TW424271B - Method to grow self-aligned silicon on a gate, drain and source region - Google Patents

Description

五、發明説明（ A7 B7 發明領域： 本發明係有關於一種半導體製程有關，特别是一種 形成自行對準矽層（Self_aligned』iHc〇n)於複晶矽閘 極、没極與源極上之方法以應用 發明背景 積體電路包含數百萬元件形成於特定之區域内， 利用電性傳導之結將這些元件聯繫以執行一特殊之功 说。爲了達到高性能之積體電路或提高晶圓之裝構 度，半導體之尺寸則越做越小。隨著元件尺度越來 小，連接半導體元件間的電性連接結構（例如内連線） 變得越來越锖密。 密 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j .-CX 裝. 訂- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 金氧半場效電晶體（MOSFET)爲一種在積體電路 中被廣泛使用的元件之一。如眾人所熟知MOSFET包 含有閘極、汲極與源極。同理，爲達到高性能之金氧 半場效電晶體，其尺寸也被持續地縮小以符合趨勢之 要求》目前要求元件必須具備較高之搡作速度以及較 低之操作功率。再者，元件性能易受RC延遲以及汲 極與源極電阻之影響。 於深次微米之MOSFET製程中，自行對準之石夕 化製程經常被用來降低電阻用以增快元件之操作速 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（2!0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（） 度。習知之技術中曾經提出可以利用c 〇 S i 2以及N i S i 作爲矽化金屬用以提昇元件之操作速度。此外，自行 對準之矽化鈦（Ti silicide)也被用來做爲降低電阻値 以提昇元件之性能。 傳統之矽化製程簡述如下，通常，先行沈積一金 屬層於基板之表面，例如，鈦、钴、鎢以及鉑利用濺 度方式形成於基板以及閘極之表面。然後，對基板施 以一熱處理製程於溫度350至700度c之間，使金 屬與基板起反應產生矽化金屬。然後再將未反應之金 屬去除》上述之製程便是熟知的自行對準矽化金屬製 程。 然而，在此種傳统矽化金屬製程t，汲極與源極 區域之矽基板將參產與反應形成矽化金屬，而導致汲 極與源極中梦之消耗，造成汲極與源極深度變淺。此 種效應易造成接面之漏電流（junction leakage)。尤 其在深次微米之製程中，此種問題益形嚴重。 發明目的及概述： 本發明之目的主要防止電晶體接面漏電流之產生° 本發明之另一目的爲形成一自行對準梦層，應用於 深次微米矽化金屬製程之方法。 本紙張尺度逋用肀國國家標準（匚泌）人4規格（210父297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .-o-装· 訂 ^1^41274 "r" A7 ____B7_ 五、發明説明（） 本發明先行製作一電晶體於基板之上，利用化學氣 相沈積法沈積一富矽-矽化金屬於上述之閘極結構以及基 板之上，做爲一矽源。可以利用富矽之矽化鎢（WSix)以 及富矽之矽化鈦（TiSix)做爲此富矽-矽化金屬，其中上述 之X g 2。隨後，對基板施以一熱處理之製程，目的主 要是將存在於富矽-矽化金屬中之矽析出，使其形成於閘 極、汲極與源極之上方以做爲後績矽化製程時與金屬反 應之矽層，此製程之熱處理在溫度.約爲 1 0 0 0 至 1 1 0 0 度C中進行约爲3 0至6 0秒。利用化學溶液將富矽-矽 化金屬層去除。一複晶梦化金屬（polycide)以及一自行 對準石夕化金屬（self-aligned silicide)分别形成於閘極、 汲極與源極之上方。然後將未產生反應之金屬去除。因 此，所形成之矽化金屬將不會消耗到基板，因此可以避 免漏電流之產生。 圖式簡單説明： 第一圖爲本發明之形成電晶體之截面圖。 第二圖爲本發明之形成富*5夕-砂化金屬於基板極 電晶體上之截面圖β 第三圖爲本發明之施以熱處理以形成一矽層之截面 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖。 第四圖爲本發明之去除富矽-矽化金屬之截面圖。 第五圖爲本發明之形成自行對準矽化金屬之截面 圖0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（) 發明詳細説明： 本發明爲一種形成自行對準矽層於閘極、汲極與 源極之上方。在利用一金屬層形成於上述之自行對準 矽層之上，利用熱處理將自行對準矽與金屬反應產生 自行對準矽化金屬。利用本發明之方法可以增加元件 .之操作速度並且可以避免傳統方法造成接面漏電流之 產生。 參閱第一圖，依據本發明之一較佳實施，以一結 晶面爲<100>之半導體基板 2做爲説明。首先，先 在基板2之上形成場氧化區域4做爲元件之間絶緣區 域。然後，利用氮化砂以及氧化石夕之複合層經由敍刻 以及氧化製程可以形成上述場氧化區域 4。上述爲習 知之製程，在此不加以繁述。以習知技術而言，上述 之場氧化區域4可以利用溝渠'隔離區域技術達到相同 之目的。 下一步驟爲製作一電晶體於基板2之上，一墊氧 化層6先沈積於基板之上，氧化5夕一般可以利用熱氧 化法，溫度於800至1 1 00度C之間氡化形成》此外， 也可以利用化學氣相沈積法形成。 