CN100449784C - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents
半导体器件及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100449784C CN100449784C CNB2006100300158A CN200610030015A CN100449784C CN 100449784 C CN100449784 C CN 100449784C CN B2006100300158 A CNB2006100300158 A CN B2006100300158A CN 200610030015 A CN200610030015 A CN 200610030015A CN 100449784 C CN100449784 C CN 100449784C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicide
- drain region
- source area
- grid
- cobalt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 100
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 100
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 76
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 76
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 42
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 33
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 22
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 20
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 19
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 17
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 claims description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- ZGDWHDKHJKZZIQ-UHFFFAOYSA-N cobalt nickel Chemical compound [Co].[Ni].[Ni].[Ni] ZGDWHDKHJKZZIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical group N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 7
- 235000013495 cobalt Nutrition 0.000 description 39
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- AIOWANYIHSOXQY-UHFFFAOYSA-N cobalt silicon Chemical compound [Si].[Co] AIOWANYIHSOXQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018999 CoSi2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100373011 Drosophila melanogaster wapl gene Proteins 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUNIMIODOAGQAW-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ba+2].[Ti+4] Chemical compound [O-2].[Ba+2].[Ti+4] WUNIMIODOAGQAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ILCYGSITMBHYNK-UHFFFAOYSA-N [Si]=O.[Hf] Chemical compound [Si]=O.[Hf] ILCYGSITMBHYNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JIMUOUDLWPNFAY-UHFFFAOYSA-N [Si]=O.[Hf].[N] Chemical compound [Si]=O.[Hf].[N] JIMUOUDLWPNFAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N gallium antimonide Chemical compound [Sb]#[Ga] VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 210000004483 pasc Anatomy 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- -1 silicon nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- CZXRMHUWVGPWRM-UHFFFAOYSA-N strontium;barium(2+);oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Sr+2].[Ba+2] CZXRMHUWVGPWRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/665—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using self aligned silicidation, i.e. salicide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4916—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen
- H01L29/4925—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement
- H01L29/4933—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement with a silicide layer contacting the silicon layer, e.g. Polycide gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7833—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
本发明公开了一种金属氧化物半导体器件，包括：半导体衬底；在所述衬底表面形成的栅极结构，所述栅极结构两侧具有侧壁隔离物；以及分别位于所述侧壁隔离物两侧衬底中的源极区和漏极区；以及第一金属硅化物，位于所述源极区和漏极区上；和第二金属硅化物，位于所述栅极结构上。本发明公开的半导体器件的制造方法分别在源极区和漏极区上形成包含第一和第二金属的第一金属硅化物；在栅极上形成包含第二金属的第二金属硅化物。本发明结合钴硅化物工艺和镍硅化物工艺各自的优势，将镍的硅化工艺很好地用于65nm以下工艺节点，在保证栅极表面利用镍硅化物形成高可靠的金属接触层的同时，最大程度地降低在源/漏区形成钉轧(spriking)的风险。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS)的金属接触层及其制造方法。
背景技术
在超高速MOS大规模集成电路中为降低源/漏电极和栅极的薄膜电阻和寄生电阻，采用了自对准硅化物(salicide)工艺。在自对准技术中，在由形成于半导体衬底上的杂质扩散层构成的MOSFET的源、漏区域和由多晶硅构成的栅极上，形成金属与半导体例如硅(Si)的反应生成物即硅化物(下称金属硅化物)。金属硅化物在VLS/ULSI器件技术中起着非常重要的作用。在MOS器件中，经常采用金属硅化物来得到良好的低电阻接触。金属硅化物可以用来提供位于金属线和衬底接触区域之间的接触面，例如多晶硅栅极、硅衬底上的源极和漏极。图1为金属硅化物层在晶体管中的位置示意图。如图1所示，在源极区110、漏极区120和栅极130上分别设置金属硅化物层151、152、153。金属硅化物可以降低金属接触与下方结构之间的表面电阻，降低上层互连结构的接触孔与晶体管各极的接触电阻。
从0.13微米技术节点到90纳米技术节点，CMOS技术主要采用钴硅化物(CoSi)作为接触层。当技术节点前推进后，器件的尺寸变得越来越小，这时结中高的硅消耗成为钴的一个大问题，因为高的硅消耗减少了有用的有源区。另一个使用钴的问题是热退火温度较高，它的700～800℃退火温度和线宽效应对于先进的65纳米MOS技术来说是不能接受的。
从90纳米工艺节点以后，开始用镍(Ni)代替钴形成镍的金属硅化物(NiSi)作为接触层。特别是在65nm及以下，由于镍没有线宽效应，具有更低的硅消耗和较低的热预算(thermal budget)以及更低的接触电阻，所以65纳米以下工艺节点用镍取代钴。但是，NiSi在高温时没有CoSi稳定，在温度较高时会形成高阻的Ni2Si，因此镍的退火温度必须控制在350～450℃之间。NiSi是人们需要的低阻相，不过NiSi是一个中间相。图2中的金属硅化物以镍为例，如图2所示，在温度高于450℃时，低阻的NiSi会转变为高阻的Ni2Si相。而且，镍在硅中的扩散系数较大，在硅化反应时，化合反应在硅中扩散进行。尤其是在65nm以下的工艺节点，不稳定的NiSi转变为高阻态的Ni2Si后，Ni2Si会由狭窄的源/漏区表面向下扩散，从而在衬底的源区110、漏区120中，在表面的硅化镍层151和152下方形成由高阻态的Ni2Si组成的钉轧(spriking)区域160和161，导致接触电阻增大。
在美国专利第6180469号中公开了一种在栅极和源、漏区域表面形成金属硅化物层的方法。该方法在栅极和源、漏区域表面上利用化学镀选择性地形成Ni层之后，将氮进行离子注入到该Ni层中，形成将Ni层分成上下的阻挡层，通过热处理仅使下层的Ni层形成硅化物，以减小接触电阻。但这种离子注入分层选择性形成硅化物的工艺控制难度无疑是较大的，依然存在镍的硅化物在热处理过程中由低阻态向高阻态转变的风险。因此，将NiSi集成到整个工艺流程中仍是先进的65纳米工艺技术的巨大挑战之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，能够结合钴硅化物工艺和镍硅化物工艺各自的优势，在保证栅极表面利用镍硅化物形成高可靠的金属接触层的同时，最大程度地降低在源/漏区形成钉轧(spriking)的风险。
