專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
集成電路尤其是超大規(guī)模集成電路中的主要器件是金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal Oxide Semiconductor，簡稱M0S)。集成電路自發(fā)明以來，其在性能和功能上的進(jìn)步是突飛猛進(jìn)的，并且MOS器件的幾何尺寸一直在不斷縮小，目前其特征尺寸已經(jīng)進(jìn)入納米尺度。在MOS器件按比例縮小的過程中，漏極電壓并不隨之減小，這就導(dǎo)致源極、漏極間的溝道區(qū)電場的增大，在強(qiáng)電場作用下，電子在兩次碰撞之間會加速到比熱運(yùn)動速度高出許多倍的速度，因此動能很大，這些電子被稱為熱電子，所述熱電子會向柵介質(zhì)層注入，從而引起熱電子效應(yīng)(hot electron effect)。該效應(yīng)屬于器件的小尺寸效應(yīng)，所述效應(yīng)會引起柵電極電流和半導(dǎo)體襯底電流，影響器件和電路的可靠性。上述熱電子效應(yīng)是影響MOS器件壽命(TTF)的一個關(guān)鍵因素?zé)犭娮有?yīng)越弱，器件壽命越長；反之，熱電子效應(yīng)越明顯，器件壽命越短。為了提高M(jìn)OS器件壽命，需要抑制熱電子效應(yīng)。對于NMOS器件，熱電子效應(yīng)尤為突出。因為NMOS的載流子是電子，而PMOS的載流子是空穴，與空穴比較，電子更容易躍過半導(dǎo)體襯底與柵介質(zhì)層之間的界面勢壘，從而使得電子更容易注入柵介質(zhì)層，造成對柵介質(zhì)層的傷害。公開號為CN1393935A的中國專利中提供的一種具有摻雜口袋(pocket)結(jié)構(gòu)的 NMOS器件，一定程度上抑制了熱電子效應(yīng)。所述結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括提供半導(dǎo)體襯底 001，在所述半導(dǎo)體襯底001上注入硼離子，形成P型阱002和溝道區(qū)(圖中未標(biāo)示)；在所述半導(dǎo)體襯底001表面上依次形成柵極介質(zhì)層003和柵電極004 ；在所述柵極004兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入銦離子，以形成口袋區(qū)域005;繼續(xù)在口袋區(qū)域005內(nèi)注入磷離子，形成輕摻雜區(qū)006 ；在柵介質(zhì)層003和柵電極004的兩側(cè)形成側(cè)墻007 ；最后，進(jìn)行深摻雜，以形成源區(qū)008和漏區(qū)009?，F(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)主要是集中于源漏結(jié)的改進(jìn)，如上述采用輕摻雜源漏(LDD)等。 上述改進(jìn)將有效降低溝道區(qū)漏端電場，減少被激發(fā)的載流子，從而改善熱載流子效應(yīng)。但是這些改進(jìn)并不涉及減少載流子在氧化層中被捕獲幾率，即如何有效降低柵氧化層中的界面態(tài)(主要是捕獲載流子的界面陷阱)，來改善熱電子效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，改善現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的熱電子效應(yīng)。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供襯底、位于所述襯底上的柵極結(jié)構(gòu)，及位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)襯底內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)；在所述源區(qū)和漏區(qū)的表面上形成金屬層；
對表面形成有金屬層的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行退火工藝，在源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)形成金屬硅化物，其中，所述退火氣體中至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合?？蛇x的，所述退火工藝包括第一退火和第二退火，所述第一退火氣體至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合，或者所述第二退火氣體至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合?？蛇x的，所述第一退火氣體至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合，且所述第二退火氣體至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合?？蛇x的，所述退火氣體為純氫氣，或者氫氣和惰性氣體的混合，所述氫氣的流量為 IOsccm 20000sccmo可選的，所述退火氣體為純氘氣，或者氘氣和惰性氣體的混合，所述氘氣的流量為 IOsccm 20000sccmo可選的，所述退火氣體包含有氫氣和氘氣的混合氣體，則所述氫氣的流量為 5sccm 20000sccm，所述氘氣的流量為5sccm 20000sccm。可選的，包括對表面形成有金屬層的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行第一退火，使金屬與襯底反應(yīng)，生成第一金屬硅化物；采用刻蝕溶液，去除位于源區(qū)和漏區(qū)表面上未反應(yīng)的多余金屬層；對形成有第一金屬硅化物的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行第二退火，生成第二金屬硅化物?？