金屬矽化物阻擋結構的形成方法及半導體器件的製作方法

2023-11-09 01:48:22

專利名稱：金屬矽化物阻擋結構的形成方法及半導體器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，特別涉及一種金屬矽化物阻擋結 構的形成方法及半導體器件。
背景技術：
集成電路的金屬矽化物製作工藝中，需在大部分區域的有源區(表 面為矽材料的區域)形成金屬矽化物，但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，在制
作金屬矽化物之前，要先在這部分區域形成金屬矽化物阻擋層(SAB, Salicide block layer)，以防止其形成金屬石圭4b物。
申請號為20041008921.5的中國專利申請公開了 一種SAB層的製作方 法，該方法結合光刻、刻蝕和溼法腐蝕技術形成了金屬矽化物阻擋結構。
圖1 A至1E為說明現有的SAB層形成方法的器件剖面圖，圖1 A為沉積 SAB層之前的器件剖面圖，如圖1A所示，首先，提供襯底101,且所述襯 底上已形成多個4冊極結構110、 120和130，每一個柵極結構都包括柵氧化 層103、多晶矽柵極104和柵極側壁層105。若這一結構的襯底直接進入形 成金屬矽化物的工藝步驟，則圖中所示的表面為矽材料的區域(各器件 的矽村底表面和多晶矽柵極表面)都會形成矽化物，為避免一些高阻區 域表面的矽材料也形成矽化物，需在其上生長阻擋層進行隔離保護。
圖1B為沉積SAB層後的器件剖面圖，如圖1B所示，在所述襯底上沉 積了一層阻擋層140，該層通常由富含矽的氧化矽材料(SRO)形成。
圖1C為光刻SAB層後的器件剖面圖，如圖1C所示，光刻後，襯底表 面形成了第一區域和第二區域，第一區域為在表面為矽材料之處需要形 成金屬矽化物的區域，第二區域為在表面為矽材料之處不能形成金屬矽 化物的區域，圖中器件110和120所在區域為第一區域，器件130所在區域為第二區域。光刻後，第一區域表面的阻擋層曝露，而第二區域表面的
阻擋層被光刻膠150覆蓋保護。
圖1D為刻蝕SAB層後的器件剖面圖，如圖1D所示，利用刻蝕工藝刻 蝕第一區域的阻擋層，本步刻蝕工藝中，由於器件密集區與疏散區的刻 蝕速率不相同，密集區的刻蝕速率較快，在器件密集區易出現過刻蝕的 現象，如圖中160所示，該部分的刻蝕速率較快，下層的矽襯底在刻蝕過 程中會被損傷，導致器件性能的下降。
圖1E為去除光刻膠後的器件剖面圖，如圖1E所示，在刻蝕SAB層後， 利用氫氟酸溶液漂去餘下的薄阻擋層140-1,然後去除光刻膠，形成了僅 在第二區域上方保留有阻擋層的器件結構。
可以看到，現有的SAB形成方法中，因同一襯底上器件的密集度各 不相同，其刻蝕SAB層的速率也會有所差異，這一差異會導致SAB層刻 蝕的均勻性較差，有的區域還餘有較厚的阻擋層，有的區域已發生了過 刻蝕現象，損傷到了襯底。隨著超大規模集成電路的迅速發展，晶片的 集成度越來越高，元器件的尺寸越來越小，對半導體工藝製作的要求也 越來越高，SAB層刻蝕造成的襯底損傷的問題變得更力。突出，對器件性 能的影響也更加明顯，必須加以解決。

發明內容
本發明提供一種金屬矽化物阻擋結構的形成方法及半導體器件，該 阻擋結構為堆棧式結構，可以改善現有的阻擋層刻蝕均勻性較差，易損 傷襯底的問題。
本發明提供的一種金屬矽化物阻擋結構的形成方法，包括步驟 提供襯底；
在所述襯底上沉積阻擋層； 在所述阻擋層上沉積輔助層；
5利用光刻膠在所述輔助層上定義出第 一 區域和第二區域；
刻蝕所述第 一 區域的所述輔助層；
去除所述光刻膠；
