TW451313B - Manufacturing method of gate electrode sidewall silicide - Google Patents

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Description

經濟部中央橾率局貝工消费合作杜印装 4513 13 at 4306lwJ'.doc/008 五、發明説明(丨) 本發明是有關於一種半導體兀件的製造方法,且特別 是有關於一種鬧極電極(Gate Electrode)側壁金屬砍化物 (Silicate)的製造方法。 金屬砂化合物是一種常見形成於半導體基底,例如用 於闊極或內連線上’用以降低阻値的材料,因爲金屬砂化 物在經過闻溫回火(annealing)之後,晶格結構會進行重排, 而消除缺陷(defects),當金屬矽化物的缺陷減少至某一程 度後,新的無缺陷的晶粒(grain),將取代原有晶粒,並在 原有的位置持續地擴大’此現象稱爲晶粒成長(grain growth)。此經過回火處理的金屬矽化合物會產生晶體 (crystalline),其電阻値比回火前之非晶體(amorphous)的電 阻値低。因此,藉由在閘極電極以及源極/汲極與金屬連 線連接的介面形成一層金屬矽化物,可以降低閘極電極以 及源極/汲極與金屬連線連接的電阻値。 以下請參照第1A圖至第II圖’來說明習知一種閘極 電極金屬矽化物的製造方法。 首先,請參照第1A圖’提供一半導體基底1〇〇 ’此半 導體基底丨00具一淺溝渠隔離區(Shallow Trench Isolation)101和一主動區域(Active Area)103。在半導體基 底1〇〇上,依序形成一閘極氧化層(Gate 〇xide)102和多晶 砂(Polysilicon)層 104。 然後,請參照第1B圖,定義多晶矽層⑺4 ’以在半導 體基底100上,形成一閘極電極104a° 接著,請參照第1C圖’以聞極電極l〇4a虽罩幕’進 3 I--------0¾.— (#先閱讀背面之注f項再填窝本頁) 訂 本紙張尺度逋用中固國家標率(CNS ) A4現格(210X297公羡) A7 B7 451313 4306twf.doc/008 五、發明説明(^) 行一低濃度離子植入(Ion Implantation) ’以形成一輕接雜 源極/汲極結構(Light Doped Source/Drain Structure)106 ’ 例如塡入Ν·型離子的輕摻雜源極/汲極結構。 其後,請參照第1D圖,在半導體基底1〇〇上,形成 一緩衝氧化層(Buffer Oxide)108。然後’在緩衝氧化層108 上,形成一氮化矽層(Si3N4 Layer)110。 接著,請參照第1E圖,回蝕刻(Etching Back)去除部 分的氮化矽層Π〇及緩衝氧化層1〇8 ’以形成一間隙壁 (Spacer)l 10a。 然後,請參照第1 F圖,以間隙壁ll〇a和閘極電極l〇4a 爲罩幕,進行一高濃度離子植入,以形成一源極/汲極區 (Source/Drain)l丨2,例如塡入N+型離子的源極/汲極區。 其後,請參照第圖’以濕蝕刻法(Wetting Etching) ’ 去除在源極/汲極區Π2上的部分閘極氧化層102 ° 然後,請參照第1H圖’形成一金屬層113,覆蓋在半 導體基底1〇〇和閛極電極104a上。進行一高溫製程步驟’ 使得在閘極電極104a上和源極/汲極區112上的鈦金屬層 113與矽反應轉變爲金屬矽化物II4。 接著,請參照第Η圖’去除未轉變成金屬矽化物114 的剩餘的鈦金屬層II3。 由上述方法所製得閘極,因爲僅在閘極電極上方形成 有一金屬矽化物層,所以閘極電阻(Gate Resistance)很高(約 爲5D/Square),造成半導體元件的操作速度衰退。 