靶材及设定靶材元素配比方法

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专利名称：靶材及设定靶材元素配比方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及靶材及设定靶材元素配比方法。
技术背景
随着集成电路向超大规模集成电路发展，集成电路内部的电路密度越来越大，所包含的元件数量也越来越多。在半导体集成电路中，金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor, MOS)晶体管是其中最为重要的元件之一，随着半导体集成电路的进一步发展，半导体元件的尺寸也随之减小，MOS晶体管的工艺也有许多的改进。
现有的MOS晶体管工艺是在半导体衬底上形成栅极结构，在栅极结构相对两侧的衬底中形成轻掺杂漏极结构(Lightly Doped Dmin，LDD)，接着在栅极结构侧壁形成侧墙，并以包括侧墙的栅极结构为掩膜，进行离子注入步骤，在半导体衬底中形成源极区和漏极区。
为了将晶体管的栅极、源极和漏极适当的电连接，现有的半导体工艺会形成与晶体管的栅极、源极和漏极相对应的接触插塞来进行导通。通常接触插塞会填充金属，然而金属与栅极结构、源极区和漏极区的多晶硅或单晶硅之间导通并不理想，接触电阻比较高，为了改善接触插塞与栅极结构、源极区和漏极区的接触电阻，通常会在栅极结构、源极区和漏极区的表面形成金属硅化物(Silicide)。
目前广泛应用的是自对准金属硅化物6elf-aligned Silicide, salicide)工艺来形成金属硅化物，在例如申请号为200510106939.7的中国专利申请中还能发现更多关于自对准硅化物工艺的相关信息。
现有的金属硅化物通常选用钛硅化物或者钴硅化物，现有的自对准硅化物的电阻会随着半导体器件的线宽或接触面积的减小而增加，并且现有自对准硅化物的元素会扩散至衬底中，使得源极区和漏极区的硅原子晶格结构被打乱，容易造成源极、漏极和衬底接触面的漏电流。发明内容
本发明解决的技术问题是避免出现源极、漏极和衬底接触面的漏电流现象。
为解决上述问题，本发明提供一种设定靶材元素配比方法，包括如下步骤提供第一靶材，所述第一靶材包括第一元素和第二元素；采用所述第一靶材在衬底上形成薄膜；测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据；根据所述衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据，设定与衬底区域对应的靶材区域的元素配比，形成第二靶材。
可选的，所述第一靶材的元素配比为均一的元素配比。
可选的，采用所述第二靶材在衬底上形成的薄膜元素配比均一性高于采用所述第一靶材在衬底上形成的薄膜。
可选的，所述靶材第一元素为镍，所述第二元素为钼。
可选的，所述测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据具体包括以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为至少2个检测区域；分别在检测区域取样，采用元素分析仪器测试样品的元素配比。可选的，所述测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据具体包括以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为3个检测区域，衬底的中心区域为直径为100毫米的圆形，中间区域为直径为200毫米去除中心区域的圆环，边缘区域为衬底去除中心区域和中间区域的剩余区域；分别在检测区域取样，采用元素分析仪器测试样品的元素配比。可选的，所述根据所述衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据，设定与衬底区域对应的靶材区域的元素配比具体包括以靶材的中心为圆心将靶材划分为3个区域，所述靶材的中心区域为150毫米士 10毫米的圆形，所述靶材的中间区域为直径为300 毫米士20毫米去除中心区域的圆环，所述靶材的边缘区域为450毫米士30毫米去除中心区域和中间区域的圆环；所述靶材的中心区域的钼元素百分比为6%，镍元素百分比为 94%；所述靶材的中间区域的钼元素百分比为5%，镍元素百分比为95%;所述靶材的边缘区域的钼元素百分比为4.97%，镍元素百分比为95.03%。本发明还提供了一种靶材，所述靶材包括靶材坯料；所述靶材坯料包括第一元素和第二元素；所述靶材坯料包括多重区域；所述靶材坯料区域的元素配比根据均一元素配比的靶材形成的薄膜在衬底不同区域的元素配比数据设定。