专利名称：集成电路金属硅化物方法
技术领域：
本发明大体而言涉及mosfet晶体管领域，且更具体而言涉及一种用于在mos集成电路中形成金属硅化物区域以减少自对准硅化物(salicide)细丝及提高良率的方法。
背景技术：
传统金属氧化物半导体常常使用金属硅化物层来降低电阻。常常使用一种自对准硅化工艺(salicide)在mos晶体管的栅电极及源极-漏极区域上形成由硅化钛、硅化钴或硅化钨构成的区域。在此种工艺中，在包含mos晶体管结构的硅衬底上沉积一毯状覆盖金属膜。然后使所述金属与下伏的硅区域进行反应，以形成一低电阻金属硅化物。然后，使用一对所存在的金属硅化物具有选择性的金属蚀刻工艺来移除衬底上残存的任何未反应的金属。在此种工艺进行的过程中，使金属硅化物局限于源极-漏极区域及栅极区域中至关重要。在源极-漏极区域情况下，如果在晶体管侧壁结构下面形成金属硅化物，则晶体管可能会变得无法使用。而且，金属硅化物层应与下伏的源极-漏极区域形成一相对光滑的介面。金属硅化物/源极-漏极区域介面中的任何不平整均将导致泄漏电流增大且击穿电压降低。
为降低与金属硅化物区域相关联的电阻，人们正日益广泛地使用镍来形成mos晶体管中的金属硅化物区域，尤其是对于实体栅极长度小于40nm的晶体管及/或具有超浅结面的mos晶体管。镍在硅中具有极高的扩散性，从而会形成延伸于晶体管侧壁结构下面的硅化镍区域。另外，使用现有方法形成的硅化镍区域与下伏的p型源极-漏极区域具有非常粗糙的介面。如上文所述，此会导致晶体管的泄漏电流增大且击穿电压降低。因此，需要一种用于在mos晶体管的栅电极与源极-漏极区域上形成与下伏的源极-漏极区域具有光滑介面且不延伸于晶体管侧壁结构下面的金属硅化物的方法。
发明内容
本发明包括一种用于在mos晶体管上形成金属硅化物区域的方法。该方法包括在mos晶体管的源极及漏极区域中形成含氟区域。在一实施例中，所述含氟区域包含一形成至5至300埃深度的约1×1017至5×1021cm-3的氟浓度。可将所述源极及漏极区域暴露至一含氟等离子体或通过在所述源极及漏极区域内植入氟或一种含氟物质来形成所述含氟区域。在所述含氟区域与所述源极及漏极区域上形成一金属层。使所述金属层与下伏的含氟区域发生反应而形成一金属硅化物。
在附图中图1(a)-(d)为显示本发明一实施例的剖视图。
在各图式使用通用的参考编号来表示相同或相似的形体。这些图式并未按比例绘制，而是仅供用于图解说明目的。
具体实施例方式
尽管下文对本发明的说明是围绕图1(a)至图1(d)来进行，然而本发明可用于许多种半导体器件结构中。本发明的方法提供一种形成具有一光滑介面且不会延伸于晶体管侧壁结构下面的金属硅化物区域的凯发k8ag旗舰厅真人平台的解决方案。
现在将参照图1(a)至图1(d)来说明本发明的一实施例。参见图1(a)，提供一硅衬底10。在硅衬底10上形成一栅极介电质20。栅极介电质20可例如包含一种氧化物、热生长而成的sio2、氮化物、氧氮化物、或其任一组合，并较佳约为1至20nm厚。也可使用一介电常数大于3.9的高k介电材料来形成所述栅极介电层。高k介电材料的实例包括例如氧化铪、氧氮化铪等含铪的介电质。在栅极介电质20上形成一层含硅的材料(未显示，但将对其进行图案化及蚀刻以形成所述栅电极结构)。较佳地，此种含硅的材料由多晶硅(“poly”或“polysilicon”)构成，但其也可由非晶硅、外延硅或任何其他半导体材料构成。
图1(a)至图1(d)中所示的硅衬底10的区域既可为n型也可为p型。在形成cmos集成电路时，在硅衬底中形成n型及p型井区域。图1(a)至图1(d)中所示的衬底10的区域可代表硅衬底中一n型井区域或一p型井区域的一部分。倘若为一p型井区域，则将形成一nmos晶体管。通过一种类似的方式，在为一n型井区域10的情况下，将形成一pmos晶体管。
