一種自對準矽化物電晶體及其製造方法
2023-12-01 01:15:31 2
專利名稱：一種自對準矽化物電晶體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域，特別涉及一種自對準矽化物電晶體及其製造方法。
技術背景
目前大多數集成電路都是集成多個電晶體，多個電晶體互聯協同完成某種功能， 當電晶體與其他組件連接時，電晶體的接觸電阻會影響整個集成電路的運行效果。
為了降低接觸電阻，經常使用的一種自對準矽化物(SALICIDE)的電晶體。在自對準矽化物的形成工藝過程中，首先需要在完成柵刻蝕及源漏注入以後，以濺射的方式在多晶矽上澱積一層金屬層(一般為Ti，鈷或Ni )，然後進行第一次快速升溫煺火處理(RTA)，使多晶矽表面和澱積的金屬發生反應，形成金屬矽化物。
金屬矽化物(SILICIDE)是由金屬和矽經過物理一化學反應形成的一種化合態，其導電特性介於金屬和矽之間。為了進一步降低電阻，還可以經過多次煺火形成更低阻值的矽化物連接。
如圖I所示，現有技術的自對準矽化物電晶體100包括襯底101、形成於襯底101 上的柵極結構102、形成於所述柵極結構102兩側的襯底101表面的第一自對準金屬矽化物 103和形成於柵極結構102上的第二自對準金屬矽化物104。
隨著集成電路集成度的提高，電晶體的尺寸要求也越來越小,而接觸電阻對整個集成電路的影響也變的越來越突出，因此需要更小接觸電阻。為了進一步降低接觸電阻， 可以選擇將第一自對準金屬矽化物103的厚度做厚，但是厚度增加的第一自對準金屬矽化物，容易貫穿形成於其下襯底內的源漏節，因此無法實現進一步降低接觸電阻。基於上述原因，接觸電阻對集成度越來越高的集成電路的影響變得越來越突出。發明內容
本發明提供一種具有自對準矽化物的電晶體及其製造方法，達到進一步減小接觸電阻的同時避免源漏節被貫穿的目的，以解決上述高度集成電路中接觸電阻對集成電路影響突出的技術題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種具有自對準矽化物的電晶體，包括
一襯底；
形成於所述襯底上的柵極結構；
形成於所述柵極結構兩側的襯底內的源漏極區域；
形成於所述源漏極區域上第一自對準金屬矽化物層；
形成於所述第一自對準金屬矽化物層上的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層，所述金屬氮化物層和金屬層與所述柵極結構相隔開，以及
形成於所述柵極結構上的第二自對準多晶金屬矽化物層。
可選的，所述所述金屬層是由金屬鈷形成的。
可選的，所述金屬氮化物層是由氮化鈦形成的。
可選的，所述第一自對準金屬矽化物層的厚度範圍為100A~600A,所述第二自對準多晶金屬矽化物層的厚度範圍為IOOA 600 A.
可選的，所述金屬氮化物層的厚度範圍為100A~500 A
可選的，所述金屬層的厚度範圍為20 Α 2000 Α.