蛇x的，所述金屬層為鎳層、鈷層、鎳合金層或者鈷合金層中的一種或組合?？蛇x的，所述第一金屬硅化物為Ni2Si、或者是Ni2Si和NiSi的混合物，所述第二金屬硅化物為NiSi?？蛇x的，所述第一退火溫度范圍為200°C至400°C。可選的，所述刻蝕溶液為硫酸和過氧化氫的混合物?？蛇x的，所述第二退火溫度范圍為400 900°C與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過在金屬層與襯底反應(yīng)的任一或多個退火工藝中加入氫氣和氘氣中的一種或組合，使得所述襯底中的硅懸掛鍵與所述氫和氘中的一種或組合相鍵合，減少位于襯底內(nèi)的硅懸掛鍵，尤其所述襯底表面附近的硅懸掛鍵，減少襯底附近的界面缺陷，所述硅氫鍵和硅氘鍵均較強(qiáng)，可以降低在工藝環(huán)境的外部應(yīng)力下，所述硅氫鍵或硅氘鍵斷裂的幾率，進(jìn)一步減少襯底附近的界面缺陷，抑制熱電子效應(yīng)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法流程示意圖。圖3至圖7為本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供襯底、位于所述襯底上的柵極結(jié)構(gòu)，及位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)襯底內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)；在所述源區(qū)和漏區(qū)的表面上形成金屬層；對表面形成有金屬層的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行退火工藝，在源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)形成金屬硅化物，其中，所述退火氣體中至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合。本發(fā)明通過在金屬層任一或多個退火工藝中加入氫氣和氘氣中的一種或組合，使得所述襯底中的硅懸掛鍵與所述氫和氘中的一種或組合相鍵合，減少位于襯底內(nèi)的硅懸掛鍵，尤其所述襯底表面附近的硅懸掛鍵，減少襯底附近的界面缺陷，所述硅氫鍵和硅氘鍵均較強(qiáng)，可以降低在工藝環(huán)境的外部應(yīng)力下，所述硅氫鍵或硅氘鍵斷裂的幾率，進(jìn)一步減少襯底附近的界面缺陷，抑制熱電子效應(yīng)。圖2為本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法流程示意圖，包括步驟Si，提供襯底、位于所述襯底上的柵極結(jié)構(gòu)，及位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)襯底內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)；步驟S2，在所述源區(qū)和漏區(qū)表面形成金屬層；步驟S3，對表面形成有金屬層的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行第一退火，使金屬與襯底反應(yīng)，生成第一金屬硅化物，所述第一退火氣體至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合；步驟S4，采用刻蝕溶液，去除源區(qū)和漏區(qū)表面上未反應(yīng)的多余金屬；步驟S5，對形成有第一金屬硅化物的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行第二退火，生成第二金屬硅化物，所述第二退火環(huán)境中包含氫氣和氘氣中的一種或組合。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。圖3至圖7為本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法結(jié)構(gòu)示意圖。首先，如圖3所示，提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底101，位于所述襯底 101上的柵極結(jié)構(gòu)及位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)襯底101內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)，所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)面還形成有側(cè)墻130，所述柵極結(jié)構(gòu)包括位于所述襯底101上的柵極氧化層121及位于柵極氧化層121上的柵極122。繼續(xù)參考圖3，在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成金屬層140，所述金屬層140可以為鎳、 鈷、鎳合金或者鈷合金等金屬，本實(shí)施例中，所述金屬層140為純鎳或者鎳合金。所述鎳合金可以包含鎳和I^Zr、Ti、Hf、W、Co、Pt、Mo、Pd、V或Nb構(gòu)成的合金。當(dāng)鎳是金屬合金時， 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(wěn)定性。本實(shí)施例中，所述金屬層 140為鎳鉬合金層。其中，所述金屬層140采用濺射技術(shù)來沉積，所述金屬層140覆蓋暴露的襯底101 表面即源區(qū)和漏區(qū)表面、所述柵極結(jié)構(gòu)頂部和側(cè)墻130表面。