專利名稱：形成硅化物的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體集成電路領域制造硅化物的方法。
背景技術：
難熔金屬與硅在一起發生反應，熔合時形成金屬硅化物(silicide)。如果難熔金屬和多晶硅反應，那么它被稱為多晶硅化物(polycide)。金屬硅化物和多晶硅化物統稱為硅化物。硅化物是一種具有熱穩定性的金屬化合物，并且具有低的電阻率。常見的用于形成硅化物的難熔金屬包括鈷(Co)、鉬(Mo)、鉬(Pt)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、鎳(Ni)等。硅化物工藝用于源漏區和柵極時，通常用于獲得低電阻；用于接觸孔電極(例如鎢塞)時，通常用于取得良好的歐姆接觸以及低電阻。在硅化物形成過程中，需要消耗相應區域的硅或多晶硅。形成的硅化物越厚，硅或多晶硅的消耗量越大，但相應區域的方塊電阻也就越小。目前在同一硅片上、尤其是同一芯片中，各區域所形成的硅化物的厚度是一致的。 以MOS晶體管為例，多晶硅柵極需要很低的多晶柵電阻，例如低于2歐姆/方塊，這就需要在多晶硅柵極的上方形成厚度將近1000A的多晶硅化物。而源極、漏極也會形成有相應厚度的金屬硅化物，這會造成源漏區中的硅消耗太多，并導致器件源漏區的漏電。事實上源漏區的金屬硅化物并不需要這么大的厚度，如果能在多晶硅柵極上形成較厚的多晶硅化物， 同時在源漏區形成較薄的金屬硅化物，就能滿足兩方面的要求。再如，在集成有高壓和低壓兩種器件的硅片中，高壓器件可以采用比低壓器件更深的源漏結，這樣就可以在高壓器件的源漏區形成相對厚的金屬硅化物，得到更低的方塊電阻，而不引起額外的漏電。因此在硅片上不同區域形成不同厚度的硅化物有著實際的需要。目前在同一硅片上形成不同厚度的硅化物的方法是，在硅片上需要不同厚度的硅化物的區域分多次淀積金屬并高溫退火，每次在硅片的某一個或多個區域形成一種厚度的硅化物。但這樣會造成制造時間長、工藝成本高的缺點。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種形成硅化物的方法，該方法可以在同一硅片上一次性地形成不同厚度的硅化物。為解決上述技術問題，本發明形成硅化物的方法包括如下步驟第1步，在硅片上淀積一層介質層；第2步，采用光刻和刻蝕工藝在所述介質層將需要形成硅化物的區域暴露出來；當需要形成硅化物的區域低于所述介質層時，在所述介質層上刻蝕出開口，每個開口底部為需要形成硅化物的區域；當需要形成硅化物的區域高于所述介質層時，刻蝕所述介質層以使需要形成硅化物的區域的上表面凸出于所述介質層之上；
第3步，淀積金屬并進行高溫退火，從而在介質層的每個開口中和凸出部位上形成硅化物；第4步，去除未形成硅化物的金屬。進一步地，所述方法第2步所形成的開口的寬高比越大，則所述方法第3步在該開口中形成的硅化物就越厚。所述方法第2步所形成的開口的寬高比越小，則所述方法第3 步在該開口中形成的硅化物就越薄。進一步地，所述方法第2步所形成的最大寬高比的開口的寬高比是最小寬高比的開口的寬高比兩倍以上。本發明形成硅化物的方法，主要利用金屬淀積對不同寬高比的開口(通孔或溝槽)在底部有不同厚度的原理，在這些不同寬高比的開口底部形成不同厚度的硅化物。同時對于特定金屬如鈦、鈷等，當其在小于特定寬度如300A、IOOA的開口底部形成硅化物時，硅化物的厚度明顯更薄，這進一步增加了硅化物厚度的可調整性。


