專利名稱：形成硅化鎳層以及半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造半導(dǎo)體器件的改進(jìn)結(jié)構(gòu)及方法，更加具體地，涉及一種在使用鎳合金形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物(salicide)層的半導(dǎo)體器件制造工藝期間，用于形成鎳自對(duì)準(zhǔn)硅化物結(jié)構(gòu)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件集成度持續(xù)增大、以及與這些器件相關(guān)的臨界尺寸持續(xù)減小，對(duì)確定用于以低電阻材料制造從而保持或降低信號(hào)延遲的材料和工藝的興趣愈來愈濃。硅化物和自對(duì)準(zhǔn)硅化物(salicideself-aligned silicide))材料及工藝已被廣泛地用于降低MOS器件的柵極導(dǎo)體和源極/漏極區(qū)的表面電阻(sheet resistance)和接觸電阻。
包括鎢、鉭、鋯、鈦、鉿、鉑、鈀、釩、鈮、鈷、鎳及這些金屬的各種合金在內(nèi)的諸多金屬已被用于在半導(dǎo)體器件上形成硅化物層。然而，對(duì)于柵極長度小于約100nm的情況，傳統(tǒng)的自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝及材料趨于面臨著包括開口、殘留物和層的非均勻性在內(nèi)的各種困難，這些困難至少部分地產(chǎn)生于硅化物材料層內(nèi)的結(jié)塊。
這些困難由于高溫處理而加劇，該高溫處理是使絕大部分金屬與硅反應(yīng)從而形成期望的硅化物層所需的。所需的高溫退火還提高了對(duì)硅化物退火工藝對(duì)于所制造的器件的熱預(yù)算的影響的關(guān)注。例如，在用鈷形成硅化物時(shí)，硅化物的初始化學(xué)配比一般可以表示為CoSi，但是隨著退火工藝的繼續(xù)，特別是在較高的溫度下，硅化物傾向于包含進(jìn)越來越大量的硅，并且達(dá)到了一種更接近于表示為CoSi2的成分。然而，對(duì)于具有小于約100nm的柵極長度的器件而言，在傳統(tǒng)的Co自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝中使用的第二高溫硅化容易導(dǎo)致硅化物材料層內(nèi)的結(jié)塊，這增大了層內(nèi)不均勻的程度并容易使所得器件的性能退化。
鎳是一種用于形成硅化物的很具吸引力的材料，因?yàn)樾纬伤韫杌锼璧耐嘶鸸に嚳梢栽谙鄬?duì)低的溫度下進(jìn)行，例如，低于約550℃。依據(jù)反應(yīng)條件，鎳可以與硅反應(yīng)從而形成一硅化二鎳(Ni2Si)、硅化鎳(NiSi)、或二硅化鎳(NiSi2)作為硅化產(chǎn)物。使用高于約550℃的退火溫度容易增加電阻性最強(qiáng)的二硅化鎳(NiSi2)的形成，并相應(yīng)地增加了硅的消耗，因此一般不采用。然而，硅化鎳(NiSi)可以優(yōu)先形成在較低的溫度下，并且提供了三種鎳的硅化物物相中最低的表面電阻。由于較低的硅化溫度，NiSi表現(xiàn)出降低的結(jié)塊趨勢(shì)并且形成了其表面電阻通常與器件尺寸無關(guān)的硅化物層，這增加了其對(duì)于降低精細(xì)線條結(jié)構(gòu)的電阻的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了通過鎳合金與暴露的硅表面之間的反應(yīng)形成硅化鎳層的方法，包括在暴露的硅表面上沉積鎳合金層，鎳合金包括鎳和合金金屬(alloying metal)；使鎳合金層與暴露的硅表面反應(yīng)，從而形成具有上層和下層的硅化鎳層，其中合金金屬優(yōu)先偏析進(jìn)上層中。
由于此偏析，硅化物層的下層和上層將具有不同的成分和不同的厚度。例如，下層傾向于成為兩層中較厚的，并且通常將包括至少約95原子百分比的鎳和硅，而鎳和硅以約1的原子比在下層中出現(xiàn)，并且主要表現(xiàn)為NiSi，最多僅有少量的NiSi2。
