金屬矽化物形成方法

2023-07-27 17:41:41

專利名稱：金屬矽化物形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及ー種金屬矽化物的形成方法。
背景技術：
隨著超大規模集成電路的迅速發展，器件的集成度越來越高，尺寸越來越小。當器件尺寸縮小至次微米量級時，會相應的產生許多問題，如金屬氧化物半導體場效應(MOS)電晶體，由於減小尺寸，會導致MOS電晶體的柵電極和源扱/漏極區的表面電阻和接觸電阻増加，使得MOS電晶體出現信號延遲。 為了解決減小器件尺寸帶來的問題，一般採用金屬矽化物エ藝，在器件大部分區域的有源區(表面為矽材料的區域)上沉積難熔金屬鈦(Ti)、鈷(Co)、鎳(Ni)等，通過退火エ藝形成金屬矽化物，但是也有部分區域的有源區是不能形成金屬矽化物的，如高阻多晶矽區、隔離有源區等區域。因此，在製作金屬矽化物之前，需要先在不能形成金屬矽化物的區域形成金屬娃化物阻擋結構(salicide block layer, SAB),利用金屬娃化物阻擋結構不會與金屬發生反應的特性，以防止在不能形成金屬矽化物的區域形成金屬矽化物。一般金屬矽化物形成的方法如圖I所示，包括如下步驟先在矽襯底上形成金屬矽化物阻擋層，在金屬矽化物阻擋層上形成與矽襯底所需生成矽化物的預定區域對應的圖案化光刻膠，利用圖案化光刻膠作為掩膜進行刻蝕，暴露出需要生成金屬矽化物的矽襯底預定部分，然後在此襯底結構上沉積ー層金屬層進行第一次退火，刻蝕去除未與矽襯底反應的金屬後再進行一次退火處理。金屬矽化物的形成過程中，還要注意矽表面氧化層的影響，如果在矽表面存在有氧化層，會使得金屬矽化物的形成質量較差，造成器件電阻升高，漏電流加大。然而，在晶片的製造過程中，娃片不可避免的會曝露於空氣中，形成自然氧化層(native oxide)。一般去除矽表面氧化層影響的方法主要包括兩種，一種是在生成金屬矽化物前利用氫氟酸(HF)浸泡去除氧化矽，一種是利用氟化氮和氨氣(NFノNH3)進行等離子刻蝕去除矽表面的氧化層。兩種方法都會將氟元素擴散到矽襯底中。氟元素的引入可以抑制在生成金屬矽化物初期時金屬突然集中進入矽襯底中，並且可以固定已經擴散到矽襯底中的金屬元素，進而減小缺陷。以難熔金屬Ni生成矽化鎳(NiSi)為例，Ni與Si會生成三種矽化物，即矽化鎳(NiSi)，ニ矽化鎳(NiSi2)和ー矽化ニ鎳(Ni2Si) ,NiSi2的電阻性最強且相應的增加了矽的消耗，Ni2Si不穩定，且其形狀不易控制，NiSi的電阻率相對較低，且其形成所需溫度為約350攝氏度，其熱消耗也相對較低，所以NiSi是優選的金屬矽化物。氟元素的引入可抑制生成NiSi初期時大量Ni元素集中擴散入矽襯底產生不期望的Ni2Si,此外，氟元素還可以在提高NiSi2的晶核形成溫度的同吋，降低NiSi與矽襯底之間的表面粗糙度。

發明內容
本發明要解決的技術問題是為了進ー步提高矽襯底中氟元素的含量，本發明提供了ー種金屬娃化物形成方法。
本發明的技術方案如下ー種金屬娃化物形成方法，包括在娃襯底上沉積ー層氟矽玻璃薄膜作為緩衝層；在緩衝層上沉積金屬矽化物阻擋層；在金屬矽化物阻擋層上形成與矽襯底所需生成矽化物的預定區域對應的圖案化光刻膠；通過所述圖案化光刻膠作為掩膜進行刻蝕，暴露出矽襯底上需要生成金屬矽化物的預定區域並去除光刻膠；在刻蝕後的矽襯底結構上沉積ー層金屬層，並進行第一次退火處理；通過刻蝕去除未與矽襯底反應的金屬後進行第二次退火處理。進ー步，所述方法還包括在生成氟矽玻璃薄膜緩衝層後對矽襯底結構進行熱處理 的步驟；所述熱處理的溫度優選為200-500攝氏度。