專利名稱：鎳硅化物形成方法及晶體管形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體領域，特別涉及鎳硅化物形成方法及晶體管形成方法。
背景技術：
自對準硅化物技術是一種通過在柵電極層和源/漏極表面形成金屬硅化物層，從而減小柵電極層和源/漏區的電阻的工藝技術。在公開號為US2010/0117238的專利中披露了一種娃化鎳層的形成方法。
以通過鎳自對準硅化物技術形成的鎳硅化物為例，所述鎳硅化物可以是Ni2Si層， NiSi層或NiSi2層中的任何一種，或者任意兩種或三種的組合。其中，鎳硅化物的成分由反應過程中鎳與硅的比例決定，最初反應時鎳原子劑量充分，與硅反應生成Ni2Si層，隨著反應過程的進行，鎳原子逐步擴散至硅層中，硅的比例上升，所述Ni2Si層轉化成NiSi層， 若鎳原子繼續在硅層中進行擴散，若所述硅的比例高于鎳的比例，則所述NiSi層將轉化為 NiSi2 層。
圖1至圖4為現有技術通過鎳自對準硅化物技術形成鎳硅化物的過程的剖面結構示意圖。
首先如圖1所示，提供襯底001，所述襯底001上形成有柵極結構及位于所述柵極結構兩側襯底001內的源區和漏區，所述柵極結構包括依次位于所述襯底001上的柵極氧化層021和柵電極層022，及位于所述柵電極層022兩側的側墻030 ;繼續參考圖1，在所述襯底001及柵極結構上形成鎳層040，所述鎳層040覆蓋所述襯底001暴露出的表面和柵極結構。·
如圖2所示，對鎳層040進行第一退火，經過所述第一退火，鎳層040中的鎳可以與襯底001中的娃進行反應,生成第一鎳娃化物051。所述第一鎳娃化物051為Ni2Si層或 Ni2Si和NiSi的混合層。
如圖3所示，對鎳層040進行選擇性刻蝕，所述刻蝕溶液為高溫硫酸和雙氧水混合溶液，去除未進行反應的鎳層。
如圖4所示，因為Ni2Si的電阻率比較高，且穩定性差，所以對所述第一鎳硅化物 051進行第二退火，經過所述第二退火，位于所述襯底表面的第一鎳硅化物051繼續與襯底 001中的硅進行反應，形成位于襯底表面的第二鎳硅化物062，及位于柵極結構頂部的第二鎳硅化物062。所述第二鎳硅化物062為NiSi層。
但是在實際中發現，通過上述方法形成的晶體管的可靠性比較差。發明內容
本發明解決的問題是提供一種鎳硅化物形成方法，以及一種晶體管形成方法，以解決現有方法形成的晶體管可靠性差的問題。
為解決上述問題，本發明提供一種鎳硅化物形成方法，包括
提供襯底，所述襯底表面材料含硅，所述襯底表面具有含鎳的金屬層；
對所述襯底進行第一退火，形成第一鎳硅化物層；
向所述第一鎳硅化物層注入硅離子；
注入硅離子后，對所述第一鎳硅化物層進行第二退火，形成第二鎳硅化物層。
可選地，所述第一鎳硅化物層的材料是Ni2Si或Ni2Si和NiSi的混合物。
可選地，所述第二鎳硅化物層的材料是NiSi。
可選地，所述第一退火是浸入式退火，退火溫度為220-320攝氏度，退火時長為 30-90 秒。
可選地，所述第二退火是毫秒退火，退火溫度為700-950攝氏度，退火時長為 O. 25-20 暈秒。
可選地，所述第二退火是浸入式退火，退火溫度為350-550攝氏度，退火時長為 15-90 秒。
可選地，所述第二退火是尖峰退火，尖峰溫度為400-550攝氏度。
可選地，向所述第一鎳硅化物層注入硅離子的工藝是硅離子注入工藝或者硅等離子體注入工藝。
可選地，所述硅離子注入工藝的注入能量是200eV_5keV，注入劑量為1E15-1E18/ 平方厘米。
本發明還提供一種晶體管形成方法，包括
提供襯底，所述襯底表面的材料含硅，所述襯底表面形成有柵極結構，所述柵極結構兩側的襯底內形成有源、漏極，所述源、漏極表面具有含鎳金屬層；
在源、漏極表面形成金屬層，所述金屬層的材料含鎳；
