专利名称：物理气相沉积金属层的预处理与硅化金属层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种沉积金属层的预处理(pre-treatment)方法，尤其涉及一种物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)金属层的预处理方法与硅化金属层(metal silicide layer)的制作方法。
背景技术：
随着CMOS的技术接近亚100nm节点(sub-100nm node)，传统作为硅化金属层材质的硅化钴开始出现其工艺限度(process margin)。同时，硅化镍因为具有多项优点而成为下一代的主流，例如硅化镍的硅耗费量(siliconconsumption)较少、线宽依赖性(dependence)较低、较低的工艺热裕度以及可与SiGe衬底相容。但是，硅化镍却容易有漏电的情形有待解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种物理气相沉积金属层的预处理方法，以避免后续沉积而成的金属层受到影响。
本发明的再一目的是提供一种硅化金属层的制作方法，以降低硅化金属层的阻值以及消除硅化金属层的漏电问题。
本发明提出一种物理气相沉积金属层的预处理方法，包括提供一衬底，再利用一化学蚀刻工艺对衬底进行一干式清洁工艺，其中上述的化学蚀刻工艺会使氧化物从衬底被去除。然后，进行一退火工艺(annealing process)，之后再进行一冷却工艺(cooling process)。
依照本发明的优选实施例所述预处理方法，上述的化学蚀刻工艺所采用的反应气体是可与氧化硅层发生反应的气体，且还可以是可与氮化硅层发生反应的气体，或是包括由NF3、NH3、H2、SF6和H2O所组成的组中的至少一种气体。
依照本发明的优选实施例所述预处理方法，上述的退火工艺的温度约在100℃～350℃之间。
依照本发明的优选实施例所述预处理方法，上述的冷却工艺是在50℃以下的温度进行约5～60秒。
本发明再提出一种硅化金属层的制作方法，包括提供一衬底，再利用一化学蚀刻工艺对衬底进行一清洁工艺，其中化学蚀刻工艺会使氧化物发生反应。然后，进行一退火工艺，再进行一道冷却工艺。随后，于衬底上沉积一金属层，再使金属层与衬底发生硅化反应，以形成一硅化金属层。最后，去除未参与反应的金属层。
依照本发明的优选实施例所述硅化金属层的制作方法，上述的化学蚀刻工艺所采用的反应气体是可与氧化硅层发生反应的气体。更进一步地，化学蚀刻工艺所采用的反应气体是可与氮化硅层发生反应的气体；或是，上述化学蚀刻工艺所采用的反应气体是由NF3、NH3、H2、SF6和H2O所组成的组中的至少一种气体。
依照本发明的优选实施例所述硅化金属层的制作方法，上述的退火工艺的温度约在100℃～350℃之间。
依照本发明的优选实施例所述硅化金属层的制作方法，上述的第一冷却工艺是在50℃以下的温度进行约5～60秒。
依照本发明的优选实施例所述硅化金属层的制作方法，上述的对衬底进行清洁工艺之前包括进行一脱气工艺。
依照本发明的优选实施例所述硅化金属层的制作方法，上述的于该衬底上沉积该金属层的步骤后包括进行另一道冷却工艺。
依照本发明的优选实施例所述硅化金属层的制作方法，上述金属层的材质选自钛(Titanium)、钴(Cobalt)、钽(Tantalum)、镍(Nickel)、铂(Platinum)、铪(Hafnium)、钯(Palladium)、钨(Tungsten)、钼(Molybdenum)及铌(Niobium)所组成的金属中的一种金属。
本发明因在沉积金属层之前对衬底做了前处理，所以金属层不会受到破坏，也因此当这种前处理应用在硅化金属层的制作方法时，可降低硅化金属层的阻值以及消除硅化金属层的漏电问题。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1为依照本发明的第一实施例的物理气相沉积金属层的预处理步骤图；图2A～图2D是依照本发明的第二实施例的硅化金属层的制作方法；图3是分别经由现有方法与本发明的方法所形成的硅化金属层的漏电流方块图；图4则是分别经由现有方法与本发明的方法所形成的硅化金属层的Rs方块图。
