鎳矽化方法及其結構的製作方法

2023-04-28 06:48:56 2

專利名稱：鎳矽化方法及其結構的製作方法
技術領域：
0001本發明通常涉及一種製造集成電路鎳矽化物/自對準多晶矽化物(salicide)結構的新技術，並且更具體地涉及不會導致鎳矽化物"殘餘物"的結構和方法，所述鎳矽化物"殘餘物"可能引起搭接或者"成管現象"，其會導致內部的電氣短路(術語"自對準多晶矽化物"指的是自對準矽化物(self-aligned silicide))。
背景技術：
0002公知地，通過在集成電路電晶體的摻雜電極(例如，源極、漏極或者多晶矽柵極層的摻雜的電極)上直接形成鋁導體而可以得到的電連接具有比所需要的更高的接觸電阻。由於在後續的高溫處理期間的鋁遷移，鋁與摻雜電極的連接還具有結尖峰的另外問題。目前最新的電極接觸結構包括使用矽化物/自對準多晶矽化物，之後使用阻擋層金屬和隨後沉積的導體材料，所述導體材料根據如下面出版物中指出的工藝技術由鋁或者銅組成，該出版物為"SILICON PROCESSING FOR THE VLSIERA", Vol. 2, Process Integration, S. Wolf, Lattice Press。
0003過去，矽化鈦接觸或觸點已普遍用於元件幾何尺寸大於約0.25微米的工藝中，並且矽化鈷接觸用於元件幾何尺寸在大約130納米到250納米範圍內的工藝中。對於最近的集成電路製造工藝，其元件幾何尺寸為130納米或者更小，目前鎳矽化物接觸正用來代替矽化鈷接觸，原因是鎳矽化物接觸的製造比矽化鈷接觸的情況更適合於最新工藝中極窄的多晶矽柵電極導體。這大概因為鎳矽化物中的晶粒比矽化鈷中的晶粒小很多，因此鎳矽化物中的晶粒更能夠在極窄的多晶矽柵極導體上形成矽化物而在多晶矽柵極導體與CMOS電晶體的源極或漏極間沒有矽化物搭接或者成管現象。並且，鎳矽化物接觸不會表現出矽化鈷接觸中經常出現的某種不希望的洩漏或者肖特基(Schottky)特性。0004圖1示出了在輕摻雜的P型矽層1中形成N+源極區2和N+漏極區3之後典型的N溝道CMOS電晶體結構。如圖所示，非常薄(例如，小於25埃)的柵極介電層4形成在源極區2和漏極區3的邊緣之間的P型層1的表面區域上。在柵極介電層4上己經形成摻雜的多晶矽化物柵極層5。如圖所示，具有所示開口的氧化物層7也已形成。
0005圖2示出了圖1在氧化物側壁"隔離層"6A和6B沿多晶矽柵極導體5的相對邊緣形成在P型層1的表面區域上之後的結構，如圖所示。隔離層6A和6B典型地由氮化矽、氧化矽或者氮化矽和氧化矽的組合物形成。隔離層6A和6B用來防止在所示電晶體的多晶矽柵極5與源極區2和/或漏極區3之間發生隨後描述的柵極到源極和/或柵極到漏極的
"鎳矽化物搭接"或"鎳矽化物成管現象"。
0006圖3說明了圖2在使用傳統的鎳沉積技術將鎳層IO沉積在其上表面之後的結構。氮化鈦"蓋"層12已被沉積在鎳層10上。(鈦和鈷也用作金屬層IO來形成矽化鈦或者矽化鈷。氮化鈦用作防止"矽化"金屬層的氧化的蓋層。)若干蓋層比如蓋層12用以防止由其形成鎳矽化物的鎳金屬的氧化，並且還用以在隨後的退火期間提供熱穩定性。
0007在鎳矽化物形成的傳統工序中的下一個步驟是使圖3所示的結構經歷第一退火步驟以大約250-300攝氏度的溫度持續大約30秒。然後執行標準的回蝕(etchback)工藝或過程。標準的回蝕過程是利用氫氧化銨/過氧化氫(SC1)接著過氧化硫混合物(SPM)完成的。
