TW301032B - Structure of self-aligned salicide device with double sidewall spacers and fabrication method thereof - Google Patents

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 W1Q32 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係有關於一種半導體製程，特別是一種具有雙 層間隔物之自動對準金屬矽化物元件結構，以及製造此種 元件結構之方法，用以增加元件中閘極（Gate)和源汲極 (Source/Drain)間的距離，強化兩者間的隔離效果，藉以消 除形成自動對準金屬矽化物（Salicide)時殘留在邊牆間隔物 之鈦金屬，可能導致的短路問題。 爲了提高半導體元件的操作速度和性能，例如一般常 見之金氧半電晶體（MOS, Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)，必須將做爲閉極電極的複晶秒以及源極、汲 極的片電阻値（Sheet Resistance)，以及各電極間接觸點的 電阻値（Contact Resistance)，儘可能的降低。利用飲金屬 的自動對準矽化物製程是目前業界所經常使用的方法之 —· 〇 第1圖爲習知技術形成自動對準金屬矽化物之金氧半 電晶體之侧視剖面圖。其中金氧半電晶體係形成於基底1 上，具有淡捧雜汲極結構（Lightly Doped Drain,簡稱 LDD)。閘極氧化層10和閘極複晶矽層12做爲金氧半電晶 體的閘極電極，而閘極複晶矽層12係爲經雜質佈植（可爲 N型雜質或P型雜質）的導體，位於閘極氧化層10下方的 基底1上表面則爲金氧半電晶體的通道（Channel)。源汲極 則分別由淡摻雜區30和濃摻雜區32所構成。位於閘極結 構側面之邊牆間隔物18則是用來產生上述之源汲極結 構。亦即，當基底1形成淡摻雜區30之後，利用邊牆間隔 物18做爲佈植的罩幕，即可形成濃佈植區32。至於在濃 本紙張尺度適用中國國家棟準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 經濟部中央樣隼局員工消費合作社印製 A7 ________B7_ 五、發明説明（2 ) 佈植區32和閘極複晶矽層12上方者即爲自動對準金屬矽 化物40a，做爲連接至其他元件之電極的接點。形成自動 對準金屬矽化物40a的步驟如下所述：首先以物理氣相沉 積法或其他濺鍍的方式在上述之金氧半電晶體結構上形成 飲金屬層，再利用快速熱反應處理（Rapidly Thermal Processing, RTP)將濃饰植區32和閘極複晶矽層12中之矽 和飲金屬產生反應，形成鈦矽化合物。最後將未參與反應 之鈇金屬去除，即可形成自動對準金屬矽化物4〇a。 然而，自動對準金屬矽化物製程所產生之結構具有一 潛在的缺點。參考第1圖，同一元件之閘極和源汲極間間 隔非常短，主要是由邊牆間隔物18加以間隔。假若在邊牆 間隔物上殘留著鈦金屬或是鈦矽化合物未被清除，則電極 間可能會出現短路的現象，破壞金氧半電晶體的特性。尤 其是當元件的尺寸愈來愈小時，傳統的自動對準金屬矽化 物製程由於遭遇到製程寬容度不足的問題，此種現象更形 嚴重。當元件尺寸縮小時，爲了形成邊牆間隔物而沉積之 氧化層厚度亦隨之降低。使得在隨後的製程中，不論是邊 摇間隔物的非等向性蝕刻步驟，或是在濺鍍鈦金屬前去除 開極以及源汲極上氧化層的動作，都會造成閘極與源極、 沒極之隔離縮小，更容易因爲鈦金屬和鈦矽化合物殘留在 電極之間而導致短路的問題。 有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種具雙層邊 摇間隔物之自動對準金屬矽化物元件結構，以及此結構之 製造方法，能夠增加鈦金屬自動對準金屬矽化物製程之製 4 本纸張尺度it用準（cns〉八術^ (2ΐ〇χ 297公楚^ — 1^—' tn^ ml n^i ^^^1 ^^^1 ^^^1 ϋ— n ^^^1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 _____B7 五、發明説明（3 ) 程寬容度，避免元件的閘極和源極、汲極間出現短路的情 況。 根據上述之目的，本發明提出一種具雙層邊牆間隔物 之自動對準金屬矽化物元件結構，置於一基板上，其包括： 一間極結構，置於上述基板之上；一第一邊牆間隔物，置 於上述基板之上和上述閘極結構之側邊；一第二邊播間隔 物，置於上述基板之上和上述第一邊牆間隔物之側邊；二 源汲極摻雜區，分置於上述閘極結構之兩側並在上述基板 之上表面中，每一源汲極摻雜區包括一淡摻雜區和一濃摻 雜區，上述淡摻雜區置於上述第二邊牆間隔物之下方，上 述濃摻雜區置於上述淡摻雜區之與上述閘極結構相對之一 側；以及金屬矽化物，置於上述閘極結構之上，以及上述 源汲極摻雜區之濃掺雜區之上。