金屬源漏接觸、場效應電晶體及其製備方法
2023-05-10 01:09:36
金屬源漏接觸、場效應電晶體及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及半導體製造領域，公開了一種金屬源漏接觸、場效應電晶體及其製備方法。本發明中，在金屬矽化物與源區或漏區交界處形成具有摻雜離子的分凝區，能有效降低肖特基勢壘高度，大大降低了源漏接觸電阻。提出的場效應電晶體採用金屬源漏接觸將源區和漏區引出，使形成的場效應管具有較低的源漏接觸電阻，能夠提高其性能。
【專利說明】金屬源漏接觸、場效應電晶體及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製造領域，特別涉及金屬源漏接觸、場效應電晶體及其製備方法。
【背景技術】
[0002]IC集成度不斷增大需要器件尺寸持續按比例縮小，然而器件的工作電壓有時維持不變，使得實際場效應電晶體內電場強度不斷增大。高電場帶來一系列可靠性問題，使得器件性能退化。例如，場效應電晶體源漏區之間的寄生串聯電阻會使得等效工作電壓下降。
[0003]通常情況下，在形成器件之後，需要製成源漏區連線將器件的源漏區引出。然而，由於源漏區連線與源漏區的接觸電阻隨著器件尺寸的不斷縮小而增大，影響了器件的整體性能。那麼，如何降低源漏區接觸電阻是本領域技術人員急需解決的技術問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種金屬源漏接觸、場效應電晶體及其製備方法，使得形成的場效應管源漏區接觸的電阻降低，從而提高產效應管的性能。
[0005]為解決上述技術問題，本發明的實施方式提供了一種金屬源漏接觸，包括金屬矽化物及分凝區，所述分凝區位於源區或漏區與所述金屬矽化物的交界處。
[0006]本發明實施方式相對於現有技術而言，在金屬矽化物與源區或漏區交界處形成具有摻雜離子的分凝區，能有效降低肖特基勢壘高度，從而大大降低了源漏接觸電阻，進一步提高了器件的性能。
[0007]進一步的，本發明還提出了一種金屬源漏接觸的製備方法，包括步驟:
[0008]提供設有源區或漏區的襯底，在所述襯底上形成介質層，所述介質層設有通孔，所述通孔暴露出所述源區或漏區；
[0009]對暴露出的所述源區或漏區的表面形成金屬；
[0010]進行退火工藝形成金屬矽化物；
[0011]對所述金屬矽化物和源區或漏區交界處進行離子注入；
[0012]進行退火工藝形成分凝區，所述分凝區和金屬矽化物為金屬源漏接觸。
[0013]進一步的，本發明還提出了另一種金屬源漏接觸的製備方法，包括步驟:
[0014]提供設有源區或漏區的襯底，在所述襯底上形成介質層，所述介質層設有通孔，所述通孔暴露出所述源區或漏區；
[0015]對暴露出的所述源區或漏區進行離子注入；
[0016]在暴露出的所述源區或漏區的表面形成金屬；
[0017]進行退火工藝形成分凝區和金屬矽化物，所述分凝區和金屬矽化物為金屬源漏接觸。
[0018]另外，先對暴露出的源區或漏區進行離子注入，之後再形成金屬，接著只需要進行一次退火工藝即可形成金屬矽化物及激活分凝區內的摻雜離子，節省了工藝步驟，降低生產成本。
[0019]進一步的，在所述的金屬源漏接觸的製備方法中，所述襯底為N型襯底，所述分凝區的摻雜離子為硼或氟化硼。
[0020]進一步的，在所述的金屬源漏接觸的製備方法中，所述襯底為P型襯底，所述分凝區的摻雜離子為磷或砷。
[0021]進一步的，在所述的金屬源漏接觸的製備方法中，還包含以下步驟:
[0022]在進行退火工藝形成金屬矽化物後，採用溼法腐蝕去除殘留在所述通孔的側壁及介質層表面的金屬，所述殘留在所述通孔的側壁及介質層表面的金屬為所述在暴露出的所述源區或漏區的表面形成金屬的過程中所同時形成在所述通孔的側壁及介質層的金屬。
[0023]進一步的，在所述的金屬源漏接觸的製備方法中，所述金屬為鈦、鎳或鈷中的一種或多種。
[0024]進一步的，在所述的金屬源漏接觸的製備方法中，所述金屬矽化物的厚度大於離子注入的兩倍投影射程深度。