为达到上述目的，本发明提供的一种金属氧化物半导体器件，包括：
半导体衬底；在所述衬底表面形成的栅极结构，所述栅极结构两例具有侧壁隔离物；以及分别位于所述侧壁隔离物两侧衬底中的源极区和漏极区；其特征在于还包括：
第一金属硅化物，位于所述源极区和漏极区上；和
第二金属硅化物，位于所述栅极结构上。
所述第一金属硅化物为合金金属硅化物。
所述第一金属硅化物包含第一金属和第二金属；所述第二金属硅化物包含第二金属。
所述第一金属为钴，所述第二金属为镍。
所述第一金属硅化物为硅化镍和硅化钴的混合物；所述第二金属硅化物为硅化镍。
所述第一金属硅化物为镍和钴的合金硅化物。
所述栅极结构包括一个栅极介质层和一个栅电极。
所述侧壁隔离物下方的衬底中包括轻掺杂区。
相应地，本发明的金属氧化物半导体器件的制造方法，包括：
在半导体衬底上形成栅极、源极区和漏极区，所述栅极两侧具有侧壁隔离物；
在所述栅极表面形成沉积阻挡层；
在所述源极区和漏极区淀积第一金属；
在所述源极区和漏极区上形成包含第一金属的金属硅化物层；
移除所述沉积阻挡层；
在所述栅极、源极区和漏极区表面淀积第二金属；
在所述源极区和漏极区上形成包含第一和第二金属的第一金属硅化物；
选择性刻蚀所述源极区和漏极区表面剩余的第二金属；
在所述栅极上形成包含第二金属的第二金属硅化物。
所述第一金属为钴，所述第二金属为镍。
所述沉积阻挡层的材料为氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或其组合。
所述第一金属硅化物为合金金属硅化物。
所述第一金属硅化物为硅化镍和硅化钴的混合物。
所述第一金属硅化物为镍和钴的合金硅化物。
所述第二金属硅化物为硅化镍。
本发明的另一种金属氧化物半导体器件的制造方法，包括：
在半导体衬底上形成栅极、源极区和漏极区，所述栅极两侧具有侧壁隔离物；
在所述栅极表面形成沉积阻挡层；
在所述源极区和漏极区淀积金属钴；
执行第一热退火步骤；
移除所述沉积阻挡层；
在所述栅极、源极区和漏极区表面淀积金属镍；
执行第二热退火步骤；
选择性刻蚀所述源极区和漏极区表面剩余的镍；
执行第三热退火步骤。
所述第一热退火的温度为400-550℃。
所述第二热退火的温度为250-350℃。
所述第三热退火的温度为350-450℃。
所述热退火为快速热退火。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
在90nm和65nm工艺节点，镍硅化物作为金属接触层被广泛应用。在0.13um和90nm工艺节点，钴硅化物以其工艺简单制造成本低的优势而仍然作为接触层被采用。本发明的半导体器件制造方法将钴硅化物工艺与镍硅化物工艺进行整和，克服了镍硅化物工艺的不足，将镍硅化物工艺很好地应用在了65nm及以下工艺技术节点。本发明的方法在源/漏区表面首先形成钴硅化物作为在金属接触层，钴的硅化工艺非常成熟；然后再于栅极区域表面和源/漏区表面沉积镍，形成镍硅化物，作为金属接触层。镍硅化工艺热预算低，形成的镍硅化物没有线宽效应且具有更低的接触电阻。这样，结合两种工艺的优点，在栅极区形成镍硅化物，在源/漏区形成钴镍硅化物，即避免了在栅极区域表面采用钴硅化物所带来的高的硅损耗和热预算以及可能带来的线宽效应，又避免了在源/漏区形成镍硅化物时容易产生的高阻态Ni2Si钉轧(spriking)现象。本发明的方法在65nm工艺节点能够整体降低形成金属接触层的工艺温度，降低了热预算，能够在源/漏区和栅极区表面形成电性良好的金属硅化物接触层。此外，在较低温度下钴在狭窄的源/漏区域的硅损耗非常有限，不会对器件性能造成影响。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚明了，放大了层和区域的厚度。
图1为金属硅化物层在晶体管中的位置示意图；
图2为现有技术中钉轧(spriking)现象的示意图；
图3为根据本发明实施例的半导体器件结构示意图；
图4为根据本发明实施例的半导体器件制造方法的流程图；
图5至图9为说明本发明半导体器件制造方法的剖面图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明提供的半导体器件及其制造方法特别适用于特征尺寸在65nm及以下的半导体器件及其制造。所述半导体器件不仅是MOS晶体管，还可以是CMOS(互补金属氧化物半导体器件)中的PMOS晶体管和NMOS晶体管。
图3为根据本发明实施例的半导体器件结构示意图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。如图3所示，本发明的半导体器件包括半导体衬底200；在所述衬底表面形成的栅极结构，栅极结构包括在半导体衬底200上形成电介质层240和多晶硅栅极250。衬底200可以包括半导体元素，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是绝缘体上硅(SOI)。或者还可以包括其它的材料，例如锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓。虽然在此描述了可以形成衬底200的材料的几个示例，但是可以作为半导体衬底的任何材料均落入本发明的精神和范围。