圖Ia 圖If是本發明的第一實施例的各步驟示意圖；圖加 圖2d是本發明的第二實施例的各步驟示意圖；圖3a 圖3f是本發明的第三實施例的各步驟示意圖；圖4是應用了本發明所述方法的射頻LDMOS器件的示意圖。圖中附圖標記說明1為襯底；2為介質層；3為光刻膠；4為金屬層；5為硅化物；6為柵氧化層；7為多晶硅柵極；8為BARC層；9為金屬電極。
具體實施例方式圖Ia 圖If展示了本發明的第一實施例。第1步，請參閱圖la，在半導體襯底(通常為硅襯底)1上淀積一層介質2，介質2 例如為氧化硅，厚度為0. 5 1 μ m。第2步，請參閱圖lb，在介質層2上旋涂光刻膠3，采用光刻工藝在需要形成硅化物的區域去除光刻膠3。假設需要在Al區域形成較厚的硅化物，在A2和A3區域形成較薄的硅化物。則光刻膠3所形成的光刻圖形為在Al區域曝光、顯影形成較寬的開口，如開口寬度彡0. 5μπι ；在A2和A3區域曝光、顯影形成較窄的開口，如開口寬度彡0. 2μπι。所述開口可以是通孔或溝槽，開口貫穿光刻膠3，即開口底部為介質層2的上表面。第3步，請參閱圖lc，根據光刻圖形對介質層2進行刻蝕，刻蝕終點為襯底1的上表面。第4步，請參閱圖ld，去除光刻膠3，此時介質層2的圖形為在Al區域具有一個寬度為si的開口 ；在A2區域具有多個寬度為s2的開口，這些開口之間的間距為L2 ；在A3 區域具有一個寬度為s3的開口。這些開口可以是通孔或溝槽，開口貫穿介質層2，即開口底部為襯底1的上表面。第5步，請參閱圖le，在整個硅片淀積一層金屬4，例如采用濺射工藝，金屬4優選為鈦(Ti)。金屬4淀積在介質層2的上表面、以及介質層2的各個開口中的襯底1的上表
當介質層2上的金屬層4的厚度為700A時，假設sl = 500A，則Al區域寬度為si 的開口中的金屬層4的厚度為600人;假設532 = 83 = 8200人，則六2、43區域寬度為s2、s3的
開口中的金屬層4的厚度彡400A。第6步，請參閱圖If，采用高溫退火使金屬層4與硅襯底1接觸的區域形成金屬硅化物5，例如采用快速熱退火(RTA)工藝，這樣便在介質層2的各個開口中形成了硅化物5。 再將介質層2之上的金屬4和沒有形成金屬硅化物5的金屬4去除掉，例如采用濕法腐蝕工藝。當Al區域的寬度為si的開口中的金屬層4的厚度為600A時，此時形成厚度約為 IOOOA的金屬硅化物5。當A2、A3區域的寬度為s2、s3的開口中的金屬層4的厚度為彡400A 時，此時形成厚度S600A的金屬硅化物5。所述方法第6步中，當s2或s3 < 0. 2 μ m，則A2、A3區域的開口中所形成的金屬硅化物5的厚度會更進一步的減小。例如s2 = s3 = 0. 1511111，則六243區域的寬度為s2、 s3的開口中的金屬硅化物5的厚度將彡300A。上述第一實施例在同一硅片上一次性地形成了不同厚度的硅化物，這主要是利用金屬淀積對不同寬高比的開口(通孔或溝槽)圖形在底部有不同覆蓋率的原理，在不同寬高比的開口底部獲得不同厚度的金屬，并最終獲得不同厚度的硅化物。總體而言，當硅材料上方的介質層的開口的寬高比越大，則所淀積的金屬就越厚， 最終形成的硅化物也越厚。