高錳酸 鉀、氯化鐵、過硫酸鹽(例如過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀)、硝酸、鈰 化合物(例如硝S吏鈰銨)等構(gòu)成的組中的一種或更多氧化劑的蝕刻溶液來執(zhí) 行。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，僅蝕刻鎳的步驟利用含有約1%至30%體積 的過氧化氬和約10%到約90%體積的硫酸的溶液來執(zhí)行。
然后，利用連續(xù)加熱方式或各種上升和保持加熱周期在約300'C至約600 。C范圍的較高退火溫度執(zhí)行第二退火步驟約1秒至約600秒的持續(xù)時間。更 優(yōu)選地，在約350。C至約550。C范圍的退火溫度執(zhí)行第二退火步驟約5秒到 約500秒的時間，更優(yōu)選地，在約400。C至約500。C的退火溫度執(zhí)行約10秒 到約100秒的持續(xù)時間。在特別優(yōu)選的實施例中，第二退火步驟始于使整個 結(jié)構(gòu)的周圍溫度從環(huán)境溫度以約rC/s至約35°C/s的斜率上升至所需的退火 溫度，更優(yōu)選地以約5°C/s至約25°C/s的斜率，更優(yōu)選地以約10°C/s至約20 。C/s的斜率。此外，優(yōu)選地第二退火步驟通過使整個結(jié)構(gòu)的周圍溫度在約10 秒至約600秒的時段內(nèi)降低至100°C以下而終止。
如上所述的第二退火步驟因而被稱為高溫快速熱退火(RTA)步驟。由 于這樣的高溫RTA步驟，包含在自對準(zhǔn)硅化物接觸22和24中的M2Si進(jìn)一 步與半導(dǎo)體襯底io的第一和第二器件區(qū)12和14中的硅反應(yīng)，從而形成完 全硅化且自對準(zhǔn)的接觸32和34 (如圖6所示)，接觸32和34包含NiSi，與Ni2Si相比，其特征在于較低的電阻率。另外，自對準(zhǔn)硅化物接觸22和 24中含有的未反應(yīng)的鉑在高退火溫度下與第一和第二器件區(qū)12和14中的硅 反應(yīng)，從而在接觸32和34中形成鈾石圭化物，而直4妻位于電介質(zhì)隔離區(qū)16 上的部分26'包含的鉑線保持未反應(yīng)(由于區(qū)16中缺乏硅)，如圖6所示。
在高溫RTA步驟之后，執(zhí)行第二蝕刻步驟，從而相對于自對準(zhǔn)硅化物 接觸32和34包含的NiSi和PtSi,選擇性地基本去除部分26'包含的所有未 反應(yīng)的鉑線，由此暴露電介質(zhì)隔離區(qū)16而不破壞自對準(zhǔn)硅化物接觸32和34。
通過使用包含至少一種氧化劑、至少一種絡(luò)合劑以及至少一種溶劑的蝕 刻溶液執(zhí)行第二蝕刻步驟。第二蝕刻溶液中的氧化劑(或多種氧化劑)、絡(luò) 合劑(或多種絡(luò)合劑)與溶劑(或多種溶劑)的摩爾比優(yōu)選地在約1:10:200 到約1:1:5的范圍。
第二蝕刻步驟中使用的所述至少一種氧化劑可選自包括硝酸、過氧化 氫、高錳酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸氨、過硫酸鉀、硝酸鈰銨、過一硫酸氫鉀 (potassium monopersulfate )等的組。更伊0選地，該氧化劑是；肖酸。
所述至少 一種絡(luò)合劑用于與貴金屬離子例如鉑離子或金離子形成絡(luò)合 物，從而促進(jìn)貴金屬(或多種貴金屬)的蝕刻。優(yōu)選地，這樣的絡(luò)合劑包括 來自選自包括氯化鈉、鹽酸、硪化鈉、碘化鉀、溴化鈉和溴化鉀的組中的至 少一種化合物的卣素離子。更優(yōu)選地，該絡(luò)合劑包括鹽酸。
第二蝕刻溶液包含的至少一種溶劑可以是極性溶劑或非極性溶劑，優(yōu)選 地該溶劑至少含有水。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第二蝕刻溶液是王水(AR)溶液，其包含 硝酸作為氧化劑、鹽酸作為絡(luò)合劑、以及水作為溶劑。更優(yōu)選地，AR溶液 包含約40%到約80%體積的硝酸、約20%到約60%體積的鹽酸以及其余的 水。
第二蝕刻步驟優(yōu)選在約3CTC到約80。C范圍的蝕刻溫度執(zhí)行約3分鐘到 約45分鐘范圍的持續(xù)時間。更優(yōu)選地，第二蝕刻步驟優(yōu)選在約35。C到約45 。C范圍的蝕刻溫度執(zhí)行約15分鐘到約45分鐘的持續(xù)時間。在蝕刻之前(即 在蝕刻溶液與待蝕刻結(jié)構(gòu)接觸之前)，優(yōu)選地蝕刻溶液在約30。C到約80。C的 提高的溫度保持至少約10分鐘的持續(xù)時間，更優(yōu)選地至少約15分鐘。另夕卜， 在蝕刻之后(即從蝕刻溶液移除該結(jié)構(gòu)之后)，優(yōu)選地該結(jié)構(gòu)被漂洗且然后 被干燥從而去除微量的蝕刻溶液。第二蝕刻步驟從電介質(zhì)隔離區(qū)16的上表面有效地基本去除所有未反應(yīng)