[0025]進一步的，在所述的金屬源漏接觸的製備方法中，所述退火工藝為快速熱退火或者微波退火，所述退火工藝的溫度小於或等於600攝氏度。
[0026]另外，採用溫度不高於600攝氏度的退火工藝能夠降低注入離子的大幅擴散，提高金屬源漏接觸的穩定性。
[0027]本發明的實施方式還提供了一種場效應電晶體，包括器件結構、源漏區連線及如上文所述的金屬源漏接觸，所述源漏區連線通過所述金屬源漏接觸與所述器件結構的源區和漏區相連。
[0028]本發明實施方式相對於現有技術而言，在場效應電晶體的源區和漏區與源漏區連線之間形成金屬源漏接觸，藉助金屬源漏接觸的金屬矽化物與源區或漏區交界處形成具有摻雜離子的分凝區的作用，能有效降低肖特基勢壘高度，從而大大降低了源漏接觸電阻，進一步提聞了器件的性能。
[0029]進一步的，在所述的場效應電晶體中，所述器件結構包括襯底、源區、漏區、柵極結構及介質層，其中，所述柵極結構形成於所述襯底上，所述源區和漏區形成於所述襯底內且位於所述柵極結構兩側，所述介質層形成於所述襯底及柵極結構的表面。
[0030]本發明的實施方式還提供了一種場效應電晶體的製備方法，所述方法包括步驟:
[0031]提供器件結構，所述器件結構包括襯底、形成於所述襯底上的柵極結構、形成於所述襯底內且位於所述柵極結構兩側的源區和漏區以及形成於所述襯底及柵極結構表面的介質層；
[0032]在所述介質層內形成通孔，所述通孔暴露出所述源區和漏區；
[0033]在暴露出的所述源區和漏區表面形成金屬源漏接觸，所述金屬源漏接觸採用如上文所述的金屬源漏接觸的製備方法形成；
[0034]在所述金屬源漏接觸上及通孔內形成源漏區連線。
[0035]進一步的，在所述的場效應電晶體中，所述器件結構採用先柵工藝形成。
[0036]進一步的，在所述的場效應電晶體中，所述器件結構採用後柵工藝形成。
[0037]另外，本發明提出的場效應電晶體的製備方法適用於先柵工藝及後柵工藝，應用範圍廣，有利於降低不同器件的源漏接觸電阻，提高不同器件的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1是本發明實施例一中金屬源漏接觸的結構示意圖；
[0039]圖2至圖6是本發明實施例二中金屬源漏接觸製備過程中的剖面示意圖；
[0040]圖7至圖9是本發明實施例三中金屬源漏接觸製備過程中的剖面示意圖；
[0041]圖10是本發明實施例四中場效應電晶體的結構示意圖；
[0042]圖11至圖15是本發明實施例五中場效應電晶體製備過程中的剖面示意圖；
[0043]圖16至圖23是本發明實施例六中場效應電晶體製備過程中的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0044]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，即使沒有這些技術細節和基於以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方案。
[0045]本發明的第一實施方式涉及一種金屬源漏接觸。具體流程如圖1所示。在襯底10上形成有介質層20，介質層20設有暴露出源區或漏區的通孔21，在本實施例中提出的金屬源漏接觸形成在通孔21內並與暴露出的源區或漏區形成接觸。具體的，金屬源漏接觸包括金屬矽化物50及分凝區30，分凝區30位於源區或漏區與金屬矽化物50的交界處，能夠有效的降低肖特基勢壘高度，減少源漏接觸電阻。金屬源漏接觸主要形成於源區和漏區與源漏區連線之間，藉助於分凝區30及金屬矽化物50的共同作用能夠達到降低源漏接觸電阻，提高後續形成源漏區連線與源區和漏區的接觸穩定性的目的，進而提高器件的性能。
[0046]其中，分凝區30通常是採用離子注入方式形成，若襯底10為N型，則分凝區30注入的離子可以為硼(B)或氟化硼(BF2)等；若襯底10為P型，則分凝區30注入的離子可以為磷(P)或砷(As)等。
[0047]本發明的第二實施方式涉及一種金屬源漏接觸的製備方法。具體流程如圖2至圖6所示，金屬源漏接觸的製備方法包括步驟:
