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TW200832527A - Silicide formation on a wafer - Google Patents

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TW200832527A
TW200832527A TW096135703A TW96135703A TW200832527A TW 200832527 A TW200832527 A TW 200832527A TW 096135703 A TW096135703 A TW 096135703A TW 96135703 A TW96135703 A TW 96135703A TW 200832527 A TW200832527 A TW 200832527A
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TW
Taiwan
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layer
metal
mask
region
wafer
Prior art date
Application number
TW096135703A
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English (en)
Inventor
Eric Gerritsen
Veronique De-Jonghe
Srdjan Kordic
Original Assignee
Nxp Bv
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Publication date
Application filed by Nxp Bv filed Critical Nxp Bv
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Description

200832527 九、發明說明： 發明領域 本發明是關於一種在一半導體晶圓上選擇性形成矽化 5 物的方法。 L· Λλ itur ]| 發明背景 金屬氧化半導體電晶體(Metal Oxide Semiconductor， MOS)是半導體裝置中重要的元件且金屬氧化半導體電晶 10體閘極的電性直接地影響此裝置的品質。金屬氧化半導體 電晶體的閘極區域典型地包含一多晶石夕層或是一非晶石夕層 §作主要的導電層’且有時為一砍化物層，例如銘砍化物 或鈦矽化物或鎳矽化物堆疊在此主要導電層上。相似地， 一金屬氧化半導體電晶體的源極和汲極主動區，典型地包 15含一可被一矽化物層覆蓋的摻雜矽層。這些矽化物層提供 好的歐姆接觸，因此減少金屬氧化半導體電晶體層的電阻 和增加含有金屬氧化半導體電晶體半導體裝置的操作速 度。 有許多可得的應用在於減少一整合電路中一些電晶體 20 的接觸電阻，和藉由維持一高接觸電阻保護其他電晶體的 靜電放電。因此’選擇性砍化電晶體的閘極、源極和/或没 極區域是必要的，而其他電晶體相對應之區域是無被金屬 矽化，因此維持兩個主動區域(50)和多晶矽區域的高接觸和 薄膜電阻(sheetresistance)，其中關於閘極、源極和/或汲極 200832527 區域的接觸電阻是需減少。 在一些已知的方法中，典型上使用一罩幕(mask)來防 止矽化物形成在不被金屬矽化之區域。這個罩幕可堆疊而 成，另一方面，包含一個氧化層，例如利用化學氣相沉積 5 之方法，從石夕酸四乙酯（tetraethyl orthosilicate，TEOS)得到 的二氧化矽層，又另一個方面可為一個氮化矽層（nitride)， 例如氮化石夕(silicon nitride)。這種的罩幕是習知石夕保護罩幕 (Si-Protect )或「SiPort」。矽化物不形成在有罩幕保護之晶 圓區域上。 10 然而關於上述的方法有許多缺點。罩幕的形成需要一 熱處理(thermal budget)，而此熱處理在90奈米和微小製程 中的接合面（junction)上是極不相容。此外，該熱處理在金 屬氧化半導體電晶體中會產生應力。最後，該熱處理本身 需要相對多的步驟，尤其在沉積鈷之前的一去氧化步驟， 15 此步驟是為了移走最上層的二氧化矽層，而此二氧化石夕層 會導致不應得的中空淺溝槽隔離（Shallow trench isolation，STI) 美國專利公開號2005/64638描述一種在晶片上可選擇 性形成矽化物的方法，目的是要減緩上述所提及之缺點。 