的鉑線，而沒有侵蝕或以其他方式損壞硅化物接觸32和34含有的NiSi和 PtSi。
注意，第一和第二退火步驟兩者優(yōu)選地在氣體環(huán)境例如He、 Ar、 N2或 形成氣體(forming gas)中執(zhí)行。它們可在不同或相同的氣氛中執(zhí)行。例如， He可用于兩種退火步驟，或者He可用于第一退火步驟且形成氣體可用于第 二退火步驟。
本發(fā)明的一個獨特方面是在兩個單獨的蝕刻步驟中使用兩種不同的蝕 刻溶液從而去除未反應(yīng)的硅化物金屬(例如鎳和柏)。低溫RTA步驟之后的 第一蝕刻步驟從電介質(zhì)隔離區(qū)16的上表面去除大量未反應(yīng)的鎳。然后高溫 RTA步驟之后的更侵蝕性的第二蝕刻步驟從電介質(zhì)隔離區(qū)16的上表面去除 鉑線或其它難于去除的合金金屬(或多種金屬)。更重要的是，第二蝕刻步 驟之前的高溫RTA步驟用于有效地將器件區(qū)12和14上硅化物接觸32和34 接觸的金屬轉(zhuǎn)變成對第二蝕刻步驟的侵蝕有抵抗性的完全硅化物(例如NiSi 和PtSi )。
結(jié)果，暴露的電介質(zhì)隔離區(qū)16基本沒有金屬和金屬硅化物，而自對準(zhǔn) 硅化物接觸32和34基本不被損傷且特征在于基本光滑的表面形貌(即具有 高度小于1 nm的表面凸起和/或凹陷)，如圖7所示。
如上所述的第二蝕刻步驟也可單獨使用(即獨立于RTA步驟和第一蝕 刻步驟)以用于相對于鎳硅化物和柏硅化物選擇性蝕刻鎳鉑合金。具體地， 首先提供如上所述包含至少一種氧化劑、至少一種絡(luò)合劑和至少一種溶劑的 蝕刻溶液并保持在約30。C到約8(TC范圍的升高溫度下至少15分鐘。然后， 包含鎳鉑合金、鎳硅化物和鉑硅化物的工件在約3(TC到約8(TC范圍的蝕刻 溫度與蝕刻溶液接觸約10分鐘到約45分鐘的持續(xù)時間。之后，從蝕刻溶液 移除工件，然后漂洗和干燥工件以從工件去除微量的蝕刻劑。
重要的是要注意，盡管上述說明主要集中于在硅襯底IO上形成金屬硅 化物，但是容易理解的是，襯底IO也可包括含硅半導(dǎo)體合金(例如SiGe或 SiC)以用于與金屬硅化物一道形成其它金屬半導(dǎo)體合金(例如NiGe、 NiC、 PtGe和/或PtC)。例如，當(dāng)SiGe用作半導(dǎo)體襯底10中的襯底材料時，NiGe 將與NiSi—起形成。本發(fā)明的方法可同樣應(yīng)用于這些半導(dǎo)體合金。暴露的電介質(zhì)區(qū)彼此隔離的自對準(zhǔn)硅化物接觸的示例性處理步驟，但清楚的 是，根據(jù)上述說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地修改這些處理步驟以適應(yīng)具體 的應(yīng)用需求。因此，應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明不限于上述具體實施例，而是在應(yīng)用 上可擴(kuò)展到任何其它修改、變型、應(yīng)用和實現(xiàn)，因而相應(yīng)地，所有這些修改、 變型、應(yīng)用和實現(xiàn)將認(rèn)為是落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于在通過暴露的電介質(zhì)區(qū)彼此間隔開的至少兩個含硅半導(dǎo)體區(qū)上形成自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸的方法，所述方法包括在所述含硅半導(dǎo)體區(qū)和所述暴露的電介質(zhì)區(qū)上形成金屬合金層，其中所述金屬合金層包含鎳和至少一種其他金屬；在約150℃到約500℃范圍的第一退火溫度退火，其中所述金屬合金層中包含的鎳與所述半導(dǎo)體區(qū)中包含的硅反應(yīng)，從而在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成第一相的鎳硅化物；利用第一蝕刻溶液選擇性地蝕刻所述金屬合金層，從而從所述半導(dǎo)體區(qū)之間的所述暴露的電介質(zhì)區(qū)基本去除所有未反應(yīng)的鎳；在約300℃到約600℃范圍的第二退火溫度退火，其中所述第一相的鎳硅化物進(jìn)一步與所述半導(dǎo)體區(qū)中包含的硅反應(yīng)，從而在所述半導(dǎo)體區(qū)上形成第二相的鎳硅化物，其中所述第二相比所述第一相具有更低的電阻率；以及利用第二蝕刻溶液選擇性地蝕刻所述金屬合金層，從而從所述暴露的電介質(zhì)區(qū)基本去除所有殘留的未反應(yīng)的金屬，由此形成彼此電隔離的自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體區(qū)包括未摻雜Si、 n型 摻雜Si、 p型摻雜Si、單晶Si、多晶Si、非晶Si、 SiGe、 SiGeC、以及它們 的組合中的至少一種。