通過改變垂直摻雜物質分布以減少硅化物不均勻度的技術的制作方法

專利名稱：通過改變垂直摻雜物質分布以減少硅化物不均勻度的技術的制作方法
技術領域：
一般而言，本發明是有關于集成電路的制造領域，且更特別的是 有關于半導體組件，該半導體組件具在半導體區上的金屬硅化物部份， 以減少所述半導體區的電阻。
背景技術：
在現代的超高密度集成電路中，裝置特征系穩定地減少以增強裝 置的效能與功能。不過，縮減特征尺寸會導致-'些問題，可能會部份 抵消經由特征尺寸減小所得到之優點。 一般而言，減小例如晶體管組 件的特征尺寸可致使該晶體管組件的溝道電阻降低，從而導致該晶體
管有較高的驅動電流能力和增高的開關速度(switching speed)。不過， 在減少這些晶體管組件的特征尺寸時，導線及接觸區(亦即，連接晶體 管區域(例如，漏極和源極區(drain and source regions))與晶體管組件周 邊的區)之電阻的增加會變成最重要的問題，因為這些導線及接觸區的 截面面積會隨著特征尺寸的減小而減小。然而，各別的導線或接觸區 的電阻系取決于該截面面積與構成導線及接觸區的材料特性。
于此方面，可用典型的關鍵特征尺寸(也被稱作關鍵尺寸(CD))為例 說明上述問題，例如場效應晶體管的溝道延伸部份(其系形成在介于晶 體管之源極區與漏極區之間的柵極的下方)。減小此溝道延伸部份(一般 稱作溝道長度)，由于柵極與溝道之間較小的電容且由于較短溝道的降 低電阻，所以可顯著改善晶體管組件之與下降及上升時間有關的裝置 效能。不過，縮減溝道長度也導致任何導線(例如場效應晶體管的柵極 (一般由多晶硅形成))以及接觸區(與晶體管之漏極和源極區電性接觸) 的尺寸減少，從而導致用于傳輸電荷載體(charge carrier)的有效截面減 小。結果，導線及接觸區展現較高的電阻，除非通過改善形成導線及 接觸區(例如柵極以及漏極和源極接觸區)之材料的電特性來補償減少
的截面。
因此，特別重要的是要改善大體由諸如硅之半導體材料構成的導 電區之特性。例如，在現代集成電路中，個別的半導體裝置，例如場 效應晶體管、電容器及其類似物，都以硅為主要基礎，其中個別的裝 置用硅線及金屬線連接。盡管通過以例如銅或銅合金替代常用的鋁可 改善金屬線的電阻率，但是在需要改善含硅半導體線與半導體接觸區 的電特性時，工藝工程師所面對的仍是極具挑戰性的工作。
請參考圖la與圖lb，此時描述用于制造包含例如多個MOS晶體 管之集成電路的示范工藝，從而更詳細說明改善含硅半導體區之電特 性所涉及的問題。
在圖la中，半導體結構100系包含襯底101，例如，有指定導電 性類型之場效應晶體管110(例如，N溝道晶體管或P溝道晶體管)形成 于其中的硅襯底。該晶體管組件110包含由絕緣材料(例如，二氧化硅、 氮化硅及其類似物)形成的隔離結構113，該隔離結構113系在襯底101 中界定主動區(activeregion)112。在柵極絕緣層118上方形成柵極115， 該柵極絕緣層118使該柵極115與該主動區112分開。數個由例如二 氧化硅或氮化硅制成的間隔件組件(spacer element)116系位于柵極115 的側壁。在主動區112中，形成包含各自的延伸部份114a的源極與漏 極區114，且所述源極與漏極區114展現與溝道區111連接所需之適當 的側向(lateral)摻雜物質分布，其中在施加適當的控制電壓于柵極115 后，會在所述漏極與源極區114之間建立導電溝道。
如前所述，晶體管組件110的柵極長度，標為115L,系決定該晶 體管110的溝道長度，因此，如先前所指出的，這會顯著影響晶體管 組件110的電特性，其中盡管予以重濃度摻雜，由于可用于傳輸電荷 載體的面積減少，柵極長度的減小以及從而晶體管110之整體尺寸的 減小仍會導致柵極115與漏極和源極區114之接觸區域114b的電阻增 加。
用于形成半導體結構100的典型工藝流程可包含以下步驟。在用 習知的光刻蝕刻及沉積技術形成隔離結構113之后，進行數個注入步 驟以便在主動區112中產生必需的垂直摻雜物質分布。隨后，根據設 計要求，形成柵極絕緣層118。之后，通過用復雜的光刻及蝕刻技術，
圖案化(patteming)例如多晶硅層而形成柵極115。然后，進行用于在源 極和漏極區114內形成源極和漏極延伸部份114a的另一注入步驟，并 且可用沉積及各向異性蝕刻(anisotropicetching)技術而形成間隔件組件 116。在將摻雜物質注入主動區112以形成源極和漏極區114的后續注 入工藝中，該間隔件組件116可用來作為注入掩模，從而在所述區中 產生所需的高摻雜物質濃度。
