专利名称：高级cmos器件的接触电阻减小的方法
技术领域：
本发明大致涉及半导体器件制造处理的领域，更具体地讲，涉及在形成 半导体器件的含硅层中活化掺杂剂的方法。
背景技术：
集成电路可包括百万个以上形成在基板(如，半导体晶片)上的微电子场 效应晶体管(例如，互补金属氧化物半导体CMOS场效应晶体管)，其彼此协 同作用以于电路中执行各种功能。晶体管可包括位于源极与漏极之间的半导 体栅极。在形成集成电路结构时，特别是在用多晶硅栅极电极来形成MOS 器件时，目前的做法是在硅基板的多晶硅栅极电极、源极与漏极区上方设置 一层硅化金属层，通过将该源极与漏极区电连接至金属互连上，来帮助降低 电阻及改善器件效能。在一硅化制程中，可通过形成高导电覆盖层来降低该 源极、漏极与多晶硅栅极电极的电阻，并通过提高源极与漏极和后续形成的 金属互连之间的有效接触面积来降低接触电阻。
一般来说，在将掺杂剂注入源极与漏极区之后，可于实施硅化制程之前 先实施一热活化制程。该热活化制程可提供足够的热能来活化所注入的掺杂 剂，并促使后续可形成一界定的源极/漏极接合区。增加活化区中活化的掺 杂剂数量可改善器件效能，至于若掺杂剂未充分活化则会导致高串联电阻和 低器件速率。常规的热活化制程一般利用快速热处理(rapid thermal processing, RTP)和/或瞬间退火(spike annealing)来执行。最近，已研发出 可满足65 nm特征的高掺杂剂活化规格的激光退火处理。
但是，在形成硅化金属层时，硅化金属层的聚集与不规则生长可能会导 致掺杂剂被分隔并聚积在硅和硅化物层界面中属于硅层的那一侧，进而导致 所谓的r雪耙效应(snow-plow effect)」。在源极/漏极区中的掺杂剂迁移会 影响活化区域中的结晶性质，并对改变界面双极有所贡献。源自雪耙效应的 界面区域中的界面双极改变可能对电子效能不利，例如，半导体器件的有效功能移动，进而导致硅化动力学受到阻滞。界面区域中不均匀的掺杂剂浓度 也会造成接触电阻升高，进而破坏整体器件速度和表现。
因此，亟需一种用以制造CMOS器件的改良方法。
发明内容
本发明提供用以降低半导体器件接触电阻的方法。在一实施方式中，一
种用以降低接触电阻的方法包括提供一具有注入的掺杂剂的基板；通过热 退火处理在该基板上执行一硅化处理；在经热退火的基板上执行一激光退火 处理以活化该掺杂剂。
在另一实施方式中，该用以降低接触电阻的方法包括提供一具有半导 体器件形成于其上的基板，其中该器件具有多个源极和漏极区域以及一栅极 结构；通过热退火处理在该基板上执行一硅化处理；在经热退火的基板上执 行一激光退火处理。
在另一实施方式中，该用以降低接触电阻的方法包括提供一具有半导 体器件形成于其上的基板，其中该器件具有多个源极和漏极区域以及一栅极 结构；沉积一金属层在该器件上；通过热退火处理在该基板上执行一硅化处 理；在经热退火的基板上执行一激光退火处理。
图1示出依据本发明一实施方式，用以降低接触电阻的方法流程图； 图2A-2C示出在图1所述方法的不同阶段时，该具有半导体器件形成 于其上的基板的截面示意图；及
图3为可用来实施本发明的一激光退火装置实例的側面图。
具体实施例方式
本发明提供用以降低在掺杂剂注入后已被热处理过的半导体器件的源 极/漏极区域的接触电阻的方法。接触电阻是利用在硅化处理之后实施的激 光退火处理来降低的。在硅化处理之后实施的激光退火处理可有效地活化硅 化处理期间聚集在源极/漏极接合区的硅和硅化物层界面间的掺杂剂。该激光退火活化处理可将聚集在硅和硅化物层界面间的掺杂剂再活化，并将掺杂剂重新分布到该硅层的晶格位置中，因而可在硅化处理后提高源极/漏极区的总掺杂剂浓度，进而降低接触电阻并改善器件效能。