[0048]提供設有源區或漏區(為了簡化附圖，圖中未示意出源區和漏區)的襯底10，在襯底10上形成介質層20，介質層20設有通孔21，通孔21暴露出源區或漏區，其中，襯底10為N型襯底；
[0049]請參考圖2和圖3，在該步驟中，介質層20採用化學氣相沉積工藝形成在襯底10的表面，接著採用光刻、刻蝕等工藝形成通孔21。
[0050]對暴露出的源區或漏區的表面形成金屬40 ;
[0051]具體的，請參考圖4，金屬40可以採用物理氣相沉積形成，其材質可以為鈦(Ti)、鎳(Ni)或鈷(Go)中的一種或多種等，金屬40通常會沉積在介質層20及通孔21內。
[0052]進行退火工藝形成金屬娃化物50 ；
[0053]請參考圖5，在形成金屬40後，需要採用退火工藝使金屬40和襯底10的發生反應從而形成金屬矽化物50，其中，退火工藝的溫度不高於600攝氏度，可以採用快速熱退火工藝或微波退火工藝。金屬矽化物50能夠使後續形成的源漏區連線與源區或漏區保持良好的接觸。請參考圖6，在形成金屬矽化物50之後，採用溼法腐蝕去除殘留在通孔21的側壁及介質層20表面的金屬。
[0054]請繼續參考圖6，對金屬矽化物50和源區或漏區交界處進行離子注入(如圖中箭頭所示)；
[0055]進行退火工藝形成分凝區30，分凝區30和金屬矽化物50為金屬源漏接觸。
[0056]由於襯底為N型襯底，所以分凝區30的摻雜離子為硼⑶或氟化硼(BF2)等，具體的摻雜濃度及劑量均可以由具體工藝需要來決定，在此不做限定。需要指出的是，離子注入的深度小於金屬矽化物50的厚度，優選，離子注入的兩倍投影射程深度小於金屬矽化物50的厚度，保證金屬矽化物50的厚度能夠確保其與後續形成的源漏區連線的連接穩定性。
[0057]在該步驟中，為了激活摻雜離子，需要再次進行退火工藝，使分凝區30內的摻雜離子激活。為了避免器件柵介質和金屬柵電極高溫退化，降低器件的性能，因此退火工藝的溫度不高於600攝氏度。獲得金屬源漏接觸如圖1所示。
[0058]本發明的第三實施方式涉及一種金屬源漏接觸的製備方法。第三實施方式與第二實施方式大致相同，主要區別之處在於:在第二實施方式中，襯底10為N型襯底，且先形成金屬娃化物50。而在本發明第三實施方式中，襯底10為P型襯底,且先形成分凝區30。
[0059]具體的，金屬源漏接觸的製備方法包括步驟:
[0060]提供設有源區或漏區的襯底10，在襯底10上形成介質層20，介質層20設有通孔21，通孔21暴露出源區或漏區；
[0061]該步驟中形成介質層20、通孔21的步驟均與實施例二中的相同，在此不做贅述。
[0062]對暴露出的源區或漏區進行離子注入；
[0063]請參考圖7，在該步驟中，形成通孔21後即進行離子注入，由於在本實施例中襯底10為P型，注入的離子可以為磷(P)或砷(As)。
[0064]在暴露出的源區或漏區的表面形成金屬40 ;
[0065]請參考圖8，形成金屬40的方式及類型均與實施例二中的相同，在此不再贅述，具體可以參考實施例二。
[0066]進行退火工藝形成分凝區30和金屬矽化物50，分凝區30和金屬矽化物50為金屬源漏接觸。
[0067]請參考圖9和圖10，在該步驟中，只需採用一次退火工藝即可在形成金屬矽化物50的同時激活分凝區30內的摻雜離子，達到減少工藝步驟降低生產成本的目的。退火工藝與實施例二中的一致，均不高於600攝氏度，其採用的工藝與實施例二中的相同，具體請參考實施例二。
[0068]形成金屬矽化物50之後，需要採用溼法腐蝕去除殘留在通孔21的側壁及介質層20表面的金屬40，獲得如圖1所示的金屬源漏接觸。
[0069]上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現時可以合併為一個步驟或者對某些步驟進行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關係，都在本專利的保護範圍內；對流程中添加無關緊要的修改或者引入無關緊要的設計，但不改變其核心設計都在該專利的保護範圍內。
[0070]本發明第四實施方式涉及一種場效應電晶體，如圖10所示，包括器件結構、金屬源漏接觸及源漏區連線600，源漏區連線600通過金屬源漏接觸與器件結構的源區和漏區相連。