要注意，摻雜物質濃度在圖la的水平方向(亦即，柵極115的長度 方向)與垂直方向(以下稱作深度方向x，以箭頭表示)會改變。雖然將源 極和漏極區114的摻雜物質分布描繪成有清晰邊界的區，實際上由于 注入工藝在深度方向x之中度非定域性質(moderately nonlocalized nature)以及為了活化(activate)注入的原子和改正注入步驟所造成之結 晶體損傷(crystalline damage)而進行的后續退火步驟，摻雜物質分布會 連續變化。通常，摻雜物質分布的選定必須根據晶體管組件110中的 某些參數。例如，短柵極長度，從而短溝道長度，通常需耍"淺"摻 雜物質分布以便降低所謂的"短溝道效應"。因此，在深度方向x的尖 峰(peak)濃度可能在表面附近，亦即，接觸區域114b，而且該濃度可能 隨著深度增加而顯著下降。
圖lb概要地圖標漏極和源極區114中之垂直摻雜物質分布，這種 分布常見于具有柵極長度115L約100nm及甚至更小的習知晶體管。在 圖lb中，橫軸表示沿著深度方向x的延伸，其中例如在圖la中，指 定深度Xs系圖標為虛線。縱軸系以對數刻度表示摻雜物質濃度，其中 在漏極和源極區114中摻雜物質的種類系取決于晶體管100代表的晶 體管組件之類型。因此，從圖lb明白可知，在表面114b或其附近可 能會存在極高的摻雜物質濃度，而且會隨著深度增加而顯著下降，因 而產生于指定深度xs的濃度可能會明顯較低。
如前述，盡管常見接觸區域114b以及在柵極115內有極高的摻雜 物質濃度，但在復雜的應用系統中，也常通過形成金屬硅化物于源極 和漏極區114與柵極115內而使所述區域的片電阻(sheet resistance)進一-步降低。
圖lc概要地圖標處于進一步制造階段中的半導體結構100。在此， 金屬硅化物區117系形成于漏極和源極區114內，且在柵極115中形成金屬硅化物區119。通常，由難熔金屬(refractorymetal)(例如，鈷、 鎳、鈦、鉑、及其類似物)、或兩種或更多種適當金屬的組合物而形成 所述金屬硅化物區117、 119。金屬硅化物區117、 119的制造通常用任 何適當的沉積技術共形沉積(conformally deposit)—個或多個有指定厚 度的金屬層，該沉積技術例如物理氣相沉積法、化學氣相沉積法及其 類似方法，其中例如可根據裝置需求選定初始層厚度以得到硅化物區 117的垂直延伸部份。盡管柵極115中有高含量的金屬硅化物可能視為 所希望的，以便顯著降低柵極115的電阻，然而由于硅化物區117與 119常在同一工藝中形成，以致硅化物區119的厚度與硅化物區117的 指定厚度相耦合。
在其它的方法屮，更復雜的制造方案可用來使硅化物區117與119 的形成大體去耦合(decouple)。這時可假設金屬硅化物區117的設計厚
度由深度Xs給出。根據該目標深度Xs且基于在考慮到底下的硅的情況
下難熔金屬或金屬的習知反應行為，原則上通過對應地控制工藝參數， 例如初始層厚度、溫度、以及后續加熱工藝的持續時間，使該難熔金 屬或金屬開始擴散到硅里面，從而產生金屬硅化物化合物，即可調整 所述金屬硅化物區117的最終所得之厚度。
不過，實務上，所述金屬硅化物區117可能會有某一程度的粗糙 度(roughness)，圖中以117a表示，它的特征可明顯取決于裝置及工藝 的特性。例如，在有些工藝情況下，結構與晶體管110相似的P溝道 晶體管，相較于在相同的半導體結構100內形成的N溝道晶體管，對 硅化鎳而言，會展現更顯著的粗糙度117a。另一方面，對于硅化鎳鉑， 相較于P溝道晶體管，N溝道晶體管的粗糙度117a可更顯著。由于金 屬硅化物區117的不均勻度(亦即，粗糙度117a)也可能會在相同結構中 之不同晶體管類型之間改變，因此由于不同裝置之間顯著的參數差異 以及例如由于漏極和源極區114之泄漏電流的增加，可觀察到半導體 結構100之電性參數的劣化。此外，由于對縮小半導體裝置比例的驅 動力持續存在，金屬硅化物區117的不均勻度可能對工藝容限(process tolerance)設定更緊密之下一代裝置的效能有負面影響。
鑒于上述情形，亟須一種增強的技術以避免或至少減少上述問題 中之一者或多者的影響。

發明內容
以下本發明的精簡概要可供基本認識一些本發明的觀點。此概要 不是本發明的詳盡概述。其也并非想要標識本發明的關鍵或重要組件 或描繪本發明的范疇。其唯一的目的是要以精簡的形式提出一些概念 作為以下更詳細的說明的前文。
本發明是針對一種能在高濃度摻雜的含硅半導體區中形成金屬硅 化物區的技術，其中金屬硅化物區的粗糙度可顯著降低以提供與周遭 半導體區有更明確界定的界面。為此目的，可修改含硅半導體區內的 垂直摻雜物質濃度，以于待形成金屬硅化物區的界面處的深度或其附 近提供增加的摻雜物質濃度(相較于習知源極和漏極區)。增加的摻雜物
質濃度可顯著改變金屬于金屬硅化物區形成期間的擴散率(diffUsivity)。 根據本發明的一例示性具體實施例， 一種方法包含確認待形成
于含硅半導體區中的金屬硅化物區的目標深度，該含硅半導體區形成
于襯底之上。該方法更包含基于該目標深度，沿著該含硅半導體區 的深度方向，在該含硅半導體區中形成摻雜物質分布，從而在該目標
