專利名稱：自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，尤指一種于像素單元區(qū)域中晶體管的柵極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法。
背景技術(shù)：
固態(tài)影像感測(cè)元件，例如電荷耦合裝置(charge-coupled device，CCD)以及CMOS影像傳感器(CMOS image sensor)，是現(xiàn)今常用來(lái)作為電子影像的輸入裝置(input device)。由于CMOS影像傳感器是以傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝制作，因此具有制作成本較低以及元件尺寸較小的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有CMOS影像傳感器通常包含有一像素單元區(qū)域以及一外圍電路區(qū)，并且該像素單元區(qū)域包含有三個(gè)MOS晶體管，分別用來(lái)作為重置元件(reset MOS)、電流汲取元件(currentsource follower)以及列選擇開(kāi)關(guān)(row selector)。
現(xiàn)有CMOS影像傳感器的工藝完全與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體元件的CMOS工藝相同，然而隨著CMOS工藝線寬縮小至0.25微米，一高性能的CMOS影像傳感器的制作受到標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的限制，其中以自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝所造成的問(wèn)題最為顯著。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝，一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝于晶體管的柵極、源極與漏極表面均形成一金屬硅化物層以降低片電阻，進(jìn)而降低該晶體管的電能消耗以及RC延遲效應(yīng)。然而，由于形成于源極與漏極表面的該金屬硅化物層會(huì)導(dǎo)致較大的漏電流(leakage)，并且像素單元區(qū)域的MOS晶體管包含有一光感測(cè)區(qū)，因此該漏電流會(huì)使得CMOS影像傳感器在不受光情形下的暗電流(dark current)增加，進(jìn)而降低CMOS影像傳感器的分辨率(resolution)。
請(qǐng)參考圖1至圖4，圖1至圖4為現(xiàn)有一修正后的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝的示意圖，以于像素單元區(qū)域中形成一包含有無(wú)金屬硅化物層(nonsilicide)的源極與漏極的MOS晶體管。如圖1所示，一CMOS影像傳感器10包含有多個(gè)MOS晶體管14分別形成于一半導(dǎo)體襯底12表面的一像素單元區(qū)域13與一外圍電路區(qū)域15，并且各MOS晶體管14包含有一柵極16、一源極18與一漏極20?，F(xiàn)有工藝先于半導(dǎo)體襯底12表面形成一氧化物層24覆蓋各MOS晶體管14，以及形成一有機(jī)材料層24。然后如圖2所示，對(duì)有機(jī)材料層24進(jìn)行一回蝕刻工藝，以去除部分的有機(jī)材料層24直至暴露各柵極16頂部表面上的氧化物層22，接著進(jìn)行一蝕刻工藝以去除暴露的部分氧化物層22。
如圖3所示，完全去除半導(dǎo)體襯底12表面殘留的有機(jī)材料層24，然后對(duì)殘留的氧化物層22進(jìn)行一微影暨蝕刻工藝，以形成一保護(hù)氧化層(resistprotection oxide，RPO)26覆蓋像素單元區(qū)域13中晶體管14的源極18與漏極20表面。最后如圖4所示，于半導(dǎo)體襯底12表面形成一由鈷(cobalt，Co)、鈦(titanium，Ti)、鎳(nickel，Ni)或鉬(molybdenum，Mo)所構(gòu)成的金屬層(未顯示于圖4)并且進(jìn)行一快速熱處理工藝，以于外圍電路區(qū)域15中MOS晶體管14的柵極16、源極18與漏極20表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層(salicidelayer)28，而像素單元區(qū)域13中晶體管14的源極18與漏極20表面覆蓋有保護(hù)氧化層26，因此僅于柵極16表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層28。
上述的工藝方法利用一回蝕刻工藝控制殘留的有機(jī)材料層24厚度，以暴露并且去除各柵極16頂部表面的氧化物層22，然而各MOS晶體管14使得半導(dǎo)體襯底12表面呈現(xiàn)高低起伏的陡峭形貌(severe topography)，使得有機(jī)材料層24也具有一不平坦的表面，因此該工藝方法不易藉由回蝕刻工藝準(zhǔn)確地控制殘留的有機(jī)材料層24厚度，進(jìn)而可能使得各柵極16頂部表面的氧化物層22去除不完全，影響后續(xù)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層28的形成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種于像素單元區(qū)域的MOS晶體管柵極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
本發(fā)明提供一種自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其步驟包含提供一半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底的一第一區(qū)域表面包含有多個(gè)MOS晶體管，并且各該MOS晶體管包含有一柵極、源極與漏極，首先于該半導(dǎo)體襯底表面形成一犧牲層覆蓋該等MOS晶體管，然后進(jìn)行一平坦化工藝，以去除部分的該犧牲層，并且暴露各該柵極的頂部表面，再來(lái)對(duì)殘留的該犧牲層進(jìn)行一微影暨蝕刻工藝，以形成一自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層(salicide block layer)覆蓋各該源極與漏極，最后于各該柵極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層(salicide layer)。