[0071]具體的，器件結構包括襯底100、源區(圖未示出)、漏區(圖未示出)、柵極結構及介質層400，其中，襯底100內設有淺溝槽隔離200，柵極結構包括柵介質層310和柵極320，柵極320形成於柵介質層310的表面；柵介質層310形成於襯底100上,源區和漏區形成於襯底100內且位於柵極結構兩側，介質層400形成於襯底100及柵極結構的表面。
[0072]金屬源漏接觸包括金屬矽化物510和分凝區520，分凝區520位於源區或漏區與金屬矽化物510的交界處。在場效應電晶體的源區和漏區與源漏區連線之間形成金屬源漏接觸，藉助金屬矽化物510與源區或漏區交界處形成具有摻雜離子的分凝區520的作用，能有效降低肖特基勢壘高度，從而大大降低了源漏接觸電阻，進一步提高了場效應電晶體的性倉泛。
[0073]本發明第五實施方式涉及一種場效應電晶體的製備方法，包括步驟:
[0074]提供器件結構，器件結構包括襯底100、形成於襯底100上的柵極結構、形成於襯底100內且位於柵極結構兩側的源區和漏區以及形成於襯底100及柵極結構表面的介質層400 ；
[0075]在該步驟中，器件結構採用先柵工藝(Gate first)形成，具體的，請參考圖11，提供襯底100，襯底100內設有淺溝槽隔離200 ;請參考圖12，在襯底100的表面形成由柵介質層310和柵極320組成的柵極結構；請參考圖13，在襯底100和柵極結構的表面形成介質層400。
[0076]在介質層400內形成通孔，通孔暴露出源區和漏區；
[0077]請參考圖14，採用光刻、刻蝕等工藝形成通孔410，通孔410暴露出襯底100內的源區和漏區。
[0078]在暴露出的源區和漏區表面形成金屬源漏接觸；
[0079]請參考圖15，採用如實施例二或實施例三的方式形成由金屬矽化物510和分凝區520組成的金屬源漏接觸，用於降低源漏的接觸電阻。
[0080]在金屬源漏接觸上及通孔內形成源漏區連線600。
[0081]請參考圖10，最後形成源漏區連線600，使源漏區連線600通過金屬源漏接觸與源區和漏區相連。
[0082]採用本實施例中的方式形成的場效應電晶體能有效降低源漏區連線的肖特基勢壘高度，從而大大降低了源漏接觸電阻，進一步提高了器件的性能。
[0083]不難發現，本實施方式為與第四實施方式相對應的方法實施例，本實施方式可與第四實施方式互相配合實施。第四實施方式中提到的相關技術細節在本實施方式中依然有效，為了減少重複，這裡不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關技術細節也可應用在第四實施方式中。
[0084]本發明第六實施方式涉及一種場效應電晶體的製備方法，第六實施方式與第五實施方式大致相同，主要區別之處在於:在第五實施方式中，採用的先柵工藝形成的器件結構。而在本發明第六實施方式中，採用後柵工藝(Gate last)形成器件結構。其餘步驟均與實施例五相同，具體的請參考實施例五，在此不做贅述。
[0085]在本實施例中採用後柵工藝形成器件結構的步驟包括:請參考圖17，在襯底100表面形成虛擬柵極結構(圖未示出)之後再刻蝕去除虛擬柵極，暴露出襯底100 ;接著請參考圖18，在介質層400和襯底100的表面依次形成柵介質層310和柵極320 ;接著請參考圖19，採用化學機械研磨等工藝去除位於介質層400表面的柵極320和柵介質層310 ;接著請參考圖20，在柵極320和介質層400的表面再次形成介質層400，用於保護柵極320。
[0086]請參考圖21，在採用後柵工藝形成器件結構之後，刻蝕介質層400形成通孔410，通孔410暴露出襯底100內的源區和漏區；接著請參考圖22，在暴露出的源區和漏區表面採用如實施例二和三的方法形成由金屬矽化物510和分凝區520組成的金屬源漏接觸；接著請參考圖23，形成源漏區連線600，使之通過金屬源漏接觸與源區和漏區分別相連。
