CN1055785C - 自动对准硅化物的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种自动对准硅化物的制造方法，包括：a.提供一硅基底，其上形成有一晶体管，包括栅极和源/漏极扩散区，并在该栅极两侧壁上形成一侧壁间隔层；b.对该栅极和该源/漏极扩散区露出的表面进行表面处理；c.形成一耐热金属层；d.进行第一次快速热退火，使部分耐热金属层形成一耐热金属硅化物层；e.去除未反应的耐热金属层；以及f.进行第二次快速热退火，使该耐热金属硅化物层再结晶，以降低方阻及接触电阻。
Description
本发明涉及一种半导体的制造方法，特别是涉及一种自动对准硅化物(salicide)的制造方法。
随着半导体器件的集成度增加，器件的设计尺寸越来越小，使得MOS器件的漏极与源极的电阻值逐渐上升到与MOS通道的电阻相当，为了调整漏极与源极的方阻(sheet resistance)，并确保金属与MOS间的界面的完整，一种称为自动对准硅化物(self-aligned silicide；salicide)工艺的应用，使得渐渐地走入0.5μm以下的VLSI工艺。
钛是现在salicide工艺中最常用的一种耐热金属材料(其他还有白金及钴等)，其工艺过程主要是在已完成栅极构图的晶片上以溅射方式形成一薄金属钛层，接着利用高温使得钛与MOS的栅极与源/漏极上的多晶硅反应，形成硅化钛。而未反应的钛则以湿蚀刻法去除，在MOS的三个极表面留下一硅化钛薄层。由于自动对准硅化物工艺不但可在硅及多晶硅的表面制造低电阻的金属硅化物(如硅化钛)，且整个过程不需要经过光刻腐蚀，工艺过程相当简单，只需注意硅化过程的快速热退火的操作条件。
下面以一种现有的自动对准硅化物的制造方法为例说明其制造过程。
请先参照图1A，提供一半导体硅基底10，其上形成有一场氧区12、一晶体管，包括栅极之间氧化层14和多晶硅电极16以及源/漏极扩散区20，并在栅极两侧壁上形成一侧壁间隔层18。
接着，请参照图1B，在直流溅射方式在基底上形成一耐热金属层(例如钛、钴或白金)，例如形成一金属钛层22。
最后，请参照图1C，在高温环境下以快速加热工艺使钛与栅极和源/漏极扩散区相连的区域产生硅化反应，分别在栅极和源/漏极表面形成一薄硅化钛层24和26，其他区域的金属钛层则未反应，可以用湿蚀刻法去除。
器件尺寸小于0.4μm时，自动对准硅化钛已变成一必需的工艺过程，因为其提供一较低的方阻及接触电阻(contact resistance)，对于一高速及低能消耗的器件来说非常重要。
现有工艺过程中以镀较厚的金属钛层通常可形成较好的硅化钛层，其具有较好的方阻及接触电阻，但是会造成接触面深度降低，使得漏电流(leakagecurrent)升高，而且制造过程所涉及的高温硅化步骤不容易控制；虽然快速加热工艺处理(RTP)已广泛应用在这个步骤上，但受到RTP的成熟性及其工艺上的影响，现在自动对准硅化物工艺的成品率都比传统工艺的成品率低。
本发明的基本目的是提供一种自动对准硅化物的制造方法，使得自动对准硅化物层具有较小的方阻及接触电阻，以及具有较小的漏电流，并且使制造工艺成品率提高。
因此，本发明提出一种自动对准硅化物的制造方法，其在硅基底上形成耐热金属层时先对栅极和源/漏极扩散区露出的表面进行表面处理，使其粗糙度增加，从而增加晶体生长的成核位置，并降低晶体生长的温度，可降低方阻及接触电阻且可降低漏电流，具体地说，其步骤包括：a.提供一硅基底，其上形成有一晶体管，包括栅极和源/漏极扩散区，并在该栅极两侧壁上形成一侧壁间隔层；b.对该栅极和该源/漏极扩散区露出的表面进行表面处理，使其粗糙度增加，从而增加晶体生长的成核位置，并可降低晶体生长的温度；c.在该硅基底上形成一耐热金属层；d.进行第一次快速热退火，使该耐热金属层与该栅极和该源/漏极扩散区相连的区域产生硅化反应，形成一耐热金属硅化物层，而与该侧壁间隔层接触的该耐热金属层则未反应；e.去除未反应的该耐热金属层；以及f.进行第二次快速热退火，使该耐热金属硅化物层再结晶，以降低其方阻值及接触电阻。
为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下面特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。附图中：
图1A～1C是以剖面图表示的一种现有技术的自动对准硅化物的制造流程图；
图2A～2D是以剖面图表示的根据本发明制造自动对准硅化物的流程图。
首先，请参照图2A，提供一如图1A所示的半导体器件，其中相同的器件以相同的标号表示。该器件包括：一半导体硅基底10，其上形成有一场氧化区12；以及一晶体管，包括栅极的栅氧化层14和多晶硅电极16以及源/漏极扩散区20；并在栅极两侧壁上形成一侧壁间隔层18。