如圖4所示，在所述濺射情況下，在所述源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)的硅原子在鎳沉積期間可能部分與金屬層140內(nèi)的鎳原子反應(yīng)，在源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)形成Ni2Si層。進(jìn)一步地，可以在金屬層140上形成帽層(未圖示)，所述帽層可以由氮化鈦構(gòu)成。在這種情況下，氮化鈦層用于防止金屬層140氧化。此處，帽層的形成不進(jìn)行贅述。參考圖5，在第一退火氣體200中，對形成有金屬層140的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行第一退火工藝，所述第一退火工藝約在20(TC至40(TC的第一溫度下進(jìn)行。通過所述第一退火工藝，源區(qū)和漏區(qū)表面上的金屬層140和位于襯底內(nèi)的硅原子大部分反應(yīng)，形成第一金屬硅化物，所述第一金屬硅化物為Ni2Si層151，同時，形成在柵極122表面上的金屬層140與位于柵極122內(nèi)的硅原子反應(yīng)，形成Ni2Si層151。進(jìn)一步地，因為反應(yīng)程度不同，所述第一金屬硅化物還可以為Ni2Si和NiSi的混合物。所述第一退火氣體200中至少包含有氫氣和氘氣中的一種或組合，使得所述襯底 101中的硅懸掛鍵與所述第一退火氣體200中的氫氣和氘氣中的一種或組合相鍵合，減少襯底101內(nèi)的硅懸掛鍵，尤其襯底101表面附近的硅懸掛鍵，進(jìn)而減少襯底101表面附近的界面缺陷，同時由于硅氫鍵和硅氘鍵均較強(qiáng)，可以降低在工藝環(huán)境的外部應(yīng)力下硅氫鍵或硅氘鍵斷裂的幾率，進(jìn)一步減少因外力影響在襯底101形成的界面缺陷，抑制熱電子效應(yīng)。具體地，所述第一退火氣體200中，若為純氫氣，或者氫氣和惰性氣體的混合，則所述氫氣的流量為IOsccm 20000Sccm ；若僅為純氘氣，或者氘氣和惰性氣體的混合，則所述氘氣的流量為IOsccm 20000sCCm;若為氫氣和氘氣的混合氣體，則所述氫氣的流量為 5sccm 20000sccm，所述氘氣的流量為5sccm 20000sccm。其中，因為抽真空技術(shù)的限制，所述退火環(huán)境中包含有少量的氧氣，為避免氧氣與氫氣，或氧氣與氘氣反應(yīng)，所述氧氣的濃度范圍應(yīng)不高于5ppm，濃度越小越好。所述第一退火可以為低溫浸入式快速退火熱處理soak RTA、高峰-快速退火熱處理spike RTA、毫秒退火熱處理MSA中的一種。具體地，所述第一退火工藝可以利用濺射裝置進(jìn)行，當(dāng)利用濺射裝置沉積鎳時，沉積金屬層140后可以利用原位(in-situ)工藝進(jìn)行第一退火工藝。其中，在所述第一退火工藝期間，側(cè)墻130不會與所述金屬層140反應(yīng)，且覆蓋在所述襯底101表面和柵極頂部的較大部分的金屬層140未與硅原子進(jìn)行反應(yīng)。進(jìn)行所述第一退火工藝后，未反應(yīng)的金屬層140仍殘留在襯底101、柵極122頂部和側(cè)墻130的表面。如圖6所示，選擇性去除未反應(yīng)的金屬層140，以露出側(cè)墻130、形成具有Ni2Si層 151的柵極122。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除去未反應(yīng)的金屬層140，進(jìn)一步地，在除去所述未反應(yīng)的金屬層140的同時還可以去除帽層(未圖示)。如圖7所示，在第二退火氣體300下，對形成有Ni2Si層151的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行第二退火工藝形成第二金屬硅化物，所述第二金屬硅化物為NiSi層152。所述NiSi層152具有更高的熱穩(wěn)定性。所述第二退火工藝在第二溫度下進(jìn)行，所述第二退火溫度比第一退火溫度高。具體地，所述第二退火溫度范圍在400 900°C。所述第二退火氣體300中至少包含有氫氣和氘氣中的一種或組合，使得所述襯底 101中的硅懸掛鍵與所述第二退火氣體300中的氫氣和氘氣中的一種或組合相鍵合，減少襯底101內(nèi)的硅懸掛鍵，尤其襯底101表面附近的硅懸掛鍵，進(jìn)而減少襯底101表面附近的界面缺陷，同時由于硅氫鍵和硅氘鍵均較強(qiáng)，可以降低在工藝環(huán)境的外部應(yīng)力下硅氫鍵或硅氘鍵斷裂的幾率，進(jìn)一步減少因外力影響在襯底101形成的界面缺陷，抑制熱電子效應(yīng)。具體地，所述第二退火氣體300中，若為純氫氣，或者氫氣和惰性氣體的混合，則所述氫氣的流量為IOsccm 20000Sccm ；若僅為純氘氣，或者氘氣和惰性氣體的混合，則所述氘氣的流量為IOsccm 20000sCCm;若為氫氣和氘氣的混合氣體，則所述氫氣的流量為 5sccm 20000sccm，所述氘氣的流量為5sccm 20000sccm。其中，因為抽真空技術(shù)的限制，所述退火環(huán)境中包含有少量的氧氣，為避免氧氣與氫氣，或氧氣與氘氣反應(yīng)，所述氧氣的濃度范圍應(yīng)不高于5ppm，濃度越小越好。所述退火工藝可以為低溫浸入式快速退火熱處理soak RTA、高峰-快速退火熱處理spike RTA、毫秒退火熱處理MSA中的一種。完成所述第二退火工藝之后，還包括在所述襯底101上形成層間介質(zhì)層，及位于所述層間介質(zhì)層內(nèi)的接觸孔，所述接觸孔電連接所述MSi層152，使得所述MSi層152與其他的金屬層進(jìn)行電連接。此處就不詳細(xì)敘述。本實(shí)施例中，在第一退火氣體和第二退火氣體中均至少包含有氫氣或氘氣中的一種或組合，作為其他實(shí)施例，還可以僅選擇其中第一退火氣體或者第二退火氣體至少包含有氫氣或氘氣中的一種或組合。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法中包括有第一退火和第二退火兩個工藝，作為其他實(shí)施例，還可以為一步退火或者兩步以上的退火。