基于低能量轻离子注入的自对准金属硅化物形成工艺

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体为一种基于低能量轻离子注入的自对准金属硅化物形成工艺。

背景技术

在集成电路制造中，金属硅化物(silicide)因其较低的电阻率以及易与硅衬底结合的特点而被广泛应用于集成电路器件的源/漏接触或是栅极接触。当半导体工艺制程特征尺寸微缩到深亚微米以下时，采用难熔金属与直接接触的器件有源区以及栅极的硅发生反应形成silicide，而金属不会与接触的二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等材料反应，所以silicide可以很好地与有源区和栅极对准，自对准金属硅化物(SelfAligned Silicide-Salicide)技术即同时在有源区和栅极形成silicide的技术。

现代集成电路工艺技术中，通常采用镍及镍合金形成salicide，由于Ni在退火过程中会向硅衬底扩散，导致NiSi

图1A～图1C为采用现有工艺技术制备NiPt-salicide过程中各步骤中硅片的剖面图。

如图1A所示为提供的衬底以及在其上形成的器件，包括硅基底100，浅沟槽隔离106，n阱101及其中的p型有源区102，p阱107及其中的n型有源区108，栅介电层103、109，多晶硅栅104、110以及侧壁105、111。如图1B所示，在非salicide区域淀积一层SAB(Self-Align Block)二氧化硅112，然后淀积一层金属NiPt与一层氮化钛保护层113。如图1C所示，进行第一次快速热退火并湿法刻蚀去除氮化钛保护层与未反应的金属，再进行第二次快速热退火形成自对准金属硅化物114。

上述方法中，因为过量Pt的掺入将会使得salicide电阻率升高，在生产实践中仍然存在因Ni退火时的各向同性扩散导致的Ni侵入缺陷以及薄膜形貌退化问题，造成器件漏电。此外，在微缩器件的表面，低阻的NiSi相将会在较低温度下向更稳定的NiSi

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种在硅衬底上形成厚度可控的自对准金属硅化物的方法，具体是基于低能量轻离子注入的自对准金属硅化物形成工艺，用于解决上述金属硅化物漏电问题以及n型区域与p型区域方块电阻不一致问题。

本发明基于低能量轻离子注入的自对准金属硅化物形成工艺，包括：

(1)提供一衬底，在所述衬底上形成器件；

(2)在所述器件表面淀积一层自对准金属硅化物阻挡层；

(3)旋涂光刻胶，曝光成自对准金属硅化物阻挡层图形；

(4)刻蚀去除自对准金属硅化物区域的阻挡层；

(5)对自对准金属硅化物区域进行一步或多步的低能量轻离子注入；其中所述低能量轻离子采用碳离子、氮离子或氟离子，注入能量为0.2KeV～2KeV；

(6)在衬底上淀积一层金属，形成金属层，并在金属层上沉积一层保护层；

(7)进行热退火，形成自对准金属硅化物；

作为优选，步骤(1)中所述衬底为硅衬底；

作为优选，步骤(2)中所述自对准金属硅化物阻挡层的材质为二氧化硅；

作为优选，步骤(4)中所述刻蚀方法为干法刻蚀与湿法刻蚀结合；

作为优选，步骤(5)中所述低能量轻离子采用2KeV的注入能量；

作为优选，步骤(5)中低能量轻离子注入区域为所述自对准金属硅化物区域的源漏有源区以及栅极区域中的至少一个；源漏有源区为p型或n型；

作为优选，步骤(5)中低能量轻离子的注入浓度为1×10

作为优选，步骤(5)中低能量轻离子注入采用多步注入，自对准金属硅化物区域的轻离子注入位置可相同或不同；若不同，则轻离子注入位置的轻离子浓度可相同或不同；

作为优选，步骤(6)中所述金属层采用的材质为铂含量为5％～10％(质量分数)的镍铂合金；

作为优选，步骤(6)中所述保护层的材质为氮化钛；

作为优选，步骤(7)中所述热退火过程包括：

在200～300℃进行第一次快速热退火，使得所述金属层与所述器件的源极、栅极、漏极发生反应，形成自对准金属硅化物Ni

在500～600℃进行第二次快速热退火，使得所述自对准金属硅化物转变为低阻的金属硅化物NiSi相；

更为优选，步骤(7)中在形成所述的自对准金属硅化物后，进行第二次快速热退火前，还需要：选择性刻蚀去除保护层与未反应的金属，所述金属为铂、镍。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用多步离子注入形成离子注入浓度不同的区域，控制形成的金属硅化物厚度，从而控制有源区与硅衬底的接触电阻；

2、本发明采用低能量轻离子注入(0.2KeV～2KeV，碳、氮、氟)将不会对衬底造成损伤，或只造成少量在后续退火过程中可修复的损伤，整体接触电阻低。采用低能量轻离子注入有效阻断了Ni向硅衬底的过度侵入，避免了自对准金属硅化物薄膜的形貌退化，减小了器件的漏电；低能量轻离子的注入可以改善NiSi相的热稳定性，避免了在较低温度下NiSi相向NiSi