相反，上層傾向于成為兩層中較薄的，并且包含大部分合金金屬，例如鉭。依據(jù)鎳合金中合金金屬的初始濃度，上層中鎳和硅的最終濃度可以大范圍變化，例如，包括在約2至約90原子百分比之間，并且以約1∶1至約2∶1之間的原子比出現(xiàn)。
形成硅化物層的示例性方法可包括在形成硅化物以前，在鎳合金層上形成諸如氮化鈦(TiN)材料的覆蓋層(capping layer)，特別是富氮的TiN層，即N∶Ti原子比至少為約0.5，且高達(dá)約2。選定的合金金屬在硅中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度都應(yīng)當(dāng)?shù)陀阪嚨南鄳?yīng)值。合金金屬還應(yīng)具有超出形成硅化鎳所需的硅化溫度。
已證實(shí)，鉭作為合金金屬，在上達(dá)至少約10原子百分比的濃度下，兼具這些特性，并且顯現(xiàn)出有利于形成根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的硅化物，并且在約0.1原子百分比至約5原子百分比范圍內(nèi)的水平，特別是在約3.5原子百分比下表現(xiàn)出可以接受的性能。
依據(jù)沉積鎳合金層之前具體的用于制備襯底的工藝流程，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的硅化鎳可以僅形成在柵極電極結(jié)構(gòu)上、僅形成在例如MOS晶體管的源極/漏極區(qū)的有源區(qū)表面上，或者在柵極電極和有源區(qū)兩者之上。
在硅化鎳未形成在柵極電極上的情況下，柵極電極結(jié)構(gòu)通常包括一個(gè)或多個(gè)覆蓋層，用于保護(hù)設(shè)置在柵極介電層上的多晶硅層。在硅化鎳限于柵極電極的情況下，可以在襯底上形成絕緣體沉積序列，通常為一層或多層化學(xué)氣相沉積(CVD)氧化物。絕緣體的上部然后可使用例如化學(xué)機(jī)械拋光或回蝕工藝去除，從而暴露柵極電極結(jié)構(gòu)的上部硅表面，同時(shí)保護(hù)有源區(qū)不暴露給鎳合金。
對(duì)于每一種情況，將在襯底上沉積鎳合金層，該襯底具有暴露硅和/或多晶硅表面的區(qū)域，通常接著再沉積可選的覆蓋層，諸如TiN。將使用通常在至少250℃溫度下的熱處理來使鎳合金與暴露的硅表面反應(yīng)，從而形成所需硅化物。然后可以去除覆蓋層和未反應(yīng)的鎳合金，從而制備用于其它工藝的襯底。
與主要的鎳組元一起使用的合金金屬可從鉭、釩、鋯、鉿、鎢、鈷、鉑、鉻、鈀、鈮及其組合所構(gòu)成的組中選取，但其構(gòu)成通常不超過鎳合金的10原子百分比。
硅化鎳的形成通常包括加熱與硅表面相接觸的鎳合金至高于約200℃且低于約700℃的溫度，更通常地在約250℃至約500℃之間，持續(xù)至少約10秒并且可以為30分鐘或更長的時(shí)間。所選的具體時(shí)間和溫度組合應(yīng)足以形成上述的兩層硅化鎳結(jié)構(gòu)，其中大部分鎳出現(xiàn)在作為NiSi的下層中，而大部分合金金屬偏析進(jìn)上層中。
盡管根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例制備的硅化鎳與由未合金化的鎳制備的硅化鎳相比，傾向于具有更高的熱穩(wěn)定性，特別是在高于約600℃的溫度下，但是后續(xù)工藝的熱活性一般應(yīng)選擇來在最終的半導(dǎo)體器件中保留大部分初始NiSi相(通常至少為90％)，即抑制NiSi向NiSi2的轉(zhuǎn)變。
與由未合金化的鎳制備的硅化鎳及更傳統(tǒng)的硅化鈷相比，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例制備的硅化鎳表現(xiàn)出性能的改善，特別是對(duì)于包含低于100nm的柵極結(jié)構(gòu)的器件，并且特別是對(duì)于包含低于50nm的柵極結(jié)構(gòu)的器件。具體而言，在形成時(shí)，特別是在其它熱處理之后，根據(jù)本發(fā)明的硅化鎳傾向于具有更低且更穩(wěn)定的表面電阻。
