一种离子注入增强多层薄膜硅化物方法技术

本发明专利技术提出了一种离子注入增强多层薄膜硅化物方法。所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法是穿过半导体硅衬底上已沉积形成的单层或多层金属薄膜，对所述单层或多层金属薄膜进行氩离子轰击，从而穿过所述单层或多层金属薄膜在欧姆接触区表面上形成硅化物层。具体包括：步骤1、在晶向为100的硅晶片上形成半导体器件区域；步骤2、在所述半导体器件区域的半导体硅衬底上形成单层或多层金属膜；步骤3、穿过所述单层或多层金属膜对所述硅晶片衬底进行氩离子轰击，在欧姆接触区表面上形成硅化物层。层。层。

【技术实现步骤摘要】
一种离子注入增强多层薄膜硅化物方法


[0001]本专利技术提出了一种离子注入增强多层薄膜硅化物方法，属于半导体器件生产


技术介绍

[0002]硅化物的使用在半导体制造领域中是十分广泛的。硅化物是硅金属合金，通常由过渡金属组成，包括例如镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、钴(Co)或其合金。硅化物通常用于提供用于接触金属氧化物半导体(MOS)器件中的栅电极以及源和漏电极的低电阻率结构。过渡金属具有许多用于硅化物的理想特性：它们表现出低电阻率，在相对较低的温度下与硅反应，并且不与大多数电介质反应。
[0003]但问题是没有一种过渡金属适合每种应用。例如，在源漏区使用硅化镍(NiSi)可能会出现问题，因为硅化镍会尖峰化(即继续反应超过所需的点)以在p+有源区形成NiSi2，以及侵入下方栅隔离物和栅电极。即使硅化物中金属浓度的变化也会导致器件出现问题。例如，虽然含有例如10原子百分比的铂(Ni.sub.0.90Pt.sub.0.10)的硅化镍适用于一种器件，例如逻辑晶体管，但它可能会在另一个器件中产生泄漏问题设备，例如动态存储器存取晶体管，这是在芯片后端工艺处理期间使用的热退火步骤的结果。相反，虽然含有更高浓度铂的硅化物，例如15原子百分比的铂(Ni.sub.0.85Pt.sub.0.15)，可能适用于动态存储器存取晶体管，但它可能会在逻辑上产生一些硅化物侵蚀问题晶体管。
[0004]目前常用的半导体硅化物形成方法，有以下几种：
[0005]1.采用在硅上淀积单金属层，然后通过退火形成硅化物层，如镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、钴(Co)，等。
[0006]2.采用在硅上淀积金属合金层，然后通过退火形成硅化物层，如镍(Ni)/铂(Pt)合金、钛(Ti)/镍(Ni)合金、等。
[0007]以上所述方法的主要缺点有硅化物或硅化物合金的尖峰化问题，这对于小尺寸浅结的高端集成电路的1、性能影响较大。
[0008]2、稳定性与重复性差。
[0009]3、对于不同的器件应用需要采用不同的硅化物工艺。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供了一种离子注入增强多层薄膜硅化物方法，所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法不仅可用于接触金属氧化物半导体(MOS)器件中的栅电极以及源和漏电极的低电阻率结构，而且适用于各种半导体器件应用的硅化物层及其相关工艺，用以解决现有技术中已有多层薄膜硅化物中存在硅化物或硅化物合金的尖峰化问题、稳定性和重复性较差以及不同器件需采取不同硅化物工艺导致硅化物工艺方法兼容性差的问题：
[0011]一种离子注入增强多层薄膜硅化物方法，所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法是穿过半导体硅衬底上已沉积形成的单层或多层金属薄膜，对所述单层或多层金属薄膜进
行氩离子轰击，从而穿过所述单层或多层金属薄膜在欧姆接触区表面上形成硅化物层。
[0012]进一步地，所述穿过半导体硅衬底上已沉积形成的单层或多层金属薄膜，对所述单层或多层金属薄膜进行氩离子轰击，从而穿过所述单层或多层金属薄膜在欧姆接触区表面上形成硅化物层，包括：
[0013]步骤1、在晶向为100的硅晶片上形成半导体器件区域；
[0014]步骤2、在所述半导体器件区域的半导体硅衬底上形成单层或多层金属膜；
[0015]步骤3、穿过所述单层或多层金属膜对所述硅晶片衬底进行氩离子轰击，在欧姆接触区表面上形成硅化物层。
[0016]进一步地，所述半导体器件区域包括半导体硅衬底、氧化硅绝缘沟道、半导体场效应器件的栅极区、源极区和漏极区。
[0017]进一步地，步骤2中的在所述半导体器件区域上形成单层的过程包括：
[0018]在2
‑9×
10
‑5Pa的压力下以1毫微米(nm)/秒(s)的淀积速度，在所述半导体硅衬底上淀积一层金属薄膜；其中，所述金属薄膜的厚度为30
‑
60毫微米(nm)，所述金属薄膜可以为30
‑
60毫微米(nm)的镍薄膜。
[0019]进一步地，步骤2中的在所述半导体器件区域上形成多层的过程包括：
[0020]步骤201、在2
‑9×
10
‑5Pa的压力下以1毫微米(nm)/秒(s)的淀积速度，在所述半导体硅衬底上淀积第一层金属薄膜；其中，所述第一层金属薄膜的厚度为20毫微米，所述第一层金属薄膜可以为20毫微米的镍薄膜；
[0021]步骤202、在2
‑9×
10
‑5Pa的压力下以1毫微米(nm)/秒(s)的淀积速度，在所述第一层金属薄膜上淀积第二层金属薄膜；其中，所述第二层金属薄膜的厚度为20毫微米，所述第二层金属薄膜可以为20毫微米的铂薄膜。
[0022]进一步地，所述单层或多层金属膜的厚度为30
‑
60毫微米(nm)。