对于使用标准光刻工艺及多晶硅蚀刻界定而成的栅电极结构30，例如通过首先热生长约10-50a的氧化物并随后沉积约150a的teos氧化物来形成一间隔层45。在其他实施例中，间隔层45可包括氮化硅及/或氧化硅(生长而成或沉积而成)层的一组合。对于其中区域10包含一p型井的一部分的一nmos晶体管而言，实施一毯状覆盖n型漏极-源极延伸植入，从而得到n型掺杂区域40。n型掺杂区域40通常称作一轻掺杂漏极(ldd)或一中等掺杂漏极(mdd)延伸区域。除漏极-源极植入以外，有时还实施腔植入。倘若图1(a)中所示的晶体管为一nmos晶体管，则所述腔植入将包括一p型掺杂物质。在当前集成电路技术中，腔植入是指一种用于减小短晶体管栅极长度对例如阈电压的晶体管性质的影响的植入。然而，腔植入的作用并不仅限于阈电压。对一特定晶体管类型进行的腔植入通常会得到一延伸出晶体管的漏极延伸部分之外的掺杂分布。p型腔植入的物质可由b、bf2、ga、in、或任何其他适宜的p型掺杂剂组成。n型ldd植入的物质则可由as、p、sb、或任何其他适宜的n型掺杂剂组成。这些掺杂剂的次序多少有些随意且也可在进行腔植入之前实施ldd植入。
对于一其中区域10包含一n型井的一部分的pmos晶体管而言，实施一毯状覆盖p型漏极-源极延伸植入，从而得到经p型掺杂的区域40。经p型掺杂的区域40通常称作一轻掺杂漏极40或一中等掺杂漏极(mdd)延伸区域。除漏极-源极植入以外，有时还实施腔植入。倘若图1(a)中所示的晶体管为一pmos晶体管，则所述腔植入将包含一种n型掺杂物质。在当前的集成电路技术中，腔植入是指一种用于减小短的晶体管栅极长度对例如阈电压等晶体管性质的影响的植入。然而，腔植入的效果并不仅限于阈电压。对一特定晶体管类型进行的腔植入通常会得到一延伸出晶体管的漏极延伸部分之外的掺杂分布。n型腔植入的物质可由as、p、sb、或任何其他适宜的n型掺杂剂组成。p型源极-漏极延伸植入的物质则可由硼或任何其他适宜的p型掺杂剂组成。这些掺杂剂的次序多少有些随意且也可在进行源极-漏极延伸植入之前实施腔植入。
在完成源极-漏极延伸植入工艺(及腔植入—若实施)以及任何后续处理之后，形成如图1(a)中所示的晶体管侧壁结构50。在本发明的一实施例中，侧壁结构50包括复数个氧化硅及氮化硅介电层。侧壁结构50是通过沉积由适宜介电材料构成的毯状覆盖层而形成。然后，使用一各向异性蚀刻来形成侧壁结构50。也可使用单种适宜的介电材料(例如氮化硅或氧化硅)来形成侧壁结构50。
在形成侧壁结构50之后，形成源极及漏极区域60。对于nmos晶体管而言，向毗邻侧壁结构50的硅区域10内植入例如砷及/或磷等n型掺杂剂。对于pmos晶体管而言，则向毗邻侧壁结构50的硅区域10内植入例如硼等p型掺杂剂。因此，对于nmos晶体管而言，区域60将被掺杂n型，而对于pmos晶体管而言，区域60将被掺杂p型。在形成源极及漏极区域60之后，实施一高温源极-漏极退火，以活化所植入掺杂剂并移除在离子植入工艺中所形成的对硅区域10的破坏。所述源极-漏极退火可包括一快速热退火(rta)工艺，在此种工艺中，在高于800℃的温度下将源极及漏极区域退火介于1秒与数分钟之间的时间。
图1(b)中显示在源极及漏极区域60中形成含氟区域70之后的图1(a)所示结构。应注意，含氟区域70是在所有源极-漏极退火工艺均已完成之后形成。所述含氟区域是接近表面的区域，其具有约为5至300埃的深度x及1×1017至5×1021cm-3的氟浓度。在一实施例中，通过使源极及漏极区域60暴露至一含氟的等离子体来形成含氟区域70。此种工艺可包括使1-20sccm的nf3、0-100sccm的n2、0-100sccm的h2及/或0-100sccm的ar在压力为50-100毫托且功率水平为75-200瓦的等离子体室中流动。其他可在等离子体中用于形成含氟区域的气体包括nf3/h2、nf3/nh3、nf3/n2、nf3/ar、nf3/n2/h2、cf4/h2/ar、c2h6/ar及c2f6/h2。应将本发明的含氟等离子体工艺与用于蚀刻氧化物及/或实施其他类型的表面处理的含氟等离子体相区别。这些工艺优化成不使氟包含于下伏的硅区域中且实际上优化成不留下任何含氟的残留物。在本发明之前人们尚不知道氟具有限制金属硅化物区域的形成的能力，且使用等离子体来形成一接近表面的区域在直觉上不同于含氟等离子体当前在半导体技术领域中的使用。