0008參看圖4，上述的第一退火導致在源極區2的表面形成雙鎳矽化物(Ni2Si)層14A、在漏極區2的表面形成Ni2Si層14B以及在多晶矽層5的上表面形成Ni2Si層16，如圖所示。 一些鎳金屬剩餘在側壁隔離層6A和/或6B的上表面上。
0009圖5示出了在蓋層12和層10的未反應鎳被蝕刻掉後形成的結構。這裡，所有未反應的鎳金屬理論上應該己被剝離並且應該沒有鎳矽化物留在側壁隔離層6A和6B上。需要的鎳矽化物層14和16應該準備進行下一個退火步驟，並在這之後進行互連金屬化步驟。
0010但是作為實際問題， 一些鎳殘餘物經常殘留在側壁6A和6B的表面上。在圖5中，參考數字8說明了不希望的鎳矽化物搭接或者鎳矽
6化物成管現象的示例，其可能引起電氣短路和製造產量的降低。
0011上述的鎳矽化物搭接或者成管現象已經成為一個實質問題，並
且已顯著降低了製造產量。
0012圖5的結構通常包括鎳矽化物形成的第二相。第二相通常藉助 於第二退火工序來實現，即在大約400-500攝氏度的溫度範圍內持續大約 30到60秒以形成所需要的矽化鎳(NiSi)相。
0013由此，對於製造包括鎳矽化物電極接觸層的集成電路以避免導 致內部電氣短路的鎳矽化物搭接或成管現象的方法存在未滿足的需求。
0014對於製造集成電路的方法存在另一未滿足的需求，其中引起搭 接或成管現象的鎳矽化物殘餘物被避免或者被消除。
0015對於製造集成電路的方法存在另一未滿足的需求，其中化學蝕 刻劑完全消除了可能引起鎳矽化物搭接或成管現象的任何未反應的鎳。

發明內容
0016本發明的目的在於提供一種製造包括鎳矽化物電極接觸層的集 成電路的方法，以便避免或者消除可能導致內部電氣短路的鎳矽化物搭 接或成管現象。
0017本發明的另一目的在於提供一種製造集成電路的方法，所述方 法避免或者消除了引起搭接或成管現象的鎳矽化物殘餘物的形成。
0018本發明的另一目的在於提供一種製造集成電路的方法而不必在 沉積的鎳上形成蓋層，由所述鎳形成鎳矽化物。
0019本發明的另一目的在於提供一種製造集成電路的方法，其中化 學蝕刻劑完全消除了可能引起鎳矽化物搭接或成管現象的任何未反應的 鎳。
0020簡要地描述，並依照一個實施方式，本發明在鎳層已被沉積在 源極、漏極和柵極上之後，通過對集成電路電晶體退火在其源極(2)、 漏極(3)和多晶矽柵極(5)上提供了鎳矽化物接觸區域，其中鎳層上 沒有蓋層。通過使用化學鉻蝕刻劑來從柵極與源極之間和柵極與漏極之 間的介電隔離層(6A， 6B)的暴露表面去除未反應的鎳和鎳殘餘物，避 免或者消除在柵極與源極和/或漏極之間的鎳矽化物搭接。鉻蝕刻劑包括硝酸鈰銨、硝酸和醋酸。在描述的實施方式中，本發明提供了一種集成 電路結構，該結構包括具有表面的矽層(1)，設置在矽層(O中其表
面處的電晶體的源極區(2)和漏極區(3)，以及設置在位於源極區(2) 和漏極區(3)之間區域上的矽層(1)的表面上的柵極介電層(4)。多 晶矽柵電極(5)設置在柵極介電層(4)上。第一介電隔離層(6A)沿 多晶矽柵電極(5)的邊緣設置在矽層(1)的表面上，而第二介電隔離 層(6B)沿多晶矽柵電極(5)的另一邊緣設置在矽層(1)的表面上。 氧化物層(7)和氧化物層中的開口暴露出源極(2)和漏極(3)區域並 且還暴露出多晶矽柵電極(5)並還暴露出第一和第二 (6A， 6B)介電 隔離層的表面。第一鎳矽化物層(14A)設置在源極區(2)上，其覆蓋 源極區(2)的表面，第二鎳矽化物層(14B)設置在漏極區(3)上，其 覆蓋漏極區(3)的表面，而第三鎳矽化物層(16)設置在多晶矽柵電極 (5)上。第一和第二金屬互連導體(20， 22)分別與第一和第二鎳矽化 物層(14A， 14B)電氣接觸。
