专利名称：形成金属硅化物的方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体制程，且特别有关于自行对准金属硅化物(self-aligned silicidation or SALICIDE)制程。
背景技术：
SRAM为常见的内存，本身是属于一种挥发性(volatile)的内存，亦即，当供给SRAM的电力消失之后，所储存的数据会同时抹除。SRAM储存数据的方式是利用存储单元(memory cell)内晶体管的导电状态来达成，SRAM的设计是采用互耦合晶体管为基础，没有电容器放电的问题，不需要不断充电以保持数据不流失，也就是不需做内存更新的动作，这与同属挥发性内存的动态随机存取内存(DRAM)利用电容器带电状态储存数据的方式并不相同。SRAM的存取速度相当快，因此有在计算机系统中当作高速缓存(cache memory)等的应用。
随着电子装置的渐趋复杂，集成电路如金氧半(MOS)晶体管的尺寸也日愈缩小，因此，就晶体管的通道区而言，源/汲极的阻值亦相对提高。有鉴于此，为了降低阻值并保持金属层与MOS晶体管间的浅接面，习知技术揭露了一种自行对准金属硅化物制程，如图1A至图1D所示。
首先依据图1A，习知例适用于一半导体基底10，如由硅半导体材质所构成，形成方式则有磊晶(expitaxial)或绝缘层上有硅(silicon oninsulator)等，为方便说明，在此以一p型硅基底为例。然后定义出晶体管所在的主动区，例如利用区域氧化法(LOCOS)或浅沟隔离制程(STI)来形成一场氧化层(field insulator)，本图以场氧化层11来表示，并藉该氧化层11来隔离出主动区(active area)。再依据传统集成电路制程如沈积、微影及蚀刻步骤于主动区形成一闸极氧化层12、复晶硅闸极14、闸极间隙壁20，以及形成源/汲极区16。
然后如图1B所示，由于芯片表面经与空气中的氧气接触，会形成一薄原始氧化层(native oxide)30，由于此原始氧化层30会使得组件阻值升高而影响后续组件的电性表现，一般而言，习知的处理方式有二第一种是借由氩气电浆溅击(Argon sputter)21方式进行溅击蚀刻如图1C所示，直接以外力方式去除原始氧化层30以达到使组件阻值不致升高的目的。
接着，请参阅图1D，先形成一钴金属层40，以覆盖源/汲极16表面、闸极间隙壁20外侧壁、上侧壁和复晶硅闸极14上表面。然后，再形成一覆盖层50以覆盖该钴金属层40，例如一氮化钛层50，以覆盖该钴金属层40。
之后，如图1E所示，实施一第一热制程。经由此热制程步骤，钴金属层40和复晶硅闸极14及源/汲极16表面形成硅化钴化合物41。其中在闸极间隙壁20及场氧化层11表面是留下剩余未与硅反应的金属钴层40。
接着，依据图1F，除去在绝缘间隔层20及场氧化层11表面剩余未与硅反应的钴金属层40及覆盖层50，举例而言，可利用选择性蚀刻，如湿蚀刻制程以去除未反应的金属钴层40，但不会溶蚀硅化钴化合物41，故在闸极间隙壁20及场氧化层11表面剩余未与硅反应的金属钴层40将因此去除，而留下在复晶硅闸极14及源/汲极16表面的硅化钴化合物41。
最后，再实施一第二热制程，经由此热退火步骤，在复晶硅闸极14及源/汲极16表面的硅化钴化合物41的阻值可以再降低。
除此之外，请参阅图2A至图2D，其显示习知技术另一种使用硅化钴的自行对准金属硅化物制程。
首先依据图2A，一基本MOS结构是形成于一半导体基底20上，例如先以场氧化层110隔离出一主动区，再依据传统集成电路制程如沈积、微影及蚀刻步骤于主动区形成一闸极氧化层120、复晶硅闸极140、闸极间隙壁210和源/汲极区160。
然后，请再参阅图2A，于形成的原始氧化层31表面先形成一钴金属层51，以覆盖如源/汲极160表面、闸极间隙壁210外侧壁、上侧壁和复晶硅闸极140上表面。再全面性形成一钛金属层52以覆盖该钴金属层51，利用钛金属高活性的特性以沉积于钴金属层51之上，并顺势往下扩散(diffuse through)53至钴金属层51下面与原始氧化层31反应而去除原始氧化层31。