類似地，包含根據(jù)示例性實(shí)施例的硅化鎳的器件與由包含硅化鈷的相同器件提供的性能相比，傾向于具有改善的閾值電壓Vth、降低的二極管漏電流、改善的截止電流Idoff和飽和電流Idsat特性，特別是在PMOS晶體管中。諸如SiON層的高拉伸應(yīng)力(high tensile tension)覆蓋層的添加，特別是在包含根據(jù)本發(fā)明的示例性硅化鎳的NMOS晶體管上，可進(jìn)一步改善NMOS器件的性能。


下面，參照附圖更加充分地說明可用于實(shí)施本發(fā)明的器件和方法的示例性實(shí)施例，附圖中圖1示出了用于制造半導(dǎo)體器件的示例性方法中的工藝步驟，該器件在柵極區(qū)中包含鎳合金自對(duì)準(zhǔn)硅化物結(jié)構(gòu)；圖2A至2G示出了半導(dǎo)體器件制造中的選定步驟，該器件包含鎳合金自對(duì)準(zhǔn)硅化物結(jié)構(gòu)；圖3為圖2G所示硅化物結(jié)構(gòu)的一部分的放大圖；圖4示出了本發(fā)明的一實(shí)施例，其中在源極/漏極區(qū)和柵極電極兩者上都形成了硅化物；圖5A至5C示出了本發(fā)明的一實(shí)施例，其中硅化物限于柵極電極結(jié)構(gòu)；圖6為曲線圖，示出了作為金屬層成分和退火溫度的函數(shù)的所得硅化物層的表面電阻；圖7為曲線圖，示出了作為金屬層成分和退火溫度的函數(shù)的經(jīng)歷了額外退火的硅化物層的表面電阻；圖8為曲線圖，示出了作為金屬層成分和形成溫度的函數(shù)的，在50nm柵極圖形上測(cè)得的表面電阻的累積大??；圖9為曲線圖，示出了作為鉭濃度的函數(shù)的所得硅化物的表面電阻；以及圖10為TEM顯微照片，其示出了兩層結(jié)構(gòu)的形成。
具體實(shí)施例方式
提供這些附圖是為了輔助對(duì)如下更加詳細(xì)地介紹的本發(fā)明示例性實(shí)施例的理解，而不應(yīng)對(duì)本發(fā)明構(gòu)成不適當(dāng)?shù)南拗?。附圖中所示的各個(gè)元件的相對(duì)間隔、大小及尺寸未按比例示出，而是為了更加清晰起見而有所放大、縮小或做其它調(diào)整。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)理解，為了更加清晰和減少附圖的數(shù)量，已略去了包括例如光致抗蝕劑圖形和多重層金屬化結(jié)構(gòu)在內(nèi)的、可在半導(dǎo)體器件的制造中普遍使用的某些層。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的形成半導(dǎo)體器件的示例性方法包括如下步驟形成柵極圖形(S10)；使用柵極圖形作為注入掩模形成輕度摻雜漏極(LDD)(S20)；鄰近柵極圖形的側(cè)壁形成間隔壁結(jié)構(gòu)(S30)；使用柵極圖形和間隔壁結(jié)構(gòu)作為注入掩模形成源極/漏極區(qū)(S40)；順序沉積鎳合金和氮化鈦層(S50)；執(zhí)行熱硅化工藝從而使鎳合金形成硅化物(S60)；形成層間電介質(zhì)(ILD)(S70)；以及，執(zhí)行金屬化工藝來連接形成在襯底上的分離器件(S80)。
如圖2A所示，半導(dǎo)體器件可形成在襯底10中，在該襯底上或襯底中用傳統(tǒng)的淺槽隔離(STI)工藝形成有隔離區(qū)12以限定有源區(qū)。如圖所示，包括柵極絕緣層14、第一導(dǎo)體層16(如摻雜多晶硅)、阻擋層18(如氮化鎢)、第二導(dǎo)體層20(如鎢)、以及可選的覆蓋層22的柵極結(jié)構(gòu)可形成在有源區(qū)中。使用柵極結(jié)構(gòu)作為注入掩模，可利用第一離子注入工藝在有源區(qū)的暴露區(qū)域的表面附近形成輕度摻雜區(qū)24，諸如輕度摻雜漏極(LDD)。
如圖2B所示，隨后可使用傳統(tǒng)的沉積和回蝕工藝，鄰近柵極結(jié)構(gòu)的垂直表面形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)26。使用柵極和側(cè)壁結(jié)構(gòu)26作為注入掩模，可利用第二離子注入在有源區(qū)的暴露區(qū)域中沉積高濃度摻雜劑28，從而完成器件源極/漏極區(qū)的形成。