溼法腐蝕所述第 一 區域的所述阻擋層，形成位於所述第二區域上的 阻擋結構。
其中，所述阻擋層由富含矽的氧化物形成，所述輔助層由氮化矽或 氮氧化矽形成，且所述阻擋層厚度在50至150A之間，所述輔助層厚度 在200至400 A之間。
其中，所述溼法腐蝕是利用氫氟酸溶液實現。
本發明具有相同或相應技術特徵的一種半導體器件，包括襯底和金 屬矽化物阻擋結構，所述村底分為第一區域和第二區域，所述金屬矽化 物阻擋結構僅形成於所述襯底的第二區域上，其特徵在於所述金屬矽 化物阻擋結構包括阻擋層和輔助層，且所述輔助層位於所述阻擋層之 上。
其中，所述阻擋層由富含矽的氧化物形成，所述輔助層由氮化矽或 氮氧化矽形成，且所述阻擋層厚度在50至150A之間，所述輔助層厚度 在200至400 A之間。
本發明具有相同或相應技術特徵的另 一種金屬矽化物阻擋結構的 形成方法，包括步驟
提供襯底；
在所述襯底上沉積輔助層； 在所述輔助層上沉積阻擋層；
利用光刻膠在所述阻擋層上定義出第一區域和第二區域；
刻蝕所述第 一 區域的所述阻擋層；
去除所述光刻膠；溼法腐蝕所述第 一 區域的所述輔助層，形成位於所述第二區域上的 阻擋結構。其中，所述阻擋層由富含^f圭的氧化物形成，所述輔助層由氮化矽或氮氧化矽形成，且所述輔助層厚度在50至150A之間，所述阻擋層厚度 在200至400 A之間。其中，所述溼法腐蝕是利用熱磷酸溶液實現。本發明具有相同或相應技術特徵的另 一種半導體器件，包括襯底和 金屬矽化物阻擋結構，所述襯底分為第一區域和第二區域，所述金屬矽 化物阻擋結構僅形成於所述襯底的第二區域上，其特徵在於所述金屬 矽化物阻擋結構包括阻擋層和輔助層，且所述阻擋層位於所述輔助層之 上。其中，所述阻擋層由富含^5圭的氧化物形成，所述輔助層由氮化矽或 氮氧化矽形成，且所述輔助層厚度在50至150A之間，所述阻擋層厚度 在200至400 A之間。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明的金屬矽化物阻擋結構的形成方法，形成了堆棧式的金屬矽 化物阻擋結構，除了包含一層阻擋效果較好的SRO層外，還加入了另 一層刻蝕速率與SRO層不同的輔助層，該輔助層的加入可以令阻擋層 的刻蝕結果均勻 一致，防止在金屬矽化物阻擋層的刻蝕過程中損傷襯 底，從而避免了器件性能因此衰退的問題。本發明的金屬矽化物阻擋結構的形成方法，不再需要利用光刻膠為 掩膜進行溼法腐蝕，可以在利用酸溶液進行溼法腐蝕前就將光刻膠去 除，只是利用阻擋層和輔助層間腐蝕速率的不同，就可以進行選擇性的 溼法腐蝕形成阻擋結構，避免了原有方法中因光刻膠在酸溶液中易受損 而導致的阻擋層變形的問題。本發明的金屬矽化物阻擋結構的形成方法具有操作簡單，實現方便，可控性強的特點。利用本發明的金屬矽化物阻擋結構的形成方法制 作的半導體器件，在製作工藝及器件性能的均勻性方面均有明顯改善。


圖1A至1E為說明現有的SAB層形成方法的器件剖面圖；圖2A至2G為說明本發明第一實施例的SAB結構形成方法的器件 剖面圖；圖3為本發明第一實施例的SAB結構形成方法的流程圖；圖4A至4G為說明本發明第二實施例的SAB結構形成方法的器件 剖面圖；圖5為本發明第二實施例的SAB結構形成方法的流程圖。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合 附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。