本發明提供一種聞極電極側壁金屬砂化物的製造方 本纸張尺度逍用中困國家#準(CNS M4規格(210x297公釐) 請 先 聞 項 再 I 本 頁 «濟部中央標準局貝工消费合作社印装 經濟部中央揉牟f工消费合作社印裂 451313 4306twr*.doc/008 五、發明説明U ) 法,在閘極上方與側壁均形成有金屬矽化物,可以降低閘 極電阻,以提高半導體元件的操作速度。 本發明的提出一種閘極電極側壁金屬矽化物的製造方 法,此方法包括:首先,提供一半導體基底,在半導體基 底上,依序形成一閘極氧化層和一導電層。接著,定義導 電層,以在半導體基底上,形成一閘極電極。然後,進行 一低濃度離子植入,以形成一輕摻雜源極/汲極。其後, 在半導體基底上,形成一氮化矽層。接著,回蝕刻去除部 分的氮化矽層,以形成一間隙壁。然後,以間隙壁和閘極 電極爲罩幕,進行一高濃度離子植入,以形成一源極/汲 極區。其後,去除在源極/汲極區上的部分閘極氧化層。 之後,去除間隙壁,露出閘極側壁,以及進行自行對準金 屬矽化物的製程。 爲讓本發明之上述和其他目的、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 細說明如下: 圖式之簡單說明: 第1A圖至第II圖是繪示習知一種閘極電極金屬矽化 物的製造流程的剖面示意圖;以及 第2A圖至第2J圖是繪示本發明一較佳實施例之一種 閘極電極金屬矽化物的製造流程的剖面示意圖。 圖式之標記說明: 100,200 :半導體基底 101,201 :淺溝渠隔離區 5 I-------------ir------or (請先聞讀背面之注^κ項再填寫本頁) 本纸張尺度逍用中國國家搞準(CNS ) A4it格(210X297公釐) «濟部中夬橾率局貝工消费合作社印策 4513 13 at 4306lwt'.doc/008 B7 五、發明説明($ ) 102,202 :閘極氧化層 103,203 :主動區域 104 :多晶矽層 104a,204a :閘極電極 106,206 :輕摻雜源極/汲極結構 108 :緩衝氧化層 110,208 :氮化矽層 110a,208a :間隙壁 112,210 :源極/汲極區 113 :鈦金屬層 1 14,214 :金屬矽化物 204 :導電層 212 :金屬層 盲施例 本發明係提出一種閘極電極金屬矽化物的製造方法, 以下請參照第2A圖至第2J圖說明本發明之實施例。 首先,請參照第2A圖,提供一半導體基底200,此半 導體基底200具一淺溝渠隔離區201和一主動區域203。 在半導體基底200上,依序形成一閘極氧化層202和導電 層204。其中形成導電層的材質例如爲多晶矽,其形成方 法例如爲化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition, CVD)。 然後,請參照第2 B圖,定義導電層204,以在半導 體基底200上,形成一閘極電極204a。 6 本紙張尺度適用中圃闺家梯準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ---------0¾------ir------ο— (请先閾讀背面之注$項再填寫本頁) 451313 43(>6twf.doc/008 A7 B7 «濟部中央样準局貝工消费合作社印氧 五、發明説明(k) 接著,請參照第2 C圖,以閘極電極204a當罩幕,進 行一低濃度離子植入,以形成一輕摻雜源極/汲極結構 206。其離子濃度約爲l〇i3/cm2左右,植入離子種類例如 爲N型離子(N_),包括磷離子。 其後,請參照第2 D圖,在半導體基底200上,形成 一氮化矽層2〇1 2 ’並覆蓋閘極電極204a。其中形成氮化矽 層的方法例如爲低壓化學氣相沉積法(LPCVD)或電漿加強 式化學氣相'?几積法(Plasma Enhanced CyD)。 然後’請參照第2 E圖,回蝕刻去除部分的氮化矽層 208 ’例如爲非等向性蝕刻法,以形成一間隙壁208a。 接著’請參照第2 F圖,以間隙壁208a和閘極電極204a 爲罩幕,進行一高濃度離子植入,以形成一源極/汲極區 210。其中植入的離子例如爲N型離子(N+),包括砷離子, 其濃度約爲l〇l5/cm2左右。