主要元件符号说明100～130步骤200衬底202栅极204间隙壁206a源极206b漏极208隔离结构210清洁工艺212退火工艺214冷却工艺216金属层218硅化金属层具体实施方式
图1为依照本发明的第一实施例的物理气相沉积金属层的预处理步骤图。
请参照图1，在步骤100，先提供一衬底。之后，于步骤110中，利用一化学蚀刻工艺对衬底进行一干式清洁工艺，其中化学蚀刻工艺会使氧化物发生反应；亦即氧化物在上述化学蚀刻工艺期间会被从衬底去除。而上述的化学蚀刻工艺所采用的反应气体譬如是可与氧化硅层发生反应的气体，其中前述反应气体还可以是可与氮化硅层发生反应的气体或是包括由NF3、NH3、H2、SF6和H2O所组成的组中的至少一种气体。
然后，于步骤120中，进行一退火工艺(annealing process)，其温度例如是在100℃～350℃之间。之后，于步骤130中，进行一冷却工艺(coolingprocess)，上述的冷却工艺是在50℃以下的温度进行约5～60秒。
图2A～图2D是依照本发明的第二实施例的硅化金属层的制作方法。
请参照图2A，提供一衬底200，且衬底200例如是已经形成一些半导体元件的硅晶片，例如包括有栅极(gate)202、间隙壁(spacer)204、源极(source)206a、漏极(drain)206b以及隔离结构(isolation structure)208等的半导体元件。然后，利用一化学蚀刻工艺对衬底200进行一清洁工艺210，其中化学蚀刻工艺会使氧化物发生反应。举例来说，上述的化学蚀刻工艺所采用的反应气体譬如是可与氧化硅层发生反应的气体，且此种反应气体还可以选择能与氮化硅层发生反应的气体；或是包括由NF3、NH3、H2、SF6和H2O所组成的组中的至少一种气体。举例来说，当使用NF3和NH3所构成的混合气体作为化学蚀刻工艺所采用的反应气体时，其化学反应机制如下NF3+NH3→NH4F+NH4F·HFNH4F+NH4F·HF+SiO2→(NH4)2SiF6(s)+H2O(NH4)2SiF6·Si→Si+(NH4)2SiF6↑经由清洁工艺210之后，可将衬底200表面的氧化物或其余会影响后续沉积金属层的因素消除。而且，在进行清洁工艺210之前还可以先进行一道脱气工艺(degas process)。
然后，请参照图2B，进行一退火工艺212，且其退火工艺的温度例如在100℃～350℃之间，以使衬底200表面因上述化学蚀刻工艺而产生的副产物挥发掉。
接着，请参照图2C，进行一第一冷却工艺214，且其例如是在50℃以下的温度进行约5～60秒，以恢复衬底200表面的温度。
之后，请参照图2D，于衬底200上沉积一金属层216，其材质例如是选自钛(Titanium)、钴(Cobalt)、钽(Tantalum)、镍(Nickel)、铂(Platinum)、铪(Hafnium)、钯(Palladium)、钨(Tungsten)、钼(Molybdenum)及铌(Niobium)所组成的金属中的一种金属。另外，于衬底200上沉积金属层216的步骤后通常包括一第二冷却工艺，以使衬底200回到最初的温度。之后，使金属层216与衬底200发生硅化反应，以形成一硅化金属层218。举例来说，硅化金属层218会形成于衬底200中有硅的栅极202、源极206a与漏极206b的表面。最后，去除未参与反应的金属层216。
为证实本发明的功效，以下特举依照本发明的第二实施例所形成的硅化镍层与依照现有技术用氩气做预处理而形成的硅化镍层的比较实验图表。