深度的鄰域(neighboriiood)得到摻雜物質濃度的局部最大值。最后，基 于該目標深度形成該金屬硅化物區。
根據本發明另一例示性具體實施例， 一種方法包含對于待形成
于一個或多個襯底上的第一指定晶體管類型的漏極和源極區，確認金
屬硅化物區的第一目標深度。該方法更包含基于第一目標深度，在 一個或多個襯底上形成該第一指定晶體管類型的所述漏極和源極區， 其中該摻雜物質分布是有關于該一個或多個襯底的深度方向而調整， 從而當接近該第一 目標深度時，得到隨著深度增加而增加的摻雜物質 濃度。最后，基于該第一目標深度，在該第一指定晶體管類型的所述 漏極和源極區中形成該金屬硅化物區。


參考以下結合附圖的說明可了解本發明，附圖中相似的組件用相 似的組件符號表示
圖la系概要地圖標習知晶體管于形成金屬硅化物區之前的截面
圖lb所代表的圖系概要地圖標圖la所示之習知晶體管在深度方 向的摻雜物質分布；
圖lc系概要地圖標圖1之晶體管根據習知技術形成金屬硅化物區 之后的截面圖2a至2b所代表的圖系用于說明在示范習知摻雜物質濃度存在 的情況下(圖2a)難熔金屬擴散率對穿透深度的例示性相依性，以及用于 說明根據本發明之示范具體實施例之摻雜物質濃度之示范實施例；
圖2c至2f系概要地圖標根據本發明之示范具體實施例于不同制造 階段期間之晶體管組件的截面圖3系概要地圖標根據本發明之示范具體實施例之半導體裝置的 截面圖，該半導體裝置系包含具有用以形成金屬硅化物區的不同目標 深度的兩個晶體管組件；以及
圖4系概要地圖標晶體管組件于制造期間的截面圖，其中摻雜物 質濃度的修改系基于外延硅沉積且根據本發明示范具體實施例。 盡管本發明容易做出各種修改及替代形式，本文仍以附圖中的實例圖 標本發明的特定具體實施例且詳述彼等之細節。然而，應了解，本文 特定具體實施例的描述不是想要將本發明限定成所揭示之特殊形式， 反而是，本發明應涵蓋落入附上之權利要求書申請項所界定之本發明 精神及范疇內的所有修改、等效物、及替代物。
具體實施例方式
以下描述本發明的示范具體實施例。為求簡明，本說明書不描述 實際具體實施的所有特征。當然，應了解，在開發任何實際具體實施 例時，必須做出許多與具體實施有關的決定以達成開發人員的特定目 標，例如符合與系統有關以及商業有關的限制，這些都因具體實施而 異。此外，應了解，此類開發即復雜又費時，然而是本技藝一般技術 人員藉助本揭示內容即能處理的例行公事。
此時請參考附圖描述本發明。附圖中概要地圖標的各種結構、系 統及裝置僅供解釋的目的且從而使熟諳此藝者不會被細節所混淆。然 而，本文仍內含附圖以描述及解釋本發明的示范實施例。應了解及解
釋，本文所使用之字匯的意思系與相關技藝的技術人員所理解的字匯 一致。本文中沒有特別加以定義的術語或用語(亦即，與熟諳此藝者所 理解之普通慣用意思不同的定義)是想要使本文的術語或用語有一致性 的用法。在想要術語或用語具有特定意思的情形時，亦即，在熟諳此 藝者所知道的不同的意思，本說明書會以直接明白地提供該術語或用 語之特定定義的定義方式清楚地提出此一特定定義。
一般而言，本發明基于以下的概念半導體區內的摻雜物質分布 可影響難熔金屬在摻雜半導體區內的擴散率。因此，通過適當地改變 以硅為基底形成之晶體管的漏極和源極區的摻雜物質分布，可影響用 于在漏極和源極區中形成金屬硅化物區之化學反應期間的運動行為
(kinematic behavior),以便在金屬硅化物區與半導體區之間得到界定更
明確的界面，從而降低金屬硅化物界而粗糙度可能導致的任何有害效
應，如在描述圖lc時所作的說明。
以下的解釋并非想要限定本發明，據信摻雜物質的存在會顯著影
響難熔金屬原子在大休結晶半導體區內的擴散率，特別是當摻雜物質
與難熔金屬原子在所考慮之半導體區內可展現相似的擴散率時。在這
方面，可將擴散率理解成例如，在形成金屬硅化物于結晶硅區期間， 原子在半導體晶體內于指定溫度可移動的平均隨機距離(averaged
random distance),在該結晶硅區反應動力學(reaction kinetics)系顯著取 決于所使用之金屬的類型以及化學反應開始時的溫度。然而，在硅區 中存在額外的摻雜物質時，額外的摻雜物質可顯著影響用于形成金屬 硅化物的反應速度，因為摻雜物質與難熔金屬原子的擴散可根據大體 相同的特定晶體機制(crystal-specific mechanism),特別是當難熔金屬與 摻雜物質材料在硅內可能具有相似的擴散行為時。
在圖2a中，以定性(qualitative)及簡化的方式描繪硅晶體中摻雜物
質濃度與金屬擴散率的關系圖，以便清楚地圖解說明據信對于在含硅 半導體晶體內形成金屬硅化物區的工藝有顯著影響的機制。然而，應
了解，不論所涉及之確實機制如何，本發明所針對的是制造半導體裝 置的各種新穎方法。
在圖2a中，曲線A可定性表示有關于深度方向(以x表示且為橫 軸)的典型習知摻雜物質濃度。由圖2a明白可知，在深度0(zero)(亦即，