图1为方法100的处理流程图，其用以对一具有半导体器件形成于其上
的基板进行激光退火。图2A-C示出在该方法100的不同阶段时，该具有半导体器件形成于其上的基板的截面示意图。
参照图1,该方法100以提供一基板202的步骤102开始，至少一半导体器件200形成于该基板202上。以浅沟槽绝缘层(shallow trenchisolations, STI)204来隔绝每一个形成于该基板202上的半导体器件200。图2A标出一器件200和两个STI204。在一种实施方案中，基板202可以由诸如结晶硅(例如，硅<100>或硅<111>)、氧化硅、拉伸硅、硅锗、有或无掺杂剂的多晶硅、有或无掺杂剂的硅晶片及有或无图案化的绝缘层上覆硅(SOI)晶片、掺杂的硅、锗、砷化镓、玻璃和红宝石等材料构成。基板202可有多种尺寸，例如直径200 mm或300 mm的晶片，以及长方形或正方形等形状。除非另作说明，否则在此所述实例均在直径200 mm或300 mm的基才反上实施。
在基板202的栅极介电层212上形成一多晶硅栅极电极210。有多个介电性侧壁间隔物218位于栅极电极210和栅极介电层212的侧表面上。以离子注入法在基板202的这些介电性侧壁间隔物218下方和其邻近处，形成源极206和漏极208。
在一种实施方案中，注入在源极206和漏极208区域中的掺杂剂元素可包括硼、砷、磷、镓、锑、铟或其组合。在源极206和漏极208区域中的掺杂剂元素浓度可在1x10"原子/cmS至1x10"原子/cm3间。用于注入制程中的离子注入机可在约5 KeV或更低的注入能量下操作，例如约3 KeV或更低的能量下。离子注入才几的实例包括Quantum IH⑧系统和Implant xRLEAP⑤系统，两者均可购自美商应用材料公司(Santa Clara, California).举例来说，可以约3 KeV或更低的能量来注入剂量约1x10"原子/cn^至1x1014原子/crr^间的硼。在一种实施方案中，注入剂量约4x10"原子/cm2的硼。在另一实施方案中，注入剂量约8x10"原子/cm2的硼。在步骤204中，在基板202上选择性实施(即，可有可无)一热退火处理，以活化注入在基板202的源极206和漏极208区域中的掺杂剂。在一实施方案中，可以常规的RTP处理来实施该热退火处理。在一实施方案中，通过快速热退火(RTA)处理约2~50秒并保持基板202温度在约800°C~1200'C间的方式来实施该热退火处理。须知可依据器件中不同的掺杂剂元素与掺杂剂浓度来改变该退火处理中包括处理时间和温度的处理条件。适当的RTP腔室为CENTURA RADIANCE RTP室，可购自美商应用材料公司(Santa Clara, California)。也可使用其它设备制造商所提供的处理腔室来实施步骤104所述的热退火处理。
在另一实施方式中，可以两步骤退火处理来实施上述的热退火处理，包括常规的快速热退火(RTA)处理(如，以上所述的RTA处理)，以及激光退火处理(例如，动态表面退火(dynamic surface annealing, DSA)处理)。第二步骤的激光退火处理可利用以下方式实施以 一 能量束扫描基板表面 一段短时期，加热并提高部份基板温度到约100(TC至约1415。C间。将被能量束加热的基板部份维持在高温下短于约500毫秒的时间，例如少于100毫秒。适于实施DSA处理的腔室为DSA台，可购自美商应用材料公司(Santa Clara,California)。但也可使用其它设备制造商所提供的处理腔室来实施所述的激光退火处理。