其中閘極結構具有一閘極 氧化屬和一閘極複晶矽屬。上述第一邊牆間隔物最好爲氮 化矽所構成，上述第二邊牆間隔物最好爲氧化物所構成。 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 n^—. n I nil I I— It— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 除此之外，本發明提出一種具上述結構之製造方法， 其包括：形成一閘極氧化層於一基板上；形成—閘極複晶 秒層於上述_氧化層上；形成―緩騎於上述閘極複晶 矽層上；蝕刻上述緩衝層，上述閘極複晶矽層和上述閘極 氧化層並定義上述開極氧化盾和上述閘極複晶秒層爲一間 極結構；形成—氮切層於上述基底，以及上述閘極結構 和緩衝層<上万和側邊；饰植上述基底，於上述閱極結構 《兩側形成淡摻雜區；非等向性㈣上述氮化秒層，形成 第-邊播間隔物；形成—第二邊播間隔物於上述第

經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 S01QS2 A1 --- ---B7_ 五、發明説明（4 ) 艢間隔物之側邊；去除上述緩衝層；佈植上述基底，於上 述淡掺雜區之兩側形成濃摻雜區；以及於上述閘極結構和 上述濃捧雜區之上形成自動對準金屬妙化物。 爲使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細説明如 下： 圖式之簡單説明： 第1圖爲習知技術之具有LDD結構之金氧半電晶體形 成自動對準金屬矽化物之側視剖面圖。 第2圖至第7圖爲本發明之具雙層間隔物之自動對準 金屬秒化物元件結構製造方法之側視剖面流程圖。 實施例： 本發明之具有雙層邊牆間隔物之自動對準金屬矽化物 儿件結構，係包括氮化矽構成的第一邊牆間隔物和氧化物 構成的第二邊牆間隔物，用以增加製程寬容度，避免元件 之閘極和源極、汲極出現短路的情況。第一邊牆間隔物緊 鄰置於元件閘極結構之側邊，其高度略高於複晶妙開極結 構，因此延長了閘極至源極、汲極間的距離，進而改善了 閘極與源極、汲極間隔離的狀況。第二邊牆間隔物則緊鄰 置於第一邊牆間隔物之側邊，用以形成元件源汲極中濃摻 雜區和淡摻雜區的結構，亦即一般所稱之LDD結構。本發 明所提出元件結構之製造方法，如第2圖至第7圖所示， 詳述如下。 首先，如第2圖所示，閘極氧化層10和閘極複晶矽層 — —————— - I - I 良----- —丁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 五、發明説明（5 ) 12依序形成於基底1之上。閘極氧化層10的厚度相當薄（大 約在50A至200A)，主要是做爲金氧半電晶體中的絕緣體 (Insulator)，因此必須在非常嚴格控制的環境下形成，避免 驗金屬離子（例如Na+，K+)的污染（contamination)。閘極複 晶秒層12可利用低整化學氣相沉積法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD)形成，厚度在 ΙΟΟΟΑ至 3000A之間。閘極複晶矽層12必須經過N型或P型雜質的 摻雜，使其成爲閘極結構中之導體。 接著，如第3圖所示，形成一緩衝層14於閘極複晶矽 層12上。緩衝層14在本實施例中相當的重要，是用以墊 高元件閘極結構的高度，使得後續形成之第一邊牆間隔物 高於閘極氧化層10和閘極複晶矽層12所構成之閘極結 構。本實施例中，緩衝層14係利用低壓化學氣相沉積法或 電漿輔助化學氣相沉積法（Plasma Enchanced CVD)或由熱 氧化法(thermal oxidation)所沉積形成之氧化物所構成，厚 度在200A至600A之間。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 I I I I - i^i m .*^1--- t^i ^^1 m ml (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著，如第4圖所示，先利用微影及蝕刻製程定義出 閘極結構（包括閘極氧化層10和閘極複晶矽層12)和對應 之緩衝層14形狀，再形成薄氮化矽層16於基底1、和閘 極結構及緩衝看14上方和側邊。一般而言，氣化砂看16 和基底1之間可選擇性地形成襯垫氧化層20，做爲材料廣 間應力緩衝之用。薄氮化矽層16可以利用低壓化學氣相沉 積法沉積形成，厚度大約在100A至400A之間。接著再利 用植入法形成源極和汲極LDD結構中之低濃度摻雜區 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 修正頁 五

