專(zhuān)利名稱：使用Ni合金阻滯一硅化鎳的結(jié)塊作用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體元件的金屬接觸點(diǎn)，更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及制備低阻非結(jié)塊的一硅化鎳接觸點(diǎn)。減小接觸電阻使得半導(dǎo)體元件具有高速運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。
背景技術(shù)：
為了能夠制備比目前可行的集成電路性能更高的集成電路(ICs)，必須開(kāi)發(fā)相對(duì)于ICs的Si體或其中形成的集成電子元件具有降低的接觸電阻的元件接觸點(diǎn)。接觸點(diǎn)是在Si晶片內(nèi)的元件與金屬層之間在Si表面上的電連接，用作內(nèi)連接。內(nèi)連接起到攜帶整個(gè)芯片的電信號(hào)的金屬導(dǎo)線的作用。
為增加芯片的性能，在源極/漏極和柵極區(qū)域處需要減小眾多Si接觸點(diǎn)的電阻，硅化物接觸點(diǎn)因此對(duì)ICs(其包括互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)元件)具有特殊的重要性。硅化物是具有熱穩(wěn)定性的金屬化合物并且在Si/金屬界面處具有較低的電阻率。硅化物通常具有更低的障高，由此改善了接觸電阻。減小接觸電阻提高了元件的速度，由此增加了元件的性能。
硅化物的形成通常需要將耐火金屬諸如Ni、Co或Ti沉積到含Si材料或晶片的表面上。常規(guī)的硅化鎳膜的加工處理方法開(kāi)始于沉積厚度約為8至12nm的Ni層。
形成的硅化物的厚度是沉積的Ni層的厚度的兩倍，即，厚度約為8至12nm的Ni層分別形成厚度約為16至24nm的硅化物。進(jìn)行沉積之后，使用常規(guī)方法(例如不限于快速熱退火)將該結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火的步驟。在熱退火中，沉積的金屬與Si反應(yīng)，形成金屬硅化物。退火后，10nm Ni金屬層形成厚度約為20nm的硅化鎳。
Ni可以用作形成硅化物的金屬。硅化鎳的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是一硅化鎳接觸點(diǎn)比常規(guī)的硅化鈦或硅化鈷接觸點(diǎn)消耗更少的Si。硅化鎳接觸點(diǎn)的缺點(diǎn)是在高溫處理步驟的過(guò)程中生成高電阻率的二硅化鎳相，而不是優(yōu)選的低電阻率的一硅化鎳相。二硅化鎳相的形成是成核控制的并且比優(yōu)選的一硅化鎳相不利地消耗更多的Si。二硅化鎳產(chǎn)生較粗糙的硅化物/Si晶片界面，并且比優(yōu)選的一硅化鎳相具有更高的薄膜電阻率。第二個(gè)缺點(diǎn)是一硅化鎳薄膜在導(dǎo)致高電阻率的二硅化鎳形成之前趨于變得不連續(xù)。
硅化鎳的最高處理溫度相當(dāng)于硼磷硅酸鹽的玻璃致密化退火。在大于約600℃下處理常規(guī)的硅化鎳薄膜(其大約20nm厚)生成具有高薄膜電阻的硅化鎳。正如

圖1中所描述的那樣，將標(biāo)準(zhǔn)的多晶Si基質(zhì)上形成的常規(guī)24nm硅化鎳薄膜在約660℃下等溫退火6分鐘可以將形成的硅化鎳的薄膜電阻增加到5倍。對(duì)于在退火的多晶Si基質(zhì)上形成的24nm硅化鎳薄膜，在約660℃下約6分鐘的退火使得硅化物薄膜的薄膜電阻大約增加65％。
鑒于以上的描述，非常需要提供具有低電阻率和高溫穩(wěn)定性、同時(shí)使用已知的CMOS處理步驟易于制備的一硅化鎳接觸點(diǎn)。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了制備作為CMOS元件內(nèi)的接觸點(diǎn)的一硅化鎳薄膜(其厚度約為30nm或更小)的方法。本發(fā)明的方法可形成一硅化鎳薄膜而不會(huì)遇到任何與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的問(wèn)題。本發(fā)明的方法包括將合金助劑引入Ni的耐火金屬層以至少阻滯結(jié)塊的步驟。在某些實(shí)施方案中，可以使用合金添加劑，所述的合金添加劑還能夠提高可以存在一硅化鎳相而不形成二硅化鎳相的溫度。
在本發(fā)明的第一方面，提供了其中使用基本上能夠阻滯結(jié)塊的合金添加劑的方法。將基本上能夠阻滯結(jié)塊的合金添加劑在本文中稱作“抗結(jié)塊”添加劑。具體地講，在該實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括如下步驟(a)在一部分含Si材料上形成Ni合金層，其中所述的Ni合金層含有一種或多種合金添加劑，其中所述的一種或多種合金添加劑含有至少一種抗結(jié)塊添加劑；(b)將所述的Ni合金層在可以有效地將一部分所述的Ni合金層轉(zhuǎn)化成Ni合金一硅化物層或富含金屬的硅化鎳層的溫度下退火，所述的Ni合金硅化物層比所述的Ni合金層具有更高的蝕刻阻力；然后(c)除去步驟(b)中未轉(zhuǎn)化的殘留的Ni合金層。