如圖2C所示，可以在柵極結(jié)構(gòu)、源極/漏極區(qū)和隔離區(qū)上方形成鎳合金層30和諸如氮化鈦的覆蓋層32。然后可以使用例如快速熱退火(RTP)工藝，在通常高于450℃的溫度下對(duì)器件退火一段時(shí)間，該時(shí)間足以使鎳合金層30與有源區(qū)的硅反應(yīng)，從而形成硅化物。由于硅化物的形成主要限于在沉積鎳合金30以前就已暴露硅表面的那些區(qū)域，所以硅化物的形成被視為自對(duì)準(zhǔn)硅化物(salicide)。
如圖2D所示，例如可以使用包括硫酸(H2SO4)和過氧化氫(H2O2)的溶液來去除覆蓋層32和鎳合金層30的未反應(yīng)部分，在有源區(qū)內(nèi)的源極/漏極區(qū)的表面上留下硅化物區(qū)34D。如圖2E所示，可以在襯底上方形成層間電介質(zhì)層(ILD)36。盡管在圖中被示為單層，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將可理解，ILD36可包括多于一層、多于一種材料，并且可以經(jīng)歷諸如化學(xué)機(jī)械拋光或回蝕工藝的其它處理，從而提高所得表面的平整度。
如圖2F所示，然后可在ILD36中形成接觸開口38，從而暴露源極/漏極區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域。如圖2G所示，然后可以使用各種金屬化工藝和材料來形成用于連接各個(gè)晶體管與器件電路的其余部分的金屬圖形40。
如圖4所示，若柵極結(jié)構(gòu)的成分使得在沉積鎳合金層期間暴露硅表面，則硅化物可形成在源極/漏極區(qū)和柵極電極兩者的上表面處。在此情況下，第一導(dǎo)體層18為摻雜多晶硅層，而圖2A至2G中所示的額外的阻擋層、第二導(dǎo)體層和覆蓋層被略去。結(jié)果，硅化物區(qū)34G可形成在第一導(dǎo)體層18的上表面上，且如結(jié)合圖2D至2E所述的那樣硅化物區(qū)34D形成在源極/漏極區(qū)的上表面上。
如圖5A至5C所示，為了將硅化物的形成限制于柵極電極，可改變上述示例性工藝。如圖5A所示，在限定有源區(qū)、形成柵極結(jié)構(gòu)、并摻雜源極/漏極區(qū)后，可在襯底上形成絕緣層42。如圖5B所示，可去除絕緣層的上部，從而暴露柵極結(jié)構(gòu)的上表面。如上面參照?qǐng)D2C所述那樣，鎳合金層30和諸如氮化鈦的覆蓋層32可形成在柵極結(jié)構(gòu)上和絕緣層42的上表面上。
若使用TiN覆蓋層32，則優(yōu)選的是，覆蓋層內(nèi)N∶Ti原子比最小約為0.5且最大至約2.0。TiN覆蓋層可通過使氮源氣體與鈦源氣體在反應(yīng)室內(nèi)在約25℃至約500℃的溫度下反應(yīng)來制備?？梢酝ㄟ^控制源氣體的相對(duì)流速來調(diào)整N∶Ti的比例。
然后可以在一溫度下對(duì)器件退火一段時(shí)間，該時(shí)間足以使鎳合金層30與柵極結(jié)構(gòu)上表面上的硅反應(yīng)，使得與鎳合金30反應(yīng)而形成主要限制于柵極結(jié)構(gòu)上表面的硅化物區(qū)34G，如圖5C所示。然后，可以在去除或不去除絕緣層42的余留部分的情況下形成層間電介質(zhì)層。然后，可以使用各種沉積、蝕刻和金屬化工藝及材料形成接觸開口和金屬圖形，從而提供制造功能器件所需的晶體管的電連接。
如以上所注意到的那樣，鎳早已用于形成硅化物以利用硅化物形成所需的較低的溫度(小于約500℃)。但是，當(dāng)硅化鎳由未合金化的鎳形成時(shí)，若硅化物在后續(xù)工藝中暴露于高溫下或者若硅化退火的過程拖長或?qū)⒏叩臏囟扔糜诠杌镄纬?，則優(yōu)選的硅化鎳(NiSi)易于轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮韪叩亩杌?NiSi2)。因此，這些硅化鎳的使用限于相對(duì)窄的工藝窗口。