本發明的處理方法可被廣泛地應用到許多應用中，並且可利用許多 適當的材料製作，下面是通過較佳的實施例來加以說明，當然本發明並 不局限於該具體實施例，本領域內的普通技術人員所熟知的一般的替換 無疑地涵蓋在本發明的保護範圍內。其次，本發明利用示意圖進行了詳細描述，在詳述本發明實施例時， 為了便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，不 應以此作為對本發明的限定，此外，在實際的製作中，應包含長度、寬 度及深度的三維空間尺寸。圖2A至2G為說明本發明第一實施例的SAB結構形成方法的器件 剖面圖，圖3為本發明第一實施例的SAB結構形成方法的流程圖，下 面結合圖2A至2G和圖3對本發明的第一實施例進行詳細介紹。首先，提供襯底(S301)，圖2A為提供的襯底的器件剖面圖，如圖2A所示，在襯底上已形成多個柵極結構110、 120和130,每一個柵 極結構都包括柵氧化層103、多晶矽柵極104和柵極側壁層105。若直 接進入形成金屬矽化物的步驟，則圖中所示的各器件的表面為矽材料的 區域都會形成矽化物，本實施例中，假設柵極結構130所在區域為高阻 的區域，要求其表面為矽材料的部分不能形成金屬矽化物，為此，需在 該區域上生長阻擋層，本實施例中，採用了由兩層以上介質層組成的堆 棧式的阻擋結構對該類區域進行隔離。為形成阻擋結構，先在該襯底上沉積一層阻擋層(S302),圖2B 為沉積阻擋層後的器件剖面圖，如圖2B所示，在襯底上依其形貌生長 了一層阻擋層201,該阻擋層201通常採用富含矽的氧化矽材料SRO， 其阻擋隔離效果較好，且可以有效防止有源區的矽損失。本實施例中， 該阻擋層是由化學氣相沉積方法形成(CVD ， Chemical Vapor Deposition )，由於該阻擋層在後續工藝中的去除是單純利用溼法腐蝕的 工藝實現，其生長厚度最好不要太厚，但為了達到一定的阻擋效果，其 厚度也不能太薄，例如可以:沒置在50至150A之間，如為100 A。接著，在該阻擋層上再沉積一層輔助層(S303 ),圖2C為沉積輔助 層後的器件剖面圖，如圖2C所示，在阻擋層201上再生長了一層輔助 層202,該層可以是由CVD的方法形成的介質層，具體材料可以為氮 化矽或氮氧化矽，其在刻蝕速率上需要與阻擋層201明顯不同。其生長 厚度可以設置在200至400 A之間，如為300 A。再接著，利用光刻膠在該輔助層上定義出第 一 區域和第二區域 (S304)，圖2D為光刻後的器件剖面圖，如圖2D所示，利用光刻技術 將襯底分為第 一 區域和第二區域，第 一 區域為在表面為矽材料之處需要 形成金屬矽化物的區域，第二區域為在表面為矽材料之處不能形成金屬 矽化物的區域，圖中器件IIO和120所在區域為第一區域，器件130所 在區域為第二區域。光刻後，第一區域的表面曝露，而第二區域的表面被光刻膠150覆蓋保護。定義出第 一和第二區域後，刻蝕未被光刻膠保護的第 一 區域的輔助層(S305 )，圖2E為刻蝕輔助層後的器件剖面圖，如圖2E所示，本實 施例中，由於輔助層202與其下的阻擋層201的刻蝕速率不同，前者要 快於後者，本步刻蝕可以較好地停止於阻擋層201處，不會出現因密集 度不同而引起的各器件間的刻蝕不均勻的現象，避免了因過刻蝕而損傷 襯底表面的問題。本步刻蝕的工藝條件設置為本領域的普通技術人員所 熟知，在此不再贅述。刻蝕輔助層後，去除襯底上的光刻膠(S306)。圖2F為去除光刻膠 後的器件剖面圖，如圖2F所示，將光刻膠去除後，襯底上的第一區域 表面為阻擋層201,第二區域的阻擋層201上則還覆蓋有輔助層202。本發明的SAB形成方法，可以避免傳統的SAB形成方法中光刻膠 和酸溶液直接接觸。