再者，请参阅图2B，进行金属硅化物制程。以实施一第一热制程，且经由此热制程，钴金属层51和复晶硅闸极140及源/汲极160表面形成硅化钴化合物(CoSix)54。其中，在闸极间隙壁210表面是留下剩余未与硅反应的钴金属层51。
接着，请参阅图2C，利用选择性蚀刻除去在闸极间隙壁210表面及场氧化层110表面剩余未与硅反应的钴金属层51，而留下在复晶硅闸极140及源/汲极160表面的硅化钴化合物54。
最后，再实施一第二热制程，经由此热退火步骤，在复晶硅闸极140及源/汲极160表面的硅化钴化合物54的阻值可以再降低。
但在实际制程及组件电性经验上发现，于施行上述第一种自行对准金属硅化物制程中，以氩气电浆溅击(Argon sputter)方式进行溅击蚀刻来去除原始氧化层的过程会发生因CoSix残留于复晶硅闸极边缘而产生N+与N+间漏电流(Ioff)的风险，此外，上述过程中亦曾发现硅化钴成型的粗劣化现象，此亦会造成漏电流，进而使得良率降低。
而上述第二种自行对准金属硅化物制程中的去除原始氧化层方式是以溅镀一金属钛层沉积于金属钴层之上，并顺势往下扩散(diffusethrough)至金属钴层下面而去除原始氧化层。此方法虽不会有电浆溅击蚀刻去除原始氧化层的问题，但亦有金属钛层沉积量难以控制的难题，且会有使金属硅化物的Rs阻值恶化之虞，进而使得良率降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新式制程以去除原始氧化层，并配合使用于硅化钴的自行对准金属硅化物制程，以期解决上述习知技术的缺点。
为达到上述目的，本发明是在形成MOS结构后，以沉积一活性金属层来取代习知的氩气电浆溅镀(Argon sputter)制程以去除原始氧化层，达到使组件阻值因原始氧化层被去除而不致升高的目的。此目的可利用溅镀法顺应性沉积一高活性金属钛层于已形成的原始氧化层上并覆盖住该原始氧化层，在溅镀沉积过程中，芯片经适当地加热后，由于金属钛是一相当高活性的金属且具有良好氧吸能力，其极易与下面覆盖的原始氧化层(SiO2)反应，而将原始氧化层还原成TiSixOy。
简言之，本发明的形成金属硅化物的方法，其步骤至少包括先形成一活性层于该硅基板既有的结构上；然后形成一金属层于该活性层上；再形成一覆盖层于该金属层上；进行一第一热制程使该金属层与上述复晶硅闸极结构、源极及汲极的硅成份反应，以形成一金属硅化物；之后，选择性蚀刻移除未与硅反应的该金属层；最后，对该金属硅化物进行一第二热制程。
此外，本发明另提供一种金属硅化物的形成方法，其步骤包括提供一具有硅层的基板；首先，形成一活性层于该硅层上；然后形成一金属层于该活性层上；之后，形成一覆盖层于该金属层上；进行一第一热制程使该金属层与上述硅层反应，以形成一金属硅化物；以及，选择性蚀刻移除未与硅反应的该金属层；最后，对该金属硅化物进行一第二热制程。
经由此发明，可避免因实施氩气电浆溅镀方式进行溅击蚀刻来去除原始氧化层的过程中，会有因CoSix残留于闸极间隙壁边缘而产生N+与N+间漏电流(Ioff)的风险及硅化钴成型的粗劣化现象。除此之外，活性层金属钛于硅或多晶硅材质表面的沉积厚度是不难控制的，且氮化钛层沉积时亦不会有金属钛顺势往下扩散(diffuse through)至金属钴层下面的疑虑，可防止良率降低的风险。
图1A至图1F是显示习知的一自行对准金属硅化物的制程剖面图。
图2A至图2C是显示另一习知的自行对准金属硅化物的制程剖面图。
图3A至图3E是代表本发明的实施例中，使用活性层的自行对准金属硅化物制程剖面图。
符号说明习知技术半导体基底-10； 场氧化层-11；闸极氧化层-12； 复晶硅闸极-14；闸极间隙壁(spacer)-20；电浆溅击(Argon sputter)21；源/汲极区-16； 原始氧化层-30、31；(钴)金属层-40、51； 钛金属层-52；覆盖层-50； 扩散穿透-53；硅化钴化合物-41、54；
半导体基底-20； 闸极氧化层-120；复晶硅闸极-140； 闸极间隙壁-210；源/汲极区-160。
本发明技术半导体基底-200； 场氧化层-111；闸极氧化层-121； 复晶硅闸极-141；闸极间隙壁(spacer)-201；源/汲极区-161； 原始氧化层-300；活性层-310；TiSixOy-320；金属钴层-330； 覆盖层、氮化钛层-340；硅化钴化合物(CoSix)-350。
