TW565884B - Method for forming salicide - Google Patents

Description

565884 五、發明說明α) 發明領域： 本發明係有關一種形成自行對準金屬石夕化物（S e 1 f -aligned Silicide，SALICIDE)之方法，特別是關於一種 可避免因閘極間隙壁所造成的短路現象的形成自行對準金 屬矽化物之方法。 發明背景： 按，當半導體元件的生產進入到深次微米製程，且積 體電路的積集度愈來愈高，元件的尺寸愈來愈小，使得閘 極與源/沒極區域之面積亦等同縮小，而為了降低元件串 接電阻值、減少金屬接觸窗數目及增加後續連接導線佈局 (Layout)之方便性，進而縮小整個元件擺列面積，自動 對準金屬矽化物技術之使用已逐漸廣泛應用在半導體製程 中 〇 在深次微米之半導體製程中’習知技術在形成自行對 準金屬石夕化物之製程步驟如第一（a)圖至第一（c)圖所示。 首先’如第一（a)圖所示，在一半導體基底1〇中係已依序 形成有淺溝渠隔離區域1 2、電晶體閘極結構丨4、輕摻雜源 /波極區域1 6、閘極間隙壁（spacer) 1 8及重摻雜源/汲 極區域2 0等元件；當電晶體之主動元件均完成後，即可進 行自行對準金屬石夕化物的製作。此時，在半導體基底1 〇上 先沈積一層2 0 0至6 0 0微米鈦金屬層22，如第一圖所示 :’然後’對該欽金屬層22進行第一次快速回火（rta)， 使鈦金屬層2 2與下方之閘極結構1 4與源/汲極區域2 〇上之 矽反應生成鈦金屬矽化物（T i S i X) 2 4。在形成鈦金屬石夕

565884 五、發明說明（2) 化物2 4之後，利用濕蝕刻法之化學溶液去除部份未反應成 欽金屬石夕化物之鈦金屬層2 2或反應後殘留之氧化鈦，如第 一（c )圖所示，只留下金屬石夕化物2 4於閘極結構1 4與源/ 汲極區域2 0上；最後對此鈦金屬矽化物2 4進行第一次快速 回火處理，以降低鈦金屬矽化物2 4之電阻值，如此即可得 到完整的自行對準金屬矽化物。 在整個整個自行對準金屬矽化物的製程中，係牽涉到 半導體基底之石夕表面自生氧化矽之清除，金屬薄膜之沈積 技術，兩次快速回火處理之溫度、時間、氣氛控制及選擇 性餘刻溶液之清除效果等，均會影響到整個製程的成功與 否。然而，在上述之習知製程中，閘極結構或源/汲極區 域之石夕原子係會擴散到閘極間隙壁上而形成如石夕化鈦 (T i S i Ο之金屬矽化物，或氧原子因高溫擴散經過鈦金 屬層到閘極間隙壁之側壁上形成導電的氧化鈦，抑或是因 為自行對準金屬石夕化反應（saiicidation)之溫度不當造 成欽金屬與二氧化矽反應產生矽化鈦等之各種其他原因； 由於此些因素，將造成閘極結構到源/汲極區域之間的閘 極間隙壁之側壁上形成導電不純物，且此導電不純物係無 ^ =選擇性化學溶液去除，因而造成閘極結構與源/汲極 品〆間的短路（bridging)現象，進而導致元件失效。 祛的T此’本發明係在針對上述之習知缺失’提出一種較 /自行對準金屬矽化物的形成步驟，以解決在閘極間隙 壁上所造成的短路現象。 發明目的與概述：

化物之方』之目的係在提供一種形成自行對準金屬矽 求的閘極盥75 )糸可避免閘極間隙壁上之導電不純物所造 與源/汲極區域間發生短路之現象。 化物之方法另了目的係在提供一種形成自行對準金屬矽 上，故。。’其係可阻絕導電不純物形成於間隙壁之側壁 可保持元件特性，而不會造成元件失效。 有隔雜，到上述之目的’本發明係在一半導體基底上形成 區域、電晶體閘極結構及一輕摻雜源/汲極區域； 1閑極結構侧壁形成有閘極間隙壁，其係包含下層之氧 Λ γ* Tun J^L yy m 回 火處 .理 使 閘 極 結 構 與 源 / ί及極 L區 域 上 形 成 金 屬 矽 化 物， 最 後去 .除 該 阻 障 層 及 未 反 應 之金 ‘屬 層 並 對 該 金 屬 矽 化物 進 行熱 ί回 火 處 理 〇 Μ ‘下 藉 由 具 體 實 施 例 配 合戶/1 一附 的 圖 式 詳 加 說 明 當更 容 易瞎 ，解 本 發 明 之 因 的 技 術内 容 特 點 及 其 所 達 成 之功 效 〇 圖 號說明 • 10 半 導 體 基 底 12 淺 溝 渠 隔 離 區 域 14 閘 極 結 構 16 輕 摻 雜 源 / 汲 極 區 域 18 閘 極 間 隙 壁 20 重 摻 雜 源 / 汲 極 區 域 22 鈦 金 屬 層 24 鈦 金 屬 矽 化 物 30 半 導 體 基 底 32 淺 溝 渠 隔 離 區 域 θ /上層之氮化矽層，並以閘極結構與閘極間隙壁為 、、’形成重摻雜源/汲極區域；經過熱回火處理之後， 声半導體基底上依序形成一金屬層及一阻障層；進行一熱