在步骤106中，在基板上通过常规的热退火处理来实施一硅化处理。该硅化处理可将如图2B所示位于栅极电极210和基板上的选择性源极206与漏极208区上方的一金属层214，转换成一硅化金属层214，如图2C所示。适合用来形成硅化金属层的金属层的实例包括鵠(W)、钛(Ti)、铪(Hf)、钴(Co)、镍(Ni)、其合金或其任一组合。可通过物理气相沉积法(PVD)、 CVD法、原子层沉积技术或任何其它适当的方法将该金属层沉积在基板上。在一实施方式中，沉积时，可将该金属层维持在约10。C至约600。C的温度间，例如在PVD、 CVD或ALD制程期间，将该金属层维持在约250'C至约45(TC的温度间。在硅化处理后，可利用半导体器件制造中常规的蚀刻技术，将沉积在基板202的其它部份上的金属层(例如，STI 204或介电性侧壁间隔物218)加以移除。r雪耙效应(snow-plow effect)」的强度，亦即，珪化处理期间被置换或聚积在界面区域的掺杂剂量，与硅化处理期间所使用的温度极为相关。掺杂剂在硅和硅化物层中的分隔系数(segregation coefficients)是一种与温度极为相关的因子，因此一般来说，较高的硅化处理温度可r雪耙出」更多的掺杂剂到界面区域中。为减轻「雪耙效应J ,可将步骤106的瞬间退火或完整RTP处理维持在一相对低的制程温度下，例如低于90(TC的温度。因本发明包括在硅化处理步骤106之后才实施的激光退火处理步骤108,用以活化聚积在界面间的掺杂剂，因此可能需要一较高的硅化处理温度(例如，大于900。C),藉以缩短整体处理时间并提高制程产出率。在一实施方式中，步骤106中的硅化处理的温度可在约40(TC至约140(TC间。在另一实施方式中，该硅化处理可包括一实施温度在约110(TC至约1415'C间的激光退火处理。在另一实施方式中，可使用多步退火处理来实施该硅化处理步骤106，包括RTP处理和激光退火处理。
在一实施方式中，可以如下方式实施步骤106中的硅化处理以约0sccm至约15 sccm的速度供应惰性气体到退火腔室中，控制腔室压力在约2mTorr或以下，维持基板温度在约40CTC至约140(TC间， 一边旋转基板一边实施制程约5秒到约600秒的期间，以形成硅化金属层。可实施步骤106的适当RTP腔室为CENTURA RADIANCE RTP室，可购自美商应用材料公司(Santa Clara, California)-
在另一实施方式中，可使用激光扫描来实施步骤106中的硅化处理，包括维持基板温度在约1000。C至约1415"间，和连续处理基板一段短于500毫秒的时间，例如少于100毫秒。适于实施DSA处理的腔室为DSA台，可购自美商应用材料公司(Santa Clara, California),
在步骤108中，在硅化处理步骤106之后才实施一激光退火处理，用以活化器件200的源极206与漏极208中的掺杂剂。因为步骤106的硅化处理可驱使活性区域206、 208中的掺杂剂聚积在相邻硅化物层216的界面中，实施激光退火处理可活化聚积在界面中的掺杂剂，以提高在源极206与漏极208的较佳晶格位置处的掺杂剂浓度，藉以改善整体器件效能。该激光退火处理可以是一种动态表面退火(DSA)处理，其仅加热基板表面至一预定深度，而非整个基板的厚度。DSA处理可加热并活化聚积在源极206与漏极208界面中的掺杂剂，以便以掺杂剂原子置换出活性区206、 208的硅层结晶格位置上的原子。因此，硅晶格会打开并将进来的掺杂剂原子并入其中，藉以改善器件的导电性和降低金属接点电阻。