當硅材料上方的介質層的開口的寬高比越小，則所淀積的金屬就越薄，最終形成的硅化物也越薄。上述第一實施例中，介質層2的各個開口具有相同的高度(深度)，這樣各個開口的寬高比實際上就成為寬度之比。優選地，最大開口的寬度在最小開口的寬度的兩倍以上。有些金屬在與硅反應形成金屬硅化物的過程中，硅化物的厚度不僅與金屬的厚度有關，還與開口的寬度有關。例如在上述第一實施例中，當金屬層4為鈦，且介質層2上有一個開口的寬度< 0. 3 μ m時，即使各區域具有相同厚度的鈦，該開口中所形成的硅化物5 還是要薄于其余區域(即開口寬度> 0. 3的區域)。類似地，當金屬層4為鈷，且介質層2 上的開口寬度在0. 1 μ m以下時，在該開口底部所形成的硅化物5的厚度也要薄于其余區域 (即開口寬度>0. Ιμπι)中相同厚度的鈷所形成的硅化物。在這種情況下，特定金屬在小于特定寬度的開口中形成的硅化物明顯要薄；這只與金屬種類和開口寬度有關，而與開口的高度(深度)無關。金屬與硅反應形成金屬硅化物還具有一種特殊情況，當金屬層4為具有較好遷移性能的金屬，例如為鈦；且介質層4的致密性不高，例如為較為疏松的常壓CVD膜時，在Α2 區域所形成的間距為L2的兩個或更多開口處，如果L2 ^ 0. 1 μ m，則硅化物會同時在縱向和橫向方向生成，從而在A2區域的各個開口底部所形成的金屬硅化物5將在橫向上連為一體。圖加 圖2d展示了本發明的第二實施例。第1步，請參閱圖加，在襯底1上已形成有柵氧化層6及其上方的多晶硅柵極7。 柵氧化層6的厚度例如為100 500A，多晶硅柵極7的厚度例如為3000 5000A。第2步，請參閱圖2b，在整個硅片淀積一層介質2，其厚度例如為8000 10000A。該介質層2的上表面平坦，無凸起。接著在介質層2上旋涂光刻膠3，采用光刻工藝在光刻膠3上形成光刻圖形。所述光刻圖形為在需要較厚硅化物的區域(包括多晶硅柵極7的上方)去除光刻膠，形成尺寸較大的開口 ；在需要較薄硅化物的區域去除光刻膠，形成尺寸較小的開口。第3步，請參閱圖2c，根據光刻圖形對介質層2進行刻蝕，刻蝕終點為襯底1的上表面或多晶硅柵極7的上表面。然后去除光刻膠3，此時介質層2的圖形為在需要較厚硅化物的區域(包括多晶硅柵極7的上方)具有尺寸較大的開口 ；在需要較薄硅化物的區域具有尺寸較小的開口。多晶硅柵極7的上方的開口的深度>襯底1上各個開口的深度。第4步，請參閱圖2d，在整個硅片淀積一層金屬，并采用高溫退火使該層金屬與硅接觸的區域形成金屬硅化物5，該層金屬與多晶硅接觸的區域形成多晶硅化物5。再將介質層2之上的金屬和沒有形成硅化物5的金屬去除掉。此時，在尺寸較大的開口中形成的硅化物5的厚度較厚，在尺寸較小的開口中形成的硅化物5的厚度較薄。所述第二實施例的第2步中，當硅材料上方的介質層的開口的寬高比越大，則所淀積的金屬就越厚，最終形成的硅化物也越厚。當硅材料上方的介質層的開口的寬高比越小，則所淀積的金屬就越薄，最終形成的硅化物也越薄。優選地，最大開口的寬高比在最小開口的寬高比的兩倍以上。圖3a 圖3f展示了本發明的第三實施例。第1步，請參閱圖3a，在襯底1上具有柵氧化層6及其上方的多晶硅柵極7。在整個硅片表面覆蓋有一層介質2。在多晶硅柵極7的位置，介質層2具有一個向上的凸起。