第6頁 565884 五、發明說明（4) 3 4 2閘極氧化層 36輕摻雜源/汲極區域 3 8 2氧化矽層 40重摻雜源/汲極區域 44 氮化鈦阻障層 3 4 閘極結構 344多晶矽層 38 閘極間隙壁 3 8 4氮化矽層 42 鈦金屬層 46 鈦金屬矽化物 詳細說明： Η技ί習知製作自行對準金屬矽化物之製程中’極易造成 甲1極…構到源/汲極區域之間的閘極間隙壁側壁上有導電 =物，其係會造成短路現象，導致元件失效，而本發 月所提出之方法係可有效克服習知技術之該等缺失。 第二（a)圖至第二（U圖分別為本發明之較佳實施例在 ，作自行對準金屬矽化物的各步驟構造剖視圖。首先，如 =二（a)圖所示，在一半.導體基底3〇中先形成淺溝渠隔離 區域（shallow trench isolation， STI) 32，以用來隔 絕半導體基底3 0中的主動元件及被動元件；再於半導體美 底3 0表面形成一電晶體閘極結構3 4，其係由一閘極氧化層 342及其上方之多晶矽層344所組成；然後以閘極結構 罩幕’對半導體基底30進行一低濃度的第一次離子佈植了 \吏其在半導體基底30内形成輕摻雜源/汲極區域36 ;再於 問f結構3 4之二側壁旁形成有閘極間隙壁3 8，其係由下層 之氧化矽層3 8 2及上層之氮化矽層3 8 4所組成。 θ 其中’形成該閘極間隙壁3 8之方式，係以化學氣相沈 積方式在該半導體基底上先沈積一氧化矽層後（圖中未示 565884 五、發明說明（5) )，再沈積一氮化石夕層於該氧化矽層上；然後利用反應性 離子#刻（Reactive I〇n Etch，RIE)之乾蝕刻技術對該 半導體基底進打一全面性蝕刻，直至去除該閘極結構及源 /汲極區域上的該氮化矽層及氧化矽層為止，僅留下在閘 極結構3 4側壁之部份該氮化石夕層3 8 4及氧化石夕層3 8 2，以作 為該閘極間隙壁3 8。 θ 在形成閘極間隙壁38之後，再以閘極結構34與閘極間 隙壁3 8為罩幕’對該半導體基底3 0進行一較高濃度之第二 離子佈植’以便在該半導體基底3 0内形成重摻雜源/汲極 區域40，隨即進行熱回火處理，以重整該半導體基底3〇表 面包含源/沒極區域40在内之矽原子，使之恢復成原有的 晶格結構；隨後即可進行自行對準金屬矽化物的製程。 接續參考第二（b )圖所示’利用化學氣相沈積方式或 金屬濺鍍（sputter)方式，在半導體基底3〇表面形成一 鈦金屬層4 2，本實施例係以鈦金屬作為較佳材質，除此之 外，亦可以鈷金屬，或是其它可行的金屬材質取代之。接 著’在該鈦金屬層4 2表面形成一氮化鈇阻障層44，如第二 (c )圖所示，若該鈦金屬層4 2係以化學氣相沈積方式所形 成者，氮化鈦阻障層4 4之形成方式係為對該鈦金屬層4 2進 行一氮離子佈值，以使部分之鈦金屬層42轉變成該氮化鈦 阻障層44 ;若鈦金屬層42係以金屬濺鍍方式所形成者，則 在形成鈦金屬層42時，同時於濺鍍真空室中通入含有氮氣 之混合氣體，例如氬/氮（Ar/N 2)混合氣體，使部分之 鈦金屬層4 2轉變成該氮化鈦阻障層4 4。

565884 五、發明說明（6) 繼續如第二（c )圖所示’利用一溫度大於5 0 0°C之快速 回火（RTP)製程，對該半導體基底進行熱回火處理， 使鈦金屬層4 2與該閘極結構3 4與源/汲極區域4 0相接觸之 部份轉變成鈦金屬矽化物4 6。然後，利用溼餘刻技術去除 未反應成鈦金屬矽化物46之該鈦金屬層4 2及其上之氮化鈦 阻障層4 4，即可得到如第二（d )圖所示之構造；最後，以 一溫度大於7 〇 〇°C之快速回火製程對該鈦金屬矽化物4 6進 行高溫熱回火處理，以降低鈦金屬矽化物4 6之電阻值。 其中，該閘極間隙壁3 8上的氮化矽層3 8 4係可作為阻 絕之用，阻止矽原子從閘極結構3 4上多晶矽層3 4 4和源/ 沒極區域4 0擴散至閘極間隙壁3 8的側壁上，防止閘極間隙 壁3 8上形成導電的石夕化鈦（TiSi)。另一方面，在鈦金 屬層4 2上直接形成之氣化欽阻障層4 4 一具有阻擋作用，阻 止氧原子於第一次高溫熱回火時，擴散至閘極間隙壁3 8側 壁上而形成導電的不純物，例如氧化鈦等。由於這些導電 不純物無法由、屋钱刻等方式去除，所以本發明利用閘極間 隙壁38之氮化矽層384及氮化鈦阻障層44來阻絕導電不純 物之形成。 因此，本發明係可有效阻絕導電不純物形成於閘極間 隙壁之側壁上，故可避免閘極結構與源/汲極區域間發生 短路之現象，並同時保持元件特性，而不會造成任何元件 失效。 •r 以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特 點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之内

