CN100533691C - 形成热稳定金属硅化物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种形成热稳定金属硅化物的方法，其在一衬底表面完成基本的源极、漏极与栅极相关工艺后，溅射一覆盖层，再进行一硅离子植入步骤，利用热工艺使覆盖层中的金属原子进入多晶硅层中的晶粒界面，以提升多晶硅金属硅化物的热稳定性，并通过离子植入步骤提供额外的硅离子至硅衬底，使得当组件尺寸缩小的情况下，仍可保持组件的特性，提升产品的成品率。

Description

形成热稳定金属硅化物的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体组件的制造方法，特别涉及一种在硅衬底表面完成基本的半导体工艺后，沉积一覆盖层并进行一硅离子植入步骤，以形成具热稳定性的金属硅化物的方法。

背景技术

现有半导体工艺中，常利用热退火(anneal)步骤以形成金属硅化物(silicide)，而金属硅化物为金属与半导体硅的化合物，用以降低铝合金金属接触窗电阻值及铝与硅间的扩散阻挡层。近年来，随着组件尺寸的缩小至次微米时代，快速且低消耗功率组件要求更低的连接导线电阻值，多晶金属硅化物(polycide)早已被广泛用以取代传统高掺杂多晶硅作为金氧半场效晶体管(MOSFET)栅极及底层快速接导线的材料；另外不需额外掩膜即能在栅极及源/漏极扩散区，同时形成低电阻值硅化物的自动对准金属硅化技术(self-aligned silicide，SALICIDE)，也已相当成熟应用于逻辑产品上。

金属硅化物具有低阻值(resistivity)、抗电子迁移(electron migration)与高熔点等特性，主要应用在形成多晶硅层，可在多晶硅层与金属导体间形成低阻值的欧姆接触(ohmiccontact)、降低延迟时间及提升组件执行速度，因此是半导体制造时中不可或缺的工艺。

但在形成金属硅化物时，如钴金属硅化物，常会消耗大量的硅衬底，而且在半导体装置愈来愈小的要求下，不可避免的部份过多的金属硅化物常在浅接面(shallow junction)，造成严重的漏电流(leakage current)。

另外，由于多晶硅层由多种结晶方向的单晶硅晶粒组成，每一个晶粒间均有空隙，即晶粒界面(grain boundary)，因此常会使得金属层中的原子如钴原子，在进行热工艺时，移动至多晶硅层的晶粒界面间，造成覆盖有金属的多晶硅层的半导体特性不稳定。

因此，现有半导体制造方法中，在面临组件集成度越来越高，记忆胞的面积跟着缩小的情况下，形成金属硅化物时，不仅会消耗过多的硅衬底，在浅接面形成漏电流，而且更因后续的热工艺，造成金属原子在多晶硅层中移动影响组件的稳定性等问题，使得难以制作较小的半导体组件，近而降低组件的成品率及电性质量。

本发明在针对上述的缺点，提出一种形成热稳定金属硅化物的方法，以有效克服传统方式的缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种形成热稳定金属硅化物的方法，其在硅衬底上形成一金属覆盖层，并植入硅离子，以补充形成金属硅化物产生的硅衬底消耗问题，以改进组件的特性及电性质量。

本发明的另一目的在于，提供一种形成热稳定金属硅化物的方法，其在硅离子植入后进行一热工艺，以使得覆盖层的金属离子填满多晶硅层间的晶粒界面，以提升半导体组件对热的稳定性，以增加产品的成品率。

为上述目的，本发明采用如下技术方案：

在一衬底表面完成源极、漏极与栅极的相关工艺后，溅射一金属覆盖层，然后进行一硅离子植入步骤，再利用热工艺使得金属覆盖层中的金属原子进入多晶硅层中的晶粒界面，并提供额外的硅离子至硅衬底，使得当组件尺寸缩小的情况下，仍可保持组件的特性，以利于组件的制造并提升产品的成品率。

以下通过附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1至图5为本发明在硅晶片上形成金属硅化物的剖面示意图。

图号说明

10 硅衬底                              20 漏极

12 场氧化层                            22 金属层

14 栅极氧化层                          24 覆盖层

16 多晶硅层                            26 金属硅化物

18 源极

具体实施方式

请参阅图1，首先提供一半导体硅衬底10，在有源区间的绝缘区域为场氧化层(fieldoxide)12，在该硅衬底10上形成一栅极氧化层14，然后在氧化层14上沉积一多晶硅层16，以形成一栅极堆栈结构；于该栅极堆栈结构之间的硅衬底10中，形成多个源极18与漏极20，其中氧化层14的形成，例如以热氧化法形成二氧化硅层，源极18与漏极20的形成采用离子植入方式完成。