所述柵氧化層6的厚度例如為100 500A，多晶硅柵極7的厚度例如為3000 5000A，介質層 2例如為氧化硅，厚度為8000 ΙΟΟΟΟΑ。第2步，請參閱圖3b，在整個硅片表面旋涂一層底部抗反射涂層(BARC，bottom anti-reflective coating) 80在多晶硅柵極7的位置，該BARC層8仍有向上的凸起，但該凸起已變得較為平緩。可選地，BARC層8也可改用光刻膠，旋涂的光刻膠也會在多晶硅柵極7的位置具有一個陡峭程度減緩的凸起。第3步，請參閱圖3c，采用刻蝕工藝將多晶硅柵極7上方的BARC層8和介質層2 去除，保留其余區域的BARC層8和介質層2。接著去除BARC層8，例如采用濕法腐蝕工藝。 這樣便使多晶硅柵極7的上表面和部分側壁暴露出來，且凸出于平坦的介質層2之上。優選地，可首先將多晶硅柵極7上方的BARC層8去除，保留其余區域的BARC層 8 ；接著以剩余的BARC層8作為保護，將多晶硅柵極7上方的介質層2刻蝕掉。最后再去除 BARC 層 8。 第4步，請參閱圖3d，采用光刻和刻蝕工藝在介質層2上形成一個或多個開口，每個開口的底部都是襯底1的上表面。第5步，請參閱圖3e，在硅片表面淀積一層金屬4，優選為鈦。金屬4淀積在多晶硅柵極7的上表面、介質層2的上表面、以及介質層2中的各個開口的底部。第6步，請參閱圖3f，采用高溫退火使金屬4與硅接觸的區域形成金屬硅化物5， 金屬4與多晶硅接觸的區域形成多晶硅化物5。再將介質層2之上的金屬4和沒有形成硅化物5的金屬4去除掉。
此時，在無遮蔽環境(即多晶硅柵極7的上方)和尺寸較大的開口中形成的硅化物5的厚度較厚，在尺寸較小的開口中形成的硅化物5的厚度較薄。所述第三實施例的第4步中，當硅材料上方的介質層的開口的寬高比越大，則所淀積的金屬就越厚，最終形成的硅化物也越厚。當硅材料上方的介質層的開口的寬高比越小，則所淀積的金屬就越薄，最終形成的硅化物也越薄。優選地，最大開口的寬高比在最小開口的寬高比的兩倍以上。進一步地，在上述三個實施例中，可以在完成金屬淀積之后，采用化學腐蝕工藝將介質層2去除掉，然后再進行高溫退火工藝以形成硅化物5。在上述第一實施例中，需要形成硅化物的區域是襯底1，其在介質層2以下，在介質層2上刻蝕開口，各個開口的高度(深度)一致。在上述第二實施例中，需要形成硅化物的區域是襯底1和多晶硅柵極7，這兩者仍然在介質層2以下，在介質層2上刻蝕開口，各個開口的高度(深度)不同。在上述第三實施例中，需要形成硅化物的區域是襯底1和多晶硅柵極7，襯底1在介質層2以下，多晶硅柵極7的上表面在除多晶硅柵極7以外區域的介質層2的上表面以上，在介質層2上刻蝕使多晶硅柵極7的上表面暴露并凸出于介質層2的上表面，同時在介質層2上刻蝕開口，各個開口的高度(深度)一致。請參閱圖4，這是一個射頻LDMOS器件的示意圖。采用如本發明所述的方法之后， 在多晶硅柵極7上方的多晶硅化物5的厚度t6可達ΙΟΟΟΑ，而源漏區的硅化物5的厚度t5 可<500A。這樣在同一個器件(乃至同一個硅片上)形成不同厚度的硅化物，既滿足了柵極 G對超低方塊電阻的要求，又在漏極D上形成薄的金屬硅化物，解決了源漏區的漏電問題。以上僅為本發明的優選實施例，并不用于限定本發明。