因為有許多光刻膠在酸溶液(特別是氫氟酸)中容 易受損和脫落，要發現一種適合保護的光刻膠需要花費大量的時間和成 本，在工藝製作中希望能儘量避免光刻膠入酸槽。尤其在製作小尺寸器 件時，通常要使用深紫外線(DUV)光刻膠，該類光刻膠在酸溶液中會 受到損傷，不能4艮好地保護其下層結構，因此，採用原有的單層的SRO 阻擋層結構時，在以光刻膠為掩膜進行溼法腐蝕去除剩餘的SRO阻擋 層的步驟中，常會因光刻膠在酸槽中受損、脫落，令本應受保護的第二 區域的SRO阻擋層直接曝露於酸溶液中，從而導致最終形成的阻擋層 不完整。而採用本發明的堆棧式的阻擋結構後，在第二區域的SRO阻 擋層201上方覆蓋有輔助層202，因該輔助層與阻擋層的腐蝕速率不同， 可以將該輔助層202直接作為掩膜使用，不需要再利用光刻膠為掩膜， 避免了原有的以光刻膠為掩膜的方法中，因光刻膠變形或脫落而引發的 阻擋層不完整等問題。最後，以第二區域上的輔助層202為掩膜，對第一區域的阻擋層進行腐蝕處理(S307)。圖2G為腐蝕阻擋層201後的器件剖面圖，如圖 2G所示，將表面沒有輔助層202覆蓋保護的第一區域的阻擋層201溼 法腐蝕去除，本實施例中，阻擋層201為SRO材料，輔助層202為氮 化矽材料，可以選用氫氟酸(HF)為選擇性腐蝕液，去除表面曝露的 第一區域的阻擋層201 — 一至此，形成了金屬矽化物阻擋結構。該金屬矽化物阻擋結構僅形成於襯底的第二區域上，使得該區域表 面沒有曝露的矽材料，在後面工藝中也不會在其上形成金屬矽化物；同 時，在襯底的第一區域上並沒有形成阻擋結構，其表面為矽材料之處仍 可以在後面工藝中形成低阻的金屬矽化物。利用本發明第 一實施例的金屬矽化物阻擋結構的形成方法形成的 半導體器件，包括襯底和金屬矽化物阻擋結構，且襯底可分為第一區域 和第二區域，第 一 區域為在表面為矽材料之處需要形成金屬矽化物的區 域，第二區域為在表面為矽材料之處不能形成金屬矽化物的區域，所述 金屬矽化物阻擋結構僅形成於襯底的第二區域上，其中，金屬矽化物阻 擋結構包括阻擋層和輔助層，且輔助層位於阻擋層之上。該阻擋層通常可由富含矽的氧化物形成，厚度在50至150A之間； 該輔助層可由氮化矽或氮氧化矽形成，厚度在200至400 A之間。圖4A至4G為說明本發明第二實施例的SAB結構形成方法的器件 剖面圖，圖5為本發明第二實施例的SAB結構形成方法的流程圖，下 面結合圖4A至4G和圖5對本發明的第二實施例進行詳細介紹。首先，提供襯底(S501),圖4A為提供的襯底的器件剖面圖，如 圖4A所示，在襯底上已形成多個柵極結構110、 120和130，每一個柵 極結構都包括柵氧化層103、多晶矽柵極104和柵極側壁層105。然後，在該襯底上沉積一層輔助層(S502),圖4B為沉積輔助層後 的器件剖面圖，如圖4B所示，在襯底上依其形貌生長了 一層輔助層401 ， 該輔助層401可以是由CVD的方法形成的介質層，具體材料可以為氮化矽或氮氧化矽，該輔助層在後面要作為刻蝕停止層使用，為確保停止 效果，其厚度不能過薄，但由於該輔助層在後續工藝中的去除是單純利 用溼法腐蝕的工藝實現，其生長厚度也最好不要太厚，可以將其設置在50至150A之間，如為100 A。本實施例中，雖然該輔助層選用的氮化矽或氮氧化矽材料與器件直接相鄰， 一方面可能會在器件中引入應力，另一方面其與器件間的連接質量也不如SRO與器件相連的質量，但因 其厚度很小，其引入的應力及對連接質量的影響都很有限，對器件的性 能及生產質量不會有明顯影響。