0021在一個實施方式中，本發明提供了製作包括鎳矽化物接觸區域 的集成電路的方法，該方法包括提供了第一結構，所述第一結構包括具 有表面的矽層(1);電晶體的源極區(2)和漏極區(3)，所述電晶體 在矽層(1)中設置於矽層(1)表面；柵極介電層(4)，其設置在矽層
(1)的表面上位於源伊區(2)和漏極區(3)之間並從其中隔開的區域； 設置在柵極介電層(4)上的多晶矽柵電極(5);設置在矽層(1)的表 面上的第一介電隔離層(6A)，其覆蓋源極區(2)和多晶矽柵電極(5) 的邊緣之間的空間，和設置在矽層(1 )的表面上的第二介電隔離層(6B)， 其覆蓋漏極區(3)和多晶矽柵電極(5)的另一個邊緣之間的空間；以 及氧化物層(7)和氧化物層中的開口，所述開口暴露出源極(2)和漏 極(3)區域並且也暴露出多晶矽柵電極(5)的至少一部分且還暴露出 第一和第二介電隔離層(6A， 6B)的表面。在第一結構的暴露的表面上 形成鎳層(10)。執行第一退火工藝或過程，以使得在源極區(2)和漏 極區(3)分別與鎳層(10)相接觸的表面部分上形成第一和第二鎳矽化 物區U4A， 14B)，並使得在多晶矽柵電極(5)與鎳層(10)相接觸 的部分中形成第三鎳矽化物區(16)。鉻蝕刻溶液用於(1)從第一結構去除未反應的鎳，和(2)從第一和第二介電隔離層(6A， 6B)的暴露 的表面去除所有的鎳殘餘物，比如氧化鎳或者氮化鎳或者其他的鎳沉澱 物。執行第二退火工藝以完成第一、第二和第三鎳矽化物區(14A， 14B， 16)的形成。
0022在鉻蝕刻過程中使用的鉻蝕刻劑包括硝酸鈰銨、硝酸和醋酸。 在執行了第一矽化物退火工序以後，鉻蝕刻劑用來去除全部未反應的鎳 和任何鎳沉澱物。之後對晶片執行過氧化硫的清洗工序，接著執行上面 提到的第二矽化物退火工序。


0023圖1-5 (現有技術)是剖面圖，其說明了一種用於形成與電晶體 的柵極、源極和漏極的鎳矽化物接觸的現有技術方法的各個步驟。
0024圖6-9是剖面圖，其說明了一種根據本發明在集成電路結構中形 成鎳矽化物接觸或觸點的方法的各個步驟。
具體實施例方式
0025本發明避免使用現有技術圖3和4中所示的蓋層12。用於製作 本發明的鎳矽化物結構的方法的起點是上面描述的現有技術圖2中所示 的結構。參看圖6，鎳層10被沉積在圖2所示晶片子結構的整個上表面 上。然而，應該注意，"在鎳層IO上沒有沉積蓋層，比如現有技術圖2中 的氮化鈦蓋層12。
0026根據本發明，鎳矽化物結構的形成中的下一個步驟是使圖6中 所示的結構經歷第一退火工序。第一退火工序根據常規實踐可以為在大 約250-300攝氏度維持大約30秒。代替使用化學SC1和SPM (即，"硫 酸和過氧化氫混合物")的傳統清洗和回蝕工藝，使用了化學鉻蝕刻劑 和SPM。
0027參看圖7，第一退火工序導致在源極區2和漏極區3中分別形成 所需鎳矽化物層14A和14B的第一NbSi (雙鎳矽化物)相，並且還導致 在多晶矽柵極層5的上表面上形成所需鎳矽化物層16的第一 Ni2Si相。 由於矽化物的形成，由其形成鎳矽化物的鎳層10在電晶體源極2、漏極3和柵極5的區域中被耗盡，並且一部分鎳層10保留在側壁隔離層6A 和6B上。
0028圖8示出了根據本發明使用隨後描述的鉻蝕刻工序來剝離鎳層 10的所有未反應部分之後的結構。