之後,進行源極/汲極區210的 回火處理(Annealing)。 其後’請參照第2 G圖,以濕触刻法(Wetting Etching), 去除在源極/汲極區210上的部分閘極氧化層202。並接著 進行濕蝕刻法,去除間隙壁208a,裸露出閘極電極204a 的側壁。 然後,請參照第2 Η圖,形成一金屬層212,覆蓋在 半導體基底200和閘極電極204a的側壁和上方。其中形 成金屬層212的材質例如爲鈦(Ti)、白金(Pt)、鈷(Co)或鎢 (W),形成此金屬層212的方法例如爲以磁控DC濺鍍法 (Sputtering)。 ---------0¾— (請先閩讀背面之注•項再填寫本頁) 訂 1 2 本纸張尺度逋用中國困家梯準(CNS > A4規格(210X297公釐) 鍾濟部中央標率局貝工消费合作杜印製 451313 A7 4306twr.doc/008 n B7 五、發明説明(έ ) 接著,請參照第21圖’進行一高溫製程步驟,使得包 圍閘極電極2〇4a的金屬層212和源極/汲極區210上部分 的金屬層212與矽反應轉變爲金屬矽化物層214,使得此 閘極電極2(Ma的上表面和側面上’覆蓋有一層金屬矽化 物層214,其爲本發明的特徵。其中高溫約爲750°C左右; 金屬矽化物214的材質例如爲矽化鈦(TiSi2)。如此’可以 降低閘極電阻,例如此閘極的電阻降爲約爲習知方法所製 得的閘極電阻値的1/3左右,並可以改進半導體元件的操 作速度。 最後,請參照第2]圖,去除未轉變成金屬矽化物214 的剩餘的金屬層212,移除剩餘的金屬層212之方法例如 以濕蝕刻的方法進行。之後,在溫度約爲850°C左右,進 行快速熱回火處理(Rapid Thermal Process ’ RTP)。 綜上所述,本發明的一個重要特徵爲閘極電極的上表 面和側面上,覆蓋有一層金屬砂化物層。如此,可以降低 閘極電阻,此閘極的電阻約爲習知方法所製得的閘極電阻 的丨/3,可以改進半導體元件的操作速度,此爲本發明的 優點。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上,然其並非用 以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精 神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 8 本紙張^Α4规格(210X297公釐y ---------0¾ — (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁} 訂

Claims (1)

  1. 經濟部t央揉率局貝工消費合作社印製 4513 13 as B8 C8 4306tw!\doc/008 〇8 六、申請專利範圍 1.一種閘極電極側壁金屬矽化物的製造方法,包括下 列步驟: 提供一半導體基底,在該半導體基底上,依序形成一 閘極氧化層和一導電層; 定義該導電層,以在該半導體基底上,形成一閘極電 極; 進行一低濃度離子植入,以形成一輕摻雜源極/汲極 區; 在該半導體基底上,形成一氮化矽層; 回蝕刻去除部分的該氮化矽層,以形成一間隙壁: 以該間隙壁和該閘極電極爲罩幕,進行一高濃度離子 植入,以形成一源極/汲極區; 去除在該源極/汲極區上的部分該閘極氧化層; 去除該間隙壁; 形成一金屬層,覆蓋在該半導體基底和該閘極電極上; 進行一高溫製程步驟,使得包圍該閘極電極的該金屬 層和在該源極/汲極區上部分的該金屬層與矽反應轉變爲 金屬矽化物;以及 去除剩餘的該金屬層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之閘極電極側壁金屬矽 化物的製造方法,其中該導電層包括一多晶矽層。 3. 如申請專利範圍第2項所述之閘極電極側壁金屬矽 化物的製造方法,其中形成該多晶矽層的方法包括化學氣 相沉積法。 