漏極或源極區的表面)的摻雜物質濃度為中等髙的(moderately high),例 如每立方公分有1019個摻雜物質原子，且會隨著深度增加而顯著下降，
使得在以曲線C表示之指定深度Xs處之對應摻雜物質濃度的數量級比
深度0處的數量級(例如，1014至1015)小數個級數。據此，深度Xs可表 示漏極或源極區之金屬硅化物與硅之界面的目標深度。
對于在硅化工藝(smcidation process)期間任何給定的工藝條件而 言，圖2a的曲線B可定性表示難熔金屬在硅內的對應擴散率。例如， 曲線B可示意表示在高濃度摻雜之源極或漏極區中形成硅化鎳區期間 鎳對于指定工藝溫度的擴散速度。由于表面(亦即，深度0)有大量的摻 雜物質原子存在，金屬原子的初始擴散率為中等低的，其中應了解在 深度0可存在金屬原子的擴散行為的一些起伏(fluctuation)，這可由任 何表面不規則性及其類似者所造成。由于中等低的擴散速度，化學反 應也會以中等速度進行，其中反應前沿(reaction front)在初始即存在的 任何起伏會以大體相同的中等反應速度打入材料中，亦即，沿著深度 方向x。不過，隨著深度增加，摻雜物質的濃度會顯著下降，從而導致 金屬原子的擴散率對應地顯著增加，使得反應前沿在初始即存在的任 何起伏此時可由于顯著增加的反應速度而被"放大(amplified)"。結果， 在深度Xs處，由于大幅增加之反應速度所造成的"放大效應"，可已建 立對應金屬硅化物前沿之明顯的粗糙度。相較于圖2a所示的摻雜物質 濃度，根據本發明，會建立修改的(modified)摻雜物質濃度以便在目標 深度Xs處或至少在其附近得到增加之摻雜物質濃度，從而也修改硅化 工藝期間的反應行為，這可顯著降低金屬硅化物前沿的粗糙度。
圖2b的圖系概要地圖標有關于(with respect to)深度方向x之含硅 半導體區內的修改的摻雜物質濃度以及由于該修改的摻雜物質濃度可 達成之難熔金屬的擴散率的對應差異。在此，曲線D表示漏極或源極 區內的修改的摻雜物質濃度，其中增加的摻雜物質濃度大約以目標深 度&為中心。應了解，關于在這方面的概念"增加"會理解成當由 左邊接近目標深度Xs時，亦即，隨著深度增加，至少在目標深度Xs處 的摻雜物質濃度有增加，使得至少在Xs的某一鄰域內，摻雜物質濃度 系隨著深度增加而增加。換言之，摻雜物質濃度有關于深度方向x的 局部最大值是落在目標深度xs處或其附近。因此，應將概念"附近(in the
vicinity)"或"鄰近(near)"理解成局部最大值到目標深度xs的距離 小于局部最大值到表示深度0之位置的距離，深度0之位置在此習知 組件中會有最大摻雜物質濃度。在一些具體實施例中，當目標深度位 于100%時，概念"鄰近"或"附近"的意思系指約80%至120%之深 度。例如，在圖2b中，以箭頭F表示的實際局部最大值系位于深度xm， 其中此局部最大值系位于目標深度Xs的附近，因為相較于目標深度xs 與表面部份(亦即，深度0)間的距離，該局部最大值到目標深度Xs的距 離明顯較小。
曲線E系概要地圖標反應速度有關于例如以曲線D表示的摻雜物 質濃度，其中定性地實現中等低的的反應速度，且由于難熔金屬原子 的擴散率降低，在各別的摻雜物質濃度的增加后該反應速度甚至會下 降。結果，金屬硅化物前沿的任何初始起伏大體不會被"放大"，甚至 可能由于降低的反應速度的"平滑(smoothing)"效果而降低。因此， 金屬硅化物前沿可展現降低的粗糙度，且從而在目+示深度Xs與其余的 硅區可展現界定更明確的界面。
應了解，摻雜物質濃度與擴散率D、 E只供圖解說明且根據本發明 可產生其它的摻雜物質分布。例如，曲線G與H概要地圖標在深度方 向中的對應摻雜物質分布，其也適合以更加定域的方式(localized manner)用于形成金屬硅化物界而。應注意，圖標于圖2b的摻雜物質濃 度可為有指定導電性類型之單一摻雜物質物種的摻雜物質濃度，使得 對應分布大體取決于此單一摻雜物質物種。例如，N溝道晶體管可具 有重濃度N摻雜的漏極和源極區，而反向摻雜物質(counter dopant)在目 標深度xs附近的量可忽略且至少在目標深度xs附近對摻雜物質分布的 影響也可忽略。不過，在其它的具體實施例中，曲線D、 G、 H可表示 涵蓋兩種或更多種不同離子物種(可具有相同或不同的導電性類型)的 "累加(accmnulated)"摻雜物質濃度。例如，在目標深度xs實現高濃 度可通過提供某一量的摻雜以及通過反向摻雜(counter doping)目標深 度Xs四周的區域，以便實現有關于電性行為的中等低的有效摻雜物質 濃度，而有關于摻雜物質原子每單位體積的實際數目以及從而有關于 任何用于形成金屬硅化物區之金屬的擴散率的影響，仍具有增加的摻 雜物質濃度。因此，除非在本說明書以及附上之權利要求書中另有說
明，應以后者的意思理解概念"摻雜物質濃度"。