本發(fā)明提供一種自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，以于CMOS影像傳感器的像素單元區(qū)域中MOS晶體管的柵極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。相較于現(xiàn)有自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝，本發(fā)明的工藝方法可以避免于像素單元區(qū)域中MOS晶體管的源極與漏極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層，進(jìn)而改善一較大漏電流所造成的CMOS影像傳感器分辨率降低的問(wèn)題。此外，本發(fā)明方法利用一平坦化工藝去除部分覆蓋MOS晶體管的犧牲層，以暴露各柵極的頂部表面，或者先利用該平坦化工藝以使得該犧牲層具有一平坦表面，然后利用一回蝕刻工藝去除部分的該犧牲層，因此可以避免現(xiàn)有工藝無(wú)法準(zhǔn)確地控制殘留的有機(jī)材料層厚度，而發(fā)生柵極頂部表面的氧化物層去除不完全的問(wèn)題，進(jìn)而影響后續(xù)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層的形成。


圖1至圖4為現(xiàn)有一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝的示意圖；圖5至圖9為本發(fā)明第一實(shí)施例的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝的示意圖；圖10至圖14為本發(fā)明第二實(shí)施例的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝的示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明10 CMOS影像傳感器12 半導(dǎo)體襯底13 像素單元區(qū)域 15 外圍電路區(qū)域14 MOS晶體管 16 柵極18 源極 20 漏極22 氧化物層 24 有機(jī)材料層26 保護(hù)氧化層28 自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層50、100 CMOS影像傳感器52、102 半導(dǎo)體襯底53、103 像素單元區(qū)域 55、105 外圍電路區(qū)域54、104 MOS晶體管 56、106 柵極58、108 源極 60、110 漏極62、112 犧牲層107 頂保護(hù)層
64、114 自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層66、116 自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖5至圖9，圖5至圖9為本發(fā)明第一實(shí)施例的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝的示意圖。如圖5所示，一CMOS影像傳感器50包含有多個(gè)MOS晶體管54分別形成于一半導(dǎo)體襯底52表面的一像素單元區(qū)域53與一外圍電路區(qū)域55，并且各MOS晶體管54包含有一柵極56、一源極58與一漏極60。本發(fā)明工藝先于半導(dǎo)體襯底52表面形成一由原硅酸四乙酯(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)構(gòu)成的犧牲層62覆蓋各MOS晶體管54，然后如圖6所示，對(duì)犧牲層62進(jìn)行一平坦化工藝，例如一化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polish，CMP)工藝，以使得犧牲層62具有一平坦表面，接著如圖7所示，對(duì)犧牲層62進(jìn)行一回蝕刻工藝，并且藉由蝕刻選擇比或是蝕刻時(shí)間設(shè)定以去除部分的犧牲層62，直至暴露各MOS晶體管54的柵極56頂部表面。然而上述步驟也可以直接以該平坦化工藝去除部分的犧牲層62，直至暴露各MOS晶體管54的柵極56頂部表面，而省去該回蝕刻工藝步驟。
圖8所示，對(duì)殘留的犧牲層62進(jìn)行一微影暨蝕刻工藝(photo-etchingprocess，PEP)，以形成一自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層(salicide block layer，SAB)64覆蓋像素單元區(qū)域53中MOS晶體管54的源極58以及漏極60。最后如圖8所示，于半導(dǎo)體襯底52表面形成一由鈷(cobalt，Co)、鈦(titanium，Ti)、鎳(nickel，Ni)或鉬(molybdenum，Mo)所構(gòu)成的金屬層(未顯示)，并且該金屬層覆蓋像素單元區(qū)域53中MOS晶體管54的柵極56表面，同時(shí)覆蓋外圍電路區(qū)55中MOS晶體管54的柵極56與源極58、漏極60表面，接著進(jìn)行一快速熱處理工藝，以使該金屬層與硅原子發(fā)生反應(yīng)，因此于像素單元區(qū)域53中MOS晶體管54的柵極56表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層(salicidelayer)66，并且同時(shí)于外圍電路區(qū)53中MOS晶體管54的柵極56與源極58、漏極60表面形成自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層66。
請(qǐng)參考圖10至圖14，圖10至圖14為本發(fā)明第二實(shí)施例的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝的示意圖。如圖10所示，一CMOS影像傳感器100包含有多個(gè)MOS晶體管104分別形成于一半導(dǎo)體襯底102表面的一像素單元區(qū)域103與一外圍電路區(qū)域105，并且各MOS晶體管104包含有一柵極106、一源極108與一漏極110。本發(fā)明工藝先于半導(dǎo)體襯底102表面形成一由原硅酸四乙酯(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)構(gòu)成的犧牲層112覆蓋各MOS晶體管104，然后如圖11所示，對(duì)犧牲層112進(jìn)行一平坦化工藝，例如一化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polish，CMP)工藝，以去除部分的犧牲層112直至暴露各柵極106的頂保護(hù)層107，接著如圖12所示，進(jìn)行一回蝕刻工藝以同時(shí)去除像素單元區(qū)域103以及外圍電路區(qū)域105的頂保護(hù)層107。其中，構(gòu)成頂保護(hù)層107的材料可為一與犧牲層112有高蝕刻選擇比的材料，例如氮化硅。