對所述金屬層進行第一退火，形成第一鎳硅化物層；
向所述第一鎳硅化物層注入硅離子；
注入硅離子后，對所述第一鎳硅化物層進行第二退火，形成第二鎳硅化物層。
可選地，所述第一鎳硅化物層的材料是Ni2Si或Ni2Si和NiSi的混合物。
可選地，所述第二鎳硅化物層的材料是NiSi。
可選地，所述第一退火是浸入式退火，退火溫度為220-320攝氏度，退火時長為 30-90 秒。
可選地，所述第二退火是毫秒退火，退火溫度為700-950攝氏度，退火時長為 O. 25-20 暈秒。
可選地，所述第二退火是浸入式退火，退火溫度為350-550攝氏度，退火時長為 15-90 秒。
可選地，所述第二退火是尖峰退火，尖峰溫度為400-550攝氏度。
可選地，向所述第一鎳硅化物層注入硅離子的工藝是硅離子注入工藝或者硅等離子體注入工藝。
可選地，所述硅離子注入工藝的注入能量是200eV_5keV，注入劑量為1E15-1E18/ 平方厘米。
可選地，所述金屬層的材料還包括鉬。
可選地，所述第二鎳硅化物層的厚度是100-200埃。
可選地，還包括在所述柵極結構表面形成所述金屬層。
與現有技術相比，本發明的實施例在形成第一鎳硅化物層后，第二退火之前，向所述第一鎳硅化物層注入硅離子，提高第一鎳硅化物層中硅的含量，所以在后續第二退火中， 第一鎳硅化物層中有充分的硅源，第一鎳硅化物層與所注入的硅離子發生反應，從而避免了因為第一鎳硅化物層與溝道區的硅原子發生反應而造成第二鎳硅化物層向溝道區侵蝕， 并因此提高晶體管的可靠性。
圖1至圖4是現有的晶體管形成過程的剖面結構示意圖5是現有工藝中，晶體管的漏電流與鎳硅化物的形成工藝的關系示意圖6是本發明的實施例所提供的晶體管形成方法的流程示意圖7至圖11是本發明的實施例所提供的晶體管形成過程的剖面結構示意圖。
具體實施方式
由背景技術可知，現有技術形成的晶體管的可靠性比較差。請參考圖5，圖5為現有技術形成的晶體管的源漏之間不同的漏電流值的出現概率與形成第二鎳硅化物層的工藝的關系示意圖。其中圖5中橫坐標為源漏之間的漏電流，縱坐標為多次測量過程中，測量結果為對應漏電流的概率，其中□對應的是采用浸入式低溫退火工藝形成晶體管的第二鎳硅化物層，〇對應的是采用激光退火工藝形成晶體管中的第二鎳硅化物層。由圖5可以看出對于現有的晶體管形成方法而言，漏電流受第二鎳硅化物層的形成溫度的影響比較大， 即所形成的晶體管的可靠性不好。
發明人針對上述問題進行研究，發現如圖3所示，在第一退火之后，沒有鎳硅化物向溝道區侵蝕(encroachment)的現象，但在第二退火之后，會發生圖4所示的鎳硅化物向溝道區侵蝕的現象。發明人認為，如圖4所示，在第二退火中，第一鎳硅化物層會與襯底中的硅發生反應生成第二鎳硅化物層，又因為溝道區中的硅含量高，所以NiSi2層會向溝道區擴散，并與溝道區的Si反應生成第二鎳硅化物層，造成所形成的第二鎳硅化物層向溝道區侵蝕，所形成的第二鎳硅化物層向溝道區侵蝕的程度與第二鎳硅化物層的形成工藝相關， 并因此造成所形成的晶體管的可靠性比較差。
阻止第二鎳硅化物層向溝道區擴散的一種方法是鎳合金技術，具體地，以鎳鉬合金層代替圖1中的鎳層，但是效果不夠好；另外一種方法是形成鎳層之前，向襯底注入氟離子、氮離子或者氬離子這樣的離子，但是所注入的離子會影響到后續形成的晶體管的性能。
發明人經過進一步研究，在本發明的實施例中提供一種鎳硅化物形成方法，包括
提供襯底，所述襯底表面材料含硅，所述襯底表面具有含鎳的金屬層；
對所述襯底進行第一退火，形成第一鎳硅化物層；
向所述第一鎳硅化物層注入硅離子；
注入硅離子后， 對所述第一鎳硅化物層進行第二退火，形成第二鎳硅化物層。
發明人還在本發明的實施例中提供一種晶體管形成方法。