請參考圖2c，此時將更詳述本發明的進一步示范具體實施例。圖 2c概要地圖標包含襯底201的半導體裝置200，該襯底201可代表任 何用于形成硅基半導體組件的適當襯底。例如，該襯底201代表具已 有結晶硅層形成于其上半部的主體(bulk)硅襯底。就其它的情形而言， 該襯底201可代表具有含硅半導體層形成于絕緣層(未圖標)上的SOI 型(絕緣層上覆硅)襯底。該半導體裝置200可進一步包含晶體管組件 210，其系含有形成于襯底201內(例如，含硅半導體層內)之隔離結構 213,從而界定主動區212。形成于該主動區212之上的是柵極215， 其系通過柵極絕緣層218而與該主動區212分離。在該柵極絕緣層218 下方形成溝道區211，且該溝道區211側向地(latemlly)分隔待形成深漏 極和源極區于其中之半導體區。此外，形成鄰接于柵極215(其側壁上 可能己形成有偏位問隔件(offset spacer)26a)的延伸區214a。箭頭X系 表示深度方向x，其中該深度方向x大體與襯底201的初始表面垂直。 亦即，深度方向x是界定清楚的，甚至對于在裝置200的制造工藝期 間在襯底201上所產生的任何表面形貌(surface topology)而言也是如 此，因為例如襯底201的背而可用來界定深度方向x的正交性 (orthogonality)。有關于以箭頭表示之深度方向x的正負號，將會了解， 深度視為由表面部份開始增加，例如部份214b具有數值0且方向是朝 向襯底201。結果，目標深度&可定義為以下兩者間的距離初始表 面214b與待形成毗鄰于柵極215之金屬硅化物區的界面之想要位置。 應了解，當考慮需要形成選擇性外延成長之源極和漏極區的半導體裝 置200時，深度方向x的"原點(origin)"可位在表面214b之上，以下 在描述第4圖的說明中會更詳述細節。
用于形成圖2c所示之半導體裝置200的典型工藝流程可包含以下 數個工藝。待形成于主動區212中或上之晶體管210可代表指定的晶 體管類型(例如，N溝道晶體管或P溝道晶體管)，其具有指定的晶體管 尺寸，例如柵極絕緣層218的柵極長度、柵極寬度、指定厚度、及其 類似者。基于晶體管210的裝置需求，選定目標深度Xs以得到表面部 份214b的總片電阻率(overall sheet resistivity)所希望的減少。待形成于 晶體管組件210中之漏極和源極區的片電阻率與總接觸電阻可顯著取
決于用于形成金屬硅化物區之難熔金屬的類型以及目標深度&。由于
晶體管210的總效能也可顯著取決于大體形成于目標深度^的金屬硅 化物區之界面的品質，用于裝置200的制造工藝，特別是涉及形成漏 極和源極區的工藝配方，系基于目標深度Xs而改變以得到在深度方向 x之修改的摻雜物質分布，例如在描述圖2b時所作的說明。因此，裝 置200的形成可包含任何用于根據明顯習知的(well-established)工藝技 術形成隔離結構213以及包含柵極絕緣層218和偏位間隔件216a的柵 極215,也請參考在描述圖la時所作的說明。之后，可進行離子注入 工藝220以產生形成延伸區214a所需要的摻雜物質濃度。之后，在一 些具體實施例中，可進行快速熱退火工藝以活化在區214a之內的摻雜 物質，也使注入誘發的損傷再結晶。在其它的具體實施例中，在深漏 極和源極區形成之后，在后續的階段中可進行退火程序。之后，用明 顯習知的沉積及各向異性燭刻技術可形成適當的間隔件組件。
圖2d概要地圖標間隔件組件216形成之后的半導體裝置200，所 述間隔件組件216在用于形成深漏極和源極區214的離子注入工藝221 期間系作為注入掩模。在一具體實施例中，可以單一的注入步驟進行 離子注入221，其中基于目標深度Xs而控制注入參數，例如注入能量 及劑量。因此，有關于此注入工藝所使用之摻雜物質物種之離子注入 221的平均穿透深度可被決定，從而在目標深度Xs附近得到增加的摻 雜物質濃度。基于明顯習知的仿真計算可輕易決定用于所考慮之摻雜 物質物種的對應適當注入能量。在其它的具體實施例中，該注入工藝 221可包含兩個或更多個注入步驟，從而以上述方式修改垂直摻雜物質 分布。在一具體實施例中，可進行一額外的注入步驟，其系經設計成 可修改用于形成深漏極和源極區214的前行或后續注入，從而在目標
深度Xs處或其附近產生所希望增加的摻雜物質濃度。在其它的具體實
施例中，可基于不同的摻雜物質物種進行額外的注入步驟，該摻雜物 質物種的導電性類型可相同或不同于用于實際界定漏極和源極區214 的前行或后續注入步驟所使用之摻雜物質物種的導電性類型。例如， 可用于形成深漏極和源極區214的摻雜物質物種展現與難熔金屬相比 明顯不同的擴散率，隨后也可使用在漏極和源極區214中形成金屬硅 化物區。因此，該摻雜物質物種對于難熔金屬的擴散率有降低效果，使得"放大"效應不會那么明顯，然而其中導入對難熔金屬之擴散率有 更明顯效果(亦即，具有與難熔金屬相似擴散率)的第二摻雜物質物種甚 至可進一步增強在目標深度XS處或其附近增加之摻雜物質濃度的平滑 效果。在其它的具體實施例中，第二摻雜物質物種的導電性類型可不 相同以便作為反向摻雜物質，從而降低"電性有效的"摻雜物質濃度， 而在另一方面作為反應減速材料來增加實際的摻雜物質濃度。