當(dāng)?shù)谝淮瓮嘶鹦纬筛缓饘俚墓杌飼r(shí)，在步驟(c)之后需要進(jìn)行第二次退火以形成低阻的一硅化鎳。在常規(guī)的加工處理步驟中，該第二次退火可以與其它退火相組合。
在以上方法中，合金添加劑含有能夠有效阻滯一硅化鎳層結(jié)塊的元素。在隨后的退火處理步驟中，將這些抗結(jié)塊添加劑引入到金屬合金層并有利于形成低阻、基本上非結(jié)塊的一硅化鎳層。
本發(fā)明的第二方面還涉及制備基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物的方法，該方法包括如下步驟(a)在一部分含Si材料上形成Ni合金層，其中所述的Ni合金層含有合金添加劑，其中所述的合金添加劑含有至少一種抗結(jié)塊添加劑和至少一種穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑；(b)將所述的Ni合金層在可以有效地將一部分所述的Ni合金層轉(zhuǎn)化成Ni合金一硅化物層或富含金屬的硅化鎳層的溫度下退火，所述的Ni合金硅化物層比所述的Ni合金層具有更高的蝕刻阻力；然后(c)除去步驟(b)中未轉(zhuǎn)化的殘留的Ni合金層。
當(dāng)?shù)谝淮瓮嘶鹦纬筛缓饘俚墓杌飼r(shí)，在步驟(c)之后需要進(jìn)行第二次退火以形成低阻的一硅化鎳。在常規(guī)的加工處理步驟中，該第二次退火可以與其它退火相組合。
在以上方法中，將多種添加劑用于形成能產(chǎn)生非結(jié)塊的一硅化鎳膜的Ni合金層。具體地講，為了阻滯一硅化鎳層的結(jié)塊和二硅化鎳相的形成而在該實(shí)施方案中使用合金添加劑。為了最有效地增加一硅化鎳層的高溫相的穩(wěn)定性，所選擇的合金添加劑可阻滯二硅化鎳相的形成。形成的低薄膜電阻的非結(jié)塊的一硅化鎳接觸點(diǎn)可以承受更高的溫度而不結(jié)塊或形成二硅化鎳相。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及包含本發(fā)明的方法的至少基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)的CMOS元件。具體地講，本發(fā)明的電接觸點(diǎn)包括含Si材料；和位于一部分所述的含Si材料上的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)，其中所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)含有一種或多種合金添加劑，其中所述的一種或多種合金添加劑含有至少一種抗結(jié)塊添加劑，其中所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)可以承受較高的處理溫度。
附圖簡(jiǎn)述圖1是在約660℃下在退火或未退火的多晶Si基質(zhì)上的一硅化物的薄膜電阻對(duì)時(shí)間的示意圖。
圖2是本發(fā)明的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)的橫截面示意圖。
圖3(a)-3(d)描述了對(duì)于加入到Ni中的各種合金元素的一硅化鎳的穩(wěn)定性和低電阻率的溫度窗。
圖4是在約660℃下在退火或未退火的多晶Si基質(zhì)上與一硅化鎳進(jìn)行比較的Ni合金一硅化物的薄膜電阻對(duì)時(shí)間的示意圖。
圖5是沉積在多晶Si的窄平行線上的三種Ni合金金屬層(具有各種摻雜劑)的線性電阻對(duì)溫度的示意圖。
圖6是描述其電阻小于Ni-Pt金屬合金層的三元Ni金屬合金的薄膜電阻對(duì)Pt濃度的示意圖。
發(fā)明詳述如上所述，本發(fā)明提供了制備低電阻率、基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物的方法，其中電阻率是約15至約25微歐姆-厘米。在現(xiàn)有技術(shù)中認(rèn)為，形成一硅化鎳層的主要限制是在高溫下高電阻率的二硅化鎳的形成?，F(xiàn)在本申請(qǐng)人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于Ni薄層的硅化作用，主要的溫度限制是一硅化鎳相的結(jié)塊，而不是如先前所理解的高電阻率的二硅化鎳相的形成。結(jié)塊開(kāi)始于晶粒間界的溝槽化，隨后是薄膜的隆起，形成具有更高的薄膜電阻的非連續(xù)的空隙層。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在Ni薄層的硅化過(guò)程中，一硅化物的結(jié)塊出現(xiàn)在遠(yuǎn)低于二硅化鎳相的形成的溫度。使用10-15nm厚的常規(guī)Ni金屬層，出現(xiàn)二硅化鎳的溫度是約700℃，然而發(fā)生結(jié)塊的溫度是約550℃。
本發(fā)明涉及其中將合金添加劑用于如下作用i)穩(wěn)定一硅化鎳相，ii)阻滯結(jié)塊，并且iii)穩(wěn)定一硅化鎳相并阻滯結(jié)塊，其中合金添加劑的組合并不有效地增加硅化鎳層的薄膜電阻。