可選的，所述襯底為矽襯底。
相應的，本發明還提供一種所述具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，包括
提供一襯底；
在所述襯底上形成柵極結構；
在所述所述柵極結構兩側的襯底內形成源漏極區域；
在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層；
在所述第一自對準金屬矽化物層上形成與所述柵極結構隔開的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層，以及
在所述柵極結構上的第二自對準多晶金屬矽化物層。
可選的，在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層步驟中，包括
在所述襯底表面和柵極結構表面上依次形成初始金屬層、金屬氮化物層和金屬層；
對所述襯底進行第一次煺火，以在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層。
可選的，在形成所述第一自對準金屬矽化物層步驟後還包括
在所述金屬層上形成圖形化的掩膜層；
刻蝕去除部分所述金屬層和金屬氮化物層，以形成與所述柵極結構隔開的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層。
可選的，在所述金屬層上形成圖形化的掩膜層步驟中，包括
在所述金屬層上形成光刻膠層上；
在所述光刻膠層上形成硬掩膜層；
刻蝕去除部分硬掩膜層暴露出部分光刻膠；
刻蝕去除暴露出的部分光刻膠，暴露出部分所述金屬層。
可選的，所述硬掩膜層為氧化矽層。
可選的，所述氧化矽層的厚度範圍為200A......1000人。
可選的，在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層步驟中，包括
在述襯底表面和柵極結構表面上形成初始金屬層；
對所述襯底進行第一次煺火，以在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層。
可選的，在形成第一自對準金屬矽化物層步驟之後還包括
在所述第一自對準金屬矽化物層上依次形成金屬氮化物層和金屬層；
刻蝕去除部分所述金屬層和金屬氮化物層，以形成與所述柵極結構隔開的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層。
可選的，在所述柵極結構上的第二自對準多晶金屬矽化物層步驟之後還包括，對所述襯底進行第二次煺火。
可選的，所述第二次煺火溫度範圍為650°C、00°C，第二次煺火時間範圍為 20Sec 40Sec。
可選的，所述第一次煺火溫度範圍為500°C 700°C，第一次煺火時間範圍為 10Sec 20Sec。
在本發明的具有自對準矽化物的電晶體中，在所述源漏極區域上形成有第一自對準金屬矽化物層，在所述所述第一自對準金屬矽化物層上形成有與所述柵極結構隔開的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層。在所述電晶體中，與外接連線接觸組成接觸電阻包括第一自對準金屬矽化物層的電阻、金屬氮化物層的電阻和金屬層的電阻。因此可以通過增加金屬層的厚度或者金屬氮化物層的厚度，而並不是必須要通過增加第一自對準金屬矽化物層的厚度，即可以達到降低接觸電阻的目的，因此避免了第一自對準金屬矽化物層貫穿源漏節的風險，從而實現了在進一步減小接觸電阻的同時避免源漏節被貫穿的目的。
圖I為現有技術的具有自對準矽化物的電晶體的結構示意圖2-圖9為本發明實施例一的具有自對準矽化物的電晶體製造方法中各步驟中的結構不意圖10-圖15為本發明實施例二的具有自對準矽化物的電晶體製造方法中各步驟中的結構示意圖。
需要說明的是，附圖用於說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能並非按比例繪製。並 且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
具體實施方式
為了使本發明的目的，技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖來進一步做詳細說明。
實施例一
如圖2所示，本實施例的具有自對準矽化物的電晶體200包括一襯底201、形成於所述襯底上的柵極結構202、形成於所述柵極結構202兩側的襯底201內的源漏極區域 203、形成於所述源漏極區域203上第一自對準金屬矽化物層204、形成於所述第一自對準金屬矽化物層204上依次層疊的金屬氮化物層205和金屬層206，以及形成於所述柵極結構 202上的第二自對準多晶金屬矽化物層207。其中，所述金屬氮化物層205和金屬層206與所述柵極結構相隔開。
下面結合圖2至圖9詳細說明本實施例的具有自對準矽化物的電晶體200的製造過程。
首先，如圖3所示，提供一襯底201，在所述襯底201上形成柵極結構202。可選的， 所述襯底201為矽襯底，所述柵極結構202包括多晶矽柵極和柵極氧化層。
接著，如圖4所示，採用離子注入法，在所述所述柵極結構202兩側的襯底201內形成源漏極區域203。
