自对准金属硅化物的形成方法技术

本发明专利技术公开了一种自对准金属硅化物的形成方法，通过两步退火工艺，并在第二次退火工艺中引入氢的同位素气体，利用氢的同位素气体与气氛中的微量氧气发生反应来消除氧气，防止金属硅化物被氧化，从而减少或避免金属硅化物的表面缺陷(如金字塔状)，形成形貌平整和均匀性良好的金属硅化物；引入的氢的同位素气体中该同位素原子能进入到金属硅化物和硅衬底的界面处，并与Si结合成新的难以断裂的键，从而修复和减少界面处的缺陷，改善界面态(Dit)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种。
技术介绍
在半导体制造技术中，金属硅化物由于具有较低的电阻率且和其他材料具有很好 的粘合性而被广泛应用于源/漏接触和栅极接触来降低接触电阻。高熔点的金属与硅发生 反应生成金属硅化物，通过一步或者多步退火工艺可以形成低电阻率的金属硅化物。早期 的TiSi2由于其窄线条效应已经不适用于0. 18um的技术，被C〇Si2取代。C〇Si2B成相同 厚度的硅化物需要消耗更多的多晶硅或硅衬底，已经不能满足源漏浅结及超浅结的需求； C〇Si2在低于45纳米的多晶硅线条上表现出明显的窄线条效应；在45纳米及以下的技术 中，由于热预算的考量，C〇Si2的形成温度（RTP2的工艺温度范围为600°C?800°C)也不能 满足器件需求。随着半导体工艺水平的提高，特别是在45nm及其以下技术节点，为了获得 更低的接触电阻，镍及镍的合金成为形成金属硅化物的主要材料。 与TiSijPCoSi2相比，NiSi具有以下的优点：1)硅化工艺温度低（350°C? 750°C) ;2)硅消耗量低（形成1纳米NiSi仅消耗0. 83纳米Si) ;3)尚未发现NiSi方块电 阻随线条减小而变大；4)可以在较低的温度下与锗硅材料形成低阻值的硅化物。与TiSi2 和C〇Si2相似的地方是NiSi也采用两步RTP的工艺：首先在较低的温度下（220°C?300°C) 和队氛围中进行第一步退火，通过Ni的扩散，生成主要以Ni2Si和NiSi共存的硅化物；然 后通过选择性刻蚀去除侧墙上未反应的Ni或NiPt，在较高的温度下（350°C?750°C)和队 氛围中进行第二步退火，在源漏和栅极生成NiSi。 在已经公开的申请号为200780015617. 9的中国专利申请中公开了一种自对准金 属娃化物（Salicide,self-alignedsilicide)的形成方法，该方法选择镍合金作为形成金 属硅化物的材料。图1至图3给出了该方法形成自对准硅化物各阶段的剖面结构示意图。 如图1所示，首先提供半导体基底100,所述半导体基底100内形成有多个M0S晶 体管（图1中仅以一个M0S晶体管为例），相邻的M0S晶体管之间形成有隔离区110,所述 隔离区110内填充有绝缘材料；所述M0S晶体管包括：形成在半导体基底100上的栅介质 层104,在所述栅介质层104上形成的栅电极103,在所述栅电极103及栅介质层104的两 侧形成的侧墙105,所述栅电极103两侧半导体基底100内形成的源极101和漏极102。 如图2所不，在所述半导体基底100的表面形成金属层106,所述金属层106覆盖 所述源极101、漏极102、栅极103和侧墙105,所述金属层106的材料为镍钼合金。进一步 地，可以在金属层106上形成保护层107,所述保护层107的材料为氮化钛（TiN)，用来防止 金属层106被氧化，保护层107的形成是可选的，可以被忽略。 如图3所示，对所述半导体基底100进行退火工艺，通过退火，所述源极101、漏极 102、栅极103表面上的金属层106材料与所述源极101、漏极102和栅极103中的硅材料发 生反应生成金属硅化物层，分别为l〇la、102a、103a。之后通过选择性刻蚀将没有发生反应 的金属层106去除，使得形成的金属硅化物层101a、102a、103a暴露在所述半导体基底100 的表面。 在自对准金属硅化物的制造工艺中，形貌平整和均匀性良好的金属硅化物不仅有 利于降低接触电阻和串联电阻，而且有利于提高器件的可靠性。通过上述现有制造工艺获 得的自对准金属硅化物，虽然通过氮化钛等保护层可以在一定程度上防止金属层被氧化， 但工艺过程中仍不可避免反应氛围中微量氧气接触到生成的金属硅化物表面，并使其被氧 化，造成金属硅化物形貌缺陷（如金字塔状），影响表面均匀性。 另一方面，NBTI(负偏压温度不稳定性，NegativeBiasTemperature Instability)是半导体器件的一项重要指标。现有制造工艺中，金属娃化物与娃衬底的界 面存在大量的空穴缺陷以及Si-H键，在进行NBTI测试时，Si-H键受热激发而断裂，形成Si 悬挂键，H原子之间结合并以氢气形式释放，进一步形成空穴缺陷，引起阈值电压的负向漂 移，使得器件的NBTI性能较差。