用于阻滯一硅化鎳相的結(jié)塊的、在本發(fā)明中還被稱作抗結(jié)塊添加劑的合金添加劑包括但不限于如下元素Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re或其混合物。具體地講，用于阻滯結(jié)塊的合金添加劑優(yōu)選包括Ta、W、Re或其混合物。用于穩(wěn)定一硅化物相、在本文中還被稱作穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑的合金添加劑包括但不限于Ge、Rh、Pd、Pt或其混合物。
本發(fā)明的方法開(kāi)始于在一部分含Si材料上形成Ni合金層。常規(guī)的含Si材料包括但不限于Si、單晶Si、多晶Si、SiGe、無(wú)定形Si、絕緣基質(zhì)上的硅(SOI)、絕緣體上的SiGe(SGOI)、退火的多晶Si和多晶Si線性結(jié)構(gòu)。含Si材料可以是元件的基質(zhì)，或者是在基質(zhì)的頂上形成含Si層，例如多晶Si柵極或凸起的源極/漏極區(qū)域。
Ni合金層可以用常規(guī)沉積技術(shù)來(lái)形成。該常規(guī)沉積技術(shù)包括但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、借助于等離子體的CVD、高密度的化學(xué)氣相沉積(HDCVD)、電鍍、噴鍍、蒸發(fā)和化學(xué)溶液沉積。連續(xù)進(jìn)行Ni合金層的沉積，直至生成約30nm或更小、優(yōu)選約15nm或更小、甚至更優(yōu)選約10nm或更小的初始厚度。
合金添加劑以約0.01原子％至約50原子％的量、優(yōu)選以約0.01原子％至約2原子％的量、最優(yōu)選以約0.5原子％至約10原子％的量存在于Ni合金層中。合金添加劑可以在金屬合金的沉積過(guò)程中通過(guò)從合金目標(biāo)物中共沉積或共沉積首先在Ni合金層內(nèi)形成。另外，通過(guò)離子注入可以將合金添加劑引入到Ni金屬層。離子注入技術(shù)使用離子束混合不同離子類(lèi)型的離子以生成所需的組合，或者以需要達(dá)到適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量比的比率注入合金添加劑的所需種類(lèi)。此外，可通過(guò)雙層沉積將合金添加劑以離散層的形式引入到Ni膜之上。
正如以上所討論的那樣，合金添加劑的選擇取決于所需的金屬合金層的性能。本發(fā)明的一種實(shí)施方案是在約650℃或更高的溫度下阻滯一硅化鎳層的結(jié)塊。為了阻滯結(jié)塊，將合金元素加入到Ni金屬層，其中合金元素包括但不限于Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re或其混合物，最優(yōu)選Ta、W和Re。這些添加劑是抗結(jié)塊添加劑。
本發(fā)明的另一方面包括選擇可最有效地穩(wěn)定一硅化鎳相以在高溫下阻滯相變化生成二硅化鎳的合金添加劑。有效地穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑包括但不限于Ge、Rh、Pd、Pt或其組合。這些添加劑是穩(wěn)定一硅化鎳相的添加劑。一硅化鎳相的穩(wěn)定添加劑諸如Ge、Rh、Pd、Pt的潛在缺點(diǎn)在于它們?cè)黾恿斯杌噷拥谋∧る娮杪?，降低了作為接觸點(diǎn)的硅化鎳的性能。
本發(fā)明的第三種實(shí)施方案利用兩種合金添加劑(其能夠有效地阻滯結(jié)塊并有效地穩(wěn)定一硅化鎳相)形成三元Ni合金來(lái)形成硅化鎳。優(yōu)選將多種合金添加劑進(jìn)行選擇，一種選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re或其混合物以防止結(jié)塊；并且，另一種選自Ge、Rh、Pd、Pt或其混合物以為了相的穩(wěn)定性。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中使用的三元金屬合金層包含Ni、穩(wěn)定一硅化鎳相的添加劑和抗結(jié)塊添加劑。
利用以上的Ni的三元合金組合物的優(yōu)點(diǎn)是從相穩(wěn)定性和結(jié)塊方面來(lái)看可形成更穩(wěn)定的硅化鎳層。使用兩類(lèi)添加劑形成Ni的三元合金的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，雖然最有效地穩(wěn)定一硅化鎳相的添加劑增加了其中形成的硅化鎳的薄膜電阻，但是用作合金添加劑以阻滯結(jié)塊的元素使硅化鎳的薄膜電阻增加的程度較小。因此，通過(guò)混合兩種添加劑可以取得較低的薄膜電阻率和一硅化鎳相的穩(wěn)定性的兩個(gè)效果。出乎意料地是，在三元金屬合金層中結(jié)合兩種合金添加劑產(chǎn)生的薄膜電阻顯著低于僅使用對(duì)相穩(wěn)定有效的合金添加劑的硅化物的薄膜電阻。
任選地，在形成Ni金屬合金層之后，可在金屬合金層上形成阻擋層。該任選的阻擋層可以含有任何能防止Ni金屬合金層氧化的物質(zhì)。適于阻擋層的物質(zhì)的例子包括但不限于SiN、TaN、TiON、TiN及其混合物。將任選的阻擋層在金屬合金層的退火過(guò)程中除去。
