硅化物连接层的形成方法及半导体器件

本申请涉及半导体，特别涉及一种硅化物连接层的形成方法及半导体器件。

背景技术：

1、在集成电路工艺中，硅化物连接层的形成过程是前段工艺和后段工艺的中间关键环节。现有制程里硅化物连接层的形成过程包括：阻挡层的光刻步骤、阻挡层的蚀刻步骤、金属离子注入或沉积步骤、第一次快速热退火（rapid thermal annealing，简称rta）步骤、残余金属去除（strip）步骤、第二次快速热退火步骤。

2、然而，残余金属去除步骤中hpm溶液和apm溶液在去除未反应的金属时也会同时氧化部分金属硅化物，氧化后的金属硅化物在后续制程中会被去除，从而使得形成的硅化物连接层如图1所示出现凹槽（recess），该过程中金属硅化物的损失量一般在50埃-100埃，这样不仅使得形成的硅化物连接层无法很好地降低接触电阻，进而影响半导体器件电性，降低半导体器件的灵敏度；还会对半导体器件的可靠性造成影响，使半导体器件无法正常工作，从而降低良率。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本申请的目的在于提供一种硅化物连接层的形成方法及半导体器件，通过改良硅化物连接层的形成过程使得残余金属去除步骤中不会损失金属硅化物。

2、根据本发明的第一方面，提供一种硅化物连接层的形成方法，包括：

3、提供一半导体结构，所述半导体结构的材质包括硅；

4、在所述半导体结构上形成保护层并在所述保护层上形成金属层；

5、执行退火工艺，以使所述金属层中的金属粒子穿过所述保护层与所述半导体结构中的硅反应而形成中间层；

6、在所述保护层保护所述中间层的情况下将所述金属层的剩余部分去除；

7、再次执行退火工艺以使所述中间层与所述半导体结构中的硅继续反应而形成硅化物连接层，并且去除所述保护层。

8、可选地，所述金属层的材质为镍。

9、可选地，所述保护层的材质为硅酸铪或二氧化铪，所述保护层在所述硅化物连接层形成后去除。

10、可选地，所述形成方法还包括：

11、在所述保护层上形成金属层之后，在所述金属层上形成隔离层；

12、以及在形成所述中间层之后和将所述金属层的剩余部分去除之前，将所述隔离层去除。

13、可选地，所述隔离层的材质为氮化钛，将所述隔离层去除和将所述金属层的剩余部分去除，包括：采用干法刻蚀工艺去除所述金属层的剩余部分和所述隔离层且采用的刻蚀气体为溴化氢气体或者纯氯气。

14、可选地，去除所述保护层，包括：采用干法刻蚀工艺去除所述保护层且采用的刻蚀气体为三氯化硼气体和氯气。

15、可选地，所述形成方法还包括：在所述半导体结构上形成保护层之前，向所述半导体结构注入惰性元素粒子以将所述半导体结构的晶格打散。

16、可选地，所述惰性元素粒子为氙原子。

17、可选地，所述半导体结构包括设置在衬底上的栅极结构和设置在所述衬底中且位于所述栅极结构两侧的掺杂区，所述栅极结构包括层叠设置的栅介质层和栅导体层以及覆盖所述栅介质层侧壁和所述栅导体层侧壁和表面的隔离结构；

18、所述形成方法还包括：在所述衬底上形成阻挡层且所述阻挡层在所述隔离结构和所述掺杂区上开口，所述保护层覆盖所述阻挡层以及所述掺杂区表面和所述隔离结构表面。

19、根据本发明的第二方面，提供一种半导体器件，所述半导体器件包括硅化物连接层，所述硅化物连接层通过第一方面所述的任一种形成方法形成。

20、本申请意想不到的技术效果是：

21、本申请提供的硅化物连接层的形成方法，包括：提供一半导体结构，半导体结构的材质包括硅；在半导体结构上形成保护层并在保护层上形成金属层；执行退火工艺，以使金属层中的金属粒子穿过保护层与半导体结构中的硅反应而形成中间层；在保护层保护中间层的情况下将金属层的剩余部分去除；再次执行退火工艺以使中间层与半导体结构中的硅继续反应而形成硅化物连接层，之后去除保护层。因而，中间保护层不会在金属层的剩余部分去除的过程中损失，最终形成的硅化物连接层具有较高质量，进而半导体器件的性能和良率不会因硅化物连接层的质量较差而降低。