應了解，在一些具體實施例中，以單一步驟注入進行的或包含兩
個或更多個基于相同或不同離子種類的個別注入步驟的離子注入221 可經設計成在目標深度xs處或其鄰近得到高摻雜物質濃度，使得對于 待使用于后續硅化工藝的給定難熔金屬或數種金屬以及給定的工藝條 件，該離子注入221可被視為有關于后續硅化物形成的"阻障(barrier)" 注入，因為反應前沿被明顯地"放慢"。在離子注入工藝221后，可對 裝置200進行退火以實質活化于注入順序(implantation sequence)221期 間以及可能通過注入220(第2c圖)加入的摻雜物質，而且也可改正注入 221與220所造成的結晶損傷。
圖2e概要地圖標處于iff—'步制造階段中的半導體裝置200。在此， 在裝置200上共形形成(conformally form)難熔金屬層222。該難熔金屬 層222可由一種或多種金屬構成，例如鎳、鈷、鈦、鉑、鎢及其類似 者，其中如果施加不同的難熔金屬，該層222可由兩個或更多個子層 (sub-layer)構成，或者該層222可設置為由單一難熔金屬形成的或由兩 種或更多種不同難熔金屬之化合物形成的單層。基于明顯習知的沉積 技術可形成層222，例如濺鍍沉積、化學氣相沉積(CVD)及其類似方法， 其中系基于目標深度xs而控制該層222之厚度。因此，該層222之厚 度足以容許形成下達目標深度Xs的金屬硅化物。基于測試運轉(test run)、經驗、及其類似者，可得到與在用一種或多種相關難熔金屬進行 硅化工藝期間有關于硅"消耗"的對應資料。之后，在指定的條件(亦 即，指定的溫度與持續時間)下，該裝置200經受熱處理，從而開始擴 散且從而開始層222之難熔金屬與在區214與在柵極215中的硅的反 應。在其它的實施例中，在柵極215中形成金屬硅化物可與用于在漏 極和源極區214中形成金屬硅化物的對應工藝去耦合。例如，在柵極 215的頂部上可設置披覆層(cap layei"，未圖標)，從而在后續的硅化工 藝期間保護該柵極215。之后，可去除該披覆層且可沉積另一難熔金屬 層并且可開始另一化學反應，其中大體會影響該柵極215，而大體可降 低在漏極和源極區214中的反應(由于之前形成的金屬硅化物且由于修 改的摻雜物質濃度)，這可明顯放慢金屬硅化物前沿進一步穿透超過目 標深度xs。因此，柵極215可接受不同的金屬硅化物，其中各別的金 屬硅化物的形成及其尺寸大體可與在漏極和源極區214中的對應金屬 硅化物區去耦合。
接下來，假設硅化工藝是對柵極215與區214—起進行的。也應 了解，取決于所使用的材料，可能需要不同的工藝策略(process strategy)。例如，鈷可能需要兩步驟的熱處理以及介于其間的選擇性蝕 刻步驟供去除未反應的鈷，以便使硅化鈷的歐姆相位(ohmic phase)由高 變成低。至于其它的材料，單一熱處理可能合適，例如用于鎳、鎳鈾、 及其類似物的情況。如先前在描述圖2b時所作的說明，在化學反應期 間，金屬由層222擴散到區214內，其中由于在深度方向x之修改的 摻雜物質分布，因而可形成均勻度有改善的硅化前沿，從而顯著降低 金屬硅化物與半導體材料間之界面的任何粗糙度。
圖2f系概要地圖標完成上述工藝順序之后的半導體裝置200。因 此，該裝置200包含形成于柵極215中的金屬硅化物區219以及在深 漏極和源極區214內的金屬硅化物區217。此外，界面217a大體位于 目標深度Xs處或其附近，其中相較于先前技術，對應的粗糙度顯著降 低，至少在大體水平的部份中。結果，對于給定的晶體管設計，可減 少不利的效應，例如接觸泄漏電流及其類似者，其中摻雜物質分布在 深度方向的修改對晶體管210的整體效能大體沒有不利影響，因為晶 體管210的接觸電阻大體取決于金屬硅化物區217的導電性而非取決 于其中的摻雜物質濃度，而摻雜物質分布的修改大體不影響PN結214c 的位置。
應了解，對于特定的晶體管類型，可根據所希望的目標深度xs， 改變摻雜物質分布的修改。例如，如先前所解釋的，經常一起形成于 CMOS裝置中的P型與N型晶體管可展現有關于硅化物區的形成的不 同行為。因此，對于兩種晶體管類型，可選定共同的目標深度xs，其 中各別的修改的摻雜物質分布可導致對應金屬硅化物區之形成之均勻
度增加。在其它的具體實施例中，不同的目標深度Xs或不同的晶體管 類型可視為適當的，且對于各種不同的晶體管類型，可以不同的方式 進行用于形成修改的摻雜物質分布的注入順序，以下將加以描述。