在形成Ni合金層之后，在能夠有效地將金屬合金層的一部分轉(zhuǎn)化成非結(jié)塊的Ni合金一硅化物的溫度下進(jìn)行退火處理步驟。熱退火經(jīng)常利用快速熱退火(RTA)或其它常規(guī)的退火方法進(jìn)行。與常規(guī)的半導(dǎo)體元件生產(chǎn)相一致，約650℃的熱量持續(xù)大約30分鐘是適當(dāng)?shù)?。適用于退火的其它溫度包括約250℃至600℃，最優(yōu)選約400℃至550℃。
任選地，進(jìn)行第二次退火至能夠有效地進(jìn)一步減小硅化物接觸點(diǎn)的電阻的溫度。由于上述的非結(jié)塊的一硅化鎳接觸點(diǎn)的高溫性能，第二次退火可以在約500℃至700℃、最優(yōu)選在500℃至600℃下進(jìn)行。
低溫退火形成富含金屬的硅化物相，其可以耐得住選擇性蝕刻處理步驟。低溫退火在低于約500℃、優(yōu)選低于約350℃下進(jìn)行。富含金屬的相可以是Ni3Si2、Ni2Si，并且可能甚至是Ni31Si12和Ni3Si，其中Ni的含量高于硅的含量。當(dāng)生成富含金屬的相時(shí)，需要第二次高溫退火以形成低電阻率的一硅化鎳。
在形成非結(jié)塊的一硅化鎳層之后，使用常規(guī)的蝕刻方法諸如濕蝕刻、反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)、離子束蝕刻或等離子體蝕刻將Ni金屬合金層的未反應(yīng)的殘留部分除去。當(dāng)與蝕刻步驟中除去的未反應(yīng)的金屬層相比，殘留的所形成的非結(jié)塊的一硅化鎳層更耐蝕刻處理步驟。非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)的最終厚度為約15nm至35nm。以上硅化物的形成與本領(lǐng)域已知的常規(guī)的半導(dǎo)體加工處理步驟相適應(yīng)。
本發(fā)明的另一方面涉及使用以上方法產(chǎn)生的CMOS元件。參照?qǐng)D2，本發(fā)明的CMOS元件包括在含Si材料10上形成的低電阻率、基本上非結(jié)塊的一硅化鎳接觸點(diǎn)。
非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)1可進(jìn)行與常規(guī)半導(dǎo)體的生產(chǎn)有關(guān)的高溫處理而不對(duì)接觸點(diǎn)的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。本發(fā)明的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)的成分包括至少一種以約0.01原子％至約50原子％的量存在的合金添加劑。將合金添加劑進(jìn)行選擇，如以上本發(fā)明的方法所述。
給出以下實(shí)施例來(lái)解釋本發(fā)明并且例證其中所產(chǎn)生的某些優(yōu)點(diǎn)。在以下實(shí)施例中，使用沉積到常規(guī)基質(zhì)上的10nm厚的Ni金屬合金層來(lái)形成一硅化鎳膜。
在本發(fā)明的Ni合金層(包括合金添加劑)的退火過(guò)程中，使用電阻和彈性光散射測(cè)量以及使用原位X-射線衍射測(cè)定相穩(wěn)定性和結(jié)塊。將X-射線衍射用于確定形成一硅化鎳相的溫度范圍。將這些測(cè)量結(jié)果描繪在圖3(a)-(d)中，其中實(shí)心的黑棒形圖代表所示的合金添加劑的一硅化鎳相的溫度窗。
電阻的測(cè)定表示未發(fā)生結(jié)塊的溫度窗，導(dǎo)致低電阻率硅化物的形成。將電阻的測(cè)定結(jié)果描繪在圖3(a)-(d)中，其中灰色陰影的棒形圖表示溫度窗，視窗的上限和下限表示在所述的相應(yīng)溫度下最小電阻值增加20％。以約3℃/秒的升溫速率、從約100℃至950℃記錄測(cè)量結(jié)果。
實(shí)施例1合金添加劑在高溫下能夠有效地穩(wěn)定一硅化鎳相的Ni合金層的形成在該實(shí)施例中，將在高溫下能夠有效地穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑引入到金屬合金層，將其沉積到摻雜As的多晶Si基質(zhì)上。
形成Ni金屬合金，其中合金添加劑以約10原子％的量存在。最有效地穩(wěn)定一硅化物相的合金添加劑選自Rh、Pd、Ge和Pt。最優(yōu)選用于穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑是Pt。
參照?qǐng)D3(a)-(d)，與從常規(guī)的Ni金屬合金層形成的硅化物與溫度窗進(jìn)行比較，對(duì)于合金化金屬層的相穩(wěn)定性和低電阻率，顯然合金添加劑Ge、Rh、Pd和Pt在阻滯二硅化鎳相的形成方面是非常有效的。使用10nm Ni金屬層的一硅化鎳相能夠穩(wěn)定的最高溫度大約是700℃，低電阻率硅化物的溫度范圍是約320℃至約560℃。在與常規(guī)的Ni金屬層的比較中，對(duì)于硅化鎳的形成，當(dāng)使用引入10原子％Pt的Ni金屬合金層時(shí)，一硅化物相能夠穩(wěn)定的最大溫度增至大于約900℃，并且，低電阻率的溫度窗增至約400℃至600℃。