具体实施例方式
首先依据图3A，一基本MOS结构是形成于一半导体硅基底200上，例如先以场氧化层111隔离出一主动区，再依据传统集成电路制程如沈积、微影及蚀刻步骤于主动区形成一闸极氧化层121、复晶硅闸极141、闸极绝缘间隙壁201和源/汲极区161。
然后如图3B所示，由于芯片表面与空气中的氧气接触而自然地形成例如厚度约10-30埃的一原始氧化层(native oxide)300。接着，以物理气相沉积(PVD)方式顺应性溅镀一层例如厚度约10-100埃，最佳范围10-30埃的活性层310层于已形成的原始氧化层300上，此活性层例如为一钛金属层或铂、钛、锆、钽等金属层，且覆盖住该原始氧化层300。在溅镀沉积过程中，芯片经加热后，活性层310与下面覆盖的原始氧化层300反应，而将原始氧化层300还原成TiSixOy 320，如图3C所示，此制程的目的为达到使组件阻值因原始氧化层被分解去除而不致升高。
随后，亦再利用物理气相沉积(PVD)方式溅镀进行顺应性沉积一例如厚度约20-100埃，最佳值80埃的金属层例如钴金属层330于该TiSixOy320层上以作为后续的金属硅化反应的材料。由于具有良好氧吸能力的钴金属层330其特性为在适当的温度下，能与硅产生反应而形成硅化钴(CoSix)，并借由交互扩散形成低阻值的化合物，因此，在硅和钴的接口间可形成良好的奥姆接触。
接着，再利用物理气相沉积(PVD)方式顺应性沉积一例如厚度约50-500埃，最佳范围100-200埃的覆盖层例如氮化钛(TiN)层340，覆盖在该金属钴层330上，其目的为避免金属钴层330于高温下污染机台的室腔(chamber)。
接着，如图3D所示，进行一例如温度约300-800℃/10-60秒，最佳值约500℃/30秒的第一热制程，例如为一快速热退火制程(RTA)于该组件上以使金属钴层330进行硅化反应而产生硅化钴(CoSix)350化合物于主动区的复晶硅闸极、及源极/汲极区上。于该第一次快速热退火制程中，将活性较小的TiSixOy320层挤出而形成于CoSix350及氮化钛层340之上，且部份的TiSixOy320层可能会在CoSix350及氮化钛层340之间。
之后，如图3E所示，经由后续的一例如氨水/双氧水混合酸(APM)+M2混酸的选择性湿蚀刻制程将CoSix350上面的TiSixOy320层及含金属钴、TiN成分的未参与硅化反应的部份去除，此制程的成效为防止未参与硅化反应TiN的钴金属层残留而造成组件阻值上升的现象。最后，进行一例如温度约500-1000℃/10-60秒，最佳值约850℃/30秒的第二热制程，例如为一快速热退火制程(RTA)以更为降低该硅化钴的电阻率。
综上所述，经由此发明，可避免因习知的施行氩气电浆溅镀方式进行溅击蚀刻来去除原始氧化层的过程中，会有因CoSix残留于闸极间隙壁边缘而产生N+与N+间漏电流(Ioff)的风险及硅化钴成型的粗劣化现象。另外，亦可避免另一种以溅镀一金属钛层沉积于金属钴层之上，并顺势往下扩散(diffuse through)至金属钴层下面而去除原始氧化层却造成金属钛层沉积量难以控制的难题，且会有使金属硅化物的Rs阻值恶化之虞。本发明的优点为，活性层金属钛于硅或多晶硅材质表面的沉积厚度是不难控制的，且氮化钛层沉积时亦不会有金属钛顺势往下扩散(diffusethrough)至金属钴层下面的疑虑，而最重要的是，不会有因CoSix残留于闸极间隙壁边缘而产生N+与N+间漏电流(Ioff)的风险及硅化钴成型的粗劣化现象，大大地使良率降低的风险更为降低。
权利要求
1.一种形成金属硅化物的方法，适用于一硅基板，其上形成有一MOS晶体管，包括一复晶硅闸极结构、一源极及一汲极，该方法包括下列步骤形成一活性层于该硅基板既有的结构上；形成一金属层于该活性层上；形成一覆盖层于该金属层上；进行一第一热制程使该金属层与上述复晶硅闸极结构、源极及汲极的硅成份反应，以形成一金属硅化物；选择性蚀刻移除未与硅反应的该金属层；以及对该金属硅化物进行一第二热制程。
2.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中该复晶硅闸极结构是包括一间隙物、一复晶硅闸电极、以及一闸介电层。