步骤108的DSA处理可加热并活化基板至一预定的高温。在一实施方式中，DSA处理可加热并活化源极206与漏极208中的掺杂剂至约1100。C至约1415°C间的温度，例如在约105CTC至约1400°C间，例如，约1200°C。基板被曝露在激光下各种时间长度。在一实施方式中，该DSA处理被实施一段短于约500毫秒的时间，例如少于300毫秒，例如少于100毫秒。在一实施方式中，该激光可发出波长在约10.6微米至约0.88微米间的光，虽然也可使用其它长度的波长。适于实施DSA处理的腔室为DSA台，可购自美商应用材料公司(Santa Clara， California)。
在传统处理中，通常在对源极/漏极进行离子注入之后，且在硅化处理以活化器件中注入的掺杂剂之前，实施一热退火处理(例如，步骤104中的退火处理)，以活化掺杂剂。在本发明中，步骤104中的常规热退火处理是选择性施行的，因为在硅化处理之后实施的激光退火步骤108,可有效地活化源极/漏极区中的掺杂剂。因此，聚积在邻近硅化物层界面区域的掺杂剂可被有效地活化并移动进入硅层晶格中的恰当位置，藉以提高在该活性区域206、 208中的整体掺杂剂浓度。此外，相较于传统处理来说，也可减轻硅化处理与「雪耙效应」相关的掺杂剂聚积和掺杂剂尖峰浓度，因而可降低硅化物层的接触电阻。
举例来说，在一实施例中，虽然并未实施步骤104中选择性施行的热活化处理，步骤108中的热退火处理却可活化聚积在硅与硅化物层界面间的掺杂剂，藉以提高反应区域206、 208中的已活化掺杂剂的浓度。通过提高掺杂剂的活化浓度来降低接触电阻。在另一实施例中，施行了步骤104中选择性施行的热活化处理，且因为r雪耙效应」而聚积的掺杂剂本身具有反应性且被再次分配到硅晶格结构中欲求的位置处，因而提高了后续激光退火处理步骤108中反应区域206、 208中的整体掺杂剂浓度。
此外，相较于常规低温硅化处理，可使用一较宽广的温度范围，包括使用高于90(TC的温度，因为r雪耙效应」所造成的负面效应已被后-硅化活化处理加以减轻了 。
图3绘示一可用来执行如步骤108所述热活化处理的激光装置300。装置300包含电磁波辐射模块301、用来接收该基板202于其上的平台316、及平移机构318 (translation mechanism 318)。该电磁波辐射模块301包含一电磁波辐射源302和聚焦光学构件320(其位于该电磁波辐射源302和该平台316之间)。
在一实施例中，该电磁波辐射源302可发出 一脉冲波式或连续波式的电磁辐射至少15秒。在另一实施例中，该电磁波辐射源302可包括多种激光二极管，每一种激光二极管可产生同一波长的均匀且空间相干的光。在另一实施例中，激光二极管的功率在约0.5千瓦至50千瓦间，例如约2千瓦。适当的激光二极管可购自 Coherent lnc (Santa Clara， Clalifornia)、Spectra-Physics (Clalifomia)和Cutting Edge Optronics, lnc (St. charles，Missouri)。另 一 适当的激光二极管为 Spectra-Physics所销售的MONSOON⑧多柱模块(multi-bar module, MBM),其每一个激光模块可提供40-480瓦的连续波式功率。
聚焦光学构件320包括一个或多个准直器306,用以使来自电磁波辐射源302的光304对直成为一实质平行的光束308。此准直光束308之后被至少一个透镜310聚焦成为一条朝向基板202上表面314的光线322。
透镜310可为任一合适的透镜、或一系列透镜，其可将光聚焦成为一条线或一个点。在一实施方式中，透镜310为一圆柱形透镜。或者，透镜310可为以下一个或多个凹透镜、凸透镜、平面镜、凹面镜、凸面镜、反射透镜、衍射透镜、菲涅尔透镜(Fresnel lenses)、梯度折射率透镜或其类似物。