實(shí)施例2合金添加劑在硅化中能夠有效地阻滯結(jié)塊的Ni合金層的形成在該實(shí)施例中，將在高溫下能夠有效地穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑引入到10nm Ni金屬合金層，將其沉積到摻雜As的多晶Si基質(zhì)上。
形成含有10原子％合金添加劑的Ni金屬合金，其中最有效地阻滯結(jié)塊的合金添加劑選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W和Re。最優(yōu)選用于阻滯結(jié)塊的合金添加劑是Zr、Ta、W和Re。
參照?qǐng)D3(a)-(d)，對(duì)于相穩(wěn)定性和低電阻率的溫度窗表示添加劑Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W和Re在阻滯一硅化鎳相的結(jié)塊方面是非常有效的，因此與常規(guī)的Ni金屬層相比，對(duì)于低電阻率的硅化鎳的形成而增加了溫度窗。使用常規(guī)的Ni金屬層，一硅化鎳相能夠穩(wěn)定的最高溫度大約是700℃，并且，低電阻率的溫度范圍是約320℃至約560℃。
仍然參照?qǐng)D3(a)-(d)，合金化含有優(yōu)選添加劑Zr、Ta、W和Re的Ni金屬層與常規(guī)的Ni金屬層的硅化作用相比即增加了低電阻率的溫度窗，又沒(méi)有影響或者稍微增加了一硅化物相的穩(wěn)定性。合金化含有Zr和Ta的Ni金屬層未在很大程度上影響一硅化物相的穩(wěn)定性，然而，生成低電阻率硅化物的溫度窗的最高值增至約600℃。當(dāng)合金添加劑是W時(shí)，一硅化物相的穩(wěn)定性稍有增加至大于約700℃，并且，低電阻率硅化物的形成的溫度窗增至約350℃至約650℃。最后，當(dāng)合金添加劑是Re時(shí)，相穩(wěn)定性的溫度窗為約350℃至約750℃，并且，低電阻率硅化物的形成的溫度窗是約350℃至600℃。
實(shí)施例3合金添加劑在硅化中能夠有效地阻滯結(jié)塊并能夠穩(wěn)定一硅化物相的Ni合金層的形成在該實(shí)施例中，將能夠有效地阻滯結(jié)塊并能夠穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑引入到金屬的三元合金層中以有利于形成低電阻率的一硅化鎳層。將金屬的三元合金層沉積到全部的薄膜基質(zhì)上，其包括n摻雜的、p摻雜的、未摻雜的多晶Si以及寬度約為90nm、長(zhǎng)度約為8mm的多晶Si的窄平行線。
形成含有10原子％合金添加劑的Ni的三元金屬合金，其中將合金添加劑進(jìn)行選擇以在硅化過(guò)程中有效地阻滯結(jié)塊并且穩(wěn)定一硅化鎳相。最有效地延阻滯塊的合金添加劑選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W和Re。最有效地穩(wěn)定一硅化物相的合金添加劑選自Rh、Pd、Ge和Pt。最優(yōu)選的金屬合金組合物包括含有約5原子％Re和約5原子％Pt的Ni金屬層。
圖4描繪了含有約5原子％Re和約5原子％Pt的Ni金屬層的薄膜電阻，其中在熱退火過(guò)程中在約660℃下將電阻作為時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行測(cè)定。雖然在大約660℃下退火約6分鐘的純Ni膜的薄膜電阻增加了約60％；但是含有約5原子％Re和Pt的Ni金屬合金表明在約660℃下約20分鐘后其薄膜電阻率的增加量小于約20％。從未覆蓋的硅化物層得到電阻率測(cè)量結(jié)果。如按常規(guī)的處理過(guò)程將硅化物進(jìn)行覆蓋，電阻率的測(cè)量結(jié)果甚至?xí)　?br> 圖5描繪了對(duì)沉積在寬度約為90nm、長(zhǎng)度約為8mm的多晶Si的窄平行線的p摻雜、n摻雜和未摻雜基質(zhì)上的純Ni金屬層和三元Ni金屬合金層(約5原子％Pt和約5原子％Re)的比較。如圖5所述，三元Ni金屬合金層比常規(guī)的Ni金屬層能夠承受更高的溫度而不形成高電阻率的硅化鎳層。
正如以上所討論的那樣，顯然元件加工處理的限制因素不是二硅化鎳相的形成，而是一硅化鎳相的結(jié)塊。已證明，對(duì)于厚度小于約15nm的膜，結(jié)塊的開(kāi)始發(fā)生在低于生成二硅化鎳的相變化的溫度下。
本發(fā)明的Ni的三元金屬合金的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其具有相穩(wěn)定性以及低電阻。盡管提高相穩(wěn)定性的添加劑也有助于阻滯結(jié)塊，當(dāng)與常規(guī)的Ni金屬層相比較時(shí)，顯然，隨著相穩(wěn)定添加劑的增加，形成的硅化物的電阻率也增加。參照?qǐng)D6，將上述性質(zhì)的一個(gè)例子描述在含有5原子％Pt和約5原子％Re的三元Ni金屬合金中，其中，當(dāng)將其與僅引入相穩(wěn)定性添加劑諸如Pt的Ni合金相比較時(shí)，三元合金阻滯結(jié)塊，增加一硅化鎳相的相穩(wěn)定性并且降低薄膜電阻。