然而，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，具有一小部分金屬的合金化鎳可以提供增大的工藝窗口、以及具有改善的熱穩(wěn)定性和低電阻率的硅化物層，該金屬與合金的主要成分鎳相比在硅中具有較低的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度。具體地，已證實(shí)鉭有利于制備用于形成改進(jìn)的硅化物層的這類鎳合金。另外，由于鉭具有比鎳高的硅化物形成溫度，因此被認(rèn)為在硅化鎳中包括鉭將不會(huì)對(duì)包含此類硅化物的器件的特性造成任何負(fù)面影響。
可使用各種金屬來在半導(dǎo)體器件的制造期間形成硅化物，其中包括鈷、鎳、鈦和鉭。依據(jù)硅化物的形成條件，由這些金屬與硅反應(yīng)產(chǎn)生的硅化物成分可表現(xiàn)出一范圍內(nèi)的主化學(xué)配比(stoichiometry)，其中的多于一種可以在硅化物層中見到。代表性硅化物成分和易于產(chǎn)生所示成分的近似形成條件在下表1中提供表1

向形成硅化物的其它金屬中加入少量的耐熱金屬可以增加所得硅化物(如NiSi)的熱穩(wěn)定性。然而，為了使對(duì)器件特性的負(fù)面影響最小化，優(yōu)選添加具有較高硅化溫度、在硅中具有較低擴(kuò)散系數(shù)和較低溶解度的金屬。如上表1所示，使用鈦或鉭形成硅化物趨于發(fā)生在相對(duì)較高的溫度下，并且鈦和鉭在硅中均表現(xiàn)出相似的約1原子百分比的溶解度。然而，Ta表現(xiàn)出比Ti低得多的擴(kuò)散系數(shù)值。因此Ta可以為改善NiSi的熱穩(wěn)定性提供更寬的工藝窗口，而不對(duì)器件特性產(chǎn)生任何負(fù)面影響。進(jìn)行測(cè)試以評(píng)價(jià)鉭對(duì)于用于由沉積在單晶硅上的Ni和NiTa(3.5原子百分比的Ta)薄膜金屬層形成硅化物的工藝窗口的影響。在濺射沉積金屬膜后，使用一定范圍的退火溫度對(duì)測(cè)試晶片退火30秒。如圖6中所示數(shù)據(jù)所反映的那樣，由NiTa合金制備的硅化物膜與單獨(dú)由Ni制備的硅化物膜相比在硅化物層的表面電阻上表現(xiàn)出更慢的增速，這意味著鉭在較高的溫度下阻礙了從NiSi至NiSi2的相變，由此增大了可接受的工藝窗口的寬度。
進(jìn)行測(cè)試以評(píng)價(jià)鉭對(duì)于由沉積在單晶硅上的Ni和NiTa(3.5原子百分比的Ta)薄膜得到的硅化物的穩(wěn)定性的影響。在最初形成標(biāo)準(zhǔn)硅化物層后，使用一定范圍的退火溫度對(duì)測(cè)試晶片進(jìn)行額外的5分鐘退火。如圖7中所示數(shù)據(jù)所反映的那樣，由NiTa合金制備并經(jīng)受了更長時(shí)間退火的硅化物膜再次表現(xiàn)出比由單獨(dú)的Ni制備的硅化物膜更慢的硅化物層表面電阻的增速，再次表明鉭阻礙了從NiSi至NiSi2的相變，由此產(chǎn)生出更穩(wěn)定的硅化物膜。這種更穩(wěn)定的硅化物膜因而允許硅化物后工藝(post-silicide process)的更寬的范圍，而不帶來硅化物膜表面電阻不適當(dāng)?shù)脑龃蟆?br> 由以耐熱金屬(特別是鉭)合金化的鎳形成的硅化物的改善的熱穩(wěn)定性在圖8中示出。圖8中示出的累積表面電阻數(shù)據(jù)說明，包括在鎳合金中的小部分鉭產(chǎn)生了一種硅化物，該硅化物與由基本純凈的鎳在相同溫度(450℃)下制備的硅化物相比具有更低的初始表面電阻。圖8中示出的數(shù)據(jù)還展示了通過包括小部分耐熱金屬而提供的熱穩(wěn)定性的允許在高達(dá)600℃的溫度下操作的改善，同時(shí)，與在450℃利用未合金化的鎳制成的硅化物的更高且更多變的表面電阻(約30至250Ω/平方)相比，仍保持了更低且更均勻的表面電阻(約4至5Ω/平方)。