上述电介质层240可以是氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiNO)。在65nm以下工艺节点，栅极的特征尺寸很小，电介质层240作为栅极电介质层，其材料优选为高介电常数(高K)材料。可以作为形成高K栅极电介质层的材料包括氧化铪、氧化铪硅、氮氧化铪硅、氧化镧、氧化锆、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛、氧化铝等。特别优选的是氧化铪、氧化锆和氧化铝。虽然在此描述了可以用来形成电介质层240的材料的少数示例，但是该层可以由减小栅极漏电流的其它材料形成。
在所述栅极结构的两侧具有侧壁隔离物(spacers)231。侧壁隔离物231利用刻蚀工艺形成，其材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或它们的混合物。分别位于所述侧壁隔离物231两侧衬底中的源极区210和漏极区220；在所述侧壁隔离物231下方的衬底200中与源极区210和漏极区220相邻的区域具有轻掺杂区230。轻掺杂区230的掺杂浓度小于源极区210和漏极区220的掺杂浓度，轻掺杂区230在短栅极长度下能够抑制栅极下方导电沟道的短沟效应。
本发明的半导体器件在源极区210和漏极区220上具有第一金属硅化物260，在栅极250的顶部具有第二金属硅化物270。第一金属硅化物260和第二金属硅化物270不同，第一金属硅化物260为包含钴和镍的金属硅化物，这种硅化物包括硅化钴和硅化镍，硅化钴在硅化镍的下方且先于硅化镍形成。上述金属硅化物260中还包含有钴和镍的合金硅化物。在栅极顶部的金属硅化物270为硅化镍。金属硅化物260和270在源/漏区和栅极区表面提供了电性良好的金属硅化物接触层。
上述半导体器件仅为一个实例，其也可以应用于其它实例中，例如NMOS器件和PMOS器件。NMOS与PMOS可以是具有凸起(raised)的源极和漏极结构、双栅极(double gate)结构、多指状(multi-finger)结构或鳍式场效应管(FinFET)。NMOS和PMOS可以利用P阱(well)、N阱或双阱(double-well)结构来制造，也可以直接形成在上述半导体衬底上或之内。NMOS与PMOS之间还应该具有隔离区域。隔离区域可以使用隔离技术形成，例如浅沟槽隔离(STI)技术。
图4为根据本发明实施例的半导体器件制造方法的流程图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。如图4所示，本发明的半导体器件制造方法包括在半导体衬底上形成栅极、源极区和漏极区(S101)，所述栅极通过例如CVD(化学气相淀积)等方法沉积多晶硅并刻蚀多晶硅形成，源极区和漏极区中掺杂有适宜的杂质粒子，形成源极和漏极；在所述栅极表面形成沉积阻挡层(S102)，所述沉积阻挡层可以利用部分硬掩膜层充当，也可以在形成侧壁间隔物后在于栅极表面沉积形成，沉积阻挡层可以是氮化硅、氮氧化硅或其组合；在所述源极区和漏极区淀积金属钴(S103)，所述淀积方法优选采用物理溅射法(sputter)；然后执行第一热退火步骤，优选为快速热退火(RTP)，温度在400-550℃之间，便在所述源极区和漏极区上形成硅化钴(S104)；移除所述沉积阻挡层(S105)，移除方法优选采用湿法腐蚀；随后在所述栅极、源极区和漏极区表面淀积金属镍(S106)，淀积方法亦优先采用物理溅射法；并执行第二热退火步骤，优选为快速热退火，温度在250-350℃之间，便在所述栅极上(顶部)形成高阻态硅化镍(NiSi2)(S107)，此时在源极区和漏极区亦已有部分金属镍形成了硅化镍；然后选择性刻蚀所述源极区和漏极区表面剩余的镍(S108)，即未硅化的镍；并执行第三热退火步骤，优选为快速热退火，温度为350-450℃，此时便在所述栅极上形成低阻态的硅化镍(NiSi)，在所述源极区和漏极区上形成了包含钴和镍的合金硅化物(S109)。
图5至图9为说明本发明半导体器件制造方法的剖面图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。如图5所示，并结合图4，在半导体衬底200上形成一层衬垫(liner)氧化层作为栅极电介质层240。电介质层240的生长方法可以是任何常规真空镀膜技术，比如原子层沉积(ALD)、物理气相淀积(PVD)、化学气相淀积(CVD)、等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)工艺，优选为原子层沉积工艺。在这样的工艺中，衬底200和电介质层240之间会形成光滑的原子界面，可以形成理想厚度的栅极介质层。本发明方法中，栅极的线宽在65nm以下，电介质层240优选的厚度在
之间。值得注意的是，在不同的情况中，电介质层110可以采用不同的材料和不同的厚度。之后，在电介质层240上利用CVD等方法沉积多晶硅层，然后在多晶硅表面形成硬掩膜，通过光刻工艺定义出栅极的位置，并以硬掩膜为掩膜，利用反应离子刻蚀(RIE)或等离子刻蚀方法刻蚀出栅极250。随后在衬底表面淀积氮化硅或氮氧化硅并刻蚀形成侧壁间隔物231。在形成侧壁间隔物231之前需先在栅极两侧衬底中利用离子注入形成轻掺杂区230，然后在形成侧壁间隔物231之后通过离子注入形成重掺杂的源极区210和漏极区220。本发明的方法要在栅极250顶部形成一层沉积阻挡层271，沉积阻挡层271的材料为氮化硅、氮氧化硅或其组合。可以在去除上述栅极250表面的硬掩膜时保留一部分硬掩膜层作为沉积阻挡层271；也可以在形成侧壁间隔物231之后再于栅极250表面淀积一层氮化硅或氮氧化硅作为沉积阻挡层271。