[0087]由於第四實施方式與本實施方式相互對應，因此本實施方式可與第四實施方式互相配合實施。第四實施方式中提到的相關技術細節在本實施方式中依然有效，在第四實施方式中所能達到的技術效果在本實施方式中也同樣可以實現，為了減少重複，這裡不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關技術細節也可應用在第四實施方式中。
[0088]本領域的普通技術人員可以理解，上述各實施方式是實現本發明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節上對其作各種改變，而不偏離本發明的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種金屬源漏接觸，其特徵在於，包括金屬矽化物及分凝區，所述分凝區採用離子注入方式形成，並位於源區或漏區與所述金屬矽化物的交界處。
2.一種金屬源漏接觸的製備方法，其特徵在於，所述方法包括步驟: 提供設有源區或漏區的襯底，在所述襯底上形成介質層，所述介質層設有通孔，所述通孔暴露出所述源區或漏區； 對暴露出的所述源區或漏區的表面形成金屬； 進行退火工藝形成金屬矽化物； 對所述金屬矽化物和源區或漏區交界處進行離子注入； 進行退火工藝形成分凝區，所述分凝區和金屬矽化物為金屬源漏接觸。
3.一種金屬源漏接觸的製備方法，其特徵在於，所述方法包括步驟: 提供設有源區或漏區的襯底，在所述襯底上形成介質層，所述介質層設有通孔，所述通孔暴露出所述源區或漏區； 對暴露出的所述源區或漏區進行離子注入； 在暴露出的所述源區或漏區的表面形成金屬； 進行退火工藝形成分凝區和金屬矽化物，所述分凝區和金屬矽化物為金屬源漏接觸。
4.根據權利要求2或3所述的金屬源漏接觸的製備方法，其特徵在於，所述襯底為N型襯底，所述分凝區的摻雜離子為硼或氟化硼。
5.根據權利要求2或3所述的金屬源漏接觸的製備方法，其特徵在於，所述襯底為P型襯底，所述分凝區的摻雜離子為磷或砷。
6.根據權利要求2或3所述的金屬源漏接觸的製備方法，其特徵在於，還包含以下步驟: 在進行退火工藝形成金屬矽化物後，採用溼法腐蝕去除殘留在所述通孔的側壁及介質層表面的金屬，所述殘留在所述通孔的側壁及介質層表面的金屬為所述在暴露出的所述源區或漏區的表面形成金屬的過程中所同時形成在所述通孔的側壁及介質層的金屬。
7.根據權利要求6所述的金屬源漏接觸的製備方法，其特徵在於，所述金屬為鈦、鎳或鈷中的一種或多種。
8.根據權利要求6所述的金屬源漏接觸的製備方法，其特徵在於，所述金屬矽化物的厚度大於離子注入的兩倍投影射程深度。
9.根據權利要求2或3所述的金屬源漏接觸的製備方法，其特徵在於，所述退火工藝為快速熱退火或者微波退火，所述退火工藝的溫度小於或等於600攝氏度。
10.一種場效應電晶體，其特徵在於，包括器件結構、源漏區連線及如權利要求1所述的金屬源漏接觸，所述源漏區連線通過所述金屬源漏接觸與所述器件結構的源區和漏區相連。
11.根據權利要求10所述的場效應電晶體，其特徵在於，所述器件結構包括襯底、源區、漏區、柵極結構及介質層，其中，所述柵極結構形成於所述襯底上，所述源區和漏區形成於所述襯底內且位於所述柵極結構兩側，所述介質層形成於所述襯底及柵極結構的表面。
12.—種場效應電晶體的製備方法，其特徵在於，所述方法包括步驟: 提供器件結構，所述器件結構包括襯底、形成於所述襯底上的柵極結構、形成於所述襯底內且位於所述柵極結構兩側的源區和漏區以及形成於所述襯底及柵極結構表面的介質層； 在所述介質層內形成通孔，所述通孔暴露出所述源區和漏區； 在暴露出的所述源區和漏區表面形成金屬源漏接觸，所述金屬源漏接觸採用如權利要求2至9中任一項所述的金屬源漏接觸的製備方法形成； 在所述金屬源漏接觸上及通孔內形成源漏區連線。
13.根據權利要求12所述的場效應電晶體，其特徵在於，所述器件結構採用先柵工藝形成。
14.根據權利要求12所述的場效應電晶體，其特徵在於，所述器件結構採用後柵工藝形成。
【文檔編號】H01L29/06GK104241382SQ201410472812
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】許 鵬, 吳東平, 付超超, 周祥標 申請人:復旦大學