降低半導體組件中二矽化鈷層的電阻值的方法

2023-09-19 22:20:25 1

專利名稱：降低半導體組件中二矽化鈷層的電阻值的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體組件的製造方法，且特別涉及一種可降低組件中二矽化鈷(CoSi2)層的電阻值的方法。
背景技術：
在半導體組件的工藝中，多在內部電連接點例如柵極、源極或漏極上，形成低阻值的二矽化鈷(CoSi2)層。一般而言，二矽化鈷的製造方法是先將金屬鈷(Co)層形成於一含矽的襯底上，再經過兩次的退火處理(annealingtreatment)將鈷轉變成二矽化鈷。其中，第一次的退火處理是先令鈷擴散到含矽的襯底內，以形成一矽化鈷(CoSi)層。第二次的退火處理則是將矽化鈷層轉變成低阻值的二矽化鈷，藉以降低組件的電阻值。
參照圖1A至1D，其示出一種半導體組件中二矽化鈷層的傳統製造方法。首先，提供一矽襯底10，如圖1A所示。矽襯底10上已形成源極/漏極區域12，柵極14，柵極氧化層16，和側壁緩衝層18。
接著，以濺鍍方式將一金屬鈷層(cobalt layer)20形成於矽襯底10上，如圖1B所示。之後，鈦或氮化鈦層可再沉積於金屬鈷層上方(未示出)，以保護金屬鈷免於氧化。
然後，進行第一次退火處理，使部分的金屬鈷層20轉變成矽化鈷(CoSi)層22，如圖1C所示。其餘未反應的鈷則標示為20A。其中，第一次退火處理的實施溫度約在450℃至550℃範圍之間。在第一次退火處理後，移除未反應的鈷20A。
接著，進行第二次退火處理，其實施溫度比第一次退火處理的溫度還要高，約在750℃至880℃範圍之間，以使矽化鈷(CoSi)層22轉變成二矽化鈷(CoSi2)層23。其中，二矽化鈷(CoSi2)層23的阻值很低，因此可降低如柵極、源極或漏極的電阻。
然而，在高溫的第二次退火處理進行時，原先矽化鈷(CoSi)層22的晶粒會再生長(re-grow)，並形成更大的晶粒。而具有大尺寸晶粒的二矽化鈷(CoSi2)，在後續高溫處理的熱壓力下會更容易再生長。此種現象即為熟知的「結塊現象」(agglomeration)。因此，依照上述傳統的方法，會使二矽化鈷層產生結塊現象，而造成組件的缺陷。例如圖1D所示，所形成的二矽化鈷層23表面十分粗糙，或是二矽化鈷的大顆晶粒232穿過源極/漏極區域12而與矽襯底10接觸，或是晶粒再生長後無法形成連續的二矽化鈷層23而產生一不連續區域231。
在圖1D中，由於結塊現象所造成二矽化鈷層23的粗糙表面，會降低二矽化鈷層23的平坦度，進而影響後續沉積於上方的層的平坦度。此處的不平坦(unevenness)除了指二矽化鈷層23的表面外觀，還有二矽化鈷層23與源極/漏極區域12的界面的不平坦。若於一中間絕緣層中形成一接觸孔(未示出)，並對二矽化鈷層23進行蝕刻，則不平坦的二矽化鈷層23會使蝕刻無法精確的被控制，而使矽襯底10有被過度蝕刻的可能。一旦接觸孔與矽襯底10接觸，在接觸孔和矽襯底10之間將會產生漏電的情形。再者，若二矽化鈷的大顆晶粒232穿過源極/漏極區域12而與矽襯底10接觸，當電壓一施加至半導體組件上，也會造成漏電。此外，因晶粒再生長所產生的不連續區域231會增加二矽化鈷層23的電阻值，而對組件的性能造成影響。而上述的缺陷在二矽化鈷層23經歷後續一連串高溫的退火處理後，會變得更加嚴重。
因此，如何使形成的二矽化鈷層更為平坦，實為研發人員努力的重要目標。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種半導體組件中二矽化鈷層的製造方法，以增加二矽化鈷層的平坦度，並降低二矽化鈷層的電阻值。
根據本發明的目的，提出一種降低半導體組件中二矽化鈷層的電阻值的製造方法。首先，提供一矽襯底，並形成一金屬鈷層於矽襯底上。接著，藉由第一次退火處理，形成一矽化鈷(CoSi)層，而未反應的金屬鈷則以選擇性蝕刻方式移除。然後，形成一覆蓋層於矽化鈷層上方，以抑制矽化鈷晶粒在後續高溫處理中再生長。接著，藉由第二次退火處理，將矽化鈷層轉變成二矽化鈷(CoSi2)層。根據本發明，覆蓋層例如是一層氧化矽層、或一層氮化矽層。且覆蓋層的厚度約在1000至3000範圍之間。