如图6所示，并结合图4，利用物理溅射方法，在源极区210和漏极区220表面淀积金属钴(Co)，本领域技术人员可以按照常规的厚度和时间控制钴的淀积。由于栅极250表面具有沉积阻挡层271，所以栅极250表面没有金属钴沉积。随后进行第一次热退火，优选快速热退火工艺，以在源极区210和漏极区220上形成钴的硅化物261。典型的钴的一次退火的温度在400～450℃之间。钴在这个温度范围内由高阻的CoSi2相形成低阻的CoSi相的成核非常迅速，在相变过程中源/漏极区不会出现线宽效应，而且钴对源/漏极区硅的损耗也很小，不会对器件性能产生影响。接下来去除剩余的钴并对衬底表面进行清洗等处理。
如图7所示，并结合图4，此时在源极区210和漏极区220上已经形成了钴的硅化物261，也就是硅化钴。在接下来的工艺步骤中，移除栅极250表面的沉积阻挡层271，可以利用湿法腐蚀，例如使用磷酸去除上述沉积阻挡层271。
然后，如图8所示，并结合图4，在所述栅极250、源极区210和漏极区220表面淀积金属镍(Ni)。淀积的方法优选采用物理气相淀积(PVD)例如溅射法。栅极顶部淀积的金属镍272直接与多晶硅材料接触，源极区210和漏极区220表面淀积的金属镍262是覆盖在先前形成的硅化钴261上的。然后，进行第二次热退火，优选为快速热退火，退火温度在250-350℃之间。在退火过程中，栅极250表面的镍272逐渐向栅极250内部扩散并与多晶硅栅极250中的硅形成镍的硅化物硅化镍，但是此时的硅化镍是高阻的NiSi2相。在源极区210和漏极区220表面淀积的金属镍262也在热退火过程中，向源极区210和漏极区220表面的硅化钴层261内部渗透，与硅化钴层261中剩余的硅反应形成硅化镍。使得这层中即包含硅化钴也包含硅化镍，也可能包含钴镍合金态的金属硅化物。
接下来如图9所示，并结合图4，选择性地刻蚀掉源极区210和漏极区220表面剩余的未反应的金属镍，并进行表面清洗。之后，执行第三热退火步骤，优选为快速热退火，温度为350-450℃。在这个退火过程中，栅极250顶部的高阻的NiSi2相的硅化镍经过进一步的热退火发生相变，在栅极250上部形成低阻态的NiSi相硅化镍层270。在源极区210和漏极区220上部金属硅化物层中的镍进一步硅化，形成的硅化镍与硅化钴进一步反应，从而在源极区210和漏极区220上部形成包括硅化镍、硅化钴以及钴镍合金态的金属硅化物层260。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1、一种金属氧化物半导体器件，包括：
半导体衬底；
在所述衬底表面形成的栅极结构，所述栅极结构两侧具有侧壁隔离物；以及
分别位于所述侧壁隔离物两侧衬底中的源极区和漏极区；其特征在于还包括：
钴镍硅化物层，位于所述源极区和漏极区上；和
由硅化镍构成的硅化物层，位于所述栅极结构上。
2、如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：所述栅极结构包括一个栅极介质层和一个栅电极。
3、如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：所述侧壁隔离物下方的衬底中包括轻掺杂区。
4、一种金属氧化物半导体器件的制造方法，包括：
在半导体衬底上形成栅极、源极区和漏极区，所述栅极两侧具有侧壁隔离物；
在所述栅极表面形成沉积阻挡层；
在所述源极区和漏极区淀积金属钴；
在所述源极区和漏极区上形成硅化钴；
移除所述沉积阻挡层；
在所述栅极、源极区和漏极区表面淀积金属镍；
在所述源极区和漏极区上形成钴镍硅化物；
选择性刻蚀所述源极区和漏极区表面剩余的金属镍；
在所述栅极上形成由硅化镍构成的硅化物。
5、如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述沉积阻挡层的材料为氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或其组合。
6、一种金属氧化物半导体器件的制造方法，包括：
在半导体衬底上形成栅极、源极区和漏极区，所述栅极两侧具有侧壁隔离物；
在所述栅极表面形成沉积阻挡层；
在所述源极区和漏极区淀积金属钴；
执行第一热退火步骤；
移除所述沉积阻挡层；
在所述栅极、源极区和漏极区表面淀积金属镍；
执行第二热退火步骤，在所述源极区和漏极区形成钴镍硅化物；
选择性刻蚀所述源极区和漏极区表面剩余的镍；
执行第三热退火步骤，在所述栅极上形成由硅化镍构成的硅化物。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第一热退火的温度为400-550℃。
8、如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第二热退火的温度为250-350℃。
9、如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第三热退火的温度为350-450℃。
10、如权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于：所述热退火为快速热退火。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2006100300158A CN100449784C (zh) | 2006-08-11 | 2006-08-11 | 半导体器件及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2006100300158A CN100449784C (zh) | 2006-08-11 | 2006-08-11 | 半导体器件及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101123271A CN101123271A (zh) | 2008-02-13 |
