[发明专利]金属氧化物半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种金属氧化物半导体(MOS)器件的制造方法。

背景技术

在超高速大规模集成电路中为降低MOS晶体管的源/漏电极和栅极的薄膜电阻和寄生电阻，采用了自对准硅化物(salicide)工艺。在自对准技术中，在由形成于半导体衬底上的杂质扩散层构成的源、漏区域和由多晶硅构成的栅极上，形成金属与半导体例如硅(Si)的反应生成物，即硅化物(下称金属硅化物)。金属硅化物在VLS/ULSI器件技术中起着非常重要的作用。在MOS器件中，经常采用金属硅化物来得到良好的低电阻接触。金属硅化物可以用来提供位于金属线和衬底接触区域之间的接触面，例如多晶硅栅极、硅衬底上的源极和漏极。图1为金属硅化物层在晶体管中的位置示意图。如图1所示，在源极110、漏极120和栅极130上分别形成有金属硅化物层151、152、153。金属硅化物可以降低金属接触与下方结构之间的表面电阻，降低上层互连结构的接触孔与晶体管各极的接触电阻。

从0.13微米技术节点到90纳米技术节点，CMOS技术主要采用钴硅化物(CoSi)作为接触层。当技术节点前推进后，器件的尺寸变得越来越小，这时结中高的硅消耗成为钴的一个大问题，因为高的硅消耗减少了有用的有源区。另一个使用钴的问题是热退火温度较高，它的700～800℃退火温度和线宽效应对于先进的65纳米MOS技术来说是不能接受的。

从90纳米工艺节点以后，开始用镍(Ni)代替钴形成镍的金属硅化物(NiSi)作为接触层。特别是在65nm及以下，由于镍没有线宽效应，具有更低的硅消耗和较低的热预算(thermal budget)以及更低的接触电阻，所以65纳米以下工艺节点用镍取代钴。但是，NiSi在高温时没有CoSi稳定，在温度较高时会形成高阻的Ni₂Si，因此镍的退火温度必须控制在350～450℃之间。NiSi是人们需要的低阻相，不过NiSi是一个中间相。图2中的金属硅化物以镍为例，如图2所示，在温度高于450℃时，低阻的NiSi会转变为高阻的Ni₂Si相。而且，镍在硅中的扩散系数较大，在硅化反应时，化合反应在硅中扩散进行。尤其是在65nm以下的工艺节点，不稳定的NiSi转变为高阻态的Ni₂Si后，Ni₂Si会由沿源/漏极表面晶格缺陷(例如位错)向下扩散，从而在源极110、漏极120表面的硅化镍层151和152下方形成由高阻态的Ni₂Si组成的钉轧(spriking)区域160和161，导致接触电阻增大。

在专利号为US6,180,469的美国专利公开了一种在栅极和源、漏区域表面形成金属硅化物层的方法。如图3所示，该方法于沉积金属Ni之前先利用离子注入200(ion implant)的方式，在栅极130、源极110和漏级120表面上形成非晶态的阻挡层171、172和173。然后沉积金属Ni并通过热处理形成Ni的硅化物，由于阻挡层的作用，Ni的硅化物无法向下扩散形成钉轧。但离子注入的工艺要采用离子束扫描的方式进行离子注入，因此存在生产效率低下、成本高的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属氧化物半导体器件的制造方法，能够降低在源/漏区形成钉轧(spriking)的风险，而且能够降低成本。

为达到上述目的，本发明提供的一种金属氧化物半导体器件的制造方法，包括：

在半导体衬底上形成栅极、源区和漏区，所述栅极两侧具有侧壁间隔物；

对所述栅极、源区和漏区进行等离子体注入使表面达到非晶化；

在所述栅极、源区和漏区表面淀积金属；

对所述金属进行热退火形成金属硅化物层。

用于产生所述等离子体的物质包括但不限于锗Ge、碳C、氮气N₂、氦气He或氩气Ar。

产生所述等离子体的射频功率为1～5KW；射频偏置功率为10～100KW。

所述等离子体的轰击能量为5～20keV。

对所述金属进行热退火的步骤包括：

第一快速热退火步骤；

刻蚀未进行硅化反应的金属；

第二快速热退火步骤。

所述第一快速热退火的温度为250℃～350℃；所述第二快速热退火的温度为350℃～500℃。所述金属为镍。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：