[發明專利]一種硅化鎳后形成工藝

有效

• 申請號: 201410325210.8
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN105244317B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 禹國賓
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張欣

本發明公開一種硅化鎳后形成工藝。根據本發明的一個方面，提供一種在半導體結構中形成硅化鎳薄膜的方法，包括：在具有晶體管結構的硅基片上沉積介質層；蝕刻所述介質層，形成所述晶體管結構的源區和漏區的觸點開口，所述觸點開口暴露出所述硅基片；利用鎳鹽溶液在所述觸點開口中電化學沉積鎳薄膜，所述鎳鹽溶液是堿性的；以及退火處理所沉積的鎳薄膜以形成硅化鎳薄膜。所述晶體管結構可包括HKMG柵極結構。

技術領域

本發明涉及CMOS制造工藝，更具體的，本發明涉及一種硅化鎳后形成(NiSi lastformation)的方法。

背景技術

在半導體和先進封裝技術中，金屬硅化物通常可用于各種用途，例如形成柵電極、歐姆接觸、互聯線等。具體到MOS晶體管的制造工藝，金屬硅化物可用于降低MOS晶體管的柵極、源極、漏極的電阻，包括薄層電阻和接觸電阻，進而降低RC延遲時間。

硅化鎳(NiSi)是一種較為理想的金屬硅化物，利用硅化鎳形成的柵極接觸區、源極接觸區、漏極接觸區具有較小的接觸電阻和薄層電阻、較小的硅消耗、容易達到較窄的線寬。硅化鎳薄膜可通過各種技術形成，包括共沉積、化學氣相沉積(CVD)、對硅片上沉積的鎳進行熱退火，等等。

現有半導體工藝中關于硅化鎳的一項挑戰在于，硅化鎳的熱穩定性不足，這導致在工藝設計中需要考慮熱負載(thermal budget)。具體來說，在硅化鎳成形后，后續的工藝步驟需要保持較低的溫度。因此，在半導體工藝設計中通常將硅化鎳成形步驟盡量延后，這種工藝被稱為硅化鎳后形成(NiSi last formation)工藝。

HKMG(高k介質/金屬柵)技術是另一項先進半導體制程的常用技術。高k技術能夠大幅減小柵極的漏電量，而且由于高k絕緣層的等效氧化物厚度(EOT)較薄，因此還能有效降低柵極電容。這樣晶體管的關鍵尺寸便能得到進一步的縮小，驅動能力也能得到有效的改善。

在將NiSi成形工藝和HKMG工藝相集成時存在一定的問題。由于NiSi材料的熱穩定性不佳，因此NiSi成形工藝需要在HKMG工藝之后進行。然而，在使用傳統的PVD法沉積鎳層時，發現所沉積的Ni材料的階梯覆蓋率(step coverage)不佳，無法在目標區域形成充分的NiSi。圖1給出了在HKMG成形工藝后使用傳統PVD法沉積Ni的工藝結果示意圖，如圖中所示，Ni材料102 沒有如預期地沉積到底部接觸區域101(某些工藝實踐所得的階梯覆蓋率僅為7％)，且可觀察到較為嚴重的材料懸掛(overhang)現象(材料集聚在突起結構邊沿，而沒有到達底部)。

業界始終希望有一種適應先進CMOS制造工藝的新的硅化鎳后形成技術，其可以改善傳統后形成工藝中的Ni沉積覆蓋率不佳的問題。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提出一種新穎的硅化鎳(NiSi)后形成技術，該技術以電化學方式將Ni材料充分地沉積在晶體管結構的觸點開口中，進而在該處和Si材料反應形成NiSi。

根據本發明的一個方面，提出一種在半導體結構中形成硅化鎳薄膜的方法，包括：a)在具有晶體管結構的硅基片上沉積介質層；b)蝕刻所述介質層，形成所述晶體管結構的源區和漏區的觸點開口，所述觸點開口暴露出所述硅基片；c)利用鎳鹽溶液在所述觸點開口中電化學沉積鎳薄膜，所述鎳鹽溶液是堿性的；以及d)退火處理所沉積的鎳薄膜以形成硅化鎳薄膜。

根據本發明的一個方面，前述方法中，所述鎳鹽溶液是NiSO₄溶液。

根據本發明的一個方面，前述方法中，所述NiSO₄溶液的濃度是0.01－1mol/L。

根據本發明的一個方面，前述方法中，所沉積的鎳薄膜的厚度為5nm－50nm。

根據本發明的一個方面，前述方法中，所述鎳鹽溶液的PH值為8－10。