接著，在該輔助層上再沉積一層阻擋層(S503 ),圖4C為沉積阻擋 層後的器件剖面圖，如圖4C所示，在輔助層401上再生長了一層阻擋 層402，該層可以是富含矽的氧化矽材料SRO，其阻擋隔離效果較好， 且可以有效防止有源區的矽損失。其生長厚度可以設置在200至400 A 之間，如為300A。本實施例中，該SRO阻擋層較厚，阻擋隔離效果更 為優越。再接著，利用光刻膠在該阻擋層上定義出第 一 區域和第二區域 (S504)，圖4D為光刻後的器件剖面圖，如圖4D所示，利用光刻技術 將襯底分為第 一 區域和第二區域，第 一 區域為在表面為矽材料之處需要 形成金屬矽化物的區域，第二區域為在表面為矽材料之處不能形成金屬 矽化物的區域，圖中器件IIO和120所在區域為第一區域，器件130所 在區域為第二區域。光刻後，第一區域的表面曝露，而第二區域的表面 被光刻膠150覆蓋保護。定義出第 一和第二區域後，刻蝕未被光刻膠保護的第 一 區域的阻擋 層(S505 )，圖4E為刻蝕阻擋層後的器件剖面圖，如圖4E所示，本實 施例中，由於阻擋層402與其下的輔助層401的刻蝕速率不同，本步刻 蝕可以較好地停止於輔助層401處，不會出現因密集度不同而引起的各 器件間的刻蝕不均勻的現象，避免了因過刻蝕而損傷襯底表面的問題。本步刻蝕的工藝條件設置為本領域的普通技術人員所熟知，在此不再贅 述。刻蝕阻擋層後，可以將襯底上的光刻膠去除(S506)，圖4F為去除 光刻膠後的器件剖面圖，如圖4F所示，此時，襯底上的第一區域表面 為輔助層401，第二區域的輔助層401上則還覆蓋有阻擋層402。最後，直接以第二區域上的阻擋層402為掩膜，腐蝕位於第一區域 表面的輔助層401(S507)。圖4G為形成阻擋結構後的器件剖面圖，如圖 4G所示，利用熱磷酸溶液將由氮化矽或氮氧化矽材料組成的輔助層401 腐蝕去除，形成僅位於第二區域上的阻擋結構。該金屬矽化物阻擋結構 將第二區域上原本曝露的矽材料保護起來，防止其在後面工藝中形成低 阻的金屬矽化物。本實施例中的金屬矽化物阻擋結構的形成方法不僅可以令刻蝕結 果均勻一致，避免損傷襯底；同時還可以避免以光刻膠為溼法腐蝕的掩 膜，消除了光刻膠在酸槽中脫落的風險，提高了金屬矽化物阻擋結構的 形成質量。利用本發明第二實施例的金屬矽化物阻擋結構的形成方法形成的 半導體器件，包括襯底和金屬矽化物阻擋結構，且襯底可分為第一區域 和第二區域，第 一 區域為在表面為矽材料之處需要形成金屬矽化物的區 域，第二區域為在表面為矽材料之處不能形成金屬矽化物的區域，所述 金屬矽化物阻擋結構僅形成於襯底的第二區域上，其中，金屬矽化物阻 擋結構包括阻擋層和輔助層，且該阻擋層位於輔助層之上。該阻擋層通常可由富含矽的氧化物形成，厚度在200至400 A之間； 該輔助層可由氮化矽或氮氧化矽形成，厚度在50至150A之間。利用本發明的金屬矽化物阻擋結構的形成方法製作的半導體器件， 在製作工藝及器件性能的均勻性方面均有所改善。本發明的上述實施例，只列舉了兩層的堆棧式的金屬矽化物阻擋結構，在本發明的其他實施例中，還可以形成兩層以上的多層堆棧式的阻擋結構，只要其中一層可以作為刻蝕停止層使用，提高了刻蝕SAB層的刻蝕均勻性，就應該落入了本發明的保護範圍內。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明， 任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能 的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的 範圍為準。
權利要求