在半导体工艺中，由于晶片表面曝露在空气或浸泡在纯水中时，接触空气中的氧分子(O₂)或水汽(H₂O)，在常温下即会自然生长一层很薄的氧化层(native oxide)。因这层氧化层会对组件的电气特性造成影响，因此将上述的半导体材料浸泡在稀释的氢氟酸(HF)中，以去除硅衬底10表面的自然氧化层。

再请参阅图2，完成自然氧化层的去除之后，在源极18、漏极20与栅极的多晶硅层16表面形成一金属层22，如以物理气相沉积法，溅射一层钴的金属层22；接着，于该金属层22上形成一覆盖层(capping layer)24，该覆盖层24以物理气相沉积法溅射形成一钛(Ti)或氮化钛(TiN)的覆盖层24，如图3所示。

接着请参阅图4，在该半导体表面进行一硅离子植入步骤，同时进行第一次的热工艺，使得金属层22的钴与多晶硅层16、源极18、漏极20的硅衬底进行硅化反应，形成金属硅化物26；另在硅离子植入覆盖层24时，硅离子会撞击覆盖层24中的钛原子，使得钛原子穿过钴的金属层22与多晶硅层16、硅衬底10，于金属硅化物26形成过程中，填满多晶硅层16中的晶粒界面；而硅离子的植入过程中，亦可增加硅衬底10的比例，以补充形成金属硅化物26时所消耗的硅衬底10，其中该热工艺利用快速热退火(rapid thermal anneal，RTA)形成金属硅化物26，其工艺温度为450～550℃，退火时间为30秒。

再进行一湿式去除(wet strip)步骤，如图5所示，去除硅衬底10上的覆盖层24及未参与反应的金属层22，然后进行第二次的热工艺，以消除因植入离子所造成的损坏以达到所要的电性活性作用，其中该热工艺是利用快速热退火在800℃的温度下30～45秒完成。

因此，本发明提供的形成金属硅化物的方法可广泛应用在半导体工艺中，在金属层上形成一覆盖层，接着在硅离子植入后进行热工艺，于形成金属硅化物的同时，透过硅将覆盖层中的金属原子打入多晶硅层中的晶粒界面，以此增加金属硅化物对热的稳定性，并补充形成金属硅化物时消耗掉的硅衬底，减少界面可能产生的电压(interface potentials)与漏电流的情况发生，增加产品的特性及电性质量，以提升产品的成品率。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (13)

1.一种形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于包括下列步骤：

提供一半导体硅衬底；

在该衬底上形成复数个栅极堆栈结构，该栅极堆栈结构包括一栅极氧化层与一多晶硅层；

于该栅极堆栈结构间的该衬底中，形成复数个源极/漏极区；

在所述源极、漏极与栅极的多晶硅层表面形成一金属层；

接着在该金属层上形成一钛或氮化钛覆盖层；

进行一硅离子的植入步骤；

进行第一次的热工艺，金属层与源极、漏极与栅极的多晶硅层进行硅化反应形成一金属硅化物，并使该覆盖层的原子填满该多晶硅的晶粒界面；

去除该覆盖层；及

进行第二次的热工艺，以消除因植入离子所造成的损坏，以达到所要的电性活性作用。

2.如权利要求1所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：该金属层由钴原子所组成。

3.如权利要求1所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：形成该金属层的方法为物理气相沉积法。

4.如权利要求3所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：该物理气相沉积法以溅射完成。

5.如权利要求1所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：形成该覆盖层的方法采用物理气相沉积法。

6.如权利要求5所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：该物理气相沉积法以溅射方式完成。

7.如权利要求1所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：该第一次热工艺包括快速热氧化法。

8.如权利要求1所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：该第一次热工艺利用快速热退火以450～550℃的温度与30秒的时间完成。

9.如权利要求1所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：去除该覆盖层采用湿式去除的方式完成。

10.如权利要求1所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：该第二次热工艺包括快速热氧化法。

11.如权利要求1所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：该第二次热工艺利用快速热退火以800℃的温度与30～45秒的时间完成。

12.如权利要求1所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：于该衬底上形成金属层的步骤前，包括一去除自然氧化层的工艺。

13.如权利要求12所述的形成热稳定金属硅化物的方法，其特征在于：去除该自然氧化层的工艺为将半导体材料浸泡在氢氟酸中。

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