為讓本發明的上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉優選實施例，並配合附圖，作詳細說明如下


圖1A至1D示出一種半導體組件中二矽化鈷層的傳統製造方法；以及圖2A至2E圖示出依照本發明優選實施例的降低半導體組件中二矽化鈷層的電阻值的製造方法。
其中，圖式標記說明如下10矽襯底 12源極/漏極區域14柵極 16柵極氧化層18側壁緩衝層 20金屬鈷(Co)20A未反應的鈷 22矽化鈷(CoSi)層23、26二矽化鈷(CoSi2)層 24覆蓋層232大顆的二矽化鈷晶粒 231二矽化鈷層的不連續區域具體實施方式
參照圖2A至2E，其示出依照本發明優選實施例的降低半導體組件中二矽化鈷層的電阻值的製造方法。如圖2A所示，先提供一矽襯底10。源極/漏極區域12依傳統方法形成於矽襯底10處，以定義出一通道區。柵極14，主要材質為多晶矽，形成於通道區，並位於一柵極氧化層16的上方。而側壁緩衝層18，材質例如是氧化矽，可形成於柵極14的兩側壁上。
接著，如圖2B所示，於矽襯底10上形成一金屬鈷層20，且金屬鈷層20並覆蓋柵極14。金屬鈷層可藉由濺鍍方式形成。之後，一鈦層或氮化鈦層可沉積於金屬鈷層20的上方(未示出)，以保護金屬鈷免於氧化。
然後，如圖2C所示，進行第一次退火處理，使部分的金屬鈷層20轉變成矽化鈷(CoSi)層22。包含矽成分的底材，如矽基材10和柵極14，會與金屬鈷反應而消耗一部份的矽。其餘未反應的鈷則標示為20A。其中，第一次退火處理的實施溫度約在450℃至550℃範圍之間，進行時間約30秒至90秒。
接著，移除未反應的鈷20A，並進行本發明的一重要步驟。如圖2D所示，形成一覆蓋層24於矽化鈷層22的上方。此覆蓋層可以是一層氧化矽層、或一層氮化矽層。且覆蓋層的厚度約為1000至3000範圍之間，優選約為2000。
然後，如圖2E所示，進行第二次退火處理，使矽化鈷(CoSi)層22轉變成二矽化鈷(CoSi2)層26。第二次退火處理的實施溫度比第一次退火處理的實施溫度要高，約在750℃至880℃範圍之間，實施時間約30秒至90秒。形成二矽化鈷(CoSi2)層26後，覆蓋層可被移除或是留下，視工藝需求而定，並沒有特別限制。
本發明中，以覆蓋層24物理上地抑制矽化鈷(CoSi)晶粒，使其無法在第二次退火處理時再生長(re-grow)，即使組件經歷後續一連串高溫處理的熱壓力，也不容易再生長。因此，按照本發明的製造方法所形成的二矽化鈷(CoSi2)層不但具有十分平坦的表面外觀，二矽化鈷層與源極/漏極區域的界面亦十分平坦，而順利解決傳統工藝的問題。例如表面粗糙的二矽化鈷層、或過大的二矽化鈷晶粒刺穿源極/漏極區域而與矽襯底10接觸、或晶粒再生長後使二矽化鈷層不連續等諸多缺陷，均可被避免。
此外，本發明的降低二矽化鈷阻值的製造方法，可應用於任何需要在一含矽的基底上形成二矽化鈷的工藝。以下即對製造後的組件進行阻值測試。
阻值測試測試組件包括兩組樣品，薄層電阻(sheet resistance，Rs)的量測結果列於表一。其中，樣品A是依照本發明的製造方法(如圖2A至2E所示)所製作的樣品，含有覆蓋層。樣品B是依照傳統的製造方法(如圖1A至1D所示)所製作的樣品，沒有覆蓋層。
表一 首先，將樣品A(如圖2E所示)和樣品B(如圖1D所示)在950℃的高溫下，退火360秒。然後，分別量測其薄層電阻值。量測結果顯示樣品A(具有覆蓋層)的平均薄層電阻值約只有樣品B(不具覆蓋層)的平均薄層電阻值的一半(7.8814.630)。因此，測試結果證明，依照本發明方法所製作的樣品A，其覆蓋層的確可有效抑制薄層電阻值的上升。
此外，具有覆蓋層的樣品A在還未進行950℃、360秒的退火時，先量測其薄層電阻值，約為6.6。與高溫退火後的平均薄層電阻值7.88相較，退火後樣品A的薄層電阻值並沒有增加多少。因此，依照本發明的製作方法，具有覆蓋層的樣品A的確可增加二矽化鈷層的熱穩定性。
綜上所述，雖然本發明已以通過優選實施例公開如上，然其並非用以限定本發明，本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可作各種的更動與改進，因此本發明的保護範圍當視所附權利要求為準。