之后的步驟與本發(fā)明的第一實(shí)施例相同，如圖13所示，對(duì)殘留的犧牲層112進(jìn)行一微影暨蝕刻工藝(photo-etching process，PEP)，以形成一自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層(salicide block layer，SAB)114覆蓋像素單元區(qū)域103中MOS晶體管104的源極108以及漏極110。最后如圖14所示，于半導(dǎo)體襯底102表面形成一由鈷(cobalt，Co)、鈦(titanium，Ti)、鎳(nickel，Ni)或鉬(molybdenurn，Mo)所構(gòu)成的金屬層(未顯示)，并且該金屬層覆蓋像素單元區(qū)域103中MOS晶體管104的柵極106表面，同時(shí)覆蓋外圍電路區(qū)105中MOS晶體管104的柵極106與源極108、漏極110表面，接著進(jìn)行一快速熱處理工藝，以使該金屬層與硅原子發(fā)生反應(yīng)，因此于像素單元區(qū)域103中MOS晶體管104的柵極106表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層(salicidelayer)116，并且同時(shí)于外圍電路區(qū)103中MOS晶體管104的柵極106與源極108、漏極110表面形成自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層116。
本發(fā)明提供一種自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，以于CMOS影像傳感器的像素單元區(qū)域中MOS晶體管的柵極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。該工藝方法于半導(dǎo)體表面形成一犧牲層以覆蓋各MOS晶體管，接著依序利用一平坦化工藝以及一回蝕刻工藝以暴露各MOS晶體管的頂部表面，然后對(duì)該犧牲層進(jìn)行一微影暨蝕刻工藝，以形成一自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層覆蓋像素單元區(qū)域中MOS晶體管的源極與漏極表面，最后于該半導(dǎo)體襯底表面形成一金屬層并且進(jìn)行一快速熱處理工藝，以于像素單元區(qū)域中MOS晶體管的柵極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層，同時(shí)于外圍電路區(qū)域中MOS晶體管的柵極與源極漏極表面形成該自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。
相較于現(xiàn)有自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝，本發(fā)明的工藝方法可以避免于像素單元區(qū)域中MOS晶體管的源極與漏極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層，進(jìn)而改善一較大漏電流所造成的CMOS影像傳感器分辨率降低的問(wèn)題。此外，本發(fā)明方法利用一平坦化工藝去除部分覆蓋MOS晶體管的犧牲層，以暴露各柵極的頂部表面，或者先利用該平坦化工藝以使得該犧牲層具有一平坦表面，然后利用一回蝕刻工藝去除部分的該犧牲層，因此可以避免現(xiàn)有工藝無(wú)法準(zhǔn)確地控制殘留的有機(jī)材料層厚度，而發(fā)生柵極頂部表面的氧化物層去除不完全的問(wèn)題，進(jìn)而影響后續(xù)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層的形成。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡是按照本發(fā)明權(quán)利要求所作的均等變化與修飾，均應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其包含有下列步驟提供一半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底的一第一區(qū)域表面包含有多個(gè)金屬氧化半導(dǎo)體(metal-oxide semiconductor，MOS)晶體管，并且各該MOS晶體管包含有一柵極、一源極與一漏極；于該半導(dǎo)體襯底表面形成一犧牲層覆蓋該等MOS晶體管；進(jìn)行一平坦化工藝，以去除部分的該犧牲層直至暴露各該柵極的頂部表面；對(duì)殘留的該犧牲層進(jìn)行一微影暨蝕刻工藝，以形成一自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層覆蓋各該源極以及漏極；于該半導(dǎo)體襯底表面形成一金屬層，并且該金屬層覆蓋各該柵極表面；以及進(jìn)行一快速熱處理工藝，以于各該柵極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。
2.如權(quán)利要求1的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該第一區(qū)域是一像素單元區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該平坦化工藝是一化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
4.如權(quán)利要求1的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中進(jìn)行該平坦化工藝之后還包含有一回蝕刻工藝。
