專利名稱：半導體器件金屬連接孔的制造方法和半導體器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種金屬氧化物半導體器件
(MOS )金屬連接孔的形成方法和包含金屬連接孔的半導體器件。
背景技術：
當今半導體制造技術飛速發展，半導體器件已經具有深亞微米結構，集 成電路中已包含巨大數量的半導體器件。在如此大規模的集成電路中，器件 之間高可靠、高密度的連接不僅要在單層中進行，而且需要在多層之間進行， 因此，通常利用多層互連結構對半導體器件的進行連接。在形成多層互連結 構之前，需要在MOS器件表面沉積介質層并在介質層中形成金屬連接孔，MOS 器件通過金屬連接孔連接至上層多層互連結構。
申請號為200510097493.6的中國專利申請中公開了 一種形成金屬連接孔 的方法。圖1至圖5為現有半導體器件中金屬連接孔形成過程的簡化示意圖。 如圖l所示，在工藝線前段(front end of line, FEOL),在半導體襯底100表 面形成MOS器件，MOS器件具有柵極l 15和位于柵極兩側的由氧化硅層116和 氮化硅層117組成的側壁隔離物(offset spacer)，在柵極l 15兩側的襯底中通 過離子注入形成有源區110和漏區120。在柵極115的表面具有金屬硅化物130 和140,源區110和漏區120表面具有公用的金屬硅化物150，金屬硅化物為鎳 的硅化物NiSi。然后，如圖2所示，在MOS器件表面沉積應力膜160，在應力 膜160表面沉積介質層170，該介質層170稱為金屬前介電層(pre-metal dielectric, PMD)，并對該介質層170進行平坦化。在介質層170層中刻蝕通孔 180，通孔180底部露出金屬硅化物150,如圖3所示；隨后在通孔180底部金屬 硅化物150表面沉積一層黏附層190 (glue layer),如圖4所示，黏附層190的 材料為鈦(Ti)，能夠使后續填充的金屬和金屬硅化物之間形成良好的接觸。 接下來填充金屬材料鎢，并進行高溫退火形成金屬連接孔200。在退火過程中， 退火溫度通常在800-1000。C之間，在此溫度下，金屬硅化物NiSi會發生相變， 由NiSi轉變為NiSi2，但是NiSi2呈高阻態，而且是個不穩定的中間相，其會沿 橫向向溝道方向擴散，在源區110和漏區120中形成高阻態的金屬硅化物151和
152,使連接孑L200與源區110和漏區120的接觸電阻增大，影響MOS器件的性 能。

發明內容
本發明的目的在于提供一種半導體器件金屬連接孔的形成方法和半導體 器件，能夠防止金屬硅化物轉變為高阻態和向溝道方向的擴散。
為達到上述目的，本發明提供的一種半導體器件金屬連接孔的制造方法， 包括
在半導體襯底表面形成MOS器件，所述MOS器件包括柵極、源區和漏 區，在所述柵極表層形成有柵極金屬硅化物；在所述源區和漏區表層形成有 源漏金屬硅化物；所述柵極兩側具有包括氧化硅層和氮化硅層的側壁隔離物；
腐蝕所述襯底表面的所述氧化硅層，在所述側壁隔離物與源區和漏區的 表面之間形成凹陷；
沉積介質層并刻蝕所述介質層形成通孔，所述通孔底部露出所述源漏金 屬硅化物；
在所述源漏金屬硅化物表面沉積翁附層；
在所述通孔中填充金屬形成金屬連接孔。
所述翁附層的材料為鈦。
腐蝕所述氧化硅層的腐蝕液為氫氟酸。
所述黏附層延伸至所述凹陷中。
所述金屬硅化物為鎳的硅化物。
所述方法包括在所述MOS器件表面形成應力膜的步驟。
所述通孔中填充的金屬為鴒。
相應地，本發明提供的一種半導體器件，包括
在半導體襯底表面形成的MOS器件，所述MOS器件包括柵極、源區和 漏區，在所述柵極表層具有柵極金屬硅化物；在所述源區和漏區表層具有源 漏金屬硅化物；所述柵極兩側具有包括氧化硅層和氮化硅層的側壁隔離物； 其特征在于所述側壁隔離物與源區和漏區表面之間具有凹陷，所述源漏金 屬硅化物表面具有黏附層，所述黏附層延伸至所述凹陷中，所述黏附層表面 上方具有金屬連接孔。
所述黏附層的材料為鈦。所述金屬硅化物為鎳的硅化物。 所述通孔中填充的金屬為鴒。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