盡管已經(jīng)具體地表示了本發(fā)明并且描述了其優(yōu)選的實(shí)施方案，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以在形式和細(xì)節(jié)上作出前述的以及其它變化而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，目的并不是將本發(fā)明限制在所述的確切形式和細(xì)節(jié)，而是在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.制備基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物的方法，該方法包括如下步驟(a)在一部分含Si材料上形成Ni合金層，其中所述的Ni合金層含有一種或多種合金添加劑，其中所述的一種或多種合金添加劑包括至少一種抗結(jié)塊添加劑；(b)將所述的Ni合金層在有效地將一部分所述的Ni合金層轉(zhuǎn)化成Ni合金一硅化物層的溫度下退火，所述的Ni合金一硅化物層比所述的Ni合金層具有更高的蝕刻阻力；并且(c)除去步驟(b)中未轉(zhuǎn)化的殘留的Ni合金層。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在步驟(b)之前在所述的Ni合金層上形成阻擋層，其中將所述的阻擋層通過(guò)步驟(c)除去。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在步驟(c)之后在減小所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物的電阻率的溫度下進(jìn)行的第二次退火。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的至少一種抗結(jié)塊添加劑包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re或其混合物。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的至少一種抗結(jié)塊添加劑是Ta、W或Re或其混合物。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的一種或多種合金添加劑還包含至少一種穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑以阻滯二硅化鎳相的形成。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的至少一種穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑包含Ge、Rh、Pd、Pt或其混合物。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的一種或多種合金添加劑以約0.01原子％至約50原子％的量存在于所述的Ni合金層中。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的一種或多種合金添加劑以約0.01原子％至約20原子％的量存在于所述的Ni合金層中。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的含Si材料包括單晶Si、多晶Si、退火的多晶Si、SiGe、無(wú)定形Si、絕緣體上的硅(SOI)或絕緣體上的SiGe(SGOI)。
11.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的Ni合金層的初始厚度小于20nm。
12.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的Ni合金層的初始厚度小于15nm。
13.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的Ni合金層的初始厚度小于10nm。
14.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的Ni合金層通過(guò)首先沉積Ni然后用一種或多種合金添加劑摻雜所述的Ni來(lái)形成。
15.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的Ni合金層是通過(guò)首先沉積所述的Ni、然后將合金添加劑的膜沉積到所述的Ni之上而形成的雙層。
16.制備基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物的方法，該方法包括如下步驟(a)在一部分含Si材料上形成Ni合金層，其中所述的Ni合金層含有合金添加劑，其中所述合金添加劑含有至少一種抗結(jié)塊添加劑和至少一種穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑；(b)將所述的Ni合金層在有效地將一部分所述的Ni合金層轉(zhuǎn)化成Ni合金一硅化物層的溫度下退火，所述的Ni合金一硅化物層比所述的Ni合金層具有更高的蝕刻阻力；并且(c)除去步驟(b)中未轉(zhuǎn)化的殘留的Ni合金層。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的至少一種抗結(jié)塊添加劑與所述的至少一種穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑相比能更有效地減小薄膜電阻。