20此建議的方法包含下列步驟(a)形成一電阻層在一不形成金 屬矽化的區域，（b)在該電阻層植入離子⑷移走該電阻 在此區域沉積金屬層（此金屬是可和矽利用熱反應形成一 矽化物）(e)在(d)步驟過程中進行一適合石夕化金屬沉積的加 熱處理和(f)移走在熱處理步驟(e)中未反應的金屬。 200832527 然而，在此流程，該矽保護光罩（電阻層）須在形成金 ―化的區_被_ ’因此會使這些區域容易的在餘刻 過程中被污染，將導致不應得的表面毁壞。 【發明内容2 5 發明概要 因此較佳地是提供-種在晶片上可選擇性形成石夕化物 之方法，其中在蝕刻矽保護光罩層的過程中，可以使金屬 矽化的區域預防損壞。 依照目前的發明，提供一種在半導體晶片上可選擇性 1〇形成矽化物的方法，包含形成矽化物的第一個區域和不形 成矽化物的第二個區域，該方法包含（a)沉積一金屬層在該 晶片中的該第一和第二區域（b)沉積一罩幕層在該金屬層 上（C)進行一金屬矽化物過程，其中該罩幕是有圖案的而使 金屬只形成在要進行該金屬矽化過程的第一區域。 15 因此’因為此金屬層在罩幕層形成之前先沉積，所以 不會污染此晶圓表面且在之後該蝕刻罩幕的過程中不造成 損壞。 在一實施例中，該罩幕層是被圖案化以至於只暴露金 屬層於半導體晶圓的第二區域，然後此金屬層的暴露部分 20 在進行金屬矽化過程前被移除。較佳地，接著進行一選擇 性蝕刻過程來移除任何未反應的金屬。 在另一實施例中，罩幕層被圖案化用於僅暴露金屬層 的第一個區域，接下來，在進行金屬矽化過程之前，一非 曰曰碎先、;儿積在第一和第二區域。在运個例子中，該罩幕声 7 200832527 可用乾蝕刻的方式將圖案轉移 且’儿積该非晶石夕層較佳地 是在一相對低的溫度，大約是100-l5(rc的程度。為了要移 除殘留物或是沒有反應的物質，再一次地，一選擇性餘= 過程較佳地是在金屬矽化過程後進行。在一實施例中x 5介電層（dielectric layer)也許在沉積該光罩層之前先沉積， 且該罩幕層是用來餘刻該介電層以至於該介電層只形成在 不會進行該金屬矽化過程的區域。
該金屬層可包含任何適合可做為金屬矽化的金屬，含 鈷、鎳、鈦等，但不以此為限。相似地，該罩幕可包含Z 10何適合的物質，含氧化物、氮化石夕、碳化石夕或非晶石炭或其 一組合，但不以此為限。 這些和其他相關發明將由下面所描述的實施例所呈 現0 本發明的實施例將由具體例伴隨著圖示__播述。 15 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 提及圖式中的第1圖，像之前簡單的描述，根據習知 技術的一流程，首先(步驟1) 一矽保護層1〇形成在整個晶 片上，包含一氧化物氮化矽，或是一在習知技術中所 20提到的堆疊物質。區域A是形成金屬矽化而區域3代表一 不形成金屬矽化的I/O電晶體。利用濕式蝕刻、乾式蝕刻 或是結合兩種方法，將形成金屬矽化的區域中的該矽保護 層10餃刻（步驟2)。實際上，形成金屬矽化的區域大約是 佔晶圓表面的90-99%。接著利用適合的方法將該晶片清 200832527 洗，例如用濕式敍刻、乾式钱刻、化學餘刻、反應性钱刻 或是物理性蝕刻（濺鍍蝕刻sputter etch)，接著一金屬層12 沉積在整個晶片上(步驟3)。最後進行一熱處理（退火)使無 形成矽保護層10的區域進行金屬矽化，接續，為移除任何 5 未反應之金屬，進行一選擇性餘刻過程。 如上所述，依照第1圖所表示的流程，移除形成金屬 矽化區域的矽保護層會損害（透過缺陷和殘留物）這些區域 的矽晶片表面。這就是需一非常精細清洗過程的原因，但 因不正常的金屬石夕化（尖峰現象，Spiking)導致接合线漏 10 (Junction leakage)或矽化物的侵蝕的結果，會造成良率降 低。 本發明已克服這個缺點，利用先進行金屬沉積步驟， 而後防止矽化物形成在金屬相關預決定位置上且最後進行 金屬矽化步驟。 15 提及圖式中的第2圖，根據本發明的第一具體例，在 一方法中，首先一金屬層12(例如鈷 '鎳、鈦等X步驟u沉 積在整個晶B](大約5G_2G〇A)，就是覆蓋在形成金屬石夕化的 區域A和不形成金屬魏的區域3之兩區域上。接著（步驟 2) ’ -硬罩幕16(例如氧化物/氮化秒/碳化石夕）沉積在整個金 2〇屬層12且進行圖案化用以移除不形成金屬石夕化區域的硬罩 幕。