CN118098941A - 非晶化处理方法及镍硅化物的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶化处理方法包括：步骤一、定义出非晶化处理区域。步骤二、采用冷氙离子注入对非晶化处理区域的半导体衬底进行非晶化并形成非晶层。通过调节冷氙离子注入的温度调节非晶化的速率，冷氙离子注入的温度设置为0℃以下。利用元素氙所具有的较高原子序数来优化注入能量并从而优化非晶层的底部表面处的界面均匀性，注入能量越低、界面均匀性越佳。本发明还公开了一种镍硅化物的形成方法。本发明能加快非晶化速度、减少非晶层的缺陷以及提高非晶层和半导体衬底之间的界面均匀性，有利于进一步在非晶层表面形成界面平滑且质量更优的镍硅化物并提高电阻均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种非晶化处理方法。本发明还涉及一种镍硅化物的形成方法。
背景技术
进入40nm节点，对低阻、热稳定性好、界面平滑的镍硅化物的需求更加突出。但低阻NiSi并非最终热平衡稳定态，在高温下容易发生凝聚，也易和衬底硅进一步反应生成高阻的Ni2Si，Ni2Si也可能在Si衬底上外延生长，出现倒金字塔型缺陷，因此通过预非晶化改善镍硅化物缺陷，改善镍硅化物与硅界面平整度，是提高接触电阻均匀性以及器件均匀性的重要手段之一。
现有预非晶化工艺中，通常采用和硅衬底材料相同的材料即Si进行离子注入来实现，也能采用其他不会和Si反应的材料进行实现，但是Si离子注入形成的非晶层的界面均匀性不好，且容易产生厚度不够以及注入缺陷，这些都会影响镍硅化物的质量，影响接触电阻的均匀性和器件性能的均匀性。如图1所示，是现有非晶化处理方法形成的非晶层的结构示意图；现有非晶化处理方法通过Si离子注入实现，通常称为硅预晶化离子注入(pre-amorphization implant，PAI)，Si离子注入在硅衬底101的表面区域形成非晶层102。现有方法的缺陷是，非晶层102和底部的硅衬底101之间的界面103的均匀性不佳。PAI注入通常是在金属硅化物形成工艺中金属沉积之前的一步工艺，这样当界面103的均匀性不佳时，后续形成的金属硅化物的电阻均匀性也不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种非晶化处理方法，能加快非晶化速度、减少非晶层的缺陷以及提高非晶层的底部表面处的界面均匀性，有利于在非晶层表面形成界面平滑且质量更优的金属硅化物特别是镍硅化物并提高电阻均匀性。为此，本发明还提供一种镍硅化物的形成方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的非晶化处理方法包括：
步骤一、提供半导体衬底，定义出非晶化处理区域。
步骤二、采用冷氙离子注入对所述非晶化处理区域的所述半导体衬底进行非晶化并形成非晶层。
通过调节所述冷氙离子注入的温度调节所述非晶化的速率，所述冷氙离子注入的温度设置为0℃以下，所述冷氙离子注入的温度越低，所述非晶化的速率越快、所述非晶层的厚度越厚以及缺陷越少。
利用所述冷氙离子注入的元素氙所具有的较高原子序数来优化注入能量并从而优化所述非晶层的底部表面和所述半导体衬底之间的界面均匀性，所述注入能量越低、所述界面均匀性越佳。
进一步的改进是，所述半导体衬底的材料包括Si，SiGe，SiC，SiP。
进一步的改进是，步骤二之前，还包括对所述半导体衬底的表面进行预清洗。
进一步的改进是，步骤二中，所述冷氙离子注入的温度设置为-60℃以下。
进一步的改进是，步骤二中，所述冷氙离子注入的注入能量设置为2KeV～4KeV；注入剂量设置为4E14cm-2～6E14cm-2。
为解决上述技术问题，本发明提供的镍硅化物的形成方法包括：
步骤一、提供半导体衬底，将镍硅化物形成区域打开，位于所述镍硅化物形成区域的所述半导体衬底的表面区域中具有Si材料。
步骤二、采用冷氙离子注入对所述镍硅化物形成区域的所述半导体衬底进行非晶化并形成非晶层。
通过调节所述冷氙离子注入的温度调节所述非晶化的速率，所述冷氙离子注入的温度设置为0℃以下，所述冷氙离子注入的温度越低，所述非晶化的速率越快、所述非晶层的厚度越厚以及缺陷越少。
利用所述冷氙离子注入的元素氙所具有的较高原子序数来优化注入能量并从而优化所述非晶层的底部表面和所述半导体衬底之间的界面均匀性，所述注入能量越低、所述界面均匀性越佳。