對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種形成硅化物的方法，其特征是，包括如下步驟 第1步，在硅片上淀積一層介質層；第2步，采用光刻和刻蝕工藝在所述介質層上將需要形成硅化物的區域暴露出來； 當需要形成硅化物的區域低于所述介質層時，在所述介質層上刻蝕出開口，每個開口底部為需要形成硅化物的區域；當需要形成硅化物的區域高于所述介質層時，刻蝕所述介質層以使需要形成硅化物的區域的上表面凸出于所述介質層之上；第3步，淀積金屬并進行高溫退火，從而在介質層的每個開口中和凸出部位上形成硅化物；第4步，去除未形成硅化物的金屬。
2.根據權利要求1所述的形成硅化物的方法，其特征是，所述方法第2步所形成的開口的寬高比越大，則所述方法第3步在該開口中形成的硅化物就越厚；所述方法第2步所形成的開口的寬高比越小，則所述方法第3步在該開口中形成的硅化物就越薄。
3.根據權利要求2所述的形成硅化物的方法，其特征是，所述方法第2步所形成的具有最大寬高比的開口的寬高比為具有最小寬高比的開口的寬高比的兩倍以上。
4.根據權利要求1所述的形成硅化物的方法，其特征是，包括如下步驟第1步，在硅片上淀積一層介質層，需要形成硅化物的區域低于所述介質層； 第2步，采用光刻和刻蝕工藝，在所述介質層上對應于需要形成硅化物的各個區域形成開口，每個開口均貫穿所述介質層；第3步，淀積金屬并進行高溫退火，從而在各個開口底部形成硅化物，寬高比越大的開口中的硅化物就越厚；第4步，去除未形成硅化物的金屬。
5.根據權利要求1所述的形成硅化物的方法，其特征是，包括如下步驟第1步，硅片上已形成有多晶硅柵極，在硅片上淀積一層介質層和一層底部抗反射涂層，所述多晶硅柵極高于除該多晶硅柵極以外區域的介質層；第2步，采用光刻和刻蝕工藝，使多晶硅柵極的上表面暴露在所述底部抗反射涂層和介質層上，還在所述底部抗反射涂層和介質層上對應于需要形成硅化物的各個區域形成開口，每個開口均貫穿所述介質層；第3步，淀積金屬并進行高溫退火，從而在多晶硅柵極上方形成多晶硅化物，在各個開口底部形成硅化物；第4步，去除未形成硅化物的金屬。
6.根據權利要求1或4所述的形成硅化物的方法，其特征是，所述方法第3步中，在淀積金屬之后，采用化學腐蝕工藝去除第1步所淀積的介質層，接著再進行高溫退火。
7.根據權利要求5所述的形成硅化物的方法，其特征是，所述方法第3步中，在淀積金屬之后，采用化學腐蝕工藝去除第1步所淀積的底部抗反射涂層和介質層，接著再進行高溫退火。
全文摘要
本發明公開了一種形成硅化物的方法，包括如下步驟第1步，在硅片上淀積一層介質層；第2步，采用光刻和刻蝕工藝在所述介質層上將需要形成硅化物的區域暴露出來；當需要形成硅化物的區域低于所述介質層時，在所述介質層上刻蝕出開口，每個開口底部為需要形成硅化物的區域；當需要形成硅化物的區域高于所述介質層時，刻蝕所述介質層以使需要形成硅化物的區域的上表面凸出于所述介質層之上；第3步，淀積金屬并進行高溫退火，從而在介質層的每個開口中和凸出部位上形成硅化物；第4步，去除未形成硅化物的金屬。本發明可用于在同一硅片上一次性地形成不同厚度的硅化物。
文檔編號H01L21/318GK102437052SQ201110366758
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者肖勝安, 遇寒 申請人:上海華虹Nec電子有限公司