| CN100449784C true CN100449784C (zh) | 2009-01-07 |
Family
ID=39085505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2006100300158A Active CN100449784C (zh) | 2006-08-11 | 2006-08-11 | 半导体器件及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100449784C (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102983163B (zh) * | 2011-09-07 | 2016-04-20 | 中国科学院微电子研究所 | 低源漏接触电阻MOSFETs及其制造方法 |
| CN103000528B (zh) * | 2011-09-16 | 2015-12-16 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 具有硅化镍接触区的半导体结构及形成方法 |
| KR101830782B1 (ko) * | 2011-09-22 | 2018-04-05 | 삼성전자주식회사 | 그래핀을 포함하는 전극 구조체 및 전계효과 트랜지스터 |
| CN103065965B (zh) * | 2011-10-20 | 2016-03-16 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种半导体器件的制造方法 |
| CN103137449B (zh) * | 2011-12-01 | 2016-04-20 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 栅极的制作方法、晶体管的制作方法 |
| CN102522327A (zh) * | 2011-12-22 | 2012-06-27 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 自对准低电阻栅极rf ldmos的制造方法 |
| CN103915326B (zh) * | 2013-01-08 | 2019-01-29 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 自对准金属硅化物的形成方法和半导体器件 |
| CN103456615B (zh) * | 2013-09-02 | 2016-04-27 | 上海华力微电子有限公司 | 改善金属硅化物掩模层缺陷的方法 |
| US9240454B1 (en) * | 2014-10-22 | 2016-01-19 | Stmicroelectronics, Inc. | Integrated circuit including a liner silicide with low contact resistance |
| CN104867941B (zh) | 2015-04-24 | 2018-05-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种制作阵列基板的方法及其阵列基板和显示装置 |
| CN112820778A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-05-18 | 厦门芯一代集成电路有限公司 | 一种新型的高压vdmos器件及其制备方法 |
| CN113629009B (zh) * | 2021-08-09 | 2023-10-24 | 长鑫存储技术有限公司 | 半导体硅化钴膜层的制造方法、半导体器件及存储器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6136636A (en) * | 1998-03-25 | 2000-10-24 | Texas Instruments - Acer Incorporated | Method of manufacturing deep sub-micron CMOS transistors |
| CN1453837A (zh) * | 2002-04-24 | 2003-11-05 | 华邦电子股份有限公司 | 自行对准金属硅化物的制造方法 |
| CN1503350A (zh) * | 2002-11-20 | 2004-06-09 | �Ҵ���˾ | 制造多重阈值的方法和工艺 |
| CN1567536A (zh) * | 2003-06-12 | 2005-01-19 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 金属硅化双层结构及其形成方法 |
-
2006
- 2006-08-11 CN CNB2006100300158A patent/CN100449784C/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6136636A (en) * | 1998-03-25 | 2000-10-24 | Texas Instruments - Acer Incorporated | Method of manufacturing deep sub-micron CMOS transistors |