可选的，所述靶材第一元素为镍，所述第二元素为钼。可选的，所述靶材坯料包括多重区域为以靶材的中心为圆心将靶材划分为3个区域，所述靶材的中心区域为150毫米士 10毫米的圆形，所述靶材的中间区域为直径为 300毫米士20毫米去除中心区域的圆环，所述靶材的边缘区域为450毫米士30毫米去除中心区域和中间区域的圆环。可选的，所述靶材的中心区域的钼元素百分比为6%，镍元素百分比为94%;所述靶材的中间区域的钼元素百分比为5%，镍元素百分比为95%;所述靶材的边缘区域的钼元素百分比为4.97%,镍元素百分比为95.03%。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明提供的设定靶材元素配比方法和靶材能够降低靶材中贵重金属的含量，降低靶材的成本，并且能够提高靶材形成的薄膜的元素均一性，降低出现源极、漏极和衬底接触面的漏电流现象。

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图1是本发明设定靶材元素配比方法的流程示意图。
具体实施例方式本发明的发明人经过大量的实验，发现金属硅化物中的金属材料选取跟金属硅化物的性能有直接联系，钛硅化物被最早广泛应用于0.25微米以上MOS技术的金属硅化物，其工艺是首先采用诸如物理溅射等方法将钛金属沉积在晶片上，然后经过600摄氏度至700摄氏度的第一次退火，得到高阻的中间相C49，然后再经过800摄氏度至900摄氏度的第二次退火使C49相转变成最终需要的低阻C54相，但是钛硅化物的电阻会随着线宽或接触面积的减小而增加，并且随着线宽或者接触面积的减小，从C49相到C54相的相变过程会由原先的二维模式转变成一维模式，这使得相变的温度大大增加，相变温度提高导致需要更高的退火温度，而过高的退火温度会使主要的扩散元素硅扩散加剧而造成漏电甚至短路的问题。并且随着MOS尺寸的不断变小，钛硅化物相变不充分而使接触电阻增加的现象也很难避免。本发明的发明人经过进一步实验，发现从0.18微米到90纳米技术节点，钴硅化物在该尺寸条件下没有出现线宽效应，但当技术向前推进到45纳米节点及其以下时，钴硅化物相变成核过程会受到极大的限制，因此线宽效应将会出现。现有技术中通常选用镍硅化物作为金属硅化物的材料，其工艺是首先采用诸如物理溅射等方法将镍靶材上的镍金属沉积在晶片，然后经过退火工艺形成镍硅化物的金属硅化物，镍硅化物的金属硅化物具有退火温度低等优点，但是镍硅化物高于700摄氏度左右时会因为团聚和相变而生成高阻的NiSi2相，因此对之后的半导体工艺中各个步骤的最高温度产生了限制，而且在后续的高温工艺中，镍硅化物中的镍会扩散至衬底，导致器件失效。为此，本发明的发明人经过大量的实验，发现在镍硅化物中掺入金属Pt能提高镍硅化物的金属硅化物的高温稳定性，但是由于制备镍硅化物的镍靶材通常都是采用均一元素配比靶材，而由于制备薄膜设备的均一性的局限性的存在，使得在薄膜不同位置，使得制备的薄膜的元素配比与靶材有不同的误差，具体地说，以Pt元素百分比为 5%的镍靶材制备镍硅化物薄膜为例，在晶片衬底上制备镍硅化物薄膜，在衬底的中间位置，镍硅化物薄膜中Pt的元素百分比为3.23%，而在衬底的边缘位置，镍硅化物薄膜中 Pt的元素百分比为4.25%，由于衬底中间的镍硅化物薄膜中Pt比较低，中间形成的镍硅化物薄膜容易出现镍硅化物中的镍会扩散至衬底的现象，而现有的解决方案是提高靶材内的Pt元素百分比含量，由于金属Pt的价格昂贵，使得投入的费用大大增加。为此，本发明的发明人提供了一种设定靶材元素配比方法，包括如下步骤提供第一靶材，所述第一靶材包括第一元素和第二元素；采用所述第一靶材在衬底上形成薄膜；测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据；根据所述衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据，设定与衬底区域对应的靶材区域的元素配比，形成第二靶材。可选的，所述第一靶材的元素配比为均一的元素配比。可选的，采用所述第二靶材在衬底上形成的薄膜元素配比均一性高于采用所述第一靶材在衬底上形成的薄膜。可选的，所述靶材第一元素为镍，所述第二元素为钼。可选的，所述测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据具体包括以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为至少2个检测区域；分别在检测区域取样，采用元素分析仪器测试样品的元素配比。可选的，所述测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据具体包括以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为3个检测区域，衬底的中心区域为直径为100毫米的圆形，中间区域为直径为200毫米去除中心区域的圆环，边缘区域为衬底去除中心区域和中间区域的剩余区域；分别在检测区域取样，采用元素分析仪器测试样品的元素配比。