圖3系概要地圖標具有兩個不同類型之晶體管310與350形成于 其中的半導體裝置300，所述晶體管310與350可能分別需要有不同的 目標深度Xs與ys的金屬硅化物區。在圖3中，該晶體管310可包含深 漏極和源極區314以及對應的延伸區314a，其中可修改沿著深度方向 的摻雜物質分布，如先前在描述圖2b至2f時所作的說明。亦即，漏極 和源極區314在目標深度Xs的摻雜物質濃度系增加。此外，可用掩模 覆蓋晶體管310，例如光刻膠掩模(resistmask)323，以保護在注入工藝 324期間的晶體管310，該注入工藝324系設成以在目標深度^處或其 附近的摻雜物質分布有增加的摻雜物質濃度的摻雜物質分布而在晶體 管350中形成對應的深漏極和源極區。關于該注入工藝324，所應用的 標準可與先前在描述注入221 (圖2d)時所使用的相同。在形成深漏極和 源極區于晶體管350中之后，可進行對應的退火循環(anneal cycle)且可 繼續進一步加工，如在描述圖2e時所作的說明。亦即，可沉積難熔金 屬層，具有厚度足以消耗硅至少下達目標深度ys。因此，可進行共同 的硅化工藝，特別是當晶體管310的修改的摻雜物質分布(具有較淺的 目標深度Xs)大體使硅化物前沿保持在&處或其附近時，而第二晶體管 350的硅化物前沿可前進下達目標深度ys。結果，當需要不同類型的晶 體管時，由于光刻膠掩模323的形成在習知工藝流程中是標準的程序， 這對于形成用于不同晶體管類型的金屬硅化物區，提供較高程度的工 藝彈性而不會額外增加工藝的復雜度。
圖4系概要地圖標有晶體管組件410形成于其上的半導體裝置 400，其中系以沉積或擴散導入至少部份的摻雜物質。該晶體管410包 含有間隔件組件416形成于其上的柵極415，毗鄰于所述間隔件組件 416，形成有外延成長的含硅半導體區424。此外，圖標目標深度Xs， 在其必須形成有金屬硅化物區的界面。應了解，目標深度Xs也可位于 主動區412內，該主動區412是在形成區424之前形成于襯底401內。 原則上，可根據先前在描述圖la與圖2c至2f時所說明的工藝技術形 成該晶體管410，其中，在形成深漏極和源極區之前，可用明顯習知的
選擇性外延成長技術形成所述區424，其中可添加特定的摻雜物質物種 于沉積環境(deposition atmosphere)以設置所述區424為摻雜區。取決于 用來控制選擇性外延成長工藝之沉積環境的工藝參數，可調整所希望 的垂直摻雜物質分布。例如，由于給定沉積配方的沉積速率為習知， 基于目標深度Xs，可控制摻雜物質前體(d叩antprecursor)的添加。例如， 用指定摻雜物質物種在目標深度Xs可產生高度定域的濃度尖峰。為此 目的，當到達目標深度Xs時，在選擇性外延成長工藝的沉積環境中可 產生摻雜物質前體的對應爆發式發放(burst)。如果極端定域的濃度尖峰 是所希望的，可對應地調整所述工藝參數以便適當地降低沉積速率， 至少在沉積材料于目標深度Xs的"附近"期間。在其它的具體實施例 中，在外延成長之區424內可產生大體均勻的摻雜物質濃度，而且通 過特別設計的離子注入工藝可得到在深度方向所需的摻雜物質分布的 修改，也請參考在描述圖2d時關于離子注入221所作的說明。在其它 的具體實施例中，增加之摻雜物質濃度的精確位置，亦即，目標深度 xs，可能必須形成于主動區412內。在此情況下，通過任何適當的技術， 例如各向同性蝕刻或各向異性蝕刻，可使區412凹陷而毗鄰于間隔件 組件416。在一示范具體實施例中，可用可高度控制的方式進行氧化工 藝，且可用明顯習知有高度選擇性以及控制性良好的濕式化學蝕刻技 術去除二氧化硅，從而用可高度控制的方式形成凹處424a。之后，可 以與上述相同的方式進行用于形成區424的外延成長工藝，其中此時 目標深度Xs可位于凹處424a內，從而使所希望的摻雜物質物種有高度 定域的摻雜物質濃度尖峰。
在完成用于形成區424的選擇性外延成長工藝后，視需要可進行 進一步的注入工藝以形成具有裝置需求所需之垂直延伸部份的深漏極 和源極區。可進行退火工藝以活化由視需要之離子注入步驟所導入的 摻雜物質。應了解，當凹處424a形成時可省略用于形成深漏極和源極 區的額外注入工藝，且可基于控制選擇性外延沉積環境中的摻雜物質 前體濃度而大體完全建立摻雜物質分布。在此情況下，可省略退火工 藝，因為摻雜物質原子通常都處于晶格內位置(latticesite)。之后，用明 顯習知的高度選擇性蝕刻技術可去除間隔件416，且然后可進行對應注 入順序以形成毗鄰于柵極415的延伸區。之后，可形成其它的間隔件
組件，例如間隔件416，且可用與先前在描述圖2f時相似的方式形成 金屬硅化物區。
在此硅化工藝期間，在目標深度Xs處或其附近的高度定域增加的
摻雜物質濃度系提供金屬硅化物界面的強化"定域"，從而增強晶體管 410的整體特性。此外，由于在目標深度Xs處或其鄰近可置放極高且 極其定域的摻雜物質濃度的適當摻雜物種，可將濃度尖峰的"阻障" 效應調整為極端明顯而大體不會顯著影響整體的"電性"摻雜物質分 布。