9 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家揉率(CNS ) A4洗格(210X297公釐) 513 13 4306lwf.doc/008 ABCD 經濟部中央揉率局Μ工消费合作社印製 六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第1項所述之閘極電極側壁金屬砂 化物的製造方法,其中該去除在該源極/汲極區上的部分 該閘極氧化層的方法包括濕鈾刻法。 5. 如申請專利範圍第1項所述之閘極電極側壁金屬砂 化物的製造方法,其中該去除該間隙壁的方法包括濕蝕刻 法。 6. 如申請專利範圍第1項所述之閘極電極側壁金屬砂 化物的製造方法,其中該金屬層包括一鈦金屬層D 7. 如申請專利範圍第6項所述之閘極電極側壁金屬矽 化物的製造方法,形成該鈦金屬層的方法包括濺鍍法。 8. 如申請專利範圍第1項所述之閘極電極側壁金屬矽 化物的製造方法,其中去除該剩餘的金屬層之方法包括濕 蝕刻法。 9. 一種金屬氧化半導體電晶體的製造方法,包括下列 步驟: 提供一半導體基底,在該半導體基底上,依序形成一 閘極氧化層和一導電層; 定義該導電層,以在該半導體基底上,形成一閘極電 極; 進行一低濃度離子植入,以形成一輕摻雜源極/汲極 結構; 在該半導體基底上,形成一氮化矽層; 回蝕刻去除部分的該氮化矽層,以形成一間隙壁; 以該間隙壁和該閘極電極爲罩幕,進行一高濃度離子 10 β張尺度逋用中國明家標準(CNS ) A4規格^ 2!0><297公釐) ^ ---------QII (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 513 13 C8 4306ί\νΓ.([〇〇/008 D8 六、申請專利範圍 植入,以形成一源極/汲極區; 去除在該源極/汲極區上的部分該閘極氧化層; 去除該間隙壁; 形成一金屬層,覆蓋在該半導體基底和該閘極電極上; 進行一高溫製程步驟,使得包圍該閘極電極的該金屬 層和在該源極/汲極區上部分的該金屬層與矽反應轉變爲 金屬矽化物; 去除剩餘的該金屬層;以及 進行該金屬矽化物的回火處理。 10. 如申請專利範圍第9項所述之金屬氧化半導體電晶 體的製造方法,其中該導電層包括一多晶矽層。 11. 如申請專利範圍第10項所述之金屬氧化半導體電 晶體的製造方法,其中形成該多晶矽層的方法包括化學氣 相沉積法。 12. 如申請專利範圍第9項所述之金屬氧化半導體電晶 體的製造方法,其中該去除在該源極/汲極區上的部分該 閘極氧化層的方法包括濕蝕刻法。 13. 如申請專利範圍第9項所述之金屬氧化半導體電晶 體的製造方法,其中該去除該間隙壁的方法包括濕蝕刻 法。 14. 如申請專利範圍第9項所述之金屬氧化半導體電晶 體的製造方法,其中該金屬層包括一鈦金屬層。 15. 如申請專利範圍第14項所述之金屬氧化半導體電 晶體的製造方法,形成該鈦金屬層的方法包括濺鍍法。 --------------11------〇 (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 451313 4306Uvf.doc/008 A8 08 C8 08 六、申請專利範圍 16. 如申請專利範圍第9項所述之金屬氧化半導體電晶 體的製造方法,其中去除該剩餘的金屬層之方法包括濕蝕 刻法。 17. 如申請專利範圍第9項所述之金屬氧化半導體電晶 體的製造方法,其中該高溫製程步驟的溫度約爲750°C左 右。 18. 如申請專利範圍第9項所述之金屬氧化半導體電晶 體的製造方法,其中該回火處理的溫度約爲850t左右。 --------! (請先Μ讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂 經濟部中央梯率局負工消f合作社印裂 12 本紙張尺度適用中國國家棣準(CNS ) A4规格(210X297公釐)
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