本發明的方法在形成具有氧化硅層和氮化硅層側壁隔離物之后，對側壁 隔離物中的氧化硅層進行腐蝕，從而使側壁隔離物與襯底的源區和漏區之間 形成凹陷，該凹陷伸展到源漏區靠近溝道的淺結上方。在沉積介質層并刻蝕 所述介質層形成通孔之后，凹陷的存在能夠使通孔底部的尺寸變寬，當在通 孔底部源漏區鎳硅化物表面沉積金屬鈦時，由于凹陷的存在，沉積的鈦能夠 延伸至凹陷中并充滿所述凹陷，從而使沉積的鈦的總量增加，使形成的鈦層 較現有的鈦層更寬，即覆蓋了源漏區鎳硅化物又覆蓋了源漏區靠近溝道的淺 結。這樣形成的鈦層在后續對通孔中填充的金屬鎢進行退火時，不但能夠延 緩鎳硅化物再次發生硅化反應形成高阻態鎳硅化物，而且可以防止一旦形成 的少量高阻態鎳硅化物向溝道方向延伸，從而能夠防止金屬連接孔與MOS器 件之間的接觸電阻變高。


通過附圖中所示的本發明的優選實施例的更具體說明，本發明的上述及 其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同 的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。在附圖中， 為清楚明了，放大了層和區域的厚度。
圖1至圖5為現有半導體器件中金屬連接孔形成過程的簡化示意圖； 圖6至圖IO為根據本發明實施例的金屬連接孔形成過程的簡化示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖
對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發
明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不 違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施 的限制。
圖6至圖IO為根據本發明實施例的金屬連接孔形成過程的簡化示意圖， 所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發明保護的范圍。首先如圖6所示，提供一半導體襯底100，半導體襯底100可以是單晶、多晶或非晶結構的硅或 硅鍺(SiGe),也可以是絕緣體上硅(SOI),或者還可以包括其它的材料， 例如銻化錮、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵。雖然在此描述了 可以形成襯底100的材料的幾個示例，但是可以作為半導體襯底的任何材料 均落入本發明的精神和范圍。然后在村底100表面生長柵極氧化層，柵極氧 化層的生長方法可以是任何常規真空鍍膜技術，比如原子層沉積(ALD)、物理 氣相淀積(PVD)、化學氣相淀積(CVD )、等離子體增強型化學氣相淀積 (PECVD)工藝，優選為ALD工藝。；斷極氧化層可以是氧化硅(Si02 )或氮 氧化硅(SiNO)。在65nm以下工藝節點，柵極氧化層110的材料優選為高介電 常數材料，例如氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅。雖然在此描述了可以用來 形成柵極氧化層的材料的少數示例，但是該層也可以由減小柵極漏電流的其 它材料形成。然后，利用PECVD或高密度等離子化學氣相淀積(HDP-CVD) 工藝在柵極氧化層表面沉積多晶硅層，在多晶硅層表面形成一層氮化硅硬掩 膜層后涂布光刻膠并圖案化光刻膠以定義柵極的位置，隨后利用光刻膠和氮 化硅作為掩膜刻蝕所述多晶硅層形成柵極115。之后去除剩余的光刻膠和硬掩 膜氮化硅，光刻膠的去除采用灰化工藝，硬掩膜氮化硅采用磚酸濕法去除。
刻蝕多晶硅形成柵極115時會在槺極115側壁產生一定程度的損傷，為 修復這種損傷需要在柵極115側壁表面生長一層氧化硅116。接著，通過離子 注入在襯底100中形成源漏區的淺結111和121。然后在柵極115的兩側形成 具有ON(氧化硅-氮化硅)結構的側壁隔離物。本實施例中，側壁隔離物包 括低溫氧化硅(LTO)層117和氮化硅層118。側壁隔離物的形成過程為，首 先在所述襯底100和柵極115表面利用CVD工藝沉積LTO層；然后利用高 密度等離子化學氣相淀積工藝(PECVD)在LTO表面再沉積氮化硅層；采用 等離子刻蝕工藝刻蝕所述氧化層和氮化硅層形成側壁間隔物。在接下來的工 藝步驟中，向襯底中的注入雜質離子形成源區110和漏區120。