[0023]进一步地，步骤3中的穿过所述单层或多层金属膜对所述硅晶片衬底进行氩离子轰击，在欧姆接触区表面上形成硅化物层，包括：
[0024]步骤301、以1
‑4×
10
15
cm
‑2的氩离子注入剂量以及300
‑
500keV的氩离子注入能量对厚度为30
‑
60毫微米(nm)的单层或多层金属膜进行氩离子轰击，通过氩离子轰击在半导体硅衬底的欧姆接触表面上形成硅化物层；
[0025]步骤302、在350℃
‑
450℃的温度下对所述硅化物层进行3
‑
5min的氮气流退火处理，形成稳定成型的硅化物层。
[0026]进一步地，所述氩离子注入剂量通过如下方式进行确定：
[0027]当所述金属膜为单层金属膜时，所述氩离子注入的剂量与能量确定过程为：
[0028]确定所述单层金属膜的金属膜厚度，并根据所述单层金属膜厚度，按照氩离子注入剂量确定规则一进行氩离子注入剂量与能量的值确定；
[0029]当所述金属膜为多层金属膜时，所述氩离子注入剂量与能量确定过程为：
[0030]确定所述所述多层金属膜中每层金属膜的厚度关系，并根据所述每层金属膜的厚度关系，按照氩离子注入剂量确定规则二进行氩离子注入剂量与能量的值确定。
[0031]进一步地，所述氩离子注入剂量确定规则一如下：
[0032]当所述单层金属膜的金属膜厚度处于30nm≤h≤50nm时，以1.8
×
10
15
cm
‑2的氩离子注入剂量与300KeV的能量为初始能量值进行氩离子轰击，并在氩离子轰击过程中，按照
逐步减少氩离子注入剂量至1
×
10
15
cm
‑2后，再以所述初始能量值为基础逐步增加氩离子注入剂量至4
×
10
15
cm
‑2的方式确定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子注入增强多层薄膜硅化物方法，其特征在于，所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法是穿过半导体硅衬底上已沉积形成的单层或多层金属薄膜，对所述单层或多层金属薄膜进行氩离子轰击，从而穿过所述单层或多层金属薄膜在欧姆接触区表面上形成硅化物层。2.根据权利要求1所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法，其特征在于，所述穿过半导体硅衬底上已沉积形成的单层或多层金属薄膜，对所述单层或多层金属薄膜进行氩离子轰击，从而穿过所述单层或多层金属薄膜在欧姆接触区表面上形成硅化物层，包括：步骤1、在硅晶片上形成半导体器件区域；步骤2、在所述半导体器件区域的半导体硅衬底上形成单层或多层金属膜；步骤3、穿过所述单层或多层金属膜对所述硅晶片衬底进行氩离子轰击，在欧姆接触区表面上形成硅化物层。3.根据权利要求2所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法，其特征在于，所述硅晶片的晶向为100。4.根据权利要求2所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法，其特征在于，所述半导体器件区域包括半导体硅衬底、氧化硅绝缘沟道、半导体场效应器件的栅极区、源极区和漏极区。5.根据权利要求2所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法，其特征在于，步骤2中的在所述半导体器件区域上形成单层的过程包括：在2
‑9×
10
‑5Pa的压力下以1毫微米(nm)/秒(s)的淀积速度，在所述半导体硅衬底上淀积一层金属薄膜。6.根据权利要求2所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法，其特征在于，步骤2中的在所述半导体器件区域上形成多层的过程包括：步骤201、在2
‑9×
10
‑5Pa的压力下以1毫微米(nm)/秒(s)的淀积速度，在所述半导体硅衬底上淀积第一层金属薄膜；步骤202、在2
‑9×
10
‑5Pa的压力下以1毫微米(nm)/秒(s)的淀积速度，在所述第一层金属薄膜上淀积第二层金属薄膜。7.根据权利要求2、5或6所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法，其特征在于，所述单层或多层金属膜的厚度为30
‑
60毫微米(nm)。8.根据权利要求2所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法，其特征在于，步骤3中的穿过所述单层或多层金属膜对所述硅晶片衬底进行氩离子轰击，在欧姆接触区表面上形成硅化物层，包括：步骤301、以1
‑4×
10
15
cm
‑2的氩离子注入剂量以及300
‑
500keV的氩离子注入能量对厚度为30
‑
60毫微米(nm)的单层或多层金属膜进行氩离子轰击，通过氩离子轰击在半导体硅衬底的欧姆接触表面上形成硅化物层；步骤302、在350℃
‑
450℃的温度下对所述硅化物层进行3
‑
5min的氮气流退火处理，形成稳定成型的硅化物层。9.根据权利要求8所述离子注入增强多层薄膜硅化物方法，其特征在于，所述氩离子注入剂量通过如下方式进行确定：当所述金属膜为单层金属膜时，所述氩离子注入的剂量与能量确定过程为：
确定所述单层金属膜的金属膜厚度，并根据所述单层...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪学天，王尧林，林和，黄宏嘉，牛崇实，赵大国，
申请(专利权)人：弘大芯源深圳半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：