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种自对准金属硅化物的形成方 法，以降低金属硅化物的缺陷，可以得到形貌平整且均匀性良好的金属硅化物，同时，本发 明还可以改善金属硅化物与硅之间的界面，提高NBTI性能。 本专利技术提供的，其包括以下步骤： 提供半导体衬底，所述半导体衬底表面至少有一硅区域； 在所述硅区域的表面形成金属层； 进行第一次退火工艺，使得所述金属层和与之相接触的硅区域表面的硅结合形成 第一金属娃化物层； 去除未反应的金属层后，在含有氢的同位素气体的气氛下进行第二次退火工艺， 在所述第一金属硅化物层形成第二金属硅化物层的同时，所述氢的同位素气体与气氛中存 在的氧气结合以消除反应氛围中的氧气，并且在形成的所述第二金属硅化物层和硅区域之 间界面处具有Si悬挂键，所述氢的同位素气体的原子X还与Si悬挂键相结合，形成Si-x 键。 进一步地，所述氢的同位素气体为気气、氣气或氣气。优选氣气（D2)。 进一步地，第二次退火工艺中氢的同位素气体在气氛中的体积百分含量为 1-50%。 进一步地，第二次退火工艺中载气的流量为5-30slm(每分钟标准升），氢的同位 素气体在气氛中的体积百分含量为2-10%。 进一步地，第一次退火工艺中气氛的载气选自氮气、氦气或氦气，退火工艺选自恒 温退火工艺、尖峰退火工艺、闪光退火工艺或激光退火工艺中的一种。 进一步地，第二次退火工艺中气氛的载气选自氮气、氦气或氩气，退火工艺选自恒 温退火工艺、尖峰退火工艺、闪光退火工艺或激光退火工艺中的一种。 进一步地，所述第一金属硅化物层含高阻相硅化物，所述第二金属硅化物层为低 阻相硅化物。 进一步地，所述金属层为Ni。 进一步地，所述金属层还含有1-10%的NiPt。 进一步地，所述第一金属硅化物层含有NiSi和Ni2Si，所述第二金属硅化物层含有 NiSi〇 进一步地，第一次退火工艺之前还包括在所述金属层上形成保护层，第二次退火 工艺之前还包括去除所述保护层。 进一步地，所述保护层为Ti或TiN。 进一步地，所述硅区域为栅极及其两侧的源漏区。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点： 本专利技术的，通过在第二次退火工艺中引入氢的同位 素气体，如氘气，利用其与气氛中的微量氧气发生反应来消除氧气，防止生成的金属硅化物 被氧化，从而减少或避免金属硅化物的表面缺陷（如金字塔状），形成形貌平整和均匀性良 好的金属硅化物；引入的氢的同位素气体中该同位素原子，如D原子，能进入到金属硅化物 和硅衬底的界面处，与Si悬挂键形成Si-D键，或取代已存在的Si-H键形成Si-D键，从而 修复和减少界面处的缺陷，改善界面态（Dit);形成的Si-D键键能大于Si-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自对准金属硅化物的形成方法，其特征在于，其包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面至少有一硅区域；在所述硅区域的表面形成金属层；进行第一次退火工艺，使得所述金属层和与之相接触的硅区域表面的硅结合形成第一金属硅化物层；去除未反应的金属层后，在含有氢的同位素气体的气氛下进行第二次退火工艺，在所述第一金属硅化物层形成第二金属硅化物层的同时，所述氢的同位素气体与气氛中存在的氧气结合以消除反应氛围中的氧气，并且在形成的所述第二金属硅化物层和硅区域之间界面处具有Si悬挂键，所述氢的同位素气体的原子X还与Si悬挂键相结合，形成Si‑X键。

【技术特征摘要】
1. 一种自对准金属硅化物的形成方法，其特征在于，其包括以下步骤： 提供半导体衬底，所述半导体衬底表面至少有一硅区域； 在所述硅区域的表面形成金属层； 进行第一次退火工艺，使得所述金属层和与之相接触的硅区域表面的硅结合形成第一 金属硅化物层； 去除未反应的金属层后，在含有氢的同位素气体的气氛下进行第二次退火工艺，在所 述第一金属硅化物层形成第二金属硅化物层的同时，所述氢的同位素气体与气氛中存在的 氧气结合以消除反应氛围中的氧气，并且在形成的所述第二金属硅化物层和硅区域之间界 面处具有Si悬挂键，所述氢的同位素气体的原子X还与Si悬挂键相结合，形成Si-x键。2. 根据权利要求1所述的自对准金属硅化物的形成方法，其特征在于：所述氢的同位 素气体为氣气。3. 根据权利要求1或2所述的自对准金属硅化物的形成方法，其特征在于：第二次退 火工艺中氢的同位素气体在气氛中的体积百分含量为1-50%。4. 根据权利要求3所述的自对准金属硅化物的形成方法，其特征在于：第二次退火工 艺中载气的流量为5-30slm，氢的同位素气体在气氛中的体积百分含量为2-10%。5. 根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖天金，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31