1、一種金屬矽化物阻擋結構的形成方法，包括步驟提供襯底；在所述襯底上沉積阻擋層；在所述阻擋層上沉積輔助層；利用光刻膠在所述輔助層上定義出第一區域和第二區域；刻蝕所述第一區域的所述輔助層；去除所述光刻膠；溼法腐蝕所述第一區域的所述阻擋層，形成位於所述第二區域上的阻擋結構。
2、 如權利要求1所述的形成方法，其特徵在於所述阻擋層由富 含矽的氧化物形成，所述輔助層由氮化矽或氮氧化矽形成。
3、 如權利要求1所述的形成方法，其特徵在於所述阻擋層厚度 在50至150A之間，所述輔助層厚度在200至400 A之間。
4、 如權利要求1所述的形成方法，其特徵在於所述溼法腐蝕是 利用氫氟酸溶液實現。
5、 一種半導體器件，包括襯底和金屬矽化物阻擋結構，所述襯底 分為第一區域和第二區域，所述金屬矽化物阻擋結構僅形成於所述襯底 的第二區域上，其特徵在於所述金屬矽化物阻擋結構包括阻擋層和輔 助層，且所述輔助層位於所述阻擋層之上。
6、 如權利要求5所述的半導體器件，其特徵在於所述阻擋層由 富含矽的氧化物形成，所述輔助層由氮化矽或氮氧化矽形成。
7、 如權利要求5所述的半導體器件，其特徵在於所述阻擋層厚 度在50至150A之間。
8、 如權利要求5所述的半導體器件，其特徵在於所述輔助層厚 度在200至400 A之間。
9、 一種金屬矽化物阻擋結構的形成方法，包括步驟 提供襯底；在所述襯底上沉積輔助層； 在所述輔助層上沉積阻擋層；利用光刻膠在所述阻擋層上定義出第 一 區域和第二區域；刻蝕所述第一區域的所述阻擋層；去除所述光刻膠；溼法腐蝕所述第 一 區域的所述輔助層，形成位於所述第二區域上的 阻擋結構。
10、 如權利要求9所述的形成方法，其特徵在於所述阻擋層由富 含矽的氧化物形成，所述輔助層由氮化矽或氮氧化矽形成。
11、 如權利要求9所述的形成方法，其特徵在於所述輔助層厚度 在50至150A之間，所述阻擋層厚度在200至400 A之間。
12、 如權利要求9所述的形成方法，其特徵在於所述溼法腐蝕是 利用熱磷酸溶液實現。
13、 一種半導體器件，包括襯底和金屬矽化物阻擋結構，所述襯底 分為第一區域和第二區域，所述金屬矽化物阻擋結構僅形成於所述襯底 的第二區域上，其特徵在於所述金屬矽化物阻擋結構包括阻擋層和輔 助層，且所述阻擋層位於所述輔助層之上。
14、 如權利要求12所述的半導體器件，其特徵在於所述阻擋層 由富含矽的氧化物形成，所述輔助層由氮化矽或氮氧化矽形成。
15、 如權利要求12所述的半導體器件，其特徵在於所述輔助層 厚度在50至150A之間。
16、 如權利要求12所述的半導體器件，其特徵在於所述阻擋層 厚度在200至400 A之間。
全文摘要
本發明公開了一種金屬矽化物阻擋結構的形成方法，包括步驟提供襯底；在所述襯底上沉積阻擋層；在所述阻擋層上沉積輔助層；利用光刻膠在所述輔助層上定義出第一區域和第二區域；刻蝕所述第一區域的所述輔助層；去除所述光刻膠；溼法腐蝕所述第一區域的所述阻擋層，形成位於所述第二區域上的阻擋結構。本發明的形成方法可以令阻擋層的刻蝕結果均勻一致，避免損傷襯底；同時輔助層的引入可以避免利用光刻膠作為溼法腐蝕的掩膜，消除了光刻膠在酸槽中脫落的風險。利用本發明的金屬矽化物阻擋結構的形成方法製作的半導體器件，在製作工藝及器件性能的均勻性方面都可以得到改善。
文檔編號H01L21/70GK101295662SQ200710040238
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月24日 優先權日2007年4月24日
發明者剛 毛, 王家佳 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司