可选的，所述根据所述衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据，设定与衬底区域对应的靶材区域的元素配比具体包括以靶材的中心为圆心将靶材划分为3个区域，所述靶材的中心区域为150毫米士 10毫米的圆形，所述靶材的中间区域为直径为300 毫米士20毫米去除中心区域的圆环，所述靶材的边缘区域为450毫米士30毫米去除中心区域和中间区域的圆环；所述靶材的中心区域的钼元素百分比为6%，镍元素百分比为 94%；所述靶材的中间区域的钼元素百分比为5%，镍元素百分比为95%;所述靶材的边缘区域的钼元素百分比为4.97%，镍元素百分比为95.03%。
本发明还提供了一种靶材，所述靶材包括靶材坯料；所述靶材坯料包括第一元素和第二元素；所述靶材坯料包括多重区域；所述靶材坯料区域的元素配比根据均一元素配比的靶材形成的薄膜在衬底不同区域的元素配比数据设定。
可选的，所述靶材第一元素为镍，所述第二元素为钼。
可选的，所述靶材坯料包括多重区域为以靶材的中心为圆心将靶材划分为3个区域，所述靶材的中心区域为150毫米士 10毫米的圆形，所述靶材的中间区域为直径为 300毫米士20毫米去除中心区域的圆环，所述靶材的边缘区域为450毫米士30毫米去除中心区域和中间区域的圆环。
可选的，所述靶材的中心区域的钼元素百分比为6%，镍元素百分比为94%;所述靶材的中间区域的钼元素百分比为5%，镍元素百分比为95%;所述靶材的边缘区域的钼元素百分比为4.97%,镍元素百分比为95.03%。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
图1为本发明设定靶材元素配比方法的流程示意图，下面结合图1对本发明的设定靶材元素配比方法进行说明。
参考图1，本发明的设定靶材元素配比方法包括步骤
步骤S101，提供第一靶材，所述第一靶材包括第一元素和第二元素。
所述第一靶材为现有的半导体薄膜沉积的靶材，所述靶材可以由向供应商购买得到，所述第一靶材包括第一元素和第二元素，在本实施例中，以所述靶材为均一元素配比的靶材做示范性说明，所述靶材包括第一元素和第二元素，所述第一元素为镍，元素百分比含量为95%，所述第二元素为钼，元素百分比含量为5%。
需要特别指出的是，所述所述第一靶材为均一元素配比的靶材只是做示范性说明，所述第一靶材也可以是在不同区域元素配比不同的靶材，但在实际生产中，通常半导体薄膜沉积的第一靶材均为均一元素配比。
步骤S102，采用所述第一靶材在衬底上形成薄膜。7
具体地，将所述第一靶材安装至沉积设备上，所述沉积设备可以是物理气相沉积设备，例如溅射设备、激光脉冲沉积设备或者等离子体沉积设备。
采用所述设备在衬底上形成薄膜，所述形成薄膜的工艺可以为公知的沉积薄膜工艺。
步骤S103，测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据。
由之前的叙述可知，由于沉积设备和沉积工艺的限制，在衬底上形成薄膜会有元素配比均一性的问题，具体地说，在衬底的边缘位置和衬底的中间位置元素配比会不一致。
通过取样，测试不同区域的薄膜的元素配比，我们可以得到衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据。
所述取样方法可以为以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为至少2个检测区域，例如可以将衬底表面划分为3个区域、4个区域、5个区域......，在本实施例中，以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为3个检测区域，衬底的中心区域为直径为100毫米的圆形，中间区域为直径为200毫米去除中心区域的圆环，边缘区域为衬底去除中心区域和中间区域的剩余区域；分别在所述检测区域取样，采用元素分析仪器测试样品的元素配比。