该平台316为一种可在传输时紧紧地固定住基板202的平台或卡盘，如下述。在一实施方式中，该平台316包括用以抓持基板的构件，例如摩擦式的、重力式的、机械式的、或电的系统。适当用以抓持的构件的实例包括机械爪、静电或真空卡盘或其类似物。
装置300包括一平移机构318,其设置用以相对彼此来平移该平台316和该光线322。在一实施方式中，平移机构318耦接至该平台316，用以相对于电磁波辐射源302来移动该平台316和/或聚焦光学构件320。在另一 实施方式中，平移机构318耦接至电磁波辐射源302和/或聚焦光学构件 320，用以相对该平台316来移动该电磁波辐射源302和/或该聚焦光学构件 320。在另一实施方式中，平移机构318可移动该电磁波辐射源302和/或该 聚焦光学构件320两者，及该平台316。可使用任一适当的平移机构318， 例如一传输系统、齿条和齿轮系统、或x/y致动器、机器人或其它适当机制。
可将平移机构318耦接至一控制器326,以控制该平台316与该光线 322相对彼此移动时的扫描速度。此外，可将该平台316与该光线322相对 彼此的平移设计成可沿着与该光线322垂直且平行于该基板202的上表面 318的路径移动。在一实施方式中，平移机构318以恒定速度移动，对35 微米线宽的光来说，速度约每秒2厘米(cm/s)。在另一实施方式中，该平台 316与该光线322相对彼此的平移也可以其它欲求路径来移动。可用于本实 施方式中的图3所述的激光与其它实施方式的激光，完整揭示在2002年4 月18曰才是交、标题为r Thermal Flux Process by Scanning J的美国专利申 请案第10/126,419号中，其全部内容在此并入作为参考。
测量所得的结构的接触电阻，并以其来评估载流子的浓度与活化情形。 在硅化处理后才执行的激光退火处理，可通过提高活性区域中的掺杂剂浓度 来达到降低接触电阻的目的。举例来说，掺杂剂浓度加倍可使接触电阻降低 约70。/。。激光退火处理可通过提高掺杂剂活化的数量来降低接触电阻。此外， 扩展的电阻分布显示栽流子浓度随着活性区域中激光退火温度的增加而增 加。因此，激光退火具有提高掺杂剂活化的数量来降低接触电阻的效果。
因此，本发明提供用以降低半导体器件中接触电阻的方法。接触电阻的 降低利用以下方式达成在硅化处理后，实施一激光退火处理，以有效地活 化聚积在活性区硅层界面间的掺杂剂，因而提高器件中总掺杂剂浓度并有效 地改善器件效能。
虽然以上已经由实施方式与附图，详细说明本发明，但本领域技术人员 可在不需过度实验下，修改或改良本发明处理步骤，使本发明可适用在其它 情况。因此，虽然本发明已揭示如上，本领域技术人员应知在不悖离本发明 精神范畴下，仍可对本发明技术作多种改良与修饰，这些改良与修饰仍应被视为涵盖在附随的权利要求书中
权利要求
1. 一种用以降低半导体器件的接触电阻的方法，包含提供一具有掺杂剂的基板，这些掺杂剂被注入在该基板的多个部份中；在该基板的注入有掺杂剂的部份上形成一硅化物层；以及使该硅化物层下方经注入的部份中的掺杂剂活化。
2. 权利要求1所述的方法，其中使掺杂剂活化的步骤更包含 对该基板进行激光退火。
3. 如权利要求2所述的方法，其中激光退火处理是在约1，00CTC至约1,415 'C之间的温度下实施500毫秒或更短的时间。
4. 如权利要求1所述的方法，其中形成硅化物层的步骤更包含 对该基板上的一金属层施以热退火处理。