步骤三、沉积金属层，所述金属层包括NiPt层。
步骤四、进行退火工艺，所述镍硅化物形成区域中所述NiPt层和所述非晶层中的硅发生硅化反应自对准形成镍硅化物，所述镍硅化物的电阻均匀性由所述界面均匀性确定。
进一步的改进是，所述半导体衬底的材料包括Si，SiGe，SiC，SiP。
进一步的改进是，步骤二之前，还包括对所述半导体衬底的表面进行预清洗。
进一步的改进是，步骤二中，所述冷氙离子注入的温度设置为-60℃以下。
进一步的改进是，步骤二中，所述冷氙离子注入的注入能量设置为2KeV～4KeV；注入剂量设置为4E14cm-2～6E14cm-2。
进一步的改进是，步骤一中，所述镍硅化物形成区域采用金属硅化物阻挡层定义，包括：
形成所述金属硅化物阻挡层。
对所述金属硅化物阻挡层进行图形化刻蚀，使所述镍硅化物形成区域中的所述金属硅化物阻挡层被去除以及所述镍硅化物形成区域外的所述金属硅化物阻挡层保留。
进一步的改进是，在所述半导体衬底上形成有半导体器件，所述半导体器件包括源区、漏区以及栅极结构。
所述镍硅化物形成区域包括所述源区和所述漏区。
进一步的改进是，所述栅极结构包括叠加的栅介质层和多晶硅栅。
所述镍硅化物形成区域还包括所述多晶硅栅的表面区域。
进一步的改进是，步骤三中，所述金属层还包括形成于所述NiPt层表面的TiN层。
进一步的改进是，所述金属层的厚度为
进一步的改进是，步骤四中，所述退火工艺采用两步退火，第一次退火使所述NiPt层和硅反应形成Ni2Si；第二次退火使Ni2Si转化为NiSi，所述退火工艺的温度为300℃～500℃。
本发明中，采用冷氙离子注入实现非晶化处理，通过对冷氙离子注入中的冷温度的设置来提高非晶化速率以及增加非晶层厚度并减少非晶层缺陷如射程端缺陷，这都有利于改善非晶层的质量；另外，利用冷氙离子注入的元素氙所具有的较高原子序数的特征，也即，氙的原子序数大于Si、Ge等半导体元素的原子序数，也大于其他非放射性惰性气体的原子序数，故采用氙进行离子注入来进行非晶化处理，能优化注入能量并从而优化非晶层的底部表面和半导体衬底之间的界面均匀性且能使得界面均匀性最佳化，这也能同样能改善非晶层的质量。所以，本发明能加快非晶化速度、减少非晶层的缺陷以及提高非晶层的底部表面处的界面均匀性，从而能改善非晶化质量；后续形成金属硅化物特别是镍硅化物时，非晶层的厚度增加，能降低镍硅化物的电阻；非晶层的缺陷减少，能改善镍硅化物的质量；而非晶层的底部表面处的界面均匀性增加，有利于在非晶层表面形成界面平滑且质量更优的镍硅化物，则能提高镍硅化物的电阻均匀性，镍硅化物的顶部通常会形成接触孔，从而能提高接触电阻的均匀性并进而提高器件性能的均匀性，例如，器件的阈值电压的均匀性会增加。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有非晶化处理方法形成的非晶层的结构示意图；
图2是本发明实施例非晶化处理方法的流程图；
图3是本发明实施例非晶化处理方法形成的非晶层的结构示意图；
图4是本发明实施例镍硅化物的形成方法的流程图；
图5A-图5D是本发明实施例镍硅化物的形成方法各步骤中的器件结构图。
具体实施方式
如图4所示，是本发明实施例镍硅化物308的形成方法的流程图；如图5A至图5D所示，是本发明实施例镍硅化物308的形成方法各步骤中的器件结构图。本发明提供的镍硅化物308的形成方法包括：
步骤一、如图5A所示，提供半导体衬底301，将镍硅化物形成区域打开，位于所述镍硅化物形成区域的所述半导体衬底301的表面区域中具有Si材料。
本发明实施例方法中，所述半导体衬底301的材料包括Si，SiGe，SiC，SiP。
在一些实施例方法中，还包括对所述半导体衬底301的表面进行预清洗。
在一些实施例方法中，所述镍硅化物形成区域采用金属硅化物阻挡层定义，包括：
形成所述金属硅化物阻挡层。
对所述金属硅化物阻挡层进行图形化刻蚀，使所述镍硅化物形成区域中的所述金属硅化物阻挡层被去除以及所述镍硅化物形成区域外的所述金属硅化物阻挡层保留。
本发明实施例方法中，在所述半导体衬底301上形成有半导体器件，所述半导体器件包括源区、漏区以及栅极结构。
所述镍硅化物形成区域包括所述源区和所述漏区。
所述栅极结构包括叠加的栅介质层304和多晶硅栅305。