為了充分闡明本發明的精神和實質，在下文中，結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
圖6是本發明的實施例所提供的晶體管形成方法的流程示意圖，包括
步驟S101，提供襯底，所述襯底表面的材料含硅，所述襯底表面形成有柵極結構， 所述柵極結構兩側的襯底內形成有源、漏極；
步驟S102，在源、漏極表面形成金屬層，所述金屬層的材料含鎳；
步驟S103，對所述金屬層進行第一退火，形成第一鎳硅化物層；
步驟S104，向所述第一鎳硅化物層注入硅離子；
步驟S105，注入硅離子后，對所述第一鎳硅化物層進行第二退火，形成第二鎳硅化物層。
圖7至圖11是本發明的實施例所提供的晶體管形成過程的剖面結構示意圖。
參考圖7，提供襯底100，所述襯底100表面形成有柵極結構，所述柵極結構兩側的襯底100內形成有源極110和漏極120。
所述襯底100為硅襯底，或者SOI襯底。所述柵極結構包括依次形成在襯底100 表面的柵介質層130、柵電極層150，以及形成在所述柵介質層130和柵電極層150側壁的側墻140。
參考圖8,在源、漏極表面，以及柵極結構的表面形成金屬層160,所述金屬層160 的材料含鎳。
本實施例中，所述金屬層160的材料是鎳，所述金屬層160的形成工藝為物理氣相沉積工藝。
在本發明的其他實施例中，所述金屬層160的材料還可以是鎳與Ta、Zr、T1、Hf、W、 Co、Pt、Mo、Pd、V和Nb構成的組合中至少一種材料的合金，當鎳中加入其他金屬形成鎳合金層后，可以提高在隨后的工藝中要形成的鎳合金硅化物層的熱穩定性。所述金屬層160的材料是鎳鉬合金的好處還包括鉬可以阻擋鎳在所述硅層中的擴散。本實施例中，所述金屬層160的厚度范圍為100-200埃。
進一步地，可以在金屬層160上形成帽層(未圖示)，所述帽層可以由氮化鈦構成。 在這種情況下，氮化鈦層用于防止金屬層160氧化。此處，帽層的形成不進行贅述
參考圖9，對所述金屬層進行第一退火，形成第一鎳硅化物層170。
所述第一退火是浸入式退火，退火溫度為220-320攝氏度，退火時長為30_90秒。
在第一退火過程中，在源極110表面的金屬層中的鎳原子和源極110內的硅原子反應；在漏極120表面的金屬層中的鎳原子和漏極120內的娃原子反應；位于所述柵電極層150上的金屬層160中的鎳原子與柵電極層150內的硅原子反應，分別對應形成第一鎳硅化物層170。所述第一鎳硅化物層的材料是Ni2Si或Ni2Si和NiSi的混合物。
所述第一鎳硅化物層170的厚度范圍為100 200埃。
其中，在所述第一 退火期間，側墻140不會與所述金屬層160反應，且覆蓋在所述襯底100表面和柵電極層150頂部的較大部分的金屬層160未與娃原子進行反應。進行所述第一退火后，未反應的金屬層160仍殘留在襯底100、柵電極層150頂部和側墻140的表面。所以在第一退火后，選擇性去除未反應的金屬層160。所述去除方法為濕法去除。所述濕法去除利用硫酸和過氧化氫的混合物去除未反應的金屬層160，進一步地，在去除所述未反應的金屬層160的同時還可以去除帽層(未圖示)。
參考圖10，向所述第一鎳硅化物層170注入硅離子。
向所述第一鎳硅化物層170注入硅離子的工藝是硅離子注入工藝或者硅等離子體注入工藝。所述硅離子注入工藝的注入能量是200eV-5keV，注入劑量為1E15-1E18/平方厘米。