565884 五、發明說明（7) 容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大 凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵 蓋在本發明之專利範圍内。

第10頁 565884 圖式簡單說明 第一（a)圖至第一（c)圖為習知製作自行對準金屬矽化物之 各步驟構造剖視圖。 第二（a)圖至第二（d)圖為本發明製作自行對準金屬矽化物 之各步驟構造剖視圖。

(II 第11頁

Claims (1)

1. 565884 六、申請專利範圍 1 · 一種形成自行對準金屬矽化物之方法，包括下列步驟 提供一半導體基底，其内係形成有隔離區域； 在該半導體基底上形成一電晶體閘極結構，包含一閘 氧化層及其上方之多晶矽層； 以該閘極結構為罩幕，進行一低濃度的離子佈植，在 該半導體基底内形成輕摻雜源/汲極區域； 於該閘極結構側壁形成有閘極間隙壁，包含下層之氧 化石夕層及上層之氮化石夕層；

   以該閘極結構與閘極間隙壁為罩幕，對該半導體基底 進行一高濃度離子佈植，以形成重摻雜源/汲極區 域； 進行熱回火處理，以重整該半導體基底表面之矽原子 j 於該半導體基底上形成一金屬層； 形成一阻障層於該金屬層表面； 對該半導體基底進行熱回火處理，使該金屬層與該閘 極結構與源/汲極區域相接觸部份轉變成金屬矽化 物；

   去除該阻障層及未反應成金屬矽化物之該金屬層；以 及 對該金屬矽化物進行熱回火處理。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之形成自行對準金屬矽化 物之方法，其中形成該閘極間隙壁之方法係包括下列

   第12頁 565884

   六、申請專利範圍 3 4 6 7 8 步驟： 在該半導體基底上沈積一氧化矽層； 再沈積一氮化矽層於該氧化矽層上；以及 對該半導體基底進行一全面性蝕刻，去除該 及源/汲極區域上的該氮化矽層及氧化矽 下该閘極結構側壁之部份該氮化矽層及氧 以作為該閘極間隙壁。 如申請專利範圍第2項所述之形成自行對準 物之方法，其中該氧化矽層及氮化矽層係利 相沈積方式沈積在該半導體基底上。 如申請專利範圍第2項所述之形成自行對準 物之方法’其中去除該閘極結構及源/汲極 該氣化石夕層及氧化矽層之步驟係利用反應性 之乾#刻技術對該半導體基底進行一全面性 如申请專利範圍第1項所述之形成自行對準 物之方法’其中該金屬層之材質係可為鈦金 屬，或是其它可行的金屬材質。 如申請專利範圍第1項所述之形成自行對準 物之方法，其中形成該金屬層之步驟係利用 方式形成者。 如申請專利範圍第i項所述之形成自行對準 物之方法，其中形成該金屬層之步驟係利用 沈積方式形成者。 如申凊專利範圍第1項所述之形成自行對準 閘極結構 層，以留 化石夕層， 金屬化 用化學氣 金屬矽化 區域上的 離子餘刻 餘刻。 金屬矽化 屬、始金 金屬矽化 金屬濺鍍 金屬矽化 化學氣相 金屬矽化 ❿

   第13頁 565884

   物之方法，其中該阻障層係由一氮化金屬層所構成者 〇 9 ·如申請專利範圍第8項所述之形成自行對準金屬矽化 ^之方法，其中該氮化金屬層之形成方式係為對該金 屬層進行一氮離子佈值，以使部分之該金屬層轉變成 該氮化金屬層。 1〇如申請專利範圍第8項所述之形成自行對準金屬矽化 物之方法，其中該氮化金屬層之形成方式係在形成該 金屬層時，同時於真空室中通入含有氮氣之混合氣體 ’使部分之該金屬層轉變成該氮化金屬層。 如申請專利範圍第1 0項所述之形成自行對準金屬矽化 12· 13 · 物之方法，其中該混合氣體係為氬/氮（Ar/N混合 氣體者。 ，申請專利範圍第1項所述之形成自行對準金屬矽化 今Λ 、 法’其中形成金屬石夕化物之熱回火處理步驟係 ·、、、一溫度大於5 0 0°C之快速回火製程。 物申凊專利範圍第1項所述之形成自行對準金屬矽化 方法，其中對該金屬矽化物進行熱回火處理之步 糸為一溫度大於7 0 0°C之快速回火製程。