0029本發明中使用的鉻蝕刻溶液是公知的，而且普遍用於製作鎳鉻 合金電阻器的過程中，並且所述鉻蝕刻溶液包括硝酸鈰銨、硝酸和醋酸， 例如按重量計算濃度大約為4%的硝酸鈰銨、3%的硝酸和44%的醋酸。 首先使用100: 1的HF (氫氟酸)執行預清洗過程，之後使圖2所示晶 片子結構的表面經歷原位濺射蝕刻處理以便從矽表面去除任何本徵氧化 物，隨後利用上述的鎳沉積工藝來形成鎳層10。在執行了上述的第一矽 化物退火工序之後，對圖8所示的晶片結構執行鉻蝕刻處理以去除所有 未反應的鎳和任何鎳沉澱物，結果形成圖8所示的結構。然後執行過氧 化硫清洗工序，之後執行上述的第二矽化物退火工序。需要注意，整個 鉻蝕刻過程可以在室溫下進行，這是一個顯著的優點因為避免了需要提 供加熱的浴槽。
0030除了去除鎳層IO的未反應的部分之外，鉻蝕刻劑還去除了可能 已經在鎳層10上形成的所有任何氧化鎳和/或任何氮化鎳，另外又去除了 任何其他的鎳沉澱物。(上述氧化鎳或者氮化鎳在鎳層IO上的形成可能 由於退火系統的處理，中的環境大氣或者處理室的很微小洩漏而發生) 因此，在鎳層10上形成的氧化鎳和/或氮化鎳和/或其他鎳沉澱物的任何 薄層被鉻蝕刻劑容易地去除，從而允許鉻蝕刻劑也去除在此類氧化鎳、 氮化鎳或其他鎳沉澱物下面的鎳。因而，對於在柵電極和源極/漏極電極 之間引起不期望的電氣短路的氮化矽搭接或者成管現象，將不再成為問 題。
0031因此，在側壁隔離層6A和/或6B的表面上不會發生鎳矽化物搭 接或者成管現象，所述鎳矽化物搭接或者成管現象可能引起由現有技術 圖5中的參考數字8所指的這種氮化鎳電氣短路。
0032在得到圖8的結構之後，通過在大約400-550攝氏度之間維持大 約30秒的第二退火工序以形成所需要的矽化鎳(NiSi)相，實現矽化物 形成的第二相。之後如圖9所示，可以沉積和形成傳統的金屬化以達到經過預金屬介電層18中的合適接觸開口到電晶體源極和漏極的良好的低 接觸電阻連接。此外，避免了在現有技術中已成為難題的鎳矽化物搭接/ 成管現象，結果導致更高的集成電路製造產量。並且，不再需要使用現 有技術圖3和4中所示的蓋層12。0033本發明涉及到的本領域技術人員將意識到對所描述的示例性實 施方式可以做出各種增加、刪減、替換和其他修改，而不偏離本發明的 保護範圍。
權利要求
1.一種集成電路結構，其包括具有表面的矽層；電晶體的源極區和漏極區，所述電晶體在所述矽層中設置於所述矽層表面；柵極介電層，其設置在位於所述源極區和所述漏極區之間區域的所述矽層的所述表面上；多晶矽柵電極，其設置在所述柵極介電層上；第一介電隔離層，其沿所述多晶矽柵電極的邊緣設置在所述矽層的所述表面上，和第二介電隔離層，其沿所述多晶矽柵電極的另一個邊緣設置在所述矽層的所述表面上；氧化物層和所述氧化物層中的開口，其暴露出所述源極區和漏極區，並且也暴露出所述多晶矽柵電極的至少一部分，且還暴露出所述第一和第二介電隔離層的表面；設置在所述源極區上的第一鎳矽化物層，其覆蓋所述源極區的表面，和設置在所述漏極區上的第二鎳矽化物層，其覆蓋所述漏極區的表面；第三鎳矽化物層，其設置在所述多晶矽柵電極上並且覆蓋所述多晶矽柵電極；所述第一和第二介電隔離層的表面，鎳矽化物已從其上被剝落，所述表面上已經完全沒有鎳矽化物的殘餘物。
2. 根據權利要求1的所述集成電路結構，其中所述矽層是P型，且所 述源極區和所述漏極區是N+型。
3. 根據權利要求1的所述集成電路結構，其包括分別與所述第一和第 二鎳矽化物層電接觸的第一和第二金屬互連導體。
4. 一種集成電路，其包括一種集成電路結構，所述集成電路結構包括: 具有表面的矽層；設置在所述矽層中位於所述矽層表面處的電晶體的源極區和漏極區；柵極介電層，其設置在位於所述源極區和所述漏極區之間區 域的所述矽層的所述表面上；設置在所述柵極介電層上的多晶矽柵電極； 第一介電隔離層，其沿所述多晶矽柵電極的邊緣設置在所述矽層的所述表 面上，和第二介電隔離層，其沿所述多晶矽柵電極的另一個邊緣設置在所 述矽層的所述表面上；以及氧化物層和所述氧化物層中的開口，其暴露出 所述源極區和漏極區並且也暴露出所述多晶矽柵電極的至少一部分且還暴 露出所述第一和第二介電隔離層的表面，包括鎳矽化物接觸區域的所述集 成電路通過以下工藝製成在所述集成電路結構的暴露的表面上形成鎳層；執行第一退火，以使得在所述源極區和漏極區分別與所述鎳層相接觸 的表面部分中形成第一和第二鎳矽化物區並使得在所述多晶矽柵電極與所 述鎳層相接觸的部分中形成第三鎳矽化物區；以及使用鉻蝕刻劑來執行回蝕操作，以從所述集成電路結構去除未反應的 鎳，並且從所述第一和第二介電隔離層的所述暴露的表面去除所有鎳和/或 鎳殘餘物。
5. —種製作包括鎳矽化物接觸區域的集成電路的方法，所述方法包括 提供一種集成電路結構，其包括具有表面的矽層；電晶體的源極區 和漏極區，所述晶伴管在所述矽層中設置於所述矽層表面；柵極介電層， 其設置在位於所述源極區和所述漏極區之間區域的所述矽層的所述表面 上；設置在所述柵極介電層上的多晶矽柵電極；第一介電隔離層，其沿所 述多晶矽柵電極的邊緣設置在所述矽層的所述表面上，和第二介電隔離層， 其沿所述多晶矽柵電極的另一個邊緣設置在所述矽層的所述表面上；以及 氧化物層和所述氧化物層中的開口，其暴露出所述源極區和漏極區並且也 暴露出所述多晶矽柵電極的至少一部分且還暴露出所述第一和第二介電隔 離層的表面；在所述集成電路結構的暴露的表面上形成鎳層；執行第一退火，以使得在所述源極區和漏極區分別與所述鎳層相接觸 的表面部分中形成第一和第二鎳矽化物區的並且使得在所述多晶矽柵電極 與所述鎳層相接觸的部分中形成第三鎳矽化物區；使用鉻蝕刻劑來執行回蝕操作，以從所述集成電路結構去除未反應的 鎳，並且從所述第一和第二介電隔離層的所述暴露的表面去除所有的鎳和/ 或鎳殘餘物。
6. 根據權利要求5的所述方法，其包括執行第二退火以完成所述第一、 第二和第三鎳矽化物區的形成。
7. 根據權利要求5或6的所述方法，其包括形成分別與所述第一、第 二和第三鎳矽化物層電接觸的第一和第二金屬層。
8. 根據權利要求5或6的所述方法，其中所述鉻蝕刻劑包括硝酸鈰銨、 硝酸和醋酸，所述回蝕操作包括使用所述鉻蝕刻劑以從所述集成電路結構 去除所有未反應的鎳和任何鎳沉澱物。
9. 根據權利要求8的所述方法，其中所述鉻蝕刻劑包括大約4%的硝 酸鈰銨、3%的硝酸和44%的醋酸。
10. 根據權利要求8的所述方法，其包括在執行第二矽化物退火工序之 前對所述集成電路結構執行過氧化硫清洗工序。
全文摘要
在鎳層被沉積到集成電路電晶體的源極、漏極和柵極上之後，其中鎳層上沒有蓋層，通過對電晶體退火在其源極(2)、漏極(3)和多晶矽柵極(5)上形成鎳矽化物接觸區域。利用鉻蝕刻工藝以從柵極和源極以及柵極和漏極之間的介電隔離層(6A、B)的暴露表面去除未反應的鎳和鎳殘餘物，柵極與源極和/或漏極之間的鎳矽化物搭接被避免或者被消除。鉻蝕刻工藝包括溶液的使用，所述溶液包括硝酸鈰銨、硝酸和醋酸。
文檔編號H01L27/088GK101496172SQ200680027001
公開日2009年7月29日 申請日期2006年5月24日 優先權日2005年5月24日
發明者R·耶瓦爾 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司