如果所述硅離子注入工藝的注入能量過小，可能無法將硅離子注入到第一鎳硅化物層170的內部，所以在本發明的實施例中，硅離子的注入能量大于200eV。在本發明的實施例中，通過調節硅離子的注入能量，使硅離子的注入能量略大于注入深度等于第一鎳硅化物層170厚度所需要的注入能量，使得有部分硅離子穿過第一鎳硅化物層170，被注入到襯底100位于第一鎳硅化物層170底部的部分，并在襯底100位于第一鎳硅化物層170底部的部分造成缺陷。所述缺陷會使在后續第二退火過程中，第一鎳硅化物層170傾向于與襯底100包含缺陷的部分發生反應，從而進一步避免第一鎳硅化物層170與襯底100位于溝道區的部分發生反應，從而進一步避免后續形成的第二鎳硅化物層向溝道區侵蝕。但是需要合理調節注入能量的范圍，以避免對襯底造成的缺陷過多，并避免工藝浪費。
如果所述硅離子注入工藝的注入劑量過小，可能不足以提供足夠的硅源在后續第二退火工藝中與第一鎳硅化物層170反應形成第二鎳硅化物層；如果所述硅離子注入工藝的注入劑量過大，一方面過多的硅源可能與第一鎳硅化物層170反應形成NiSi2, NiSi2阻值較大，不利于提高器件的性能，另一方面會造成工藝浪費。
參考圖11，注入硅離子后，對所述第一鎳硅化物層170進行第二退火，形成第二鎳硅化物層180。
所述第二鎳硅化物層180的材料是NiSi。所述第二鎳硅化物層的厚度是100-200埃。
在本發明的一個實施例中，所述第二退火是毫秒退火，退火溫度為700-950攝氏度，退火時長為O. 25-20暈秒。
在本發明的另一個實施例中，所述第二退火是浸入式退火，退火溫度為350-550 攝氏度，退火時長為15-90秒。
在本發明的另一個實施例中，所述第二退火是尖峰退火，尖峰溫度為400-550攝氏度。
因為在向所述第一鎳硅化物層170注入硅離子后，所述第一鎳硅化物層170中含有充分的硅源，所以在第二退火工藝中，第一鎳硅化物層170中的Ni2Si材料直接與第一鎳硅化物層170中的硅離子發生反應，形成第二鎳硅化物層180。避免了因為第一鎳硅化物層 170與溝道區的硅原子發生反應，造成所形成的第二鎳硅化物層180向溝道區侵蝕。
本發明的實施例在形成第一鎳硅化物層后，第二退火之前，向所述第一鎳硅化物層注入硅離子，提高第一鎳硅化物層中硅的含量，所以在后續第二退火中，第一鎳硅化物層中有充分的硅源，第一鎳硅化物層與所注入的硅離子發生反應，從而避免了因為第一鎳硅化物層與溝道區的硅原子發生反應而造成第二鎳硅化物層向溝道區侵蝕。
本發明雖然已以較佳實 施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，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作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種鎳硅化物形成方法，其特征在于，包括 提供襯底，所述襯底表面材料含娃，所述襯底表面具有含鎳的金屬層； 對所述襯底進行第一退火，形成第一鎳硅化物層； 向所述第一鎳硅化物層注入硅離子； 注入硅離子后，對所述第一鎳硅化物層進行第二退火，形成第二鎳硅化物層。
2.如權利要求1所述的鎳硅化物形成方法，其特征在于，所述第一鎳硅化物層的材料是Ni2Si或Ni2Si和NiSi的混合物。
3.如權利要求1所述的鎳硅化物形成方法，其特征在于，所述第二鎳硅化物層的材料是 NiSi。
4.如權利要求1所述的鎳硅化物形成方法，其特征在于，所述第一退火是浸入式退火，退火溫度為220-320攝氏度，退火時長為30-90秒。
5.如權利要求1所述的鎳硅化物形成方法，其特征在于，所述第二退火是毫秒退火，退火溫度為700-950攝氏度，退火時長為O. 25-20毫秒。
6.如權利要求1所述的鎳硅化物形成方法，其特征在于，所述第二退火是浸入式退火，退火溫度為350-550攝氏度，退火時長為15-90秒。
7.如權利要求1所述的鎳硅化物形成方法，其特征在于，所述第二退火是尖峰退火，尖峰溫度為400-550攝氏度。
8.如權利要求1所述的鎳硅化物形成方法，其特征在于，向所述第一鎳硅化物層注入硅離子的工藝是硅離子注入工藝或者硅等離子體注入工藝。