5. 如权利要求1所述的方法，其中形成硅化物层的步骤更包含 在形成该硅化物层之前，热活化半导体结构中的掺杂剂。
6. 如权利要求5所述的方法，其中热活化掺杂剂的步骤更包含 通过快速退火处理来热活化掺杂剂。
7. 如权利要求5所述的方法，其中热活化掺杂剂的步骤更包含 用激光来扫描该基板。
8. 如权利要求1所述的方法，其中该硅化物层是通过热退火处理而形成的， 该热退火处理包括快速热退火处理或激光退火处理中的至少 一种。
9. 一种用以降低半导体器件的接触电阻的方法，包含提供一具有半导体器件形成于其上的基板，其中该器件具有源极和漏极区域以及4册才及结构；通过热退火处理而在该基板上实施硅化处理；及 在该硅化处理之后，在该基板上实施激光退火处理。
10. 如权利要求9所述的方法，更包含 在该硅化处理之前，在该基板上实施热活化处理。
11. 如权利要求10所述的方法，其中实施热活化处理的步骤更包含 通过快速退火处理在该基板上实施该热活化处理。
12. 如权利要求10所述的方法，其中实施热活化处理的步骤更包含 用激光来扫描该基板。
13. 如权利要求9所述的方法，更包含 活化注入在该半导体器件中的掺杂剂。
14. 如权利要求9所述的方法，其中激光退火处理是在约1，00CTC至约 1 ，415 °C之间的温度下实施的。
15. 如权利要求9所述的方法，其中激光退火处理被实施约500毫秒或更 短的时间。
16. 如权利要求9所述的方法，其中实施硅化处理的步骤更包含 在该基板上沉积金属层；及 通过热退火处理在该基板上形成硅化金属层。
17. 如权利要求16所述的方法，其中该金属层选自下列鴒(W)、钛(Ti)、 铪(Hf)、钴(Co)、镍(Ni)、它们的合金、或它们的组合。
18. 如权利要求16所述的方法，其中该金属层是通过物理气相沉积法(PVD)所沉积而成。
19. 如权利要求9所述的方法，其中用来实施硅化处理的热退火处理是以 下至少一种快速热退火处理或激光退火处理。
20. —种用以降低半导体器件的接触电阻的方法，包含 提供一具有半导体器件形成于其上的基板，其中该器件具有源极和漏极区域以及4册极结构；在该器件上沉积金属层；通过热退火处理在该基板上实施硅化处理以形成硅化物层；及 对该硅化物层下方的源极和漏极区域施以激光退火处理。
21. 如权利要求20所述的方法，更包含 通过激光退火处理来活化注入在该器件中的掺杂剂。
22. 如权利要求20所述的方法，其中沉积金属层的步骤更包含 在沉积该金属层之前，先实施热活化处理。
23. 如权利要求20所述的方法，其中该激光退火处理是在约1,00(TC至约 1,415 。C之间的温度下实施500毫秒或更短的时间。
24. 如权利要求21所述的方法，其中该掺杂剂选自硼、磷、砷及其组合。
25. 如权利要求20所述的方法，其中用来实施硅化处理的热退火处理是以 下至少一种快速热退火处理或激光退火处理。
全文摘要
所揭示的为一种用以降低半导体器件的接触电阻的方法。在一实施方式中，该方法包括提供一具有半导体器件形成于其上的基板，其中该器件具有多个源极和漏极区域以及一栅极结构；通过热退火处理在该基板上实施一硅化处理；及在该硅化处理之后，在该基板上实施一激光退火处理。在另一实施方式中，该方法包括提供一具有注入的掺杂剂的基板；通过一热退火处理而在该基板上实施一硅化处理；及通过激光退火处理来活化该掺杂剂。
文档编号H01L21/8238GK101473428SQ200780023403
公开日2009年7月1日 申请日期2007年5月7日 优先权日2006年6月23日
发明者E-H·金, F·诺瑞, S·蒂茹帕普利尤, V·帕里哈 申请人:应用材料股份有限公司