所述元素分析仪器可以是能量色散X射线荧光光谱仪(Energy Dispersive X-Ray Fluoresence Spectrometer, EDX)或者能量色散谱仪(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)。
在本实施例中，以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为3个检测区域，靶材的中心区域、靶材的边缘区域和介于靶材的中心区域与靶材的边缘区域的中间区域，测试检测区域的样品元素配比。
本发明的发明人经过大量的实验发现，以钼元素百分比为5%的镍靶材制备镍硅化物薄膜为例，在晶片衬底上制备镍硅化物薄膜，在衬底的中心区域，镍硅化物薄膜中钼的元素百分比为3.23% ；而在衬底的边缘区域，镍硅化物薄膜中钼的元素百分比为 4.25% ；介于衬底中心区域和边缘区域的中间区域，镍硅化物薄膜中钼的元素百分比为 3.70%。由于中心区域的镍硅化物薄膜中钼比较低，中心区域形成的镍硅化物薄膜容易出现镍硅化物中的镍会扩散至衬底的现象，而现有的解决方案是提高靶材内的钼元素百分比含量，由于金属钼的价格昂贵，使得投入的费用大大增加。
为此，本发明的发明人提出一种优化的方法，如步骤S104所述，根据所述衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据，设定与衬底区域对应的靶材区域的元素配比，形成第二靶材。
在本实施例中，本发明的发明人将靶材的中心为圆心将靶材表面划分为3个区域，靶材的中心区域、中间区域和边缘区域，所述靶材的中心区域、中间区域和边缘区域依次与衬底的中心区域、中间区域和边缘区域相对应，以300毫米直径的衬底为例做示范性说明，以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为3个检测区域，衬底的中心区域为直径为100毫米的圆形，中间区域为直径为200毫米去除中心区域的圆环，边缘区域为衬底去除中心区域和中间区域的剩余区域；对应的所述靶材的中心区域为150毫米士 10毫米的圆形，所述靶材的中间区域为直径为300毫米士20毫米去除中心区域的圆环，所述靶材的边缘区域为450毫米士30毫米去除中心区域和中间区域的圆环。根据所述衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据，设定与衬底区域对应的第二靶材区域的元素配比。在本实施例中，所述第二靶材的中心区域的钼元素百分比为6%，镍元素百分比为94%;所述靶材的中间区域的钼元素百分比为5%，镍元素百分比为95%;所述靶材的边缘区域的钼元素百分比为4.97%，镍元素百分比为95.03%，将所述第二靶材安装至沉积设备上，所述沉积设备可以是物理气相沉积设备，例如溅射设备、激光脉冲沉积设备或者等离子体沉积设备，形成的薄膜元素配比均一性高于采用所述第一靶材在衬底上形成的薄膜。按照上述的设定靶材元素配比方法形成的靶材，包括所述靶材包括靶材坯料和背板；所述靶材坯料包括第一元素和第二元素；所述靶材坯料包括多重区域；所述靶材坯料区域的元素配比根据均一元素配比的靶材形成的薄膜在衬底不同区域的元素配比数据设定。在一具体实施例中，所述靶材坯料包括钼元素和镍元素，所述靶材坯料包括靶材坯料的中心区域、中间区域和边缘区域三重区域，其中所述靶材坯料的中心区域为150 毫米士 10毫米的圆形，所述靶材坯料的中间区域为直径为300毫米士20毫米去除中心区域的圆环，所述靶材坯料的边缘区域为450毫米士30毫米去除中心区域和中间区域的圆环；所述靶材的中心区域的钼元素百分比为6%，镍元素百分比为94%;所述靶材坯料的中间区域的钼元素百分比为5%，镍元素百分比为95%;所述靶材坯料的边缘区域的钼元素百分比为4.97%，镍元素百分比为95.03%。本发明提供的设定靶材元素配比方法和靶材能够降低靶材中贵重金属的含量，降低靶材的成本，并且能够提高靶材形成的薄膜的元素均一性。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
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权利要求
1.一种设定靶材元素配比方法，包括如下步骤提供第一靶材，所述第一靶材包括第一元素和第二元素；采用所述第一靶材在衬底上形成薄膜；测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据；根据所述衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据，设定与衬底区域对应的靶材区域的元素配比，形成第二靶材。