18.權(quán)利要求16所述的方法，其還包括在步驟(b)之前在所述的Ni合金層上形成阻擋層，其中將所述的阻擋層通過(guò)步驟(c)除去。
19.權(quán)利要求16所述的方法，其還包括在步驟(c)之后在減小所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物的電阻率的溫度下進(jìn)行的第二次退火。
20.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的至少一種抗結(jié)塊添加劑包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re或其混合物。
21.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的至少一種抗結(jié)塊添加劑是Ta、W或Re或其混合物。
22.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的至少一種穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑包含Ge、Rh、Pd、Pt或其混合物。
23.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的合金添加劑以約0.01原子％至約50原子％的量存在于所述的Ni合金層中。
24.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的合金添加劑以約0.01原子％至約20原子％的量存在于所述的Ni合金層中。
25.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的含Si材料包括單晶Si、多晶Si、退火的多晶Si、SiGe、無(wú)定形Si、絕緣體上的硅(SOI)或絕緣體上的SiGe(SGOI)。
26.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的Ni合金層的初始厚度小于20nm。
27.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的Ni合金層的初始厚度小于15nm。
28.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的Ni合金層的初始厚度小于10nm。
29.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的Ni合金層通過(guò)首先沉積Ni然后用所述的合金添加劑摻雜所述的Ni來(lái)形成。
30.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的Ni合金層是通過(guò)首先沉積所述的Ni、然后將合金添加劑的膜沉積到所述Ni之上而形成的雙層。
31.一種電接觸點(diǎn)，其包括含Si材料；和位于一部分所述的含Si材料上的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)，其中所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)含有一種或多種合金添加劑，其中所述的一種或多種合金添加劑包括至少一種抗結(jié)塊添加劑，其中所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)可以承受較高的處理溫度。
32.權(quán)利要求31所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的含Si材料包括單晶Si、多晶Si、退火的多晶Si、SiGe、無(wú)定形Si、絕緣體上的硅(SOI)或絕緣體上的SiGe(SGOI)。
33.權(quán)利要求31所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的至少一種抗結(jié)塊添加劑包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re或其混合物。
34.權(quán)利要求31所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的至少一種抗結(jié)塊添加劑是Ta、W或Re或其混合物。
35.權(quán)利要求31所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的至少一種抗結(jié)塊的添加劑以約0.01原子％至約50原子％的量存在于所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)中。
36.權(quán)利要求31所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的至少一種抗結(jié)塊的添加劑以約0.01原子％至約20原子％的量存在于所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)中。