| CN1453837A (zh) * | 2002-04-24 | 2003-11-05 | 华邦电子股份有限公司 | 自行对准金属硅化物的制造方法 |
| CN1503350A (zh) * | 2002-11-20 | 2004-06-09 | �Ҵ���˾ | 制造多重阈值的方法和工艺 |
| CN1567536A (zh) * | 2003-06-12 | 2005-01-19 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 金属硅化双层结构及其形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101123271A (zh) | 2008-02-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100449784C (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN100576471C (zh) | 金属氧化物半导体器件的制造方法 | |
| US9947758B2 (en) | Forming silicide regions and resulting MOS devices | |
| US8962412B2 (en) | Integrated circuit having raised source drains devices with reduced silicide contact resistance and methods to fabricate same | |
| US7545006B2 (en) | CMOS devices with graded silicide regions | |
| CN100468634C (zh) | 半导体器件的制造方法 | |
| TWI289913B (en) | Non-volatile semiconductor memory device and its manufacturing | |
| US8658530B2 (en) | Method of fabricating an epitaxial Ni silicide film | |
| CN102969347A (zh) | 提供具有多阻挡层的金属栅极器件的技术 | |
| WO2011044776A1 (zh) | 半导体器件的形成方法 | |
| CN101154682A (zh) | 金属氧化物半导体器件及其制造方法 | |
| CN202487541U (zh) | 一种半导体结构 | |
| CN103545211A (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| CN100517618C (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| WO2013075349A1 (zh) | 一种半导体结构及其制造方法 | |
| CN101355035A (zh) | 半导体器件的制造方法 | |
| US7332435B2 (en) | Silicide structure for ultra-shallow junction for MOS devices | |
| TWI475602B (zh) | 一種雙重矽、鍺化物結構的製作方法 | |
| CN103390549A (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| WO2012167509A1 (zh) | 一种半导体结构及其制造方法 | |
| CN102832243B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN103377894A (zh) | 金属硅化物制造方法 | |
| CN108630538A (zh) | 一种半导体器件及其制造方法和电子装置 | |
| CN107240573A (zh) | 一种半导体器件及其制作方法和电子装置 | |
| WO2005034225A1 (en) | A semiconductor device having a nickel/cobalt silicide region formed in a silicon region |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (BEIJING |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20111109 Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Co-patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Beijing) Corporation Patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Address before: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Patentee before: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation |