形成熱穩定金屬矽化物的方法
2023-10-26 05:37:37
專利名稱：形成熱穩定金屬矽化物的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體組件的製造方法，特別涉及一種在矽襯底表面完成基本的半導體 工藝後，沉積一覆蓋層並進行一矽離子植入歩驟，以形成具熱穩定性的金屬矽化物的方法。
背景技術：
現有半導體工藝中，常利用熱退火(anneal)步驟以形成金屬矽化物(silicide)，而金屬 矽化物為金屬與半導體矽的化合物，用以降低鋁合金金屬接觸窗電阻值及鋁與矽間的擴散阻 擋層。近年來，隨著組件尺寸的縮小至次微米時代，快速且低消耗功率組件要求更低的連接 導線電阻值，多晶金屬矽化物(polycide)早已被廣泛用以取代傳統高摻雜多晶矽作為金氧半 場效電晶體(MOSFET)柵極及底層快速接導線的材料；另外不需額外掩膜即能在柵極及源/漏極 擴散區，同時形成低電阻值矽化物的自動對準金屬矽化技術(self-aligned silicide， SALICIDE)，也己相當成熟應用於邏輯產品上。
金屬矽化物具有低阻值(resistivity)、抗電子遷移(electron migration)與高熔點等特 性，主要應用在形成多晶矽層，可在多晶矽層與金屬導體間形成低阻值的歐姆接觸(ohmic contact)、降低延遲時間及提升組件執行速度，因此是半導體製造時中不可或缺的工藝。
但在形成金屬矽化物時，如鈷金屬矽化物，常會消耗大量的矽襯底，而且在半導體裝置 愈來愈小的要求下，不可避免的部份過多的金屬矽化物常在淺接面(shallow junction),造 成嚴重的漏電流(leakage current)。
另外，由於多晶矽層由多種結晶方向的單晶矽晶粒組成，每一個晶粒間均有空隙，即晶 粒界面(grain boundary),因此常會使得金屬層中的原子如鈷原子，在進行熱工藝時，移動 至多晶矽層的晶粒界面間，造成覆蓋有金屬的多晶矽層的半導體特性不穩定。
因此，現有半導體製造方法中，在面臨組件集成度越來越高，記憶胞的面積跟著縮小的 情況下，形成金屬矽化物時，不僅會消耗過多的矽襯底，在淺接面形成漏電流，而且更因後 續的熱工藝，造成金屬原子在多晶矽層中移動影響組件的穩定性等問題，使得難以製作較小 的半導體組件，近而降低組件的成品率及電性質量。
本發明在針對上述的缺點，提出一種形成熱穩定金屬矽化物的方法，以有效克服傳統方 式的缺點。
本發明的主要目的在於，提供一種形成熱穩定金屬矽化物的方法，其在矽襯底上形成一 金屬覆蓋層，並植入矽離子，以補充形成金屬矽化物產生的矽襯底消耗問題，以改進組件的
特性及電性質量。
本發明的另一目的在於，提供一種形成熱穩定金屬矽化物的方法，其在矽離子植入後進 行-一熱工藝，以使得覆蓋層的金屬離子填滿多晶矽層間的晶粒界面，以提升半導體組件對熱 的穩定性，以增加產品的成品率。
為上述目的，本發明採用如下技術方案
在一襯底表面完成源極、漏極與柵極的相關工藝後，濺射一金屬覆蓋層，然後進行一矽 離子植入步驟，再利用熱工藝使得金屬覆蓋層中的金屬原子進入多晶矽層中的晶粒界面，並 提供額外的矽離子至矽襯底，使得當組件尺寸縮小的情況下，仍可保持組件的特性，以利於 組件的製造並提升產品的成品率。
以下通過附圖及實施例進一歩說明本發明。
圖1至圖5為本發明在矽晶片上形成金屬矽化物的剖面示意圖。
圖號說明
10矽襯底 20漏極
12場氧化層 22金屬層
14柵極氧化層 24覆蓋層
16多晶矽層 26金屬矽化物
18源極
具體實施例方式
請參閱圖1，首先提供一半導體矽襯底10，在有源區間的絕緣區域為場氧化層(field oxide) 12，在該矽襯底10上形成一柵極氧化層14,然後在氧化層14上沉積一多晶矽層16， 以形成一柵極堆棧結構；於該柵極堆棧結構之間的矽襯底10中，形成多個源極18與漏極20， 其中氧化層14的形成，例如以熱氧化法形成二氧化矽層，源極18與漏極20的形成採用離子 植入方式完成。在半導體工藝中，由於晶片表面曝露在空氣或浸泡在純水中時，接觸空氣中的氧分子(02) 或水汽(H2o)，在常溫下即會自然生長一層很薄的氧化層(native oxide)。因這層氧化層會對 組件的電氣特性造成影響，因此將上述的半導體材料浸泡在稀釋的氫氟酸(HF)中，以去除矽 襯底IO表面的自然氧化層。
再請參閱圖2，完成自然氧化層的去除之後，在源極18、漏極20與柵極的多晶矽層16 表面形成一金屬層22，如以物理氣相沉積法，濺射一層鈷的金屬層22;接著，於該金屬層22 上形成一覆蓋層(capping layer) 24，該覆蓋層24以物理氣相沉積法濺射形成一鈦(Ti)或氮 化鈦(TiN)的覆蓋層24，如圖3所示。
接著請參閱圖4，在該半導體表面進行一矽離子植入步驟，同時進行第一次的熱工藝，使 得金屬層22的鈷與多晶矽層16、源極18、漏極20的矽襯底進行矽化反應，形成金屬矽化物 26;另在矽離子植入覆蓋層24時，矽離子會撞擊覆蓋層24中的鈦原子，使得鈦原子穿過鈷 的金屬層22與多晶矽層16、矽襯底IO，於金屬矽化物26形成過程中，填滿多晶矽層16中 的晶粒界面；而矽離子的植入過程中，亦可增加矽襯底l0的比例，以補充形成金屬矽化物26 時所消耗的矽襯底IO，其中該熱工藝利用快速熱退火(rapid thermal anneal, RTA)形成金屬 矽化物26，其工藝溫度為45℃ 55℃,退火時間為30秒。
再進行一溼式去除(wet strip)歩驟，如圖5所示，去除矽襯底10上的覆蓋層24及未參 與反應的金屬層22，然後進行第二次的熱工藝，以消除因植入離子所造成的損壞以達到所要 的電性活性作用，其中該熱工藝是利用快速熱退火在800℃的溫度下30 45秒完成。
因此，本發明提供的形成金屬矽化物的方法可廣泛應用在半導體工藝中，在金屬層上形 成一覆蓋層，接著在矽離子植入後進行熱工藝，於形成金屬矽化物的同時，透過矽將覆蓋層 中的金屬原子打入多晶矽層中的晶粒界面，以此增加金屬矽化物對熱的穩定性，並補充形成 金屬矽化物時消耗掉的矽襯底，減少界面可能產生的電壓(interface potentials)與漏電流 的情況發生，增加產品的特性及電性質量，以提升產品的成品率。
以上所述的實施例僅用於說明本發明的技術思想及特點，其目的在使本領域內的技術人 員能夠了解本發明的內容並據以實施，當不能僅以本實施例來限定本發明的專利範圍，即凡 依本發明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發明的專利範圍內。
權利要求
1. 一種形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於包括下列步驟提供一半導體矽襯底；在該襯底上形成複數個柵極堆棧結構，該柵極堆棧結構包括一柵極氧化層與一多晶矽層；於該柵極堆棧結構的間的該襯底中，形成與複數個源極/漏極區；於該襯底上形成一金屬層；接著在該金屬層上形成一覆蓋層；進行一矽離子的植入步驟；進行第一次的熱工藝，於該襯底上形成一金屬矽化物，並使該覆蓋層的原子填滿該多晶矽的晶粒界面；去除該覆蓋層；及進行第二次的熱工藝，以消除因植入離子所造成的損壞，以達到所要的電性活性作用。
2. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於 組成。
3. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於-為物理氣相沉積法。
4. 如權利要求3所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於 濺射完成。
5. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於 化鈦。
6. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於採用物理氣相沉積法。
7. 如權利要求6所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於 濺射方式完成。
8. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於 快速熱氧化法。
9. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於快速熱退火以450 55(TC的溫度與30秒的時間完成。
10. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於式去除的方式完成。
11. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於該金屬層由鈷原子所 形成該金屬層的方法 該物理氣相沉積法以 該覆蓋層包括釹或氮 形成該覆蓋層的方法 該物理氣相沉積法以 該第一次熱工藝包括 該第一次熱工藝利用 去除該覆蓋層採用溼 該第二次熱工藝包括快速熱氧化法。
12. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於該第二次熱工藝利用 快速熱退火以80(TC的溫度與30 45秒的時間完成。
13. 如權利要求1所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在于于該襯底上形成金屬 層的歩驟前，包括一去除自然氧化層的工藝。
14. 如權利要求13所述的形成熱穩定金屬矽化物的方法，其特徵在於去除該自然氧化層的 工藝為將半導體材料浸泡在氫氟酸中。
全文摘要
本發明提供一種形成熱穩定金屬矽化物的方法，其在一襯底表面完成基本的源極、漏極與柵極相關工藝後，濺射一覆蓋層，再進行一矽離子植入步驟，利用熱工藝使覆蓋層中的金屬原子進入多晶矽層中的晶粒界面，以提升多晶矽金屬矽化物的熱穩定性，並通過離子植入步驟提供額外的矽離子至矽襯底，使得當組件尺寸縮小的情況下，仍可保持組件的特性，提升產品的成品率。
文檔編號H01L21/02GK101207040SQ200610147779
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年12月22日
發明者許允埈 申請人:上海宏力半導體製造有限公司