22、进一步地，金属层的材质为镍。由于镍原子体积小且具有高扩散性，因而在退火工艺的执行过程中极易扩散而穿过保护层，从而保护层的存在基本不影响金属层中金属粒子与半导体结构中硅之间的反应。

23、进一步地，保护层的材质为硅酸铪或二氧化铪。采用硅酸铪或二氧化铪的保护层不仅保护中间层在金属层的剩余部分去除的过程中不损失，而且能够降低硅化物的界面能，抑制镍硅化物的团聚效应，延缓硅化物连接层中副产物nisi2的生成，从而能够提高硅化物连接层的热稳定性。

24、进一步地，金属层上有隔离层，隔离层的材质为氮化钛，采用干法刻蚀工艺去除金属层的剩余部分和隔离层且采用的刻蚀气体为溴化氢气体或者纯氯气。由于溴化氢气体和纯氯气皆不与硅酸铪以及二氧化铪反应，因而金属层的剩余部分和隔离层去除的过程中保护层的表面不会损伤，进而中间层能够在保护层的保护下不损失。

25、进一步地，采用干法刻蚀工艺去除保护层且采用的刻蚀气体为三氯化硼气体和氯气。由于混有三氯化硼气体的氯气对硅酸铪或二氧化铪具有高选择比，因而在完全去除采用硅酸铪或二氧化铪的保护层的同时不会损伤硅化物连接层，从而减少了硅化物连接层的表面粗糙度，增强了半导体器件的整流特性，对半导体器件电性改善有益。

26、进一步地，在半导体结构上形成保护层之前，向半导体结构注入惰性元素粒子以将半导体结构的晶格打散，这样更加方便金属层中金属粒子在半导体结构中扩散，从而能够弥补保护层造成的金属粒子在半导体结构中扩散深度的减少量，并且惰性元素粒子不会造成半导体结构发生材质变化。

技术特征：

1.一种硅化物连接层的形成方法，包括：

2.根据权利要求1所述的形成方法，其中，所述金属层的材质为镍。

3.根据权利要求2所述的形成方法，其中，所述保护层的材质为硅酸铪或二氧化铪，所述保护层在所述硅化物连接层形成后去除。

4.根据权利要求3所述的形成方法，还包括：

5.根据权利要求4所述的形成方法，其中，所述隔离层的材质为氮化钛，将所述隔离层去除和将所述金属层的剩余部分去除，包括：采用干法刻蚀工艺去除所述金属层的剩余部分和所述隔离层且采用的刻蚀气体为溴化氢气体或者纯氯气。

6.根据权利要求3所述的形成方法，其中，去除所述保护层，包括：采用干法刻蚀工艺去除所述保护层且采用的刻蚀气体为三氯化硼气体和氯气。

7.根据权利要求1所述的形成方法，还包括：在所述半导体结构上形成保护层之前，向所述半导体结构注入惰性元素粒子以将所述半导体结构的晶格打散。

8.根据权利要求7所述的形成方法，其中，所述惰性元素粒子为氙原子。

9.根据权利要求1所述的形成方法，其中，

10.一种半导体器件，包括硅化物连接层，所述硅化物连接层通过权利要求1-9中任一项所述的形成方法形成。

技术总结本申请公开了硅化物连接层的形成方法及半导体器件，该形成方法包括：提供一半导体结构，半导体结构的材质包括硅；在半导体结构上形成保护层并在保护层上形成金属层；执行退火工艺，以使金属层中的金属粒子穿过保护层与半导体结构中的硅反应而形成中间层；在保护层保护中间层的情况下将金属层的剩余部分去除；再次执行退火工艺以使中间层与半导体结构中的硅继续反应而形成硅化物连接层，并且去除保护层。本申请在去除金属层的剩余部分的过程中中间层因保护层的保护不受损失，有利于提高半导体器件的性能。技术研发人员：高瑛丁雄,张新受保护的技术使用者：安徽大学技术研发日：技术公布日：2025/1/13