接著’形成一複晶妙層8做爲閉極>·—般》可以 本紙張尺度適用f國國家標準（CNS ) Α4規格（2Ι0Χ297公釐） II------------?τ (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) A7 B7 挪..r， 五、發明説明（） ：：------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 利用低壓化學氣相沈積法形成上述之複晶矽層8。閘 極厚度约爲1000至4000埃之間。隨後，利用微影 製程定義閘極之結構於矽基板之上。下面的步驟爲用 來製作没極與源極。例如，欲形成一 N通道之電晶體 可以摻雜一低濃度之磷離子以形成一輕微摻雜之汲極 結構10於基板2之中。摻雜劑量約爲丄至 atoms/cm2，植入之能量約爲30至8〇 KeV。 一介電層义.4袭形成於閘極結構與基板2之上，一 般可以利用低壓化學氣相沈積之氧化 層。同理，利爲反應物形成之氧化層也可 以做爲此介電層。一非等向性触刻將上述之介電層独 刻以形成間隙璧（side wall spacers) 12於閘極之侧壁 之上。然後，以閘極以及間隙壁做爲著罩幕對基板2 施以離子植入用以形成汲極與源極14之摻雜區域。 參閲第二圖’利用化學氣相沈積法沈積一富矽-矽化金 屬層16於上述之閘極結構以及基板2之上，做爲— 矽源。可以利用富矽之矽化鎢（wsy以及富矽之發化 鈦（TiSix)做爲此富矽-矽化金屬16，其中上述之χ > 2。矽化鎢（WSy以及矽化鈦（TiSi：2)之化學反應式可以 經濟部中央標準扃貝工消费合作社印製 由下面方程式加以表<示~^

" ' WSi2 + 6HF + H2 4 -> TiSi2 + 4HC1 + 2H2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（） 隨後請參閲第三圖，對基板2施以一熱處理之製 程，主要目的是將存在於富發-矽化金屬中之_5夕析出， 使其形成於閘極8、汲極與源極14之上方以做爲後續 矽化製程時與金屬反應之矽層18，以避免基板2之被 消耗所導致之漏電流。而此步驟所形成之矽層可以自 行對準所要形成之區域，因此稱做自行對準梦層 (self-aligned silicon) 18。以一實施例而言，此製 程之熱處理在溫度約爲1 〇〇〇至1 100度C中進行约 爲30至60秒，製程於氮氣或氬氣環境中進行。在複 晶矽閘極上之自行對準矽層（self-aligned silicon) is 之厚度約爲300至600埃，而位於汲極與源極14上 之自行對準梦層（self-aligned silicon) 18之厚度則 約爲200至400度C。於複晶發上之形成速率大於没 極與源極上之速率。 參閲第四圖’利用化學溶液.將富矽-矽化金屬層1 6 去除。參閲第五圖，一複晶矽化金屬（p〇lyCide)22以 及一自行對準矽化金屬（self-aligned siiicide)20分 别形成於閘極、；及極與源極之.上方β此複晶發化金屬 (polycide)22、自行對準矽化金屬（self_aligned silicide) 20可以利用下述之方法形成。首先，形成 —金屬層，如鈦、韵、鈷、鎢、鎳，於上述之基板2、 閘極以及自行對準矽層i 8之上。然後對基板2在氮 氣體中施以一快速熱處理製程，使金屬層與自行對準 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（2丨0Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) 訂 A7 B7 五、發明説明（） 矽層 18反應以形成複晶砍化金屬（polycide)22與自 行對準5夕化金屬（self~aligned silicide) 20分别位於 閘極8、汲極與源極1 4之上。然後將未產生反應之金 屬去除。因此’所形成之矽化金屬將不會消耗到基板， 因此可以避免漏電流之J:生。 當然，應用本方法之精神可以形成一自行對準石夕 層於一矽層之上。利用沈積一矽化金屬於一矽層之上， 然後利用上述之熱處理條件便可以達到此目的。 本發明僅以較佳實施例説明如上，並非用以限定衣 發明之申請範圍；凡熟習該項技藝人士，在未脱離本發 明之精神下，當可作些許改變或修飾，其專利保護範圍 均應包含在下述之申請專利範圍内。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -Ο裝. -

經濟部中央標準局I工消費合作社印製 8 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A8 ^24'27f - "I D8 々、申請專利範圍 1 · 一種形成一自行對準矽層於閘極、汲極與源極 上之方法，該方法至少包含： 形成一電晶體於一基板之上，該電晶體具有間隙 壁形成於該閘極之侧壁上； 利用化學氣相沈積法形成一富矽-矽化金屬層於 該基板、該電晶體之上做爲一矽源； 施以一熱處理製程將矽從該富矽-矽化金屬層析 出，用以形成一自行對準矽層於該汲極與源極以及該 閘極之上；及 去除該富矽-矽化金屬層。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之富 矽-矽化金屬層包含富矽-矽化鎢（WSix)。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之富 矽-矽化金屬層包含富矽-矽化鈦（TiSix)。 4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中上述之其 中上述之X g 2。 