權利要求
1.一種降低半導體組件中二矽化鈷層的電阻值的製造方法，包括步驟如下提供一矽襯底；形成一金屬鈷層於該矽襯底上；藉由一第一次退火處理，形成一矽化鈷(CoSi)層於該矽襯底與該金屬鈷層的交界處，其中，一未反應的金屬鈷層殘留於該矽化鈷層上方；以選擇性蝕刻方式移除該未反應的金屬鈷層；形成一覆蓋層於該矽化鈷層上方；以及藉由一第二次退火處理，將該矽化鈷層轉變成一層二矽化鈷(CoSi2)層。
2.如權利要求1所述的製造方法，其中該覆蓋層為一層氧化矽層。
3.如權利要求1所述的製造方法，其中該覆蓋層為一層氮化矽層。
4.如權利要求1所述的製造方法，其中該覆蓋層的厚度約為1000至3000範圍之間。
5.如權利要求4所述的製造方法，其中該覆蓋層的厚度優選約為2000。
6.如權利要求1所述的製造方法，其中該第二次退火處理的實施溫度高於該第一次退火處理的實施溫度。
7.如權利要求1所述的製造方法，其中該第一次退火處理的進行溫度約在450℃至550℃範圍之間。
8.如權利要求7所述的製造方法，其中該第一次退火處理的實施時間約在30秒至90秒範圍之間。
9.如權利要求1所述的製造方法，其中該第二次退火處理的實施溫度約在750℃至880℃範圍之間。
10.如權利要求8所述的製造方法，其中該第二次退火處理的實施時間約在30秒至90秒範圍之間。
11.如權利要求1所述的製造方法，其中在實施該第一次退火處理之前，先在該金屬鈷層上方形成一鈦層。
12.如權利要求1所述的製造方法，其中在實施該第一次退火處理之前，先在該金屬鈷層上方形成一層氮化鈦層。
13.如權利要求1所述的製造方法，其中在該矽化鈷層轉變成該二矽化鈷層之後，移除該覆蓋層。
14.一種利用權利要求1所述的製造方法所得的半導體組件，包括一矽襯底；一層二矽化鈷(CoSi2)層，形成於該矽襯底上；以及一覆蓋層，形成於該二矽化鈷層上方，該覆蓋層的厚度約為1000至3000範圍之間，且該覆蓋層的材料為氧化矽或氮化矽。
15.一種降低半導體組件中二矽化鈷層的電阻值的製造方法，包括步驟如下提供一矽襯底；形成一金屬鈷層於該矽襯底上；在一第一加熱溫度下對該組件加熱，使該金屬鈷層轉變成一層矽化鈷(CoSi)層；以選擇性蝕刻方式，移除殘留於該矽化鈷層上方的一未反應的金屬鈷層；形成一覆蓋層於該矽化鈷層上方，該覆蓋層的厚度約為1000至3000範圍之間，且該覆蓋層的材料為氧化矽或氮化矽；以及在一第二加熱溫度下對該組件加熱，使該矽化鈷層轉變成一層二矽化鈷(CoSi2)層。
16.如權利要求15所述的製造方法，其中該覆蓋層的厚度優選約為2000。
17.如權利要求15所述的製造方法，其中該第二加熱溫度高於該第一加熱溫度。
18.如權利要求15所述的製造方法，其中該第一加熱溫度約在450℃至550℃範圍之間。
19.如權利要求18所述的製造方法，其中將該金屬鈷層轉變成該矽化鈷層的加熱步驟，進行約30秒至90秒。
20.如權利要求15所述的製造方法，其中該第二加熱溫度約在750℃至880℃範圍之間。
21.如權利要求20所述的製造方法，其中將該矽化鈷層轉變成該二矽化鈷層的加熱步驟，進行約30秒至90秒。
22.如權利要求15所述的製造方法，其中在形成該金屬鈷層的步驟後，更在該金屬鈷層上方形成一鈦層或一層氮化鈦層。
23.如權利要求15所述的製造方法，其中在該矽化鈷層轉變成該二矽化鈷層之後，移除該覆蓋層。
24.一種利用權利要求15所述的製造方法所得的半導體組件，包括一矽襯底；一層二矽化鈷(CoSi2)層，形成於該矽襯底上；以及一覆蓋層，形成於該二矽化鈷層上方。
全文摘要
本發明公開了一種降低半導體組件中二矽化鈷層的電阻值的製造方法。首先，形成一金屬鈷層於一矽襯底上。再進行兩次退火處理。第一次退火處理是先將金屬鈷層轉變成一矽化鈷(CoSi)層。然後，形成一覆蓋層於矽化鈷層上方，厚度約在1000至3000，以抑制矽化鈷晶粒在後續高溫工藝中再生長。接著，再進行第二次退火處理，將矽化鈷層轉變成二矽化鈷(CoSi2)層。
文檔編號H01L21/3205GK1553485SQ0313869
公開日2004年12月8日 申請日期2003年6月3日 優先權日2003年6月3日
發明者劉婉懿, 陳政順 申請人:旺宏電子股份有限公司