、發明説明（6 ) 30。由此可知’氮化矽層16在本實施 ^ 免短路之第—邊㈣隔物，在 、可形成避 中，亦可做爲離子佈植的遮避看二 (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁} 利用-般非等向性乾㈣,處理氣：=、; :=邊形—第-邊二:r 二=::二一邊_一高度大約和閱 _A= 其厚度上相UΜ "! 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 〇=。再利用—般製程技術’在第—邊穑間隔物⑽之側 邊形成第二邊播間隔物丨8。本實施例所採用製造方法，θ 學氣相沉積法或電_軌學氣相沉積法沉積= 土 3_Α〈氧化層’再利用非等向性乾㈣此氧化 ^成第二邊輪間隔物18。由於在本實施例中緩衝廣14 =化物所構成，因此在形成第二邊墙間隔物18的餘刻步 t同時’部份之緩_ 14有可能會受到㈣去除而降低 4度。此時可更進—步去除氧化物構成之緩衝心4和選 擇性形成核絲㈣2〇。利用1邊_隔物18做爲 饰植的罩幕，形成祕和汲極之濃摻雜區K，如第$圖所 不。置於基底丨上者即爲具有LDD結構之金氧半 其與依據習知技術所製造者處，在於具有氣化秒 所構成邊牆間隔物16a ’其高於兩側之開極結構和 第二邊牆間隔物18，可以延長元件中閘極和源極、汲極之 間的距離，避免短路的發生。 最後，如第6圖和第7圖所示，先利用物理氣相沉積 法在上述之金氧半電晶體結構上沉積大約300A至700A厚 表紙張尺度賴中( CNS ) ^格（21GX 297·^ A7 --------B7 五、發明説明（7 ) 度的鈦金屬層40。此時，鈦金屬層40覆蓋著閘極結構的 複晶碎層12、源極和汲極的濃摻雜區32、以及邊牆間隔 物之上。利用快速熱反應處理（Rapid Thermal Processing， RTP) ’例如，在溫度爲65〇〇c至75〇〇c的環境下加熱3〇 至60秒’將飲金屬和妙反應生成鈇砂化合物，即第7圖中 之自動對準金屬矽化物40a。至於置於邊牆間隔物上之鈥 金屬，並未參與化合反應，可利用濕蝕刻方式加以去除， 即構成本發明之具雙層邊牆間隔物之自動對準金屬矽化物 元件結構。至於其他先前或後續之製程步驟，則與一般半 導體製程相同，此處不再贅述。 本發明之元件結構和其製造方法具有下列優點： 第一，本發明之最主要優點，在於第一邊牆間隔物的 高度能夠有效延長元件之閘極和汲極、源極間距離，並且 掩蓋住閘極複晶矽的側面，可避免電極間出現短路，有效 提昇半導體製程的良率。 第二，氮化矽層在非等向性蝕刻前可以做爲低濃度掺 雜植入之植入遮避層，以避免植入穿透效應。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本萸) 第三，氮化矽構成之第二邊牆間隔物形成後可以蓋住 閘極複晶矽的側邊，使得複晶矽閘極的側邊免於受到後續 製程的影響而氧化，並使得閘極處鳥嘴效應（Bird‘s Beak) 的生長受到抑制，對於次微米甚至毫微米元件而言，亦可 以得到更穩定的臨界電壓（Threshold Voltage)以及飽和電 流的控制。 本發明雖以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） $01032 A7 B7 五、發明説明（8 ) 定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脱離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 I I r 訂 1 ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 I —種具雙層間隔物之自動對準金屬矽化物元件結 構’置於一基板上，其包括： 開極結構》置於上述基板之上； 一第一邊牆間隔物，置於上述基板之上和上述閘極結 構之側邊，其高度高於上述閘極結構； —第二邊牆間隔物，置於上述基板之上和上述第一邊 牆間隔物之側邊； 二源、汲極掺雜區，分置於上述閘極結構之兩側並在上 述基板之上表面中，每一源汲極摻雜區包括一淡摻雜區和 一濃摻雜區，上述淡摻雜區置於上述第二邊牆間隔物之下 方’上述濃摻雜區置於上述淡摻雜區之與上述閘極結構相 對之一側；以及 金屬秒化物，置於上述閘極結構之上，以及上述源沒 極摻雜區之濃摻雜區之上。 2如申請專利範圍第1項所述之元件結構，其中上述 閘極結構包括： 一閘極氧化層，置於上述基板之上；以及 一閘極複晶矽層，置於上述閘極氧化廣之上。 3. 如申請專利範圍第1項所述之元件結構，其中上述 第一邊牆間隔物係由氮化矽所構成。 4. 如申請專利範圍第3項所述之元件結構，其中上述 第二邊播隔物係由氧化物所構成。 5. 如申請專利範圍第4項所述之元件結構，其中上述 第一邊牆間隔物係由氮化矽所構成。 11 本紙張尺度適用中國國“準（CNS)八4胁（210><297公着」 -~~~----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ••裝 、1Τ