所述镍硅化物形成区域还包括所述多晶硅栅305的表面区域。
图5A中，所述半导体衬底301上还形成有阱区302，对于NMOS，阱区302为P型阱；对于PMOS，阱区302为N型阱。
在所述栅极结构的侧面还形成有侧墙306，侧墙306包括叠加的第一侧墙3061和第二侧墙3062。图5A中，轻掺杂漏区307和所述第一侧墙3061自对准，重掺杂的源漏注入区308和所述第二侧墙3062自对准；所述源区和所述漏区由源漏注入区308中的一个组成，图5A中所述源区和所述漏区在所述栅极结构的两侧并呈对称结构。对于NMOS，轻掺杂漏区307的掺杂类型为N型，源漏注入区308的掺杂类型为N型；对于PMOS，轻掺杂漏区307的掺杂类型为P型，源漏注入区308的掺杂类型为P型。
在所述半导体衬底301中还形成有场氧化层303，由所述场氧化层303定义出有源区。
在一些实施例方法中，也能省略所述金属硅化物阻挡层，直接采用所述栅极结构，形成于所述场氧化层303自对准定义。
步骤二、如图5B所示，采用冷氙离子注入401对所述镍硅化物形成区域的所述半导体衬底301进行非晶化并形成非晶层，所述非晶层请参考图3所示。
通过调节所述冷氙离子注入401的温度调节所述非晶化的速率，所述冷氙离子注入401的温度设置为0℃以下，所述冷氙离子注入401的温度越低，所述非晶化的速率越快、所述非晶层的厚度越厚以及缺陷越少。
利用所述冷氙离子注入401的元素氙所具有的较高原子序数来优化注入能量并从而优化所述非晶层的底部表面和所述半导体衬底301之间的界面203均匀性，所述注入能量越低、所述界面203均匀性越佳。
在一些实施例方法中，所述冷氙离子注入401的温度设置为-60℃以下。
在一些实施例方法中，所述冷氙离子注入401的注入能量设置为2KeV～4KeV；注入剂量设置为4E14cm-2～6E14cm-2。
步骤三、如图5C所示，沉积金属层402，所述金属层402包括NiPt层。
在一些实施例方法中，所述金属层402还包括形成于所述NiPt层表面的TiN层。
所述金属层402的厚度为
步骤四、如图5D所示，进行退火工艺，所述镍硅化物形成区域中所述NiPt层和所述非晶层中的硅发生硅化反应自对准形成镍硅化物308，所述镍硅化物308的电阻均匀性由所述界面203均匀性确定。
在一些实施例方法中，所述退火工艺采用两步退火，第一次退火使所述NiPt层和硅反应形成Ni2Si；第二次退火使Ni2Si转化为NiSi，所述退火工艺的温度为300℃～500℃。
本发明实施例方法中，采用冷氙离子注入401实现非晶化处理，通过对冷氙离子注入401中的冷温度的设置来提高非晶化速率以及增加非晶层厚度并减少非晶层缺陷如射程端缺陷，这都有利于改善非晶层的质量；另外，利用冷氙离子注入401的元素氙所具有的较高原子序数的特征，也即，氙的原子序数大于Si、Ge等半导体元素的原子序数，也大于其他非放射性惰性气体的原子序数，故采用氙进行离子注入来进行非晶化处理，能优化注入能量并从而优化非晶层的底部表面和半导体衬底301之间的界面203均匀性且能使得界面203均匀性最佳化，这也能同样能改善非晶层的质量。所以，本发明实施例方法能加快非晶化速度、减少非晶层的缺陷以及提高非晶层的底部表面处的界面203均匀性，从而能改善非晶化质量；后续形成金属硅化物特别是镍硅化物308时，非晶层的厚度增加，能降低镍硅化物308的电阻；非晶层的缺陷减少，能改善镍硅化物308的质量；而非晶层的底部表面处的界面203均匀性增加，有利于在非晶层表面形成界面平滑且质量更优的镍硅化物308，则能提高镍硅化物308的电阻均匀性，镍硅化物308的顶部通常会形成接触孔，从而能提高接触电阻的均匀性并进而提高器件性能的均匀性，例如，器件的阈值电压的均匀性会增加。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种非晶化处理方法，其特征在于，包括：
步骤一、提供半导体衬底，定义出非晶化处理区域；
步骤二、采用冷氙离子注入对所述非晶化处理区域的所述半导体衬底进行非晶化并形成非晶层；
通过调节所述冷氙离子注入的温度调节所述非晶化的速率，所述冷氙离子注入的温度设置为0℃以下，所述冷氙离子注入的温度越低，所述非晶化的速率越快、所述非晶层的厚度越厚以及缺陷越少；
