半導(dǎo)體器件的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域技術(shù)，特別涉及半導(dǎo)體器件的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件集成度不斷增大，半導(dǎo)體器件相關(guān)的臨界尺寸不斷減小，相應(yīng)的出現(xiàn)了很多問題，如器件漏源區(qū)的表面電阻和接觸電阻相應(yīng)增加，導(dǎo)致器件的響應(yīng)速度降低，信號出現(xiàn)延遲。因此，低電阻率的互連結(jié)構(gòu)成為制造高集成度半導(dǎo)體器件的一個關(guān)鍵要素。
[0003]為了降低器件漏源區(qū)的接觸電阻，引入了金屬硅化物的工藝方法，所述金屬硅化物具有較低的電阻率，可以顯著減小漏源極的接觸電阻。金屬硅化物和自對準(zhǔn)金屬硅化物及形成工藝已被廣泛地用于降低器件源極和漏極的表面電阻和接觸電阻，從而降低電阻電容延遲時間。
[0004]現(xiàn)有的自對準(zhǔn)金屬硅化物技術(shù)中，常采用硅化鎳作為金屬硅化物。由于利用所述硅化鎳形成的金屬硅化物具有較小的接觸電阻、較小的硅消耗、容易達(dá)到較窄的線寬，因此，硅化鎳被視為一種較為理想的金屬硅化物。
[0005]然而，隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷減小，采用現(xiàn)有技術(shù)金屬硅化物技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件，其接觸電阻已難以滿足工藝需求，亟需尋求新的金屬硅化物的形成方法，以降低半導(dǎo)體器件的接觸電阻，提高半導(dǎo)體器件的運(yùn)行速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，降低半導(dǎo)體器件的接觸電阻，優(yōu)化半導(dǎo)體器件的驅(qū)動性能。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括:提供襯底，所述襯底表面形成有柵極結(jié)構(gòu)；對所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底進(jìn)行摻雜，在所述襯底內(nèi)形成摻雜區(qū)；在所述摻雜區(qū)表面形成第一金屬層；對所述第一金屬層進(jìn)行第一退火處理，在摻雜區(qū)表面形成第一金屬接觸層；在所述第一金屬接觸層表面形成第二金屬層，所述第二金屬層具有調(diào)節(jié)第一金屬接觸層與襯底間的肖特基勢壘高度的作用；對所述第二金屬層進(jìn)行第二退火處理，使第二金屬層中的金屬原子擴(kuò)散至第一金屬接觸層內(nèi)，將第一金屬接觸層轉(zhuǎn)化為第二金屬接觸層，且第二金屬接觸層與襯底間的肖特基勢壘高度低于第一金屬接觸層與襯底間的肖特基勢壘高度。
[0008]可選的，所述第二金屬層的金屬原子包括Al、Pt、Pd或稀土金屬，其中，稀土金屬為Yb或Er。
[0009]可選的，所述第二金屬層的金屬原子包括Al時，所述第二金屬層的材料為Al、TiAl 或 TaAl。
[0010]可選的，所述第二金屬接觸層的材料為NiAlSi。
[0011]可選的，采用原子層沉積、化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積工藝形成所述第二金屬層。
[0012]可選的，所述第二金屬層的厚度為5埃至20埃。
[0013]可選的，所述第二退火處理為浸入式退火、尖峰退火、毫秒退火或激光退火。
[0014]可選的，所述浸入式退火的工藝參數(shù)為:退火溫度為200度至600度，退火時長為5秒至120秒；所述尖峰退火的工藝參數(shù)為:退火溫度為300度至800度；所述毫秒退火或激光退火的工藝參數(shù)為:退火溫度為500度至900度，退火時長為0.1毫秒至I秒。
[0015]可選的，在形成第二金屬層之前，還包括步驟:對第一金屬接觸層表面進(jìn)行預(yù)清洗處理，所述預(yù)清洗處理的工藝為濕法刻蝕或等離子清洗。
[0016]可選的，所述第一金屬層的材料為N1、W、T1、Ta、Pt、Co的單金屬或合金。
[0017]可選的，所述第一退火處理為一步退火處理或多步退火處理。
[0018]可選的，所述多步退火處理包括第一步退火處理和第二步退火處理。
[0019]可選的，所述第一步退火處理為浸入式退火，退火溫度為250度至350度，退火時長為20秒至90秒；或所述第一步退火處理為毫秒退火，退火溫度為650度至950度，退火時長為0.25暈秒至20暈秒。
[0020]可選的，所述第二步退火處理為浸入式退火，退火溫度為350度至500度，退火時長為20秒至90秒；或所述第二步退火處理為尖峰退火，退火溫度為350度至550度。
[0021]可選的，在形成第一金屬層之后進(jìn)行第一退火處理之前，還包括步驟:在第一金屬層表面形成保護(hù)層。
[0022]可選的，所述保護(hù)層的材料為T1、Ta、TiN或TaN。
