专利名称：低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路的制造工艺方法，特别是涉及一种半 导体工艺制作过程的硅化物制备方法。
技术背景随着半导体器件的特征尺寸进一步縮小，结深的进一步降低，对于半 导体材料和工艺也提出了进一步的发展要求。比如，高的驱动电流，高的开关响应速度，低的信号延迟，高信噪比等等。具体而言，对于多晶栅、有源区的硅化物形成时，要求低方块电阻和低接触电阻以降低信号延迟； 同时低漏电以降低噪声。然而在某种程度上，这两个问题是一对矛盾。作为解决方案，相应的钴硅化物、镍硅化物以及一些稀土元素硅化物 应运而生。硅化物工艺向着低硅消耗量，低缺陷密度，低温，快速和无损 伤发展。例如在硅化物生长工艺中，硅化物的材料逐渐从TiSi2到CoSi2 直到NiSi到将来可能的一些稀土元素硅化物；温度的控制从原来的 600。C 70(TC范围降低到400°C 500°C，直到250°C。目前，硅化物的形成仍然按照薄膜生长，热退火，化学处理然后再退 火这样的流程制作。以钴硅化物及一个场效应晶体管制作为例，参见图1、 2所示，其中，图2a是待处理的晶体管示意图；然后用物理气相方法(一 般是直流磁控溅射)在图2a整个表面上沉积一层钴膜(参见图2b)。由 于钴会和硅反应生成钴硅化物，但是同时与二氧化硅不反应，利用这个特
性，在接下来的快速热退火工艺中，钴与衬底材料单晶和多晶硅反应形成 高阻相的一硅化钴(参见图2C);然后利用合适的选择性化学腐蚀液去除 未反应的金属，同时也留下已生成的一硅化钴，并进行了第二次退火，使 一钴化硅转变为低阻相的二硅化钴(参见图2d)。在这个过程中，有很多地方需要良好的控制以得到需要的结果。其中， 如何沉积钴膜(镍膜和相应的稀土元素膜)是非常关键的一步工艺。这个 过程一般由物理气相沉积法来实现，包括预加热，反溅射刻蚀去除自然 氧化层和其他残余物、溅射。反溅射刻蚀用于去除硅片上的自然氧化层和其他残余物，以使后面 沉积的薄膜金属与硅可以良好的反应。如图3所示，先在反应腔室内通 入惰性气体氩气，硅片放置于基座上连接交流电源。在射频交流电源作用 下，氩