還利用透射電子顯微鏡(TEM)和盧瑟福背散射譜(RBS)來測(cè)定使用NiTa合金制成的硅化物膜。TEM測(cè)定顯示出在硅化物膜中出現(xiàn)了兩個(gè)明顯的層或區(qū)域。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例形成的硅化物膜34D包括厚的下層34L和薄的上層34U。顯示TiN覆蓋層下的薄上層和厚下層的形成的TEM顯微照片如圖10所現(xiàn)。
已確定所觀測(cè)到的兩層是由于合金中的鎳組元更高的擴(kuò)散系數(shù)而產(chǎn)生的，該擴(kuò)散系數(shù)導(dǎo)致了隨著鎳擴(kuò)散入硅中且與硅反應(yīng)，合金金屬在上層中的偏析或集聚。如圖9所示，測(cè)試顯示鎳合金中更高的Ta濃度會(huì)實(shí)際地增大所得硅化物層的表面電阻。因此，可以確信，當(dāng)合金金屬在鎳合金中以不大于約10原子百分比，通常小于約5原子百分比的量存在時(shí)，可獲得更好的結(jié)果。
利用包括RBS譜的盧瑟福通用處理程序(RUMPRutherford UniversalManipulation Program)模擬在內(nèi)的RBS對(duì)該兩層進(jìn)行的額外分析表明，該兩層具有明顯不同的鉭含量，該含量隨著包括于初始Ni合金中的鉭量而變化。
由一系列分別具有3.5、5.0和10.0原子百分比鉭濃度的130鎳合金層制備了一系列硅化鎳，其中鎳合金層經(jīng)濺射直接沉積在硅襯底上。鍍覆的襯底隨后在450℃下退火30秒鐘，從而形成根據(jù)本發(fā)明的示例性硅化鎳。然后測(cè)出硅化鎳的上層和下層的成分和厚度。該成分和厚度的數(shù)據(jù)在下表2中反映。
表2

如表2中所列數(shù)據(jù)所反映的，不管包括在鎳合金中的Ta濃度，即使在10原子百分比下，大部分鉭仍保留在薄上層中(約30至40)。相反，鎳遷移至下面的硅中，從而形成了相對(duì)厚的下層(約320至440)，其在下層中表現(xiàn)為與硅近似成1∶1的比例，這表明優(yōu)選的NiSi配比占優(yōu)勢(shì)。
如表2中所列數(shù)據(jù)所反映的，保留在上層中的鎳濃度隨著初始合金中鉭濃度的降低相當(dāng)大地變化，反映為對(duì)于具有3.5原子百分比鉭的鎳合金，鎳濃度高達(dá)98原子百分比，而鉭濃度低至12原子百分比。可以預(yù)料，具有更低鉭濃度的鎳合金將持續(xù)這一趨勢(shì)，在上層中鎳濃度增大且鉭濃度降低。
依據(jù)選定的具體合金及所使用的硅化工藝，預(yù)計(jì)上層中的鉭濃度可以在約5至約95原子百分比的范圍內(nèi)變化。相反地，預(yù)計(jì)即使初始合金中具有相對(duì)高的鉭濃度，下層中的鉭濃度也將保持在約4.9原子百分比以下。
依據(jù)這些數(shù)據(jù)，具有大于4.9原子百分比鉭濃度的區(qū)域通常將被視為上層，并且被用于表示上層與下層之間的邊界。同樣如表2所列數(shù)據(jù)所示，上層趨于明顯比下層薄，并且通常表現(xiàn)為不大于整個(gè)硅化物層厚度的約百分之30。相反地，貧鉭的下層趨于表現(xiàn)為整個(gè)硅化物層厚度的至少約百分之70。
雖然已參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例具體地示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在不脫離如所附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可對(duì)本發(fā)明做形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種在暴露的硅表面上形成硅化鎳層的方法，包括在暴露的硅表面上沉積鎳合金層，鎳合金包括鎳和合金金屬；以及使鎳合金層與暴露的硅表面反應(yīng)，從而形成具有上層和下層的硅化鎳層，其中合金金屬優(yōu)先偏析在上層中，其中合金金屬不多于鎳合金的10原子百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成硅化鎳層的方法，其中下層包括至少95原子百分比的鎳和硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成硅化鎳層的方法