進ー步，所述方法還包括在矽襯底上沉積氟矽玻璃薄膜前利用氫氟酸浸泡或通過氟化氮和氨氣進行等離子刻蝕去除矽表面的氧化層的步驟。進ー步，通過等離子化學氣相沉積在矽襯底上沉積ー層氟矽玻璃薄膜緩衝層；等離子化學氣相沉積的エ藝參數優選為四氟化娃流量為200-2000標況暈升姆分；四氫化娃流量為200-2000標況暈升姆分；ー氧化ニ氮流量為2000-30000標況毫升每分；功率為500-2000 瓦；溫度為250-600攝氏度；氟矽玻璃薄膜緩衝層的厚度為50-150埃。進ー步，所述金屬矽化物阻擋層為氮化矽；所述金屬層為鎳鉬合金。進ー步，所述鎳鉬合金中鉬的原子比優選為5_15%，鎳鉬合金層的厚度優選為50-200 埃。進ー步，所述氮化矽阻擋層的厚度優選為150-350埃。進ー步，所述第一次退火處理的溫度小於第二次退火處理的溫度。


圖I為現有金屬矽化物形成方法流程圖；圖2為本發明金屬矽化物形成方法流程圖；圖3a_3d為本發明金屬矽化物形成方法的一種實施例的半導體結構截面示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。圖2為本發明ー種金屬矽化物形成方法的流程圖，如圖2所示，本方法的主要步驟包括在矽襯底上沉積ー層氟矽玻璃薄膜作為緩衝層；在氟矽玻璃薄膜緩衝層上沉積金屬矽化物阻擋層；
在金屬矽化物阻擋層上形成與矽襯底所需生成矽化物的預定區域對應的圖案化光刻膠；通過所述圖案化光刻膠作為掩膜進行刻蝕，暴露出矽襯底上需要生成金屬矽化物的預定區域並去除光刻膠；在刻蝕後的矽襯底結構上沉積ー層金屬層，並進行第一次退火處理；通過刻蝕去除未與矽襯底反應的金屬後進行第二次退火處理。現以在矽襯底上生成鎳化矽為例，詳細描述本發明方法過程。如圖3a所示，首先，在矽襯底I上通過等離子化學氣相沉積ー層氟矽玻璃薄膜緩衝層2，等離子化學氣相沉積的エ藝參數優選為四氟化矽(SiF4)流量為200-2000標況毫升每分(sccm);四氫化矽(SiH4)流量為200-2000SCCm; —氧化氮(N2O)流量為2000-30000sccm;功率為500-2000瓦；溫度為250-600攝氏度；氟矽玻璃薄膜緩衝層2的厚 度優選為50-150埃。在氟矽玻璃薄膜緩衝層2上沉積ー層SiN作為金屬矽化物阻擋層3，SiN層的厚度優選為150-350埃。氟矽玻璃薄膜緩衝層2中的氟元素可通過擴散進入矽襯底I，如圖3b所示。由於在進行等離子化學氣相沉積時溫度大約在250-600攝氏度，可以使得氟矽玻璃薄膜緩衝層2中的氟元素擴散速度加快；優選的，在沉積氟矽玻璃薄膜緩衝層2後對襯底結構進行熱處理，提高氟元素在襯底I中的擴散，熱處理的溫度優選為200-500攝氏度。然後，如圖3c所示的，在SiN層上形成與矽襯底所需生成矽化物的預定區域對應的圖案化光刻膠4，並通過圖案化光刻膠4為掩膜刻蝕矽襯底結構，以暴露出矽襯底上需要生成SiNi的預定區域，然後去除光刻膠4。如圖3d所示，在矽襯底結構上沉積ー層鎳鉬合金層5，鎳鉬合金中鉬的原子比優選為5-15%，厚度優選為50-200埃；然後對矽襯底結構進行第一次退火處理，使層5中的鎳可以與矽充分發生反應生成SiNi，擴散到矽襯底中的氟元素，可抑制生成NiSi初期時大量Ni元素集中擴散入矽襯底產生不期望的Ni2Si,並固定已經擴散到矽襯底中的鎳，進而減小缺陷，還可以在提高NiSi2的晶核形成溫度的同時，降低NiSi與矽襯底之間的表面粗糙度。可選的，在退火襯底結構之前，可在鎳鉬合金層5上沉積ー層氮化鈦(TiN)以減小在退火過程中引起的鎳的氧化。最後通過刻蝕去除未發生反應的鎳鉬合金層，並再次經過第二次退火處理，形成具有SiNi的矽襯底結構，其中，第一次退火處理的溫度小於第二次退火處理的溫度，第一次退火主要作用是擴散，溫度相對低，形成Ni2Si,第二次退火溫度相對較高，使Ni2Si轉化為更穩定的NiSi。在不需要形成SiNi的矽襯底結構中，雖然引入了氟矽玻璃薄膜，但其作為緩衝層對襯底結構，以及對在襯底結構上形成的半導體器件都不會有實質上的影響。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的範圍之內。