3.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中该形成的活性层是顺应性沉积覆盖在该硅基板既有的结构上，使该活性层与该基底上的原始氧化层反应，而消除该原始氧化层。
4.根据权利要求3所述的形成金属硅化物的方法，其中该活性层是钛金属层。
5.根据权利要求3所述的形成金属硅化物的方法，其中该活性层是铂、钴、锆或钽金属层。
6.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中该活性层的厚度是在50-500埃之间。
7.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中该金属层是钴金属层。
8.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中该金属层是铂、钛、锆或钽金属层。
9.根据权利要求7所述的形成金属硅化物的方法，其中该钴金属层的厚度是在20-100埃之间。
10.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中该覆盖层是一氮化钛层。
11.根据权利要求10所述的形成金属硅化物的方法，其中该氮化钛层的厚度是在50-500埃之间。
12.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中该第一热制程是一快速热退火制程，其温度是在300-800℃之间，且经历时间是10-60秒之间。
13.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中选择性蚀刻移除未与硅反应的该金属层是利用湿蚀刻法来施行。
14.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中该第二热制程是一快速热退火制程，其温度是在500-1000℃之间，且经历时间是10-60秒之间。
15.一种形成金属硅化物的方法，包括下列步骤提供一具有硅层的基板；形成一活性层于该硅层上；形成一金属层于该活性层上；形成一覆盖层于该金属层上；进行一第一热制程使该金属层与上述硅层反应，以形成一金属硅化物；选择性蚀刻移除未与硅反应的该金属层；以及对该金属硅化物进行一第二热制程。
16.根据权利要求15所述的形成金属硅化物的方法，其中该活性层是钛、铂、钴、锆或钽金属层。
17.根据权利要求15所述的形成金属硅化物的方法，其中该活性层的厚度是在50-500埃之间。
18.根据权利要求15所述的形成金属硅化物的方法，其中该金属层是钴、钛、铂、锆或钽金属层。
19.根据权利要求18所述的形成金属硅化物的方法，其中该金属层的厚度是在20-100埃之间。
20.根据权利要求15所述的形成金属硅化物的方法，其中该覆盖层是一氮化钛层。
21.根据权利要求20所述的形成金属硅化物的方法，其中该氮化钛层的厚度是在50-500埃之间。
22.根据权利要求15所述的形成金属硅化物的方法，其中该第一热制程的温度是在300-800℃之间，且经历时间是10-60秒之间。
23.根据权利要求15所述的形成金属硅化物的方法，其中选择性蚀刻移除未与硅反应的该金属层是利用湿蚀刻法来施行。
24.根据权利要求1所述的形成金属硅化物的方法，其中该第二热制程的温度是控制在500-1000℃之间，且经历时间是10-60秒之间。
全文摘要
本发明提供一种自我对准金属硅化物的制造方法，其步骤为于一硅基板上形成一复晶硅闸极结构，尚且形成一源极与一汲极于该闸极结构两侧的硅基板上。接着，形成一活性层于该上述结构表面以消除原始氧化层，再于该活性层表面上形成一金属层。之后，进行一第一热制程使该金属层与复晶硅闸极结构、源极及汲极上进行硅化反应以形成金属硅化物；然后，进行选择性蚀刻移除未与硅反应的该金属层；以及进行一第二热制程以降低半导体组件的电阻率。
文档编号H01L21/3205GK1574249SQ20031010332
公开日2005年2月2日 申请日期2003年10月28日 优先权日2003年6月16日
发明者杜安群, 黄振铭 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司