，其中下層包括至少99原子百分比的鎳和硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的形成硅化鎳層的方法，其中鎳和硅在下層中以約1的原子比出現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成硅化鎳層的方法，還包括在使鎳合金與暴露的硅反應(yīng)以前，在鎳合金層上形成覆蓋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成硅化鎳層的方法，其中覆蓋層包括主要部分氮化鈦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成硅化鎳層的方法，其中合金金屬為從鉭、釩、鋯、鉿、鎢、鈷、鉑、鉻、鈀、鈮及其組合所構(gòu)成的組中選取的至少一種金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成硅化鎳層的方法，其中合金金屬為鉭，并且以鎳合金的約0.1至約10原子百分比之間的濃度出現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的形成硅化鎳層的方法，其中鎳合金主要包括鎳和鉭，鉭以約0.1至約5原子百分比之間的量出現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成硅化鎳層的方法，其中覆蓋層中氮鈦的原子比至少為約0.5。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的形成硅化鎳層的方法，其中下層具有第一厚度；以及上層具有第二厚度，其中該第一厚度至少為第一厚度與第二厚度之和的70％。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的形成硅化鎳層的方法，其中下層具有第一厚度；以及上層具有第二厚度，其中該第一厚度至少為第一厚度與第二厚度之和的85％。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的形成硅化鎳層的方法，其中下層具有不大于約4.9原子百分比的鉭濃度以及上層具有至少約5原子百分比的鉭濃度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的形成硅化鎳層的方法，其中下層具有不大于約0.5原子百分比的鉭濃度以及上層具有不大于60％的鉭濃度。
15.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上限定有源區(qū)；在有源區(qū)中形成柵極電極；在半導(dǎo)體襯底上暴露硅表面；在半導(dǎo)體襯底上形成鎳合金層，鎳合金包括鎳和合金金屬；使部分鎳合金層與暴露的硅表面反應(yīng)，從而形成硅化鎳區(qū)域；以及從半導(dǎo)體襯底上去除鎳合金層的未反應(yīng)部分；其中硅化鎳區(qū)域包括上層和下層，以及另外，其中合金金屬優(yōu)先偏析至上層中，且合金金屬不多于鎳合金的10原子百分比。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中鎳和硅至少為硅化鎳區(qū)域的下層的約95原子百分比。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中鎳和硅至少為硅化鎳區(qū)域的下層的約99原子百分比。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中硅化鎳區(qū)域的下層包括比率在約9∶10至10∶9之間的鎳原子和硅原子。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在鎳合金層上形成覆蓋層；保留覆蓋層直至已經(jīng)形成了硅化鎳區(qū)域；以及去除覆蓋層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中覆蓋層包括主要部分TiN。