   申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項所述之元件結構，其中上述 第二邊牆隔物係由氧化物所構成。 7. 如申請專利範圍第1項所述之元件結構，其中上述 基板爲P型，上述源汲極掺雜區爲N型。 8. 如申請專利範圍第1項所述之元件結構，其中上述 基板爲N型，上述源汲極摻雜區爲p型。 9. 種具雙層間隔物之自動對準金屬碎化物元件結構 之製造方法，其包括： 形成一閘極氧化層於一基板上； 形成一閘極複晶矽層於上述閘極氧化層上； 形成一緩衝層於上述閘極複晶矽層上； 蝕刻上述緩衝層，上述閘極複晶矽層和上述閘極氧化 層並疋義上述閘極氧化層和上述閘接複晶砂層爲一閘極結 構； 。 形成一氮化矽層於上述基底，以及上述閘極結構和緩 衝層之上方和側邊； 佈植上述基底，於上述閘極結構之兩側形成淡掺雜 區； ----------； -裝------訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 物 邊 非等向性蚀刻上述氮化妙廣，形成一第一邊播 間隔 形成一第二邊牆間隔物於上述第一邊牆間隔物之侧 去除上述緩衝層； 佈植上述基底，於上述淡摻雜區之兩側形成濃掺雜 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210父297公着> 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 隔 上 A8 B8 C8 D8 ‘申請專利範圍 區；以及 於上述閘極結構和上述濃摻雜區之上形成自動對準金 屬矽化物。 10.如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中上述 緩衝層係利用氧化物所構成。 11·如申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中上 述氧化物所構成之緩衝層，厚度在200A至600A之間。 12. 如申請專利範圍第1〇項所述之製造方法，其中係 利用低屢化學氣相沉積法形成上述氧化物。 13. 如申請專利範圍第1〇項所述之製造方法，其中係 利用電榮輔助化學氣相沉積法形成上述氧化物。 14. 如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中上述 氣化秒廣係利用低壓化學氣相法沉積形成。 一 15.如申請專利範圍第14項所述之製造方法，其中上 述氮化碎層之厚度在100A至400A之間。 16.如申请專利範圍第9項所述之製造方法，其中形成 上述第二邊牆間隔物之步驟包括： 形成一氧化物層於上述基底，上述緩衝層 邊牆間隔物之上；以及 玟第一 非等向性蝕刻上述氧化物層，形成上述第二 物。 "丨7如申請專利範圍第16項所述之製造方法，其 述氧化物層之厚度在1000A至 3000A之間。 18·如申請專利範圍$ 9項所述之製造方法，其中形成 m ^^1 l I- -I— *Rm 1^1 i - ml ^^1 HI XJ i 0¾ 、T (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) ίο A8 B8 C8 D8 夂、申請專利範圍 " ^ 上述自動對準金屬矽化物之步驟包括： 形成一鈥金屬層於上述閘極結構和上述濃摻雜區； 利用快速熱反應處理，將上述鈦金屬層和上述閘極結 構及濃摻雜區之妙反應形成鈇妙化合物，做爲上述自動業十 準金屬矽化物；以及 去除未反應之上述鈥金屬廣。 19. 如申請專利範圍第18項所述之製造方法，其中上 述緩衝層係利用氧化物所構成。 20. 如申請專利範圍第19項所述之製造方法，其中形 成上述第二邊牆間隔物之步驟包括： 形成一氧化物層於上述基底，上述緩衝層和上述第一 邊牆間隔物之上；以及 非等向性蝕刻上述氧化物層，形成上述第二邊播間隔 物。 f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、νβ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 14