同樣地，可以選擇其中一步的退火氣體或多步退火氣體中包含有氫氣或氘氣中的一種或組合。本發(fā)明通過在金屬層與襯底反應(yīng)的任一或多個退火工藝中加入氫氣和氘氣中的一種或組合，使得所述襯底中的硅懸掛鍵與所述氫和氘中的一種或組合相鍵合，減少位于襯底內(nèi)的硅懸掛鍵，尤其所述襯底表面附近的硅懸掛鍵，減少襯底附近的界面缺陷，所述硅氫鍵和硅氘鍵均較強(qiáng)，可以降低在工藝環(huán)境的外部應(yīng)力下，所述硅氫鍵或硅氘鍵斷裂的幾率，進(jìn)一步減少襯底附近的界面缺陷，抑制熱電子效應(yīng)。雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底上具有柵極結(jié)構(gòu)、及位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)襯底內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)；在所述源區(qū)和漏區(qū)的表面上形成金屬層；對表面形成有金屬層的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行退火工藝，在源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)形成金屬硅化物， 其中，所述退火氣體中至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述退火工藝包括第一退火和第二退火，所述第一退火氣體至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合，或者所述第二退火氣體至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一退火氣體至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合，且所述第二退火氣體至少包含氫氣和氘氣中的一種或組I=I O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述退火氣體為純氫氣， 或者氫氣和惰性氣體的混合，所述氫氣的流量為IOsccm 20000sCCm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述退火氣體為純氘氣， 或者氘氣和惰性氣體的混合，所述氘氣的流量為IOsccm 20000sCCm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述退火氣體中包含有氫氣和氘氣的混合氣體，則所述氫氣的流量為5sCCm 20000sCCm，所述氘氣的流量為 5sccm 20000sccmo
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括對表面形成有金屬層的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行第一退火，使金屬與襯底反應(yīng)，生成第一金屬硅化物；采用刻蝕溶液， 去除位于源區(qū)和漏區(qū)表面上未反應(yīng)的多余金屬層；對形成有第一金屬硅化物的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行第二退火，生成第二金屬硅化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述金屬層為鎳層、鈷層、鎳合金層或者鈷合金層中的一種或組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一金屬硅化物為 Ni2Si,或者是Ni2Si和NiSi的混合物，所述第二金屬硅化物為NiSi。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一退火溫度范圍為 200°C至 400"C。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述刻蝕溶液為硫酸和過氧化氫的混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二退火溫度范圍為 400 900"C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供襯底，所述襯底上具有柵極結(jié)構(gòu)、及位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)襯底內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)；在所述源區(qū)和漏區(qū)的表面上形成金屬層；對表面形成有金屬層的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行退火工藝，在源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)形成金屬硅化物，其中，所述退火氣體中至少包含氫氣和氘氣中的一種或組合。本發(fā)明通過在退火氣體中加入氫氣和氘氣中的一種或組合，使得所述襯底中的硅懸掛鍵與所述氫和氘中的一種或組合相鍵合，減少位于襯底內(nèi)的硅懸掛鍵，減少襯底附近的界面缺陷，且所述硅氫鍵和硅氘鍵均較強(qiáng)，降低在工藝環(huán)境的外部應(yīng)力下，所述硅氫鍵或硅氘鍵斷裂的幾率，進(jìn)一步減少襯底附近的界面缺陷，抑制熱電子效應(yīng)。
文檔編號H01L21/8232GK102487047SQ20101056899
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者何永根 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司