2.如权利要求1所述的设定靶材元素配比方法，其特征在于，所述第一靶材的元素配比为均一的元素配比。
3.如权利要求1所述的设定靶材元素配比方法，其特征在于，采用所述第二靶材在衬底上形成的薄膜元素配比均一性高于采用所述第一靶材在衬底上形成的薄膜。
4.如权利要求1所述的设定靶材元素配比方法，其特征在于，所述靶材第一元素为镍，所述第二元素为钼。
5.如权利要求1所述的设定靶材元素配比方法，其特征在于，所述测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据具体包括以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为至少2 个检测区域；分别在检测区域取样，采用元素分析仪器测试样品的元素配比。
6.如权利要求1所述的设定靶材元素配比方法，其特征在于，所述测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据具体包括以衬底的中心为圆心将衬底表面划分为3个检测区域，衬底的中心区域为直径为100毫米的圆形，中间区域为直径为200毫米去除中心区域的圆环，边缘区域为衬底去除中心区域和中间区域的剩余区域；分别在检测区域取样，采用元素分析仪器测试样品的元素配比。
7.如权利要求1所述的设定靶材元素配比方法，其特征在于，所述根据所述衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据，设定与衬底区域对应的靶材区域的元素配比具体包括以靶材的中心为圆心将靶材划分为3个区域，所述靶材的中心区域为150毫米士 10 毫米的圆形，所述靶材的中间区域为直径为300毫米士20毫米去除中心区域的圆环，所述靶材的边缘区域为450毫米士30毫米去除中心区域和中间区域的圆环；所述靴材的中心区域的钼元素百分比为6%，镍元素百分比为94%;所述靶材的中间区域的钼元素百分比为5%，镍元素百分比为95%;所述靶材的边缘区域的钼元素百分比为4.97%，镍元素百分比为95.03%。
8.—种靶材，其特征在于，包括所述靶材包括靶材坯料；所述靶材坯料包括第一元素和第二元素；所述靶材坯料包括多重区域；所述靶材坯料区域的元素配比根据均一元素配比的靶材形成的薄膜在衬底不同区域的元素配比数据设定。
9.如权利要求8所述的靶材，其特征在于，所述靶材第一元素为镍，所述第二元素为钼。
10.如权利要求8所述的靶材，其特征在于，所述靶材坯料包括多重区域为以靶材的中心为圆心将靶材划分为3个区域，所述靶材的中心区域为150毫米士 10毫米的圆形，所述靶材的中间区域为直径为300毫米士20毫米去除中心区域的圆环，所述靶材的边缘区域为450毫米士30毫米去除中心区域和中间区域的圆环。
11.如权利要求10所述的靶材，其特征在于，所述靶材的中心区域的钼元素百分比为 6%,镍元素百分比为94%;所述靶材的中间区域的钼元素百分比为5%，镍元素百分比为95%;所述靶材的边缘区域的钼元素百分比为4.97%，镍元素百分比为95.03%。
全文摘要
一种靶材及设定靶材元素配比方法，其中设定靶材元素配比方法包括提供第一靶材，所述第一靶材包括第一元素和第二元素；采用所述第一靶材在衬底上形成薄膜；测量在衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据；根据所述衬底不同区域的所述薄膜的元素配比数据，设定与衬底区域对应的靶材区域的元素配比，形成第二靶材。本发明提供的设定靶材元素配比方法和靶材能够降低靶材中贵重金属的含量，降低靶材的成本，并且能够提高靶材形成的薄膜的元素均一性。
文档编号C23C14/14GK102021526SQ20091019620
公开日2011年4月20日申请日期2009年9月23日优先权日2009年9月23日
发明者卢炯平, 孔祥涛, 杨瑞鹏, 聂佳相申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司

文档序号 : 【 3352317 】

技术研发人员：卢炯平,杨瑞鹏,孔祥涛,聂佳相
技术所有人：中芯国际集成电路制造（上海）有限公司

备注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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卢炯平丨杨瑞鹏丨孔祥涛丨聂佳相丨中芯国际集成电路制造（上海）有限公司

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