接著，如圖5所示，在述襯底201表面和柵極結構202表面上依次形成初始金屬層208、金屬氮化物材料層209和金屬材料層210。所述初始金屬層208和所述金屬層2106是由金屬鈷(Co)形成，所述金屬氮化物材料層209是由氮化鈦(TiN)形成的。優選的，所述金屬氮化物材料層209的厚度範圍為IOOA 500A,所述金屬材料層210的厚度範圍為200A 2000 A0
接著，如圖6所示，對所述襯底201進行第一次煺火，在所述源漏極區域203形成第一自對準金屬矽化物層204，並在所述柵極結構202上的形成金屬矽化物211。所述第一自對準金屬矽化物層的厚度範圍為100A 600 A。優選的，所述第一次煺火溫度範圍為 5000C 700°C，第一次煺火時間範圍為IOSec 20Sec。
接著，如圖7所示，在所述金屬材料層210上形成光刻膠層212，並在所述光刻膠層上212形成硬掩膜層213。優選的，所述硬掩膜層213為氧化矽層，所述氧化矽層213的厚度範圍為20(認 丨0001
接著，如圖8所示，幹刻刻蝕去除部分硬掩膜層暴露出部分光刻膠，形成圖形化的掩膜層214。接著再刻蝕去除暴露出的部分光刻膠，暴露出部分所述金屬材料層210。
接著，如圖9所示，刻蝕去除部分所述金屬材料層210和金屬氮化物材料層209，以在所述第一自對準金屬矽化物層204上形成與所述柵極結構202隔開的依次層疊的金屬氮化物材料層209和金屬材料層210。同時，所述柵極結構202側壁的金屬矽化物也被刻蝕， 在所述柵極結構202的表面形成第二自對準多晶金屬矽化物層207。優選的，所述第二自對準多晶金屬矽化物層的厚度範圍為100人 600 A0
接著，刻蝕去除圖形化的掩膜層214和光刻膠層212。為了進一步降低片電阻，可以對所述襯底201進行第二次煺火，優選的，所述第二次煺火溫度範圍為650°C、00°C，第二次煺火時間範圍為20SecT40Sec。至此形成了如圖2所示的具有自對準矽化物的電晶體 200。
在本實施例中，所述初始金屬層208、金屬氮化物材料層209和金屬材料層210都形成於所述第一次煺火之前。在刻蝕去除部分金屬才層210和金屬氮化物209過程中，為了避免光刻膠被完全刻蝕，必須使用具有硬掩膜的掩膜層。
實施例二
本實施例中的具有自對準矽化物的電晶體與實施例一中具有自對準矽化物的電晶體結構相同，在此不再贅述。
本實施例與實施一的不同之處在於，所述初始金屬層是形成於所述第一次煺火之前，而金屬氮化物層和金屬層都形成於所述第一次煺火後。
下面結合圖10至圖15詳細說明本實施例的具有自對準矽化物的電晶體300的製造過程。
如圖10所示，首先，提供一襯底301，在所述襯底301上形成柵極結構302。接著， 在所述所述柵極結構302兩側的襯底301內形成源漏極區域303。
接著，如圖11所示，在述襯底301表面和柵極結構302表面上形成初始金屬層。對所述襯底301進行第一次煺火，以在所述源漏極區域303上形成第一自對準金屬矽化物層 304，並在柵極結構302上形成金屬矽化物。
接著，如圖12所示，刻蝕去除柵極結構302側牆上的金屬矽化物。
接著，如圖13所示，在所述第一自對準金屬矽化物層304和柵極結構302上依次形成金屬氮化物材料層309和金屬材料層310。
接著，如圖14所示，在所述金屬材料層310上形成圖形化的光刻膠311。
接著，如圖15所示，刻蝕去除部分所述金屬材料層310和金屬氮化物材料層309， 以形成與所述柵極結構302隔開的依次層疊的金屬氮化物層305和金屬層306。接著，對所述襯底301進行第二次煺火，至此形成了的具有自對準矽化物的電晶體300。
在本實施例中，所述初始金屬層是形成於所述第一次煺火之前，而形成金屬氮化物材料層309和金屬材料層310時已經完成了第一次煺火和對金屬矽化物的刻蝕，因此在刻蝕去除部分金屬材料層310和金屬氮化物材料層309過程中，刻蝕時間較短，因此不需要使用硬掩膜。
綜上所述，在本發明的具有自對準矽化物的電晶體中，在所述所述第一自對準金屬矽化物層上形成有與所述柵極結構隔開的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層。在所述電晶體中，可以通過增加金屬層的厚度或者金屬氮化物層的厚度，而並不是必須要通過增加第一自對準金屬矽化物層的厚度，即可以達到降低接觸電阻的目的，因此避免了第一自對準金屬矽化物層貫穿源漏節的風險，從而實現了在進一步減小接觸電阻的同時避免源漏節被貫穿的目的。
需要說明的是，本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種具有自對準矽化物的電晶體，包括一襯底；形成於所述襯底上的柵極結構；形成於所述柵極結構兩側的襯底內的源漏極區域；形成於所述源漏極區域上第一自對準金屬矽化物層；形成於所述第一自對準金屬矽化物層上的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層，所述金屬氮化物層和金屬層與所述柵極結構相隔開，以及形成於所述柵極結構上的第二自對準多晶金屬矽化物層。
2.如權利要求I所述的具有自對準矽化物的電晶體，其特徵在於，所述所述金屬層是由金屬鈷形成的。
3.如權利要求I所述的具有自對準矽化物的電晶體，其特徵在於，所述金屬氮化物層是由氮化鈦形成的。
4.如權利要求I所述的具有自對準矽化物的電晶體，其特徵在於，所述第一自對準金屬矽化物層的厚度範圍為丨OOA 600 A,所述第二自對準多晶金屬矽化物層的厚度範圍為 IOOA 600 A.