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述金屬合金層包括鎳鉑合金。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述金屬合金層還包括選自由Pd、 Rh、 Ti、 V、 Cr、 Zr、 Nb、 Mo、 Hf、 Ta、 W、 Re、以及它們的組合構(gòu)成的 組的至少另一種金屬。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述至少另一種金屬是Re。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬合金層包括約50至約95 原子百分比的鎳、以及最高約50原子百分比的所述至少一種其他金屬。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬合金層具有約1 nm至約40 nm范圍的厚度。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述第二選擇性蝕刻步驟之后 在所述自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸上形成蓋層。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述蓋層包4舌選自由Ti、 TiN、 W、 WN、 Ta和TaN構(gòu)成的組的至少一種材料。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一蝕刻溶液包括過氧疏酸溶 液、氯化鐵溶液、過硫酸銨溶液、硝酸溶液和鈰溶液中的至少一種。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二蝕刻溶液包括至少一種氧 化劑、至少一種絡(luò)合劑和至少一種溶劑，其中所述金屬合金層在約30。C到約 80。C范圍的蝕刻溫度與所述第二蝕刻溶液接觸約3分鐘到約45分鐘范圍的 持續(xù)時間，從而從所述暴露的電介質(zhì)區(qū)基本去除所有殘留的未反應(yīng)的金屬。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述金屬合金層在約35。C到約45 °C范圍的蝕刻溫度與所述第二蝕刻溶液接觸約15分鐘到約45分鐘的持續(xù)時 間。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一種氧化劑、所述至少 一種絡(luò)合劑與所述至少一種溶劑以約1:10:200到約1:1:5的摩爾比存在。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一種氧化劑包括選自由 硝酸、過氧化氫、高錳酸鉀、過為乾酸鈉、過石克酸氨、過碌u酸鉀、硝酸鈰4妄、 過一石克酸氫《甲構(gòu)成的組的至少 一種。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一種氧化劑包括硝酸。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一種絡(luò)合劑包括來自選 自包括氯化鈉、鹽酸、碘化鈉、碘化鉀、溴化鈉和溴化鉀的組的至少一種化 合物的囟素離子。
17. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一種絡(luò)合劑包括鹽酸。
18. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一種溶劑包括極性溶劑 或非極性溶劑。
19. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一種溶劑包括水。
20. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一種氧化劑包括硝酸， 所述至少一種絡(luò)合劑包括鹽酸，所述至少一種溶劑包括水。
21. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸每個特 征在于約15歐姆/平方至約45歐姆/平方范圍內(nèi)的片電阻。
22. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸每個特 征在于約10 nm到約50 nm范圍內(nèi)的厚度。