附图说明

图1A～图1C是现有工艺技术制备NiPt-salicide过程中各步骤硅片的剖面图。

图2是本发明的工艺流程图。

图3A～图3E是本发明制备NiPt-salicide过程中各步骤硅片的剖面图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在集成电路制造中，金属硅化物(silicide)因其较低的电阻率以及易与硅衬底结合的特点而被广泛应用于集成电路器件的源/漏接触或是栅极接触。由于Ni在退火过程中会向硅衬底扩散，导致NiSi深入衬底形成短路，导致电流泄漏问题。为了改善这一现象，在Ni靶材中掺入5％～10％的Pt，可以形成NiPt-salicide，有效减缓Ni的扩散，减少漏电。此外，在硅衬底中预注入离子，也可以降低漏电。但是过量Pt的掺入将会使得salicide电阻率升高，在生产实践中仍然存在因Ni退火时的各向同性扩散导致的Ni侵入缺陷以及薄膜形貌退化问题，造成器件漏电。此外，在微缩器件的表面，低阻的NiSi相将会在较低温度下向更稳定的NiSi

基于此，本发明实施例提供了一种基于低能量轻离子注入的自对准金属硅化物形成工艺，通过该方法可以避免NiSi深入衬底导致电流泄漏以及n型区域与p型区域方块电阻不一致问题；本发明采用的离子注入为一步或多步法，其注入能量为0.2KeV～2KeV的低能量，可避免大于5KeV的高能量离子对硅衬底造成损伤，使得接触电阻升高。本发明可通过控制硅衬底上不同区域离子预注入的浓度，形成厚度与电性不同的自对准金属硅化物层，降低金属硅化物与n型和p型区的接触电阻失配。本发明形成的自对准金属硅化物热稳定性高且薄膜形貌好，可用于形成良好的金属-半导体接触。

以下结合较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明，但其中的实验条件和设定参数不应视为对本发明基本技术方案的局限。并且本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图2是本发明的工艺流程图，图3A～图3E是本发明制备NiPt-salicide过程中各步骤硅片的剖面图，下面将结合流程图和工艺剖面示意图对本发明的形成厚度可控的自对准金属硅化物的方法进行阐述。

作为一个实例，如图3A所示，首先提供一硅基底300，在硅基底300上形成有浅沟槽隔离306，并在浅沟槽隔离中填充有绝缘材料。在硅基底300上有n阱301及其中的p型有源区302，p阱307及其中的n型有源区308，所述的p型有源区302与n型有源区308可以包含轻掺杂漏(LDD)结构。在n阱301与p阱307上分别形成栅介电层303、309，栅介电层由二氧化硅等介电材料制成，并在栅介电层上制作栅极304、310，栅极则有掺杂多晶硅等导电材料制成。在栅极304、310两侧形成有侧壁305、311，侧壁材料可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或几种组合。

然后，如图3B所示，淀积一层二氧化硅阻挡层，然后刻蚀去除自对准金属硅化物区域的阻挡层，形成SAB(Self-Align Block)312，其中刻蚀方法采用干法刻蚀与湿法刻蚀结合，为保证氧化物去除干净需要过刻蚀，而单独使用干法刻蚀将会损伤衬底，影响自对准金属硅化物接触的方块电阻。对自对准金属硅化物区域进行离子预注入，在p型有源区302与栅极304上形成离子预注入区域313a、313b，在n型有源区308与栅极310上形成离子预注入区域314a，314b，其中注入离子可以选择碳、氮、氟其中的一种或几种组合，离子注入能量为2KeV，以防止对衬底造成过度的损伤，离子注入浓度为1×10

接着，如图3C所示，淀积一层金属NiPt以及一层氮化钛保护层315，铂在金属NiPt中的质量分数为5％～10％，而淀积时的温度也不宜过高，否则将会在硅与金属的界面形成一定原子比例的镍-硅薄层，这会在后续的退火过程中发生缠结，引起薄膜形貌的退化。

第一次快速热退火后的剖面图如图3D所示，金属层315不与浅沟槽隔离306的氧化物以及侧壁305、311反应，所以只在p型源漏有源区302与n型源漏有源区308以及对应的栅极区域304、310形成第一金属硅化物316a、316b、317a、317b，成分为Ni

通过湿法选择性刻蚀去除未反应的金属以及氮化钛保护层315a，所述湿法选择性刻蚀选用的刻蚀液为硫酸与双氧水的混合溶液。金属层315中的氮化钛保护层的作用是隔绝氧气，避免形成氧化物，同时防止结块。形成的第一金属硅化物Ni

如图3E所示，对所得到的第一金属硅化物316a、316b、317a、317b进行第二次快速热退火，第二次快速热退火采用尖峰退火spike anneal，温度控制在450℃～550℃，防止高温下形成高阻的NiSi