[发明专利]金属硅化物形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种金属硅化物的形成方法。

背景技术

随着超大规模集成电路的迅速发展，器件的集成度越来越高，尺寸越来越小。当器件尺寸缩小至次微米量级时，会相应的产生许多问题，如金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管，由于减小尺寸，会导致MOS晶体管的栅电极和源极/漏极区的表面电阻和接触电阻增加，使得MOS晶体管出现信号延迟。

为了解决减小器件尺寸带来的问题，一般采用金属硅化物工艺，在器件大部分区域的有源区(表面为硅材料的区域)上沉积难熔金属钛(Ti)、钴(Co)、镍(Ni)等，通过退火工艺形成金属硅化物，但是也有部分区域的有源区是不能形成金属硅化物的，如高阻多晶硅区、隔离有源区等区域。因此，在制作金属硅化物之前，需要先在不能形成金属硅化物的区域形成金属硅化物阻挡结构(salicide block layer，SAB)，利用金属硅化物阻挡结构不会与金属发生反应的特性，以防止在不能形成金属硅化物的区域形成金属硅化物。

一般金属硅化物形成的方法如图1所示，包括如下步骤：先在硅衬底上形成金属硅化物阻挡层，在金属硅化物阻挡层上形成与硅衬底所需生成硅化物的预定区域对应的图案化光刻胶，利用图案化光刻胶作为掩膜进行刻蚀，暴露出需要生成金属硅化物的硅衬底预定部分，然后在此衬底结构上沉积一层金属层进行第一次退火，刻蚀去除未与硅衬底反应的金属后再进行一次退火处理。

金属硅化物的形成过程中，还要注意硅表面氧化层的影响，如果在硅表面存在有氧化层，会使得金属硅化物的形成质量较差，造成器件电阻升高，漏电流加大。然而，在芯片的制造过程中，硅片不可避免的会曝露于空气中，形成自然氧化层(native oxide)。一般去除硅表面氧化层影响的方法主要包括两种，一种是在生成金属硅化物前利用氢氟酸(HF)浸泡去除氧化硅，一种是利用氟化氮和氨气(NF₃/NH₃)进行等离子刻蚀去除硅表面的氧化层。两种方法都会将氟元素扩散到硅衬底中。氟元素的引入可以抑制在生成金属硅化物初期时金属突然集中进入硅衬底中，并且可以固定已经扩散到硅衬底中的金属元素，进而减小缺陷。以难熔金属Ni生成硅化镍(NiSi)为例，Ni与Si会生成三种硅化物，即硅化镍(NiSi)，二硅化镍(NiSi₂)和一硅化二镍(Ni₂Si)，NiSi₂的电阻性最强且相应的增加了硅的消耗，Ni₂Si不稳定，且其形状不易控制，NiSi的电阻率相对较低，且其形成所需温度为约350摄氏度，其热消耗也相对较低，所以NiSi是优选的金属硅化物。氟元素的引入可抑制生成NiSi初期时大量Ni元素集中扩散入硅衬底产生不期望的Ni₂Si，此外，氟元素还可以在提高NiSi₂的晶核形成温度的同时，降低NiSi与硅衬底之间的表面粗糙度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了进一步提高硅衬底中氟元素的含量，本发明提供了一种金属硅化物形成方法。

本发明的技术方案如下：一种金属硅化物形成方法，包括：在硅衬底上沉积一层氟硅玻璃薄膜作为缓冲层；

在缓冲层上沉积金属硅化物阻挡层；

在金属硅化物阻挡层上形成与硅衬底所需生成硅化物的预定区域对应的图案化光刻胶；

通过所述图案化光刻胶作为掩膜进行刻蚀，暴露出硅衬底上需要生成金属硅化物的预定区域并去除光刻胶；

在刻蚀后的硅衬底结构上沉积一层金属层，并进行第一次退火处理；

通过刻蚀去除未与硅衬底反应的金属后进行第二次退火处理。

进一步，所述方法还包括在生成氟硅玻璃薄膜缓冲层后对硅衬底结构进行热处理的步骤；所述热处理的温度优选为200-500摄氏度。

进一步，所述方法还包括在硅衬底上沉积氟硅玻璃薄膜前利用氢氟酸浸泡或通过氟化氮和氨气进行等离子刻蚀去除硅表面的氧化层的步骤。

进一步，通过等离子化学气相沉积在硅衬底上沉积一层氟硅玻璃薄膜缓冲层；等离子化学气相沉积的工艺参数优选为：

四氟化硅流量为200-2000标况毫升每分；

四氢化硅流量为200-2000标况毫升每分；

一氧化二氮流量为2000-30000标况毫升每分；

功率为500-2000瓦；

温度为250-600摄氏度；

氟硅玻璃薄膜缓冲层的厚度为50-150埃。