在本发明的另一实施例中，可通过以0.2至5kev的能量及1×1011至1×1016cm-2的剂量向源极及漏极区域70内植入氟及/或含氟物质来形成含氟区域70。在源极及漏极区域60中形成含氟区域70的工艺过程中，也可在栅电极结构80中形成一含氟区域80。栅电极结构30中的含氟区域80将有助于随后形成硅化镍层—其将形成于栅电极结构30中。在那些其中在栅电极结构30中不期望存在含氟区域的情形中，可在包含入氟的工艺中使用一阻挡层或遮罩来遮罩栅电极结构30。
在形成图1(b)中所示的含氟区域70之后，如图1(c)中所示在图1(b)所示结构上形成一金属层90。在本发明的一实施例中，所述金属层包含镍。除镍之外，其他金属包括钴、钼、铂等。在其中使用镍来形成金属层90的情形中，金属层90的厚度mt介于30至400埃之间。在某些情形中，可在原位置在单个群组工具的多个室中或在单个室中实施含氟层70及后续金属层90的形成。
在形成金属层90之后，对图1(c)中所示的结构进行热退火，从而使上覆的金属层90与下伏的硅区域发生反应而形成金属硅化物区域。应注意，在金属层90与侧壁结构50之间不发生反应。在形成所述金属硅化物区域之后，以化学方式移除未反应的金属，从而得到图1(d)中所示的金属硅化物区域100及110。倘若使用镍来形成金属层90，则通过在250℃至550℃的温度下对镍金属层90进行退火来形成单硅化镍(nisi)100、110。在该实施例中，在硅化物形成工艺中将会消耗含氟区域70且在nisi区域100与源极及漏极区域60的介面130处将会积聚氟。在本发明的工艺之后，在nisi区域100与下伏源极及漏极区域60之间的介面处所测量到的氟浓度将大约为1×1017至5×1021cm-3。在源极及漏极区域60中形成nisi区域100期间，也将同时在栅电极结构30中形成一nisi区域110。
上文所述的金属硅化物形成工艺既可用于nmos晶体管也可用于pmos晶体管。倘若用于nmos晶体管，则上文所述的工艺会使形成于侧壁结构下面的金属硅化物区域最小化并形成一光滑的金属硅化物/源极漏极介面130。而倘若用于pmos晶体管，则上文所述的工艺会使金属硅化物/源极-漏极介面130中的不平坦度最小化并使泄漏电流降低、击穿电压升高。
尽管上文已参照例示性实施例说明了本发明，然而本说明并非旨在视为具有限定意义。所属技术领域的技术人员在阅读本说明之后将易知这些例示性实施例的各种修改及组合形式、以及本发明的其他实施例。因此，随附权利要求书被用来囊括任何此等修改形式及实施例。
权利要求
1.一种用于形成mos晶体管的方法，其包括在一半导体上形成一介电层；在所述介电层上形成一栅电极结构；将掺杂剂物质植入所述半导体中毗邻于所述栅电极结构处以形成源极及漏极区域；在所述源极及漏极区域中形成含氟区域；在所述源极及漏极区域和所述含氟区域上形成一金属层；及使所述金属层与所述下伏的含氟区域发生反应以在所述源极及漏极区域中形成金属硅化物区域。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在形成所述含氟区域之前对所述源极和漏极区域进行退火。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述含氟区域包含浓度为1×1017至5×1021cm-3的氟。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述含氟区域形成至一约5至300埃的深度。
5.如权利要求4所述的方法，其中通过使所述源极及漏极区域暴露至一含氟等离子体来形成所述含氟区域，此包括使1-20sccm的nf3、0-100sccm的n2、及0-100sccm的h2在一压力为50-100毫托且功率水平为75-200瓦的等离子体室中流动。
6.如权利要求4所述的方法，其中通过以0.2至5kev的能量及1×1011至1×1016cm-2的剂量将氟或一含氟物质离子植入所述源极及漏极区域70中来形成所述含氟区域。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述金属层包括镍。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述金属层包括镍。
9.一种用于在一mos晶体管中形成金属硅化物区域的方法，其包括在一半导体上形成一介电层；在所述介电层上形成一栅电极结构；将掺杂剂物质植入所述半导体中毗邻于所述栅电极结构处以形成源极及漏极区域；在所述掺杂剂物质的所述植入之后对所述源极及漏极区域进行退火；在所述退火之后在所述源极及漏极区域中形成含氟区域；在所述源极及漏极区域和所述含氟区域上形成一金属层；及使所述金属层与所述下伏的含氟区域发生反应以在所述源极及漏极区域中形成金属硅化物区域。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述含氟区域包括浓度为1×1017至5×1021cm-3的氟。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述含氟区域形成至一约5至300埃的深度。
12.如权利要求11所述的方法，其中通过使所述源极及漏极区域暴露至一含氟等离子体来形成所述含氟区域，此包括使1-20sccm的nf3、0-100sccm的n2、及0-100sccm的h2在一压力为50-100毫托且功率水平为75-200瓦的等离子体室中流动。
13.如权利要求11所述的方法，其中通过以0.2至5kev的能量及1×1011至1×1016cm-2的剂量将氟或一含氟物质离子植入所述源极及漏极区域70中来形成所述含氟区域。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述金属层包括镍。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述金属层包括镍。
16.一种用于在一mos晶体管中形成源极及漏极金属硅化物区域的方法，其包括在一半导体上形成一介电层；在所述介电层上形成一栅电极结构；将掺杂剂物质植入所述半导体中毗邻于所述栅电极结构处以形成源极及漏极区域；在所述掺杂剂物质的所述植入之后对所述源极及漏极区域进行退火；在所述退火之后在所述源极及漏极区域中形成含氟区域，其中所述含氟区域包括浓度为1×1017至5×1021cm-3的氟且所述含氟区域形成至一约5至300埃的深度；在所述源极及漏极区域和所述含氟区域上形成一镍层；及使所述金属层与所述下伏的含氟区域发生反应以在所述源极及漏极区域中形成金属硅化物区域。
17.如权利要求16所述的方法，其中通过使所述源极及漏极区域暴露至一含氟的等离子体来形成所述含氟区域，此包括使1-20sccm的nf3、0-100sccm的n2、及0-100sccm的h2在一压力为50-100毫托且功率水平为75-200瓦的等离子体室中流动。
18.如权利要求16所述的方法，其中通过以0.2至5 kev的能量及1×1011至1×1016cm-2的剂量将氟或一含氟物质离子植入所述源极及漏极区域70中来形成所述含氟区域。
全文摘要
在mos晶体管的源极及漏极区域(60)中形成含氟区域(70)。在所述含氟区域(70)与所述源极及漏极区域(60)上形成一金属层(90)。使所述金属层与下伏的含氟区域发生反应以形成一金属硅化物。
文档编号h01l29/78gk1965403sq200580014785
公开日2007年5月16日 申请日期2005年3月17日 优先权日2004年3月17日
发明者路炯平, 岳多丰, 刘小战, 唐纳德·s·迈尔斯, 兰斯·s·罗伯逊 申请人:德州仪器公司