[0023]可選的，在形成第一金屬接觸層之后，去除所述保護(hù)層。
[0024]可選的，在形成摻雜區(qū)之前，還包括步驟:在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底內(nèi)形成凹槽；采用選擇性外延工藝形成填充滿所述凹槽的應(yīng)力層。
[0025]可選的，形成的半導(dǎo)體器件為NMOS晶體管、PMOS晶體管或CMOS晶體管。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]本發(fā)明在摻雜區(qū)表面形成第一金屬層；對第一金屬層進(jìn)行第一退火處理后形成第一金屬接觸層；在第一金屬接觸層表面形成第二金屬層，且第二金屬層具有調(diào)節(jié)第一金屬接觸層與襯底間的肖特基勢壘高度的作用；對第二金屬層進(jìn)行第二退火處理，使得第二金屬中的金屬原子擴(kuò)散至第一金屬接觸層內(nèi)，并且，由于在退火處理的作用下，金屬原子在第二金屬接觸層內(nèi)的分布較均勻，均勻分布的金屬原子更有利于降低第二金屬接觸層的有效功函數(shù)，使得金屬原子調(diào)節(jié)第二金屬接觸層與襯底間的肖特基勢壘高度的能力得到有效的發(fā)揮，肖特基勢壘高度的降低有利于降低接觸電阻率，從而降低半導(dǎo)體器件的接觸電阻，提高半導(dǎo)體器件的運(yùn)行速度。
[0028]進(jìn)一步，本發(fā)明第二金屬層的材料為TiAl，其中，金屬原子Al的有效功函數(shù)較低，擴(kuò)散至第一金屬接觸層內(nèi)形成第二金屬接觸層之后，可降低第二金屬接觸層與襯底間的肖特基勢壘高度；并且，第二金屬層中的Ti對Al原子的擴(kuò)散起到一定的抑制作用，防止Al原子擴(kuò)散過快，適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散速度更有利于Al原子在第二金屬接觸層內(nèi)的均勻分布，從而進(jìn)一步降低第二金屬接觸層與襯底間的肖特基勢壘高度，進(jìn)而降低半導(dǎo)體器件的接觸電阻，優(yōu)化半導(dǎo)體器件的驅(qū)動性能。
[0029]更進(jìn)一步，形成第一金屬接觸層的工藝為兩步退火處理，第一金屬接觸層的材料為NiSi，NiSi在硅化鎳系列材料中具有電阻率較低且穩(wěn)定性較高的特性，從而使得第二金屬接觸層也具有電阻率低、穩(wěn)定性高的特性，進(jìn)一步優(yōu)化半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。
【附圖說明】
[0030]圖1至圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4至圖9為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件的接觸電阻大，半導(dǎo)體器件的運(yùn)行速度慢。
[0033]半導(dǎo)體器件的接觸電阻具有二維尺寸依賴性，隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷減小，接觸電阻在半導(dǎo)體器件總寄生電阻的比例越來越大，嚴(yán)重影響半導(dǎo)體器件的驅(qū)動能力，采用常規(guī)的金屬硅化物工藝以不足以降低半導(dǎo)體器件的接觸電阻。
[0034]針對接觸電阻的影響因素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，接觸電阻由接觸電阻率和接觸面積所決定，具體的，接觸電阻與接觸電阻率成正比例關(guān)系、與接觸面積成反比例關(guān)系。隨著半導(dǎo)體器件的等比例縮小，接觸面積以器件尺寸縮小的速度平方的速度加速縮小，因此，難以通過增加接觸面積的方法來減小接觸電阻，而減小接觸電阻率是較易實(shí)現(xiàn)的，從而通過減小接觸電阻率以減小半導(dǎo)體器件的接觸電阻。
[0035]半導(dǎo)體器件的接觸電阻為金屬-半導(dǎo)體之間的接觸電阻，從金屬-半導(dǎo)體接觸理論角度分析，半導(dǎo)體與金屬相接觸的界面處的半導(dǎo)體能帶發(fā)生彎曲，形成一個高勢能區(qū)，這就是肖特基勢魚(SB:Schottky Barrier),半導(dǎo)體襯底內(nèi)的電子必須具有高于這一勢魚的能量才能越過勢壘流入金屬。接觸電阻率與金屬-半導(dǎo)體接觸的肖特基勢壘高度(SBH:Schottky Barrier Height)、以及半導(dǎo)體的摻雜濃度緊密相關(guān)，具體的，接觸電阻率與肖特基勢壘高度成正比例關(guān)系、與摻雜濃度成反比例關(guān)系。
[0036]采用常規(guī)的金屬-半導(dǎo)體接觸體系，金屬的材料為NiSi，半導(dǎo)體材料為Si，金屬與半導(dǎo)體的肖特基勢壘高度約為0.6ev至0.75ev,肖特基勢壘高度為定值，若需要減小接觸電阻率則需要提高源漏區(qū)的摻雜濃度，而在源漏區(qū)的摻雜濃度受到摻雜離子在襯