結果，本發明提供一種用于形成金屬硅化物的增強技術而能減少 在金屬硅化物與其余半導體區之界面處的不均勻度，從而改善晶體管 組件的效能。通過修改深漏極和源極區內的垂直摻雜物質分布可達成 改良的金屬硅化物特性，其中在金屬硅化物界面的目標深度或其附近 產生增加的摻雜物質濃度，該處也可能形成"阻障"摻雜物質濃度。 阻障濃度會明顯影響擴散率，且從而影響在金屬硅化物形成工藝期間 的反應速度。用特別設計的注入順序及/或通過基于外延沉積工藝而導 入摻雜物質，可形成該阻障摻雜物質濃度，該注入順序可包含一個或 多個注入步驟。不論產生增加之摻雜物質濃度的方式為何，可使用有 不同或相同導電性類型的不同摻雜物質物種。如果使用不同的導電性 類型，可使影響金屬擴散率的摻雜物質濃度與電性有效的摻雜物質濃 度去耦合(至少至某一程度)，從而在設計大體與晶體管電性效能無關的 阻障濃度時提供更高的彈性。
以上所揭示的特定具體實施例都只作圖解說明用，顯然對熟諳此 藝者而言，在熟悉本文的教導后，可用不同但等效的方式修改及實施 本發明。例如，可用不同的次序進行以上所提及的工藝步驟。此外， 除了以下權利要求書中所描述的以外，不希望本發明受限于本文所揭 示之結構或設計的細節。因此，顯然可改變或修改以上所揭示的特定 具體實施例，而且所有此類變化都視為仍在本發明的范疇與精神內。 因此，在此列出以下權利要求書的申請項懇請保護。
權利要求
1.一種方法，包含確認待形成于含硅半導體區212中的金屬硅化物區的目標深度，該含硅半導體區形成于襯底201之上；基于該目標深度，沿著該含硅半導體區的深度方向，在該含硅半導體區中形成摻雜物質分布，從而在該目標深度附近得到摻雜物質濃度的局部最大值；以及基于該目標深度形成該金屬硅化物區217。
2. 如權利要求1所述的方法，其中形成該摻雜物質分布的步驟包 含進行離子注入工藝，其中控制注入劑量及能量大體產生該摻雜物質 分布。
3. 如權利要求2所述的方法，其中該離子注入工藝包含至少一個 第一注入步驟，該第一注入步驟使用第一導電性類型的第一摻雜物質 物種。
4. 如權利要求3所述的方法，其中該摻雜物質分布大體取決于該 第一摻雜物質物種。
5. 如權利要求3所述的方法，其中該離子注入工藝包含至少一個 第二注入步驟，該第二注入步驟使用與該第一摻雜物質物種不同的第 二摻雜物質物種，其中所述第一與第二摻雜物質物種大體決定該局部 最大值。
6. 如權利要求1所述的方法，其中形成該摻雜物質分布的步驟包 含通過沉積與擴散中的至少其中之一導入摻雜物質物種。
7. 如權利要求1所述的方法，其中包含該摻雜物質分布的該含硅 半導體區212代表場效應晶體管200的漏極區214與源極區214中的 至少其中之一。
8. 如權利要求1所述的方法，其中形成該金屬硅化物區217的步 驟包含于該含硅半導體區212之上沉積難熔金屬層222以及熱處理該 襯底201，從而開始金屬擴散以形成該金屬硅化物217。
9. 如權利要求8所述的方法，其中是控制該難熔難熔金屬層的厚 度、該熱處理的溫度、以及該熱處理的持續時間中的至少一項，從而 使硅化物成長大體停止于該目標深度。
10. —種方法，包含對于待形成于一個或多個襯底301上的第一指定晶體管類型310 的漏極和源極區，確認金屬硅化物區的第一目標深度；基于該第—'目標深度，以有關于一個或多個襯底的深度方向的摻 雜物質分布，在該一個或多個襯底上形成該第一指定晶體管類型的所 述漏極和源極區，從而在接近該第一目標深度時，得到隨著深度增加 而增加的摻雜物質濃度；以及基于該第一目標深度，在該第一指定晶體管類型310的所述漏極 和源極區中形成該金屬硅化物區。
11. 如權利要求10所述的方法，其中形成該金屬硅化物區的步驟 包含在形成于該一個或多個襯底上的含硅半導體區之上沉積難熔金屬 層222以及熱處理該一個或多個襯底，從而開始金屬擴散以形成該金 屬硅化物。
12. 如權利要求ll所述的方法，其中控制該難熔金屬層222的厚 度、該熱處理的溫度、以及該熱處理的持續時間中的至少一項，從而 使該硅化物成長大體停止于該第一 目標深度。
13. 如權利要求10所述的方法，還包含確認第二金屬硅化物區的第二目標深度，該第二金屬硅化物區是 待形成于第二指定晶體管類型350的漏極和源極區中，該漏極區和源 極區是待形成于該一個或多個襯底上；基于該第二目標深度，以有關于該一個或多個襯底的該深度方向 的第二摻雜物質分布，形成該第二指定晶體管類型350的所述漏極和 源極區，從而在接近該第二目標深度時，得到隨著深度增加而增加的 第二摻雜物質濃度；以及在該第二指定晶體管類型350的所述漏極和源極區中形成該第二 金屬硅化物區，從而使金屬硅化物成長大體停止于該第二目標深度。
全文摘要
通過修改深漏極和源極區中的垂直摻雜物質(dopant)濃度，可控制金屬硅化物區217形成期間的反應行為。為此目的，在金屬硅化物界面的目標深度附近形成增加的摻雜物質濃度，從而降低反應速度，并從而改善所得的金屬硅化物界面的均勻度。
文檔編號H01L21/336GK101194349SQ200680018759
公開日2008年6月4日 申請日期2006年5月23日 優先權日2005年5月31日
發明者D·布朗, F·維爾博雷特, P·普雷斯 申請人:先進微裝置公司