5.如權(quán)利要求1的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該犧牲層由原硅酸四乙酯(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)所構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該金屬層由鈷、鈦、鎳或鉬所構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該半導(dǎo)體襯底還包含有一第二區(qū)域，該第二區(qū)域表面包含有多個(gè)MOS晶體管，并且各該MOS晶體管包含有一柵極、一源極與一漏極，該工藝還包含有下列步驟于該半導(dǎo)體襯底表面形成該犧牲層時(shí)，該犧牲層同時(shí)覆蓋該第二區(qū)域的該等MOS晶體管；進(jìn)行該平坦化工藝去除部分的該犧牲層時(shí)，同時(shí)暴露該第二區(qū)域中各該柵極的頂部表面；進(jìn)行該微影暨蝕刻工藝時(shí)，同時(shí)去除該第二區(qū)域中覆蓋于各該源極與漏極表面上的該犧牲層；于該半導(dǎo)體襯底表面形成該金屬層時(shí)，該金屬層同時(shí)覆蓋該第二區(qū)域中各該柵極、源極與漏極表面；以及進(jìn)行該快速熱處理工藝，以于各該柵極、源極與漏極表面形成該自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。
8.如權(quán)利要求7的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該第二區(qū)域是外圍電路區(qū)域。
9.一種自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其包含有下列步驟提供一半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底的一第一區(qū)域表面包含有多個(gè)金屬氧化半導(dǎo)體(metal-oxide semiconductor，MOS)晶體管，并且各該MOS晶體管包含有一柵極、一源極與一漏極；于該半導(dǎo)體襯底表面形成一犧牲層覆蓋該等MOS晶體管；進(jìn)行一平坦化工藝，以去除部分的該犧牲層直至暴露各該柵極的頂保護(hù)層；進(jìn)行一回蝕刻工藝，以去除該頂保護(hù)層；對(duì)殘留的該犧牲層進(jìn)行一微影暨蝕刻工藝，以形成一自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層覆蓋各該源極以及漏極；于該半導(dǎo)體襯底表面形成一金屬層，并且該金屬層覆蓋各該柵極表面；以及進(jìn)行一快速熱處理工藝，以于各該柵極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。
10.如權(quán)利要求9的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該第一區(qū)域是一像素單元區(qū)域。
11.如權(quán)利要求9的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該平坦化工藝是一化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
12.如權(quán)利要求9的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該犧牲層由原硅酸四乙酯(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)所構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求9的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該頂保護(hù)層由氮化硅所構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求9的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該金屬層由鈷、鈦、鎳或鉬所構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求9的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該半導(dǎo)體襯底還包含有一第二區(qū)域，該第二區(qū)域表面包含有多個(gè)MOS晶體管，并且各該MOS晶體管包含有一柵極、一源極與一漏極，該工藝還包含有下列步驟于該半導(dǎo)體襯底表面形成該犧牲層時(shí)，該犧牲層同時(shí)覆蓋該第二區(qū)域的該等MOS晶體管；進(jìn)行該平坦化工藝去除部分的該犧牲層時(shí)，同時(shí)暴露該第二區(qū)域中各該柵極的頂保護(hù)層；進(jìn)行該回蝕刻工藝時(shí)，同時(shí)去除第二區(qū)域中該頂保護(hù)層；進(jìn)行該微影暨蝕刻工藝時(shí)，同時(shí)去除該第二區(qū)域中覆蓋于各該源極與漏極表面上的該犧牲層；于該半導(dǎo)體襯底表面形成該金屬層時(shí)，該金屬層同時(shí)覆蓋該第二區(qū)域中各該柵極、源極與漏極表面；以及進(jìn)行該快速熱處理工藝，以于各該柵極、源極與漏極表面形成該自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。
16.如權(quán)利要求15的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其中該第二區(qū)域是外圍電路區(qū)域。
全文摘要
一種自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物制造方法，其步驟包含提供一半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底的一第一區(qū)域表面包含有多個(gè)MOS晶體管，并且各該MOS晶體管包含有一柵極、源極與漏極，首先于該半導(dǎo)體襯底表面形成一犧牲層覆蓋該等MOS晶體管，然后進(jìn)行一平坦化工藝，以去除部分的該犧牲層，并且暴露各該柵極的頂部表面，再來(lái)對(duì)該犧牲層進(jìn)行一微影暨蝕刻工藝(photo－etching process，PEP)，以形成一自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層(salicideblock layer)覆蓋各該源極與漏極，最后于各該柵極表面形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層(salicide layer)。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1591829SQ03155540
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者黃明政, 鐘祥珉 申請(qǐng)人:力晶半導(dǎo)體股份有限公司