利用所述冷氙离子注入的元素氙所具有的较高原子序数来优化注入能量并从而优化所述非晶层的底部表面和所述半导体衬底之间的界面均匀性，所述注入能量越低、所述界面均匀性越佳。
2.如权利要求1所述的非晶化处理方法，其特征在于：所述半导体衬底的材料包括Si，SiGe，SiC，SiP。
3.如权利要求1所述的非晶化处理方法，其特征在于：步骤二之前，还包括对所述半导体衬底的表面进行预清洗。
4.如权利要求1所述的非晶化处理方法，其特征在于：步骤二中，所述冷氙离子注入的温度设置为-60℃以下。
5.如权利要求1所述的非晶化处理方法，其特征在于：步骤二中，所述冷氙离子注入的注入能量设置为2KeV～4KeV；注入剂量设置为4E14cm-2～6E14cm-2。
6.一种镍硅化物的形成方法，其特征在于，包括：
步骤一、提供半导体衬底，将镍硅化物形成区域打开，位于所述镍硅化物形成区域的所述半导体衬底的表面区域中具有Si材料；
步骤二、采用冷氙离子注入对所述镍硅化物形成区域的所述半导体衬底进行非晶化并形成非晶层；
通过调节所述冷氙离子注入的温度调节所述非晶化的速率，所述冷氙离子注入的温度设置为0℃以下，所述冷氙离子注入的温度越低，所述非晶化的速率越快、所述非晶层的厚度越厚以及缺陷越少；
利用所述冷氙离子注入的元素氙所具有的较高原子序数来优化注入能量并从而优化所述非晶层的底部表面和所述半导体衬底之间的界面均匀性，所述注入能量越低、所述界面均匀性越佳；
步骤三、沉积金属层，所述金属层包括NiPt层；
步骤四、进行退火工艺，所述镍硅化物形成区域中所述NiPt层和所述非晶层中的硅发生硅化反应自对准形成镍硅化物，所述镍硅化物的电阻均匀性由所述界面均匀性确定。
7.如权利要求6所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：所述半导体衬底的材料包括Si，SiGe，SiC，SiP。
8.如权利要求6所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：步骤二之前，还包括对所述半导体衬底的表面进行预清洗。
9.如权利要求6所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：步骤二中，所述冷氙离子注入的温度设置为-60℃以下。
10.如权利要求6所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：步骤二中，所述冷氙离子注入的注入能量设置为2KeV～4KeV；注入剂量设置为4E14cm-2～6E14cm-2。
11.如权利要求6所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：步骤一中，所述镍硅化物形成区域采用金属硅化物阻挡层定义，包括：
形成所述金属硅化物阻挡层；
对所述金属硅化物阻挡层进行图形化刻蚀，使所述镍硅化物形成区域中的所述金属硅化物阻挡层被去除以及所述镍硅化物形成区域外的所述金属硅化物阻挡层保留。
12.如权利要求6所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：在所述半导体衬底上形成有半导体器件，所述半导体器件包括源区、漏区以及栅极结构；
所述镍硅化物形成区域包括所述源区和所述漏区。
13.如权利要求12所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：所述栅极结构包括叠加的栅介质层和多晶硅栅；
所述镍硅化物形成区域还包括所述多晶硅栅的表面区域。
14.如权利要求6所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：步骤三中，所述金属层还包括形成于所述NiPt层表面的TiN层。
15.如权利要求14所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：所述金属层的厚度为
16.如权利要求6所述的镍硅化物的形成方法，其特征在于：步骤四中，所述退火工艺采用两步退火，第一次退火使所述NiPt层和硅反应形成Ni2Si；第二次退火使Ni2Si转化为NiSi，所述退火工艺的温度为300℃～500℃。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |