[发明专利]形成超薄可控的金属硅化物的方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，具体涉及在金属薄膜和半导体硅衬底之间形成金属 硅化物的方法。

背景技术

随着器件尺寸的缩小，作为金属电极的金属硅化物被广泛用于金属氧化物半导体场效 应晶体管(MOSFET)的源漏极和栅极，形成和硅、锗或硅-锗半导体的金-半接触。金属 硅化物的主要作用从一开始的为简单的二极管提供可靠的接触，到近来利用自对准金属硅 化物形成工艺salicide为MOSFET形成低阻源漏接触和低方块电阻栅电极，在CMOS器件 尺寸的微缩化及提高器件性能上起着非常重要的作用。金属硅化物从早期的硅化钛 (TiSi₂)、硅化钴(CoSi₂)发展到现在主流的的硅化镍(NiSi)或掺铂硅化镍(Ni(Pt)Si)。

硅化钛工艺是先将钛金属沉积在晶片上，然后经过稍低温度的第一次退火，得到高阻 的中间亚稳相C49，然后再经过温度稍高的第二次退火，使C49相转变成最终需要的低阻 C54相(稳定)。硅化钛具有形成工艺简单、高温稳定性好等优点。然而，随着MOSFET 尺寸的不断变小，会出现硅化钛的形成和相变不彻底的现象，尤其是其窄线条效应，即硅 化钛的的形成和相变随着线宽或接触面积的减小而变得更加困难，这不仅大大增加了接触 电阻和寄生串联电阻，而且导致了器件和器件、电路和电路及芯片和芯片之间特性的不稳 定和不重复。

为了解决较小尺寸下出现的线宽效应，硅化钴作为硅化钛的替代品应运而生，但当器 件尺寸更小时，窄线条效应在硅化钴的形成中仍然会出现；随着有源区掺杂深度不断变浅， 硅化钴形成过程中也会过度消耗表面高掺杂硅。基于以上缺陷，必须寻找新的替代品去适 应更高的要求。

相对于之前的硅化钛和硅化钴而言，硅化镍具有一系列独特的优势。硅化镍仍然沿用 之前硅化物类似的两步退火工艺，但是退火温度有了明显降低(＜600℃)，这样就大大减 少对器件已形成的超浅结的破坏，较低的退火温度不会导致已掺杂离子在硅化物形成过程 中的扩散。同时，较低的退火温度也有利于更加先进的材料和技术的集成，这里特别包括 了高介电系数的介质栅(high-K dielectric)和金属栅极(metal gate)；镍的硅化物的形成即 使在30纳米以下的线条中都没有发现窄线条效应；硅化镍的形成过程对源/漏区的硅的消 耗较少，而靠近表面的硅刚好是掺杂浓度最大的区域，因而对于降低整体的接触电阻十分 有利。

然而超薄镍硅化物也面临一系列的问题。一方面，通常使用的低阻硅化镍薄膜有着一 镍一硅的化学组份比，即一硅化镍NiSi。而由于Si的存在并直接同NiSi接触，随着温度 的升高，NiSi会和Si发生反应，形成更加稳定的二硅化镍NiSi₂相，即低阻的一硅化镍相 有着潜在的高温不稳定性，对随后的后端工艺中各个步骤的最高温度产生了限制；另一方 面，随着超薄硅化物的厚度越来越小，原先的连续厚度均匀的薄膜会由于表面张力作用， 会出现厚度不均匀甚至变成类似于岛状的不连续形状，从而导致电阻变大甚至不导电；另 外，通常的硅化镍形成工艺在形成硅化物时的速度不易控，不利于形成超薄的硅化物层。

鉴于以上问题，本发明提出一种新的方法，该种方法可形成热稳定性和结构稳定性很 高且生长速度可控的超薄金属硅化物。

发明内容

本发明的目的是提供一种在硅衬底上形成一层厚度可控的超薄金属硅化物的方法。

本发明提供的形成厚度可控的超薄金属硅化物的方法包括下列步骤：

(1)在硅衬底上淀积一薄层金属(如镍)，该层金属向硅衬体进行扩散。金属向硅衬 底扩散的速度和深度跟淀积时的衬底温度相关；

(2)去除硅衬底表面剩余的金属；

(3)进行退火，形成金属硅化物薄层；

(4)如果该薄层金属硅化物的厚度或质量未达到预期的要求，则可再次进行以上金 属淀积、扩散、去除剩余金属和退火的步骤一次或多次，直至金属硅化物层的厚度和质量 达到预期要求。

本发明提供的厚度可控的超薄硅化物的制备方法还可以包括下列步骤：

(1)在硅衬底上淀积一薄层金属(如镍)，该层金属向硅衬体进行扩散；

(2)去除硅衬底表面剩余的金属；