图3是分别经由现有方法与本发明的方法所形成的硅化金属层的漏电流(leakage)方块图，其中“现有”是指用氩气溅镀蚀刻(argon sputtering etch)进行清洁工艺、“本发明1”与“本发明2”则都是依照本发明的方法，差别只在于本发明1在清洁工艺之前先用高温RCA溶液与稀释的氢氟酸(HF)处理衬底，而本发明2则跳过这个步骤。从图3可以观察出本发明的方法所形成的硅化镍层的漏电远低于现有用氩气溅镀蚀刻做预处理所形成的硅化镍层。
图4则是分别经由现有方法与本发明的方法所形成的硅化金属层的Rs方块图，其中与图3相同其中的“现有”是指用氩气溅镀蚀刻进行清洁工艺、“本发明1”与“本发明2”则都是依照本发明的方法。从图4可以观察出本发明的方法所形成的硅化镍层的Rs低于现有方法。
综上所述，本发明因为在沉积金属层之前利用化学蚀刻工艺对衬底做了前处理，使衬底留有的氧化物被还原，以使金属层不会受到影响，也因此当这种前处理应用在制作硅化金属层时，可大幅降低硅化金属层的阻值以及消除硅化金属层的漏电问题。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种物理气相沉积金属层的预处理方法，包括提供一衬底；利用一化学蚀刻工艺对该衬底进行一干式清洁工艺，其中该化学蚀刻工艺会使氧化物发生反应；进行一退火工艺；以及进行一冷却工艺。
2.如权利要求1所述的物理气相沉积金属层的预处理方法，其中该化学蚀刻工艺所采用的反应气体是可与氧化硅层发生反应的气体。
3.如权利要求2所述的物理气相沉积金属层的预处理方法，其中该化学蚀刻工艺所采用的反应气体是可与氮化硅层发生反应的气体。
4.如权利要求2所述的物理气相沉积金属层的预处理方法，其中该化学蚀刻工艺所采用的反应气体包括由NF3、NH3、H2、SF6和H2O所组成的组中的至少一种气体。
5.如权利要求1所述的物理气相沉积金属层的预处理方法，其中该退火工艺的温度在100℃～350℃之间。
6.如权利要求1所述的物理气相沉积金属层的预处理方法，其中该冷却工艺是在50℃以下的温度进行5～60秒。
7.一种硅化金属层的制作方法，包括提供一衬底；利用一化学蚀刻工艺对该衬底进行一清洁工艺，其中该化学蚀刻工艺会使氧化物发生反应；进行一退火工艺；进行一第一冷却工艺；于该衬底上沉积一金属层；使该金属层与该衬底发生硅化反应，以形成一硅化金属层；以及去除未参与反应的该金属层。
8.如权利要求7所述的硅化金属层的制作方法，其中该化学蚀刻工艺所采用的反应气体是可与氧化硅层发生反应的气体。
9.如权利要求8所述的硅化金属层的制作方法，其中该化学蚀刻工艺所采用的反应气体是可与氮化硅层发生反应的气体。
10.如权利要求8所述的硅化金属层的制作方法，其中该化学蚀刻工艺所采用的反应气体包括由NF3、NH3、H2、SF6和H2O所组成的组中的至少一种气体。
11.如权利要求7所述的硅化金属层的制作方法，其中该退火工艺的温度在100℃～350℃之间。
12.如权利要求7所述的硅化金属层的制作方法，其中该第一冷却工艺是在50℃以下的温度进行5～60秒。
13.如权利要求7所述的硅化金属层的制作方法，其中利用该化学蚀刻工艺对该衬底进行该清洁工艺的步骤前包括进行一脱气工艺。
14.如权利要求7所述的硅化金属层的制作方法，其中于该衬底上沉积该金属层的步骤后包括进行一第二冷却工艺。
15.如权利要求7所述的硅化金属层的制作方法，其中该金属层的材质选自钛、钴、钽、镍、铂、铪、钯、钨、钼及铌所组成的金属中的一种金属。
全文摘要
一种物理气相沉积金属层的预处理方法，是先提供一衬底，再利用一化学蚀刻工艺对衬底进行一干式清洁工艺，其中上述的化学蚀刻工艺会使氧化物发生反应。然后，进行一退火工艺，之后再进行一冷却工艺。因为在沉积金属层之前对衬底做了处理，所以后续沉积的金属层不会受到影响。
文档编号C23C14/02GK1962925SQ20051012042
公开日2007年5月16日 申请日期2005年11月10日 优先权日2005年11月10日
发明者江怡颖, 谢朝景, 洪宗佑, 张毓蓝, 黄建中, 陈意维 申请人:联华电子股份有限公司