最後，在進行會造成金屬石夕化物形成在仍有金屬層 存在區域的金屬石夕化退火之前和移除任何未反應的金屬之 雨，利用濕式⑽、乾式烟將該金屬層12圖案化而移除 不形成金屬石夕化區域的金屬層和移除形成金屬石夕化區域㈧ 9 200832527 •' 之硬罩幕。 \ » 因此在此提供的方法中，藉由移走一非常薄的金屬層 (通常在5_30nm之間），將此石夕保護層圖案化(patterning)， 較佳地是利用濕式蝕刻方法，在這個建議的新流程中，一 5 優點在於此矽保護層對於輸入/輸出（I/O)電晶體區域B是有 抵抗力的’因此此裝置整體的漏電流是較低的（因為此金屬 - 矽化的區域大約是佔晶片表面的90-99%，反之被保護的區 域(Input/Output電晶體）大約是佔晶片表面的1-10%)。 Φ 此外，被保護的區域不會遭受到在習知技術的安排方 10 式中矽保護層因有缺陷而導致金屬矽化的情形（即尖峰現 ^ 象(spiking)和矽化物的侵蝕，而此兩者皆會造成接合洩漏。 提及圖式中的第3圖，根據本發明中第二實施例的方 ‘ 法中，先由兩個傳統的結構開始（步驟1)，其分別是要形成 金屬矽化的區域A和不形成金屬矽化區域B，首先一金屬 15 層12(例如鈷、鎳、鈦等）再一次沉積在整個晶圓上（步驟2)。 接者’此砍保遵層10沉積在整個金屬層12上。此砍保護 ® 層10也許包含氧化物、氮化石夕、碳化石夕、晶石夕碳層或此等 之一組合。此矽保護層10然後被圖案化(步驟4)，較佳地 是利用乾式蝕刻將欲形成金屬矽化的區域(A)移除矽保護 2〇層1〇，使剩下的間隙壁(spacer)留在原本的間隙壁上，且此 矽保護層10仍形成在不形成金屬矽化區域(B)。這裡值得 注意的，此矽保護層和蝕刻都不和底下的矽及接合面反 應，因此在這個過程中防止石夕表面的損害。 在下一步驟(步驟5)，一犧牲非晶矽層3〇(cap)沉積在 10 200832527 整個晶圓表面上。這樣的沉積發生在一相對低的溫度(例如 • ‘ 電漿輔助化學氣相沉積，可以四氫化矽為基礎，或其他技 - 術，像是物理氣相沉積），約是100°c。在步驟6中，進行 一金屬矽化退火過程。金屬和一未摻雜的非晶矽的反應速 5率高於和一有摻雜的非晶矽之反應速率。二不同相和不同 厚度的矽化物形成在未保護(A，B，C)和矽保護層保護(a，b，c) 的區域。厚度和相的差別可以經由退火過程中的溫度和時 _ 間所調整。不同相和不同厚度之矽化物形成在未保護和矽 保屢層保護的區域會造成含有大量矽的穩定石夕化物（例如 10 MSl2)的形成，或是形成不穩定的固溶液(例如MxSiy)矽化物 ~ 32，其穩定矽化物的形成是來自於未摻雜的非晶矽和薄且 少量矽的相（像矽化物，MSi)反應而得，而固溶液的形成是 來自於有摻雜的結晶矽。這個情況會造成接續選擇性地在 — 保護區域中移除後者形式的矽化物。 15 最後，此矽層和矽保護層被移除(在這個例子非結晶碳 φ 是一矽保護層，且可以被剝離(lift-off))，剩下未反應金屬 的區域12 ’然後此區域連同薄且不穩定的石夕化物一同被触 刻。 因此，關於上述習知技術所提到的缺點可以利用沉積 20 金屬層之後再沉積石夕保護層而被克服。因此，當保護層被 圖案化(藉由蝕刻），底下的矽不被損害，即無殘留物，無因 餘刻或需要之清洗步驟(典型的是錢鏟)所造成之石夕缺陷，改 良的金屬石夕化過程和減少接合泡漏，此將使該過程尤其是 和極淺接合(ultra-shallow junction，USL)或 SOI (Silic〇n on 11 200832527 - lnsulator)相容。該提出方法的基本概念提及到沉積一犧牲 #日日日♦層在金制上和形成魏護層在這非晶⑨層和底層 • 金屬之間。此犧牲矽層會減少矽在源極和汲極的接合面的 消耗，因此更增加和USJ或SOI相容性。 5 在另一已知的流程中，就像昇起式金屬矽化過程 (elevated silicidation)，首先一選擇性的磊晶矽成長過程在 _ 高溫下（典型地超過600°C)進行而成長另一矽層於源極和 汲極上。接著，一金屬層沉積在整個晶圓並且進行一金屬 I 矽化退火以利於矽化物形成在與矽層接觸的金屬區域。然 10後廷擇性地蝕刻未反應之金屬。然而，因使用高溫反應， 顯然地會得到不應得的接合面輪廓(junchon pr〇file)損壞。 進一步，必要的選擇性磊晶成長過程不易完成，此不完全 的選擇性成長將會導致在隔離區電路短缺風險 (spacers/STI)。 15 提及圖式中的第4圖，這些多出的問題將可以由本發 明之 ’帛三實_的方法所解決，而且具體地能達到—般昇起式 源極和汲極結構的特別優點，即減少接合面的矽損耗，而 無關於選擇性磊晶成長的缺點。從一源極和汲極結構開始 20 (步驟1}，首先一金屬層12沉積（步驟2)在一晶圓的整個表 面，就同本發明的第一實施例方法。接著，一介電物質（氣 化物或氮化矽）沉積（步驟3)在整個金屬層12上，此介電物 貝層在這裡做為硬質罩幕(har(jmask)。然後，較佳地使用反 轉活化罩幕(mverse active mask)和一額外的設計層來顯示 12 200832527 不需金屬石夕化的活化區域，連同一乾式姓刻，將此硬質罩 ' 綠圖案化，此乾絲刻移走不形成金屬梦化區域的硬質 . $幕而留下STI保護和殘留隔離區在原本的隔離區。 接著，在一相對低的溫度下沉積一非晶矽層24並且進 5灯金屬魏退火過㈣使該非晶韻24和此金屬層12在 欲形成金屬矽化的區域中反應且可形成矽化物於這些區 域。最後，進行-選擇性的溼式钕刻，姓刻未反應的石夕、 介電層和金屬。 和傳統的昇起式源極和汲極結構相比，沉積此矽犧牲 10層（去提供不來自於接合面的矽）是在金屬沉積之前，反之在 上述第二貫施例中，沉積此犧牲層是在金屬沉積之後。 因為非晶矽層的沉積是在一相對低的溫度下進行（例 如：電漿輔助化學氣相沉積大約是15〇〇c，物理氣相沉積大 約是100°c)，因此沒有接合面的損壞。進一步，因為金屬 15層和已參雜結晶矽的反應較慢於和未参雜非晶矽層的反 應’因此來自此非晶矽層大部分的矽都在金屬矽化過程中 被消耗，只有一小部分的矽是從接合面區域被消耗。此第 三實施例中是一延伸，完全地是上述所提到第二實施例的 整合樣本，在其中一特定步驟的使用，將無矽化物形成在 20隔離層區域(Siri或區域性矽表面氧化隔離技術(Localized
Oxidation of Silicon，LOCOS))。 值得一提的是，上述所提及的實施例不能以此限定本 發明實施之範圍，即大凡依本發明申請反為即發明說明内 容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範 13 200832527 - 圍内。在申請專利範圍内，圓括號内的標號將不會推斷為 \ - 限制此申請專利範圍。單數元件的表示並不排除複數元 ^ 件。僅僅的事實是某些測量敘述在互相不同的獨立項中不 表示結合這些測量不能被當作是好處。 5 【圖式簡單說明】 ^ 第1圖為圖示地顯示根據習知技術來選擇性在晶圓上 ‘ 形成矽化物的一種方法之標準流程步驟。 第2圖為圖示地顯示根據本發明的第一具體例來選擇 ® 性在晶圓上形成矽化的一種方法之標準流程步驟。 10 第3圖為圖示地顯示根據本發明的第二具體例來選擇 性在晶圓上形成石夕化的一種方法之標準流程步驟。 第4圖為圖示地顯示根據本發明的第三具體例來選擇 性在晶圓上形成石夕化的一種方法之標準流程步驟。 【主要元件符號說明】 10、16、22矽保護層 18介電層 12金屬層 24非晶石夕層 14矽化物 30非晶矽犧牲層 14

Claims (1)

  1. 200832527
    10 十、申請專利範圍： 1. 一種在一半導體晶圓上選擇性形成矽化物的方 yL· tp 該晶圓包含一或多個矽化物形成於其中之第一區域和 或多個矽化物不形成於其中之第二區域，此方法二八 (a) 沉積一金屬層於該晶圓上覆蓋該第一和第二區=· (b) 塗敷一罩幕層在該金屬層上，和 3 (c) 進行一個金屬矽化過程； 其中該罩幕層被®案化以至於造成只有在該-或多個第 一區域中的金屬暴露在矽化過程。 2. 依據巾料利範圍第丨項的綠，其巾該罩幕層被圖案 化使得僅在該半導體晶圓的一或多個第二區域中暴露該 金屬層’隨後該金屬層暴露的部分在進行魏過 移除。 3.依據中請專利範圍第2項的方法，其中_選擇性餘刻過 15 程被接續進行以移除任何未反應的金屬。 4·依據申請專利範圍第i項的方法，其中該罩 化使得僅在該一或多個第一區域中暴露該金屬層，隨後 在進行矽化過程前沉積一非晶形矽罩於該第一和第二區 域之上。 20 5.依據申請專利範圍第4項的方法’其中該罩幕層係藉由 乾式蚀刻被圖案化，且該非晶料罩係在_個相對低的 溫度下進行沉積。 6.依據申請專郷圍第5項的方法’其中_選擇性蚀刻過 程係在矽化過程後進行，目的是要移除任何殘留物或未 15 200832527 反應的物質。 7. 依據申請專利範圍第4項的方法，其中在施用該罩幕層 前，一介電層沉積在該金屬層上，並且在移除該一或多 個第一區域之前，該罩幕層被圖案化以暴露位在該一或 5 多個第一區域的該介電層。 8. —種電子電路裝置，係由包含有依據第1至7項中任一 項之方法的過程而製成。
    16
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