37.權(quán)利要求31所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的一種或多種合金添加劑以約0.01原子％至約50原子％的量存在于所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)中。
38.權(quán)利要求31所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的一種或多種合金添加劑以約0.01原子％至約20原子％的量存在于所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)中。
39.權(quán)利要求31所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金層一硅化物接觸點(diǎn)還包括至少一種穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑。
40.權(quán)利要求31所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的至少一種穩(wěn)定合金添加劑的一硅化鎳相包含Ge、Rh、Pd、Pt或其混合物。
41.權(quán)利要求39所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的一種或多種合金添加劑以約0.01原子％至約50原子％的量存在于所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)中。
42.權(quán)利要求39所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的一種或多種合金添加劑以約0.01原子％至約50原子％的量存在于所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)中。
43.權(quán)利要求39所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)的厚度小于100nm。
44.權(quán)利要求39所述的電接觸點(diǎn)，其中所述的基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物接觸點(diǎn)的厚度小于30nm。
45.制備基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物的方法，該方法包括如下步驟(a)在一部分含Si材料上形成Ni合金層，其中所述的Ni合金層含有一種或多種合金添加劑，其中所述的一種或多種合金添加劑包括至少一種抗結(jié)塊添加劑；(b)將所述的Ni合金層在有效形成富含金屬的硅化物層的溫度下退火，其中可以將所述的富含金屬的硅化物層選擇性地蝕刻；(c)除去步驟(b)中未轉(zhuǎn)化的殘留的Ni合金層；并且(d)進(jìn)行能夠有效地形成低電阻率的一硅化鎳的第二次退火。
46.權(quán)利要求45所述的方法，其中所述的至少一種抗結(jié)塊添加劑包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re或其混合物。
47.權(quán)利要求45所述的方法，其中所述的至少一種抗結(jié)塊添加劑是Ta、W或Re或其混合物。
48.權(quán)利要求45所述的方法，其中所述的一種或多種合金添加劑還包含至少一種穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑以阻滯二硅化鎳相的形成。
49.權(quán)利要求48所述的方法，其中所述的至少一種穩(wěn)定一硅化鎳相的合金添加劑包含Ge、Rh、Pd、Pt或其混合物。
全文摘要
一種提供用于半導(dǎo)體元件的低阻非結(jié)塊的一硅化鎳接觸點(diǎn)的方法。其中，制備基本上非結(jié)塊的Ni合金一硅化物的本發(fā)明方法包括如下步驟在一部分含Si基質(zhì)上形成金屬合金層，其中所述的金屬合金層含有Ni和一種或多種合金添加劑，其中所述的合金添加劑是Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re或其混合物；將金屬合金層在一定的溫度下退火以將一部分所述的金屬合金層轉(zhuǎn)化成Ni合金一硅化物層；然后除去未轉(zhuǎn)化成Ni合金一硅化物的殘留的金屬合金層。將合金添加劑選擇用于相穩(wěn)定性并且阻滯結(jié)塊。最有效地阻滯結(jié)塊的合金添加劑在生成低薄膜電阻的硅化物方面最有效。
文檔編號(hào)H01L21/44GK1514473SQ20031011308
公開(kāi)日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者C·小卡布拉爾, R·A·卡拉瑟斯, C·德塔韋尼耶, J·M·E·哈珀, C·拉沃耶, C 小卡布拉爾, E 哈珀, つ嵋, 卡拉瑟斯, 忠 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司