[发明专利]自对准金属硅化物的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种自对准金属硅化物的形成方法。

背景技术

在半导体制造技术中，金属硅化物由于具有较低的电阻率且和其他材料具有很好的粘合性而被广泛应用于源/漏接触和栅极接触来降低接触电阻。高熔点的金属与硅发生反应生成金属硅化物，通过一步或者多步退火工艺可以形成低电阻率的金属硅化物。早期的TiSi₂由于其窄线条效应已经不适用于0.18um的技术，被CoSi₂取代。CoSi₂形成相同厚度的硅化物需要消耗更多的多晶硅或硅衬底，已经不能满足源漏浅结及超浅结的需求；CoSi₂在低于45纳米的多晶硅线条上表现出明显的窄线条效应；在45纳米及以下的技术中，由于热预算的考量，CoSi₂的形成温度(RTP2的工艺温度范围为600℃～800℃)也不能满足器件需求。随着半导体工艺水平的提高，特别是在45nm及其以下技术节点，为了获得更低的接触电阻，镍及镍的合金成为形成金属硅化物的主要材料。

与TiSi₂和CoSi₂相比，NiSi具有以下的优点：1)硅化工艺温度低(350℃～750℃)；2)硅消耗量低(形成1纳米NiSi仅消耗0.83纳米Si)；3)尚未发现NiSi方块电阻随线条减小而变大；4)可以在较低的温度下与锗硅材料形成低阻值的硅化物。与TiSi₂和CoSi₂相似的地方是NiSi也采用两步RTP的工艺：首先在较低的温度下(220℃～300℃)和N₂氛围中进行第一步退火，通过Ni的扩散，生成主要以Ni2Si和NiSi共存的硅化物；然后通过选择性刻蚀去除侧墙上未反应的Ni或NiPt，在较高的温度下(350℃～750℃)和N₂氛围中进行第二步退火，在源漏和栅极生成NiSi。

在已经公开的申请号为200780015617.9的中国专利申请中公开了一种自对准金属硅化物(Salicide,self-aligned silicide)的形成方法，该方法选择镍合金作为形成金属硅化物的材料。图1至图3给出了该方法形成自对准硅化物各阶段的剖面结构示意图。

如图1所示，首先提供半导体基底100，所述半导体基底100内形成有多个MOS晶体管(图1中仅以一个MOS晶体管为例)，相邻的MOS晶体管之间形成有隔离区110，所述隔离区110内填充有绝缘材料；所述MOS晶体管包括：形成在半导体基底100上的栅介质层104，在所述栅介质层104上形成的栅电极103，在所述栅电极103及栅介质层104的两侧形成的侧墙105，所述栅电极103两侧半导体基底100内形成的源极101和漏极102。

如图2所示，在所述半导体基底100的表面形成金属层106，所述金属层106覆盖所述源极101、漏极102、栅极103和侧墙105，所述金属层106的材料为镍铂合金。进一步地，可以在金属层106上形成保护层107，所述保护层107的材料为氮化钛(TiN)，用来防止金属层106被氧化，保护层107的形成是可选的，可以被忽略。

如图3所示，对所述半导体基底100进行退火工艺，通过退火，所述源极101、漏极102、栅极103表面上的金属层106材料与所述源极101、漏极102和栅极103中的硅材料发生反应生成金属硅化物层，分别为101a、102a、103a。之后通过选择性刻蚀将没有发生反应的金属层106去除，使得形成的金属硅化物层101a、102a、103a暴露在所述半导体基底100的表面。

在自对准金属硅化物的制造工艺中，形貌平整和均匀性良好的金属硅化物不仅有利于降低接触电阻和串联电阻，而且有利于提高器件的可靠性。通过上述现有制造工艺获得的自对准金属硅化物，虽然通过氮化钛等保护层可以在一定程度上防止金属层被氧化，但工艺过程中仍不可避免反应氛围中微量氧气接触到生成的金属硅化物表面，并使其被氧化，造成金属硅化物形貌缺陷(如金字塔状)，影响表面均匀性。

另一方面，NBTI(负偏压温度不稳定性，Negative Bias Temperature Instability)是半导体器件的一项重要指标。现有制造工艺中，金属硅化物与硅衬底的界面存在大量的空穴缺陷以及Si-H键，在进行NBTI测试时，Si-H键受热激发而断裂，形成Si悬挂键，H原子之间结合并以氢气形式释放，进一步形成空穴缺陷，引起阈值电压的负向漂移，使得器件的NBTI性能较差。

发明内容