5.如權利要求I所述的具有自對準矽化物的電晶體，其特徵在於，所述金屬氮化物層的厚度範圍為100A 500
6.如權利要求I所述的具有自對準矽化物的電晶體，其特徵在於，所述金屬層的厚度範圍為200A 2000 L·
7.如權利要求I所述的具有自對準矽化物的電晶體，其特徵在於，所述襯底為矽襯底。
8.—種如權利要求I至7任意一項所述具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，包括提供一襯底；在所述襯底上形成柵極結構；在所述所述柵極結構兩側的襯底內形成源漏極區域；在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層；在所述第一自對準金屬矽化物層上形成與所述柵極結構隔開的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層，以及在所述柵極結構上的第二自對準多晶金屬矽化物層。
9.如權利要求8所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層步驟中，包括在所述襯底表面和柵極結構表面上依次形成初始金屬層、金屬氮化物層和金屬層；對所述襯底進行第一次煺火，以在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層。
10.如權利要求9所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，在形成所述第一自對準金屬矽化物層步驟後還包括在所述金屬層上形成圖形化的掩膜層；刻蝕去除部分所述金屬層和金屬氮化物層，以形成與所述柵極結構隔開的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層。
11.如權利要求10所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，在所述金屬層上形成圖形化的掩膜層步驟中，包括在所述金屬層上形成光刻膠層上；在所述光刻膠層上形成硬掩膜層；刻蝕去除部分硬掩膜層暴露出部分光刻膠；刻蝕去除暴露出的部分光刻膠,暴露出部分所述金屬層。
12.如權利要求11所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述硬掩膜層為氧化矽層。
13.如權利要求12所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述氧化矽層的厚度範圍為200A 1000 A0
14.如權利要求8所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層步驟中，包括在述襯底表面和柵極結構表面上形成初始金屬層；對所述襯底進行第一次煺火，以在所述源漏極區域上形成第一自對準金屬矽化物層。
15.如權利要求14所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，在形成第一自對準金屬矽化物層步驟之後還包括在所述第一自對準金屬矽化物層上依次形成金屬氮化物層和金屬層；刻蝕去除部分所述金屬層和金屬氮化物層，以形成與所述柵極結構隔開的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層。
16.如權利要求8所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，在所述柵極結構上的第二自對準多晶金屬矽化物層步驟之後還包括，對所述襯底進行第二次煺火。
17.如權利要求16所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述第二次煺火溫度範圍為650°C、00°C，第二次煺火時間範圍為20SecT40Sec。18、如權利要求9或14所述的具有自對準矽化物的電晶體的製造方法，其特徵在於，所述第一次煺火溫度範圍為500°C 700°C，第一次煺火時間範圍為IOSedOSec。
全文摘要
本發明提供了具有自對準矽化物的電晶體及其製造方法。所述具有自對準矽化物的電晶體，包括一襯底；形成於所述襯底上的柵極結構；形成於所述柵極結構兩側的襯底內的源漏極區域；形成於所述源漏極區域上第一自對準金屬矽化物層；形成於所述第一自對準金屬矽化物層上的依次層疊的金屬氮化物層和金屬層，所述金屬氮化物層和金屬層與所述柵極結構相隔開，以及形成於所述柵極結構上的第二自對準多晶金屬矽化物層。根據本發明的具有自對準矽化物的電晶體，可以實現在進一步減小接觸電阻的同時避免源漏節被貫穿的目的。
文檔編號H01L21/28GK102938419SQ201210507600
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者李樂 申請人:上海宏力半導體製造有限公司