接着，请参照图2B，对栅极和源/漏极扩散区露出的表面进行表面处理，形成一粗糙表面23，从而增加晶体生长的成核位置，并可降低晶体生长的温度；其中，表面处理的过程可以氩气等离子体或湿蚀刻法作一次表面处理，或以氩气等离子体及湿蚀刻法作连续两次表面处理，增加多晶硅表面的粗糙度。氩气等离子反应条件为氩气的流速为60sccm且压力约为100mTorr，电极板的供电功率约为800W；而湿蚀法所用的蚀刻溶液是MSDS-PME(美商伊默克化学公司，成分：NH4F/NH4H2PO4/H2O)。
然后，请参照图2C，以直流溅射法在硅基底上沉积一耐热金属层(例如白金、钴、钛)，在本优选实施例中是沉积一金属钛层25，其厚度约为400～500。然后，进行第一次快速热退火，使金属钛层与栅极和源/漏极扩散区接触的区域产生硅化反应，以生成硅化钛；其退火条件是先在氮气环境下温度约650℃时退火约30秒，再在温度约750℃时退火约30秒。
最后，请参照图2D，第一次退火后在栅极和源/漏极接触的区域各形成一硅化钛层27及29；其它区域的金属钛层未反应，则以选择性湿蚀刻法去除。选择性湿蚀刻是先以氨水/双氧水/水(体积比为1∶1∶5)在温度约60℃蚀刻5分钟，去除未反应的金属钛层。再以硫酸/水(体积比为1∶4)去除残留的金属钛层。然后，再进行第二次快速热退火，使硅化钛层再结晶以降低其方阻及接触电阻，其退火的条件是在氮气环境下温度约为825℃时持续退火约20秒。最后，由本发明的制造方法，得到一具有低方阻及接触电阻的自动对准硅化钛，它还克服了现有制造方法所存在的高漏电流的缺点，适用于更小尺寸设计器件及高速低能量消耗器件上。
虽然已公开本发明的一个优选实施例，但是其并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内的情况下，可以作出一些修正和变动，因此本发明的保护范围应当由后附的权利要求及其等同物来限定。
Claims (10)
1、一种自动对准硅化物的制造方法，其步骤包括：
a.提供一硅基底，其上形成有一晶体管，包括栅极和源/漏极扩散区，并在该栅极两侧壁上形成一侧壁间隔层；
b.对该栅极和该源/漏极扩散区露出的表面进行表面处理，使其粗糙度增加，从而增加晶体生长的成核位置，并可降低晶体生长的温度；
c.在该硅基底上形成一耐热金属层；
d.进行第一次快速热退火，使该耐热金属层与该栅极和该源/漏极扩散区相连的区域产生硅化反应，形成一耐热金属硅化物层，而与该侧壁间隔层接触的该耐热金属层则未反应；
e.去除该未反应的耐热金属层；以及
f.进行第二次快速热退火，使该耐热金属硅化物层再结晶，以降低其方阻及接触电阻。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b的表面处理是以氩气等离子体进行的，其反应条件是氩气的流速为60sccm，压力为100mTorr，电极板的供电功率为800W。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b的表面处理是以湿蚀刻法进行的，该湿蚀刻溶液是MSDS-PME。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b是以氩气等离子体及湿蚀刻法进行两次表面处理；氩气等离子体的反应条件是氩气的流速为60sccm，压力为100mTorr，电极板的供电功率为800W，而湿蚀刻法所用的蚀刻溶液为MSDS-PME。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该耐热金属层的材料是钛。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该耐热金属层硅化物是硅化钛。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一次快速热退火的条件是在氮气环境下，先在温度650℃时退火30秒，再在温度750℃时退火30秒。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二次快速热退火的条件是在氮气环境下，温度825℃时持续退火30秒。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e是先以体积比为1∶1∶5的氨水/双氧水/水在温度60℃蚀刻5分钟，去除该未反应的耐热金属层，再以体积比为1∶4的硫酸/水蚀刻去除残留的该耐热金属层。
10、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该金属钛层的厚度为400～500。
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