23. —種相對于鎳硅化物和柏硅化物選擇性地蝕刻鎳鉑合金的方法，包括提供包含至少一種氧化劑、至少一種絡(luò)合劑和至少一種溶劑的蝕刻溶液；保持所述蝕刻溶液在約3(TC到約8(TC范圍內(nèi)的保持溫度至少15分鐘； 使包含鎳鉑合金、鎳硅化物和鉑硅化物的工件在約3(TC到約8(TC范圍 內(nèi)的蝕刻溫度與所述蝕刻溶液接觸約IO分鐘到約45分鐘的持續(xù)時間； 從所述蝕刻溶液移除所述工件；以及 漂洗并干燥所述工件從而去除微量的所述蝕刻溶液。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述至少一種氧化劑、所述至少 一種絡(luò)合劑與所述至少一種溶劑以約1:10:200到約1:1:5的摩爾比存在。
25. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述至少一種氧化劑包括選自由 硝酸、過氧化氫、高錳酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸氨、過硫酸鉀、硝酸鈰銨和 過一;克酸氫鉀構(gòu)成的組的至少 一種。
26. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述至少一種氧化劑包括硝酸。
27. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述至少一種絡(luò)合劑包括選自由 氯化鈉、鹽酸、碘化鈉、碘化鉀、溴化鈉和溴化鉀構(gòu)成的組的至少一種化合 物提供的卣素離子。
28. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述至少一種絡(luò)合劑包括鹽酸。
29. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述至少一種溶劑包括極性溶劑 或非極性溶劑。
30. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述至少一種溶劑包括水。
31. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述至少一種氧化劑包括硝酸， 所述至少一種絡(luò)合劑包括鹽酸，所述至少一種溶劑包括水。
32. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述工件在約35。C到約45。C范圍 內(nèi)的蝕刻溫度與所述蝕刻溶液接觸約15分鐘到約45分鐘的持續(xù)時間。
33. —種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括位于通過暴露的電介質(zhì)區(qū)彼此間隔開的至少 兩個含硅半導(dǎo)體區(qū)上的自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸，其中每個所述自對準(zhǔn)金屬硅 化物接觸至少包括鎳硅化物和鉑硅化物并具有基本光滑的表面，且其中所述 暴露的電介質(zhì)區(qū)基本沒有金屬和金屬硅化物。
34. 如權(quán)利要求33所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述自對準(zhǔn)金屬硅化物接 觸每個的特征在于約15歐姆/平方至約45歐姆/平方范圍內(nèi)的片電阻。
35.如權(quán)利要求33所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸每個的特征在于約10nm到約50nm范圍內(nèi)的厚度。
全文摘要
一種用于在通過暴露的電介質(zhì)區(qū)彼此間隔開的至少兩個含硅半導(dǎo)體區(qū)上形成自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸的方法。這樣形成的每個自對準(zhǔn)金屬硅化物接觸至少包括鎳硅化物和鉑硅化物并具有基本光滑的表面，暴露的電介質(zhì)區(qū)基本沒有金屬和金屬硅化物。鎳或鎳合金沉積之后接著進(jìn)行低溫退火、鎳蝕刻、高溫退火和王水蝕刻。
文檔編號H01L21/44GK101432860SQ200780015617
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月1日
發(fā)明者倫道夫·F·克納爾, 克里斯琴·拉沃伊, 巴拉薩拉曼蘭·普拉納薩蒂哈蘭, 方隼飛, 杰伊·W·斯特拉尼, 雷內(nèi)·T·莫, 馬哈德瓦爾耶·克里施南 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司