隨后，沉積氧化硅作為自對準阻擋層并在自對準阻擋層表面涂布光刻月史， 通過顯影、定影等光刻工藝圖案化所述光刻膠。接著，以圖案化的光刻膠作 為掩膜刻蝕所述自對準阻擋層形成對應柵極、源區和漏區位置的開口，接著， 利用物理賊射的方法沉積金屬鎳，經熱退火處理后在柵極表層形成鎳硅化物 130、 140，在源區和漏區表層形成源漏鎳硅化物150。然后，采用氫氟酸HF
濕法腐蝕去除自對準阻擋層，在以往的工藝中氬氟酸HF腐蝕時間的控制僅需 保證出除自對準阻擋層，本發明的方法延長氬氟酸HF的腐蝕時間，在腐蝕自 對準阻擋層之后，繼續對源、漏區120和110與側壁隔離物中氮化硅層118 之間的氧化硅層117進行腐蝕，從而在氮化硅層118與漏區120和110之間形 成凹陷210。
接下來如圖7所示，利用等離子增強化學氣相淀積(PECVD)工藝淀積 氮化硅層160，氮化硅層110的材質為氮化硅(Si3N4 )或氮氧化硅(SiON), 優選為含碳的氮化硅(nitride doped carbon,NDC)，例如氮碳氧化硅(SiOCN), 厚度為200A-1200A。氮化硅層IIO作為后續刻蝕連接孔的刻蝕停止層，同時 具有應力膜的作用。然后，在氮化硅層160表面形成PMD層170并對其進 行平坦化。
然后，如圖8所示，在PMD層170表面旋涂(spin on)底部抗反射層 (BARC)和光刻膠層，利用曝光、顯影等光刻工藝將光刻膠圖案化，以圖案 化的光刻膠為掩膜，采用干法刻蝕，例如反應離子刻蝕(R正)工藝，刻蝕 PMD層170形成通孔180。在本實施例中，向反應室內通入的刻蝕劑氣體為 包括SF6、 CHF3、 CF4、氯氣C12、氧氣02、氮氣N2、氦氣He以及其它惰 性氣體例如氫氣Ar、氖氣Ne的混合氣體，流量100-400sccm,襯底溫度控制 在20。C和90。C之間，腔體壓力為4-20mTorr，等離子源射頻輸出功率 1500W-2000W。
接下來如圖9所示，并參照圖8，在通孔180底部淀積金屬黏附層220, 金屬黏附層220有利于后續淀積的金屬與金屬硅化物之間形成良好的接觸。 金屬翁附層220的材料為鈦，利用PVD (物理氣相淀積)工藝淀積形成。由 于凹陷210的存在，沉積的鈦能夠延伸至凹陷210中并充滿所述凹陷210。從 而使沉積的鈦的總量增加，形成的鈦黏附層220較沒有凹陷210時的鈦黏附 層更寬。由圖9可以看出，鈦黏附層220即覆蓋了源漏區鎳硅化物150，又覆 蓋了源漏區靠近溝道的淺結120和110。
在接下來的工藝步驟中，在通孔180內壁表面淀積金屬黏附層和種子層 (seed layer)。然后利用PVD (物理氣相淀積)工藝或電鍍工藝在通孔180 中填充金屬鴒，并對金屬鴒進行退火處理，并對其進行平坦化，形成武連接 孔200，如圖10所示。由于本發明的鈦祐附層220即覆蓋了源漏區鎳硅化物
"O,又覆蓋了源漏區靠近溝道的淺結120和110,這樣的凝附層220在后續 對通孔中填充的金屬鎢進行退火時，能夠吸收一部分退火時的熱量，下層的 鎳硅化物150不會達到較高的溫度，從而能夠延緩鎳硅化物再次發生硅化反 應形成高阻態鎳硅化物，另一方面，鈦在高溫時可以與鎳硅化物150中部分 金屬鎳發生反應生成鈦鎳化合物，能夠防止一旦形成的少量高阻態鎳硅化物 向溝道方向延伸，從而阻止了鴒連接孔200與MOS器件的源、漏區之間的接 觸電阻變高。