權利要求
1.一種金屬矽化物形成方法，包括 在矽襯底上沉積一層氟矽玻璃薄膜作為緩衝層； 在緩衝層上沉積金屬矽化物阻擋層； 在金屬矽化物阻擋層上形成與矽襯底所需生成矽化物的預定區域對應的圖案化光刻膠； 通過所述圖案化光刻膠作為掩膜進行刻蝕，暴露出矽襯底上需要生成金屬矽化物的預定區域並去除光刻膠； 在刻蝕後的矽襯底結構上沉積一層金屬層，並進行第一次退火處理； 通過刻蝕去除未與矽襯底反應的金屬後進行第二次退火處理。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在生成氟矽玻璃薄膜緩衝層後對矽襯底結構進行熱處理的步驟。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述熱處理的溫度為200-500攝氏度。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在矽襯底上沉積氟矽玻璃薄膜前利用氫氟酸浸泡或通過氟化氮和氨氣進行等離子刻蝕去除矽表面的氧化層的步驟。
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特徵在於，通過等離子化學氣相沉積在矽襯底上沉積一層氟娃玻璃薄膜。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述等離子化學氣相沉積的工藝參數為 四氟化娃流量為200-2000標況暈升每分； 四氫化娃流量為200-2000標況暈升每分； 一氧化二氮流量為2000-30000標況暈升每分； 功率為500-2000瓦； 溫度為250-600攝氏度； 氟矽玻璃薄膜緩衝層的厚度為50-150埃。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述金屬矽化物阻擋層為氮化矽；所述金屬層為鎳鉬合金。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述鎳鉬合金中鉬的原子比為5-15%，鎳鉬合金層的厚度為50-200埃。
9.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述氮化矽阻擋層的厚度為150-350埃。
10.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述第一次退火處理的溫度小於第二次退火處理的溫度。
全文摘要
本發明提供了一種金屬矽化物形成方法，在形成金屬矽化物阻擋層之前在矽襯底上先沉積一層氟矽玻璃薄膜作為緩衝層，氟矽玻璃薄膜中的氟元素可以擴散入矽襯底中，氟元素的引入可抑制在生成金屬矽化物初期時金屬突然集中進入矽襯底中，並且可以固定已經擴散到矽襯底中的金屬元素，進而減小缺陷。
文檔編號H01L21/768GK102832112SQ20111016500
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者鮑宇, 荊學珍, 平延磊, 肖海波 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司