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在半導(dǎo)體襯底上暴露硅表面包括暴露半導(dǎo)體襯底的在形成在有源區(qū)內(nèi)的源極/漏極區(qū)中的部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在柵極電極上形成柵極覆蓋層，以保護(hù)包括于柵極電極中的多晶硅層的上表面。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在半導(dǎo)體襯底上暴露硅表面包括僅在柵極電極上暴露硅表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在半導(dǎo)體襯底和柵極電極上形成絕緣層；以及去除絕緣層的上部，以暴露柵極電極上的硅表面，且絕緣層的下部覆蓋形成于有源區(qū)內(nèi)的源極/漏極區(qū)。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在半導(dǎo)體襯底上暴露硅表面包括暴露形成在有源區(qū)內(nèi)的源極/漏極區(qū)中的硅表面；以及暴露柵極電極上的硅表面。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中合金金屬為從鉭、釩、鋯、鉿、鎢、鈷、鉑、鉻、鈀、鈮及其組合所構(gòu)成的組中選取的至少一種金屬。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在鎳合金層上形成覆蓋層；保留覆蓋層直至已經(jīng)形成了硅化鎳區(qū)域；以及去除覆蓋層。
28.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中合金金屬主要由鉭構(gòu)成。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中鉭含量不大于鎳合金的約5原子百分比。
30.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中使鎳合金與暴露的硅表面反應(yīng)從而在半導(dǎo)體襯底上形成硅化鎳區(qū)域包括加熱襯底和鎳合金層至約250℃與約550℃之間的溫度持續(xù)約10秒至約30分鐘的硅化時(shí)間。
31.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括利用使得硅化鎳區(qū)域的至少約90％保持為一硅化鎳(NiSi)的工藝來完成半導(dǎo)體器件的制造。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中硅化鎳區(qū)域基本不包括二硅化鎳(NiSi2)。
33.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中下層具有第一厚度；上層具有第二厚度；以及該第一厚度至少為第一厚度與第二厚度之和的70％。
34.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中下層具有第一厚度；上層具有第二厚度；以及該第一厚度至少為第一厚度與第二厚度之和的85％。
全文摘要
本發(fā)明提供了形成硅化鎳層以及半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括硅化鎳層，其提供了對(duì)于450℃以上的溫度下的后續(xù)工藝的提高的穩(wěn)定性。具體地，硅化鎳層由具有小部分合金金屬(如鉭)的鎳合金形成，并表現(xiàn)出降低的結(jié)塊性和受阻的NiSi與NiSi
文檔編號(hào)H01L29/40GK1577768SQ20031012020
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2003年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者具滋欽, 宣敏喆, 盧官鐘, 金旼炷 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社