本發明的半導體器件如圖10所示，包括在半導體襯底100表面形成的 MOS器件，MOS器件包括柵極115、源區110和漏區120,在所述柵極115 表層具有柵極金屬硅化物130和140;在所述源區110和漏區120表層具有源 漏金屬硅化物150;柵極115兩側具有包括氧化硅層117和氮化硅層118的側 壁隔離物；在側壁隔離物與源區110和漏區120的表面之間形成的凹陷210， 所述源漏金屬硅化物150表面具有金屬黏附層220，金屬黏附層220延伸至凹 陷210中，在金屬l占附層220上方具有金屬連接孔200。其中，金屬黏附層 220的材料為鈦，金屬硅化物130、 140和150為鎳的硅化物，金屬連接孔200 的材料為鴒。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上 的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。 任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利 用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修 飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的 內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化
及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1. 一種半導體器件金屬連接孔的制造方法，包括在半導體襯底表面形成MOS器件，所述MOS器件包括柵極、源區和漏區，在所述柵極表層形成有柵極金屬硅化物；在所述源區和漏區表層形成有源漏金屬硅化物；所述柵極兩側具有包括氧化硅層和氮化硅層的側壁隔離物；腐蝕所述襯底表面的所述氧化硅層，在所述側壁隔離物與源區和漏區的表面之間形成凹陷；沉積介質層并刻蝕所述介質層形成通孔，所述通孔底部露出所述源漏金屬硅化物；在所述源漏金屬硅化物表面沉積黏附層；在所述通孔中填充金屬形成金屬連接孔。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述翻附層的材料為鈦。
3、 如權利要求l所述的方法，其特征在于腐蝕所述氧化硅層的腐蝕液 為氫氟酸。
4、 如權利要求2所述的方法，其特征在于所述黏附層延伸至所述凹陷中。
5、 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述金屬硅化物為鎳的硅化物。
6、 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括在所述MOS 器件表面形成應力膜的步驟。
7、 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述通孔中填充的金屬為鎢。
8、 一種半導體器件，包括在半導體襯底表面形成的MOS器件，所述MOS器件包括柵極、源區和 漏區，在所述柵極表層具有柵極金屬硅化物；在所述源區和漏區表層具有源 漏金屬硅化物；所述柵極兩側具有包括氧化硅層和氮化硅層的側壁隔離物； 其特征在于所述側壁隔離物與源區和漏區表面之間具有凹陷，所述源漏金 屬硅化物表面具有黏附層，所述黏附層延伸至所述凹陷中，所述黏附層表面 上方具有金屬連接孔。
9、 如權利要求8所述的半導體器件，其特征在于所述黏附層的材料為鈦。
10、 如權利要求8所述的半導體器件，其特征在于所述金屬硅化物為鎳的硅化物。
11、如權利要求8所述的半導體器件，其特征在于所述通孔中填充的 金屬為鉤。 全文摘要
本發明公開了一種半導體器件金屬連接孔的制造方法，包括在半導體襯底表面形成MOS器件，所述MOS器件包括柵極、源區和漏區，在所述柵極表層形成有柵極金屬硅化物；在所述源區和漏區表層形成有源漏金屬硅化物；所述柵極兩側具有包括氧化硅層和氮化硅層的側壁隔離物；腐蝕所述襯底表面的所述氧化硅層，在所述側壁隔離物與源區和漏區的表面之間形成凹陷；沉積介質層并刻蝕所述介質層形成通孔，所述通孔底部露出所述源漏金屬硅化物；在所述源漏金屬硅化物表面沉積黏附層；在所述通孔中填充金屬形成金屬連接孔。本發明的方法能夠防止金屬硅化物轉變為高阻態和向溝道方向的擴散。
文檔編號H01L21/70GK101207068SQ20061014780
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年12月22日
發明者韓秋華, 馬擎天 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司