[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，特别是涉及一种适用于控制镍基金属硅化物横向生长的新型CMOS结构及其制造方法。

背景技术

IC集成度不断增大需要器件尺寸持续按比例缩小，然而电器工作电压有时维持不变，使得实际MOS器件内电场强度不断增大。高电场带来一系列可靠性问题，使得器件性能退化。

图1所示为将金属硅化物直接用作源漏的MOSFET，也称作肖特基势垒源漏MOSFET。衬底10被浅沟槽隔离(STI)20划分出其中包含有沟道区14的多个有源区，栅结构50及其顶部的盖层60形成在衬底10上，栅结构50两侧形成有隔离侧墙70，金属硅化物40形成在侧墙70两侧以作为源漏区，金属硅化物40通常为镍基金属硅化物。其中，衬底10可为体硅，也可是包含硅衬底11、埋氧层12和薄硅层13的绝缘体上硅(SOI)，还可以是例如SiGe等化合物半导体材料。值得注意的是，图1以及后续附图中，为了方便示意起见，体硅衬底10与SOI衬底(11、12以及13)之间的STI 20仅为示意性的隔离，并非两者实际相邻或接触。

与传统的高掺杂源漏的MOSFET相比，这种肖特基势垒源漏MOSFET无需进行离子注入和激活来形成重掺杂源漏，工艺较简单，接触电阻更小，电学性能更优越。金属硅化物源漏MOSFET的驱动能力是由其源极和沟道之间的肖特基势垒高度(SBH)来控制的。随着SBH降低，驱动电流增大。器件模拟的结果显示，当SBH降低至约0.1eV时，金属硅化物源/漏MOSFET可达到与传统MOSFET相同的驱动能力。

但是，这种镍基金属硅化物源漏的MOSFET也存在一些不足。如图2所示，在其制造过程中，需要先在包括衬底、衬底上的栅极、栅极隔离侧墙的基本结构上沉积薄层金属，通常为镍基金属，然后高温退火使得镍基金属与衬底中的硅反应形成镍基金属硅化物。在该高温退火时，薄层镍基金属不仅直接与衬底中的硅反应，还绕过隔离侧墙横向扩散到衬底中，因此形成如图3中虚线椭圆所示的镍基金属硅化物横向生长。这种横向生长不仅发生在栅极隔离侧墙下方，还可能发生在栅极下方的衬底中沟道区内。附图4A和4B为发生了镍基金属硅化物横向生长的器件的扫描电镜剖面图，附图4A中所示虚线包含区域为在源漏区的镍基金属硅化物，可见其几乎快要联通为一体，附图4B箭头所指为横向生长的镍基金属硅化物。

当器件尺寸缩小至亚50nm时，这种镍基金属硅化物的横向生长(或称横向侵入)将使得栅极泄漏电流大增，器件可靠性下降，当衬底为SOI时由于埋氧层上的薄硅层本身就较少使得源漏可能因为镍基金属硅化物横向生长而相连从而造成电短路，这些均将导致重大问题，使得产品良率下降成本上升。

为了解决这个问题，人们通常采用两步退火来形成镍基金属硅化物。

首先，如图5所示，在基本结构上沉积镍基金属薄层。在具有STI 20的衬底10(也可为包括厚硅11、埋氧层12和薄硅层13的SOI衬底)上依次形成栅极50、盖层60、栅极侧墙70。在整个基本结构上沉积镍基金属薄层80。随后执行第一低温退火，退火温度例如为约300℃。第一低温退火之后，如图6所示，与衬底10直接接触的也即位于源漏形成区域的镍基金属薄层80部分会与衬底中的硅发生反应形成富Ni相的镍基金属硅化物。在该约300℃的低退火温度下，栅极侧墙70上的镍基金属薄层不太可能绕过隔离侧墙横向扩散到衬底中。

接着，如图7所示，剥除未反应的镍基金属薄层80。在约450至500℃的温度下进行第二高温退火，使得富Ni相的镍基金属硅化物转化为具有低电阻率的镍基金属硅化物40，以便减小源漏寄生电阻，提高器件响应速度。由附图7可知，镍基金属硅化物的横向生长由于采用两步温度不同的退火而在一定程度上得到抑制，但是工艺复杂性提升，且在第二高温退火时仍然会发生一定的镍基金属硅化物横向生长。

总而言之，自对准硅化物工艺中隔离氮化物侧墙上的多余的Ni扩散很快，镍基金属硅化物的横向生长容易发生，导致栅极泄漏电流增大、器件稳定性降低且源漏可能发生穿通，特别是对于SOI器件。因此，需要一种能有效减少镍基金属硅化物横向生长的新型半导体器件及其制造方法。

发明内容

由上所述，本发明的目的在于提供一种在制备镍基金属硅化物源漏MOSFET过程中能够有效减少镍基金属硅化物横向生长的方法。