9.如權利要求8所述的鎳硅化物形成方法，其特征在于，所述硅離子注入工藝的注入能量是200eV-5keV，注入劑量為1E15-1E18/平方厘米。
10.一種晶體管形成方法，其特征在于，包括 提供襯底，所述襯底表面的材料含硅，所述襯底表面形成有柵極結構，所述柵極結構兩側的襯底內形成有源、漏極，所述源、漏極表面具有含鎳的金屬層； 對所述金屬層進行第一退火，形成第一鎳娃化物層； 向所述第一鎳硅化物層注入硅離子； 注入硅離子后，對所述第一鎳硅化物層進行第二退火，形成第二鎳硅化物層。
11.如權利要求10所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第一鎳硅化物層的材料是Ni2Si或Ni2Si和NiSi的混合物。
12.如權利要求10所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第二鎳硅化物層的材料是 NiSi。
13.如權利要求10所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第一退火是浸入式退火，退火溫度為220-320攝氏度，退火時長為30-90秒。
14.如權利要求10所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第二退火是毫秒退火，退火溫度為700-950攝氏度，退火時長為O. 25-20毫秒。
15.如權利要求10所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第二退火是浸入式退火，退火溫度為350-550攝氏度，退火時長為15-90秒。
16.如權利要求10所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第二退火是尖峰退火，尖峰溫度為400-550攝氏度。
17.如權利要求10所述的晶體管形成方法，，其特征在于，向所述第一鎳硅化物層注入硅離子的工藝是硅離子注入工藝或者硅等離子體注入工藝。
18.如權利要求17所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述硅離子注入工藝的注入能量是200eV-5keV，注入劑量為1E15-1E18/平方厘米。
19.如權利要求10所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述金屬層的材料還包括鉬。
20.如權利要求10所述的晶體管形成方法，其特征在于，所述第二鎳硅化物層的厚度是 100-200 埃。
21.如權利要求10所述的晶體管形成方法，其特征在于，還包括在所述柵極結構表面形成所述金屬層。
全文摘要
一種鎳硅化物形成方法以及一種晶體管形成方法。本發明的實施例所提供的晶體管形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面材料含硅；在所述襯底表面形成金屬層，所述金屬層的材料含鎳；形成金屬層后，對襯底進行第一退火，形成第一鎳硅化物層；向所述第一鎳硅化物層注入硅離子；注入硅離子后，對所述第一鎳硅化物層進行第二退火，形成第二鎳硅化物層。通過本發明實施例提供的晶體管形成方法可以避免第二鎳硅化物層向溝道區侵蝕，從而可以提高晶體管的可靠性。
文檔編號H01L21/28GK103035497SQ201110294758
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者何永根 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司