5 .如申請專利範圍第3項之方法，其中上述之其 中上述之X g 2 ® 6.如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之熱 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 處理溫度约爲1000 至 1100 °(〇。 7·如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之熱 處理時間約爲3 0 至6 0秒。 8 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之熱 處理於包含氮氣之環境下施行。 9,如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之熱 處理於包含氬氣之環境下施行。 1 0 . —種利用自行對準矽層形成複晶矽化金屬、 自行對準矽化金屬於一電晶體之閘極、汲極與源極上 之方法，該方法至少包含： 形成一電晶體於一基板之上，該電晶體具有間隙 壁形成於該閘極之侧壁上； 利用化學氣相沈積法形成一富矽-矽化金屬層於 遠基板、該電晶體之上做爲一 夕源； 施以一熱處理製程將矽從該富矽-矽化金屬層析 出，用以形成該自行對準矽層於該汲極與源極以及該 閘極之上； 去除該富·δ夕-·δ夕化金屬層； 形成一金屬層於該自行對準矽層、該電晶體之 上； 施以一熱處理製程用以將該金屬層與該自行對準 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公漦） l·— - - n - - [ —H - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中夬標準局員工消费合作社印製 4^42 7 t r, B8 C8 D8 六、申請專利範圍 矽層起反應’以形成該複晶矽化金屬、該自行對準矽 化金屬於該閑極、該汲極與源極上之；及 去除未與該自行對準發層起反應之該金屬層。 11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中上述之 富矽-矽化金屬層包含富矽-矽化鎢（WSix)。 12. 如申請專利範圍第1〇項之方法，其中上述之 富矽-矽化金屬層包含富矽-矽化鈦（TiSiJ。 13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中上述之 其中上述之Xg 2。 14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中上述之 其中上述之Xg2。 15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中上述之 熱處理溫度約爲1000 至 11001;。 1 6 .如申請專利範圍第1 2項之方法，其中上述之 熱處理時間約爲30 至60秒= 17·如申請專利範圍第12項之方法，其中上述之 熱處理於包含氮氣之環境下施行。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21 ΟΧ 297公釐） nn Hi nn 1- - ^ i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ABCD Λ2^Ι7：71Ψ 六、申請專利範圍 18.如申請專利範圍第12項之方法，其中上述之 熱處理於包含氬氣之環境下施行。 19· 一種形成一自行對準·δ夕層於一 夕層上之方 法，該方法至少包含： 形成一梦層於一基板之上； 利用化學氣相沈積法形成一富矽-矽化金屬層於 該矽層之上做爲一矽源； 施以一熱處理製程將矽從該富矽，矽化金屬層析 出，用以形成該自行對準矽層於該矽層之上及 去除該富矽-矽化金屬層。 20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中上述之 富矽-矽化金屬層包含富矽-矽化鎢（WSix)。 21. 如申請專利範圍第19項之方法，其中上述之 富矽-矽化金屬層包含富矽-矽化鈦（TiSix)。 22. 如申請專利範圍第20項之方法，其中上述之 其中上述之X g 2。 23. 如申請專利範圍第21項之方法，其中上述之 其中上述之X g 2。 24. 如申請專利範圍第19項之方法，其中上述之 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貫) 訂 經濟部中夬檑準局員工消費合作社印製 卿' A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 熱處理溫度约爲1 0 0 0 至 1 1 0 0 t:。 25. 如申請專利範圍第19項之方法，其中上述之 熱處理時間约爲3 0 至6 0秒。 26. 如申請專利範圍第19項之方法，其中上述之 熱處理於包含氮氣之環境下施行。 27. 如申請專利範圍第19項之方法，其中上述之 熱處理於包含氬氣之環境下施行。 —^1 —^1 - - - - 1^1 In HI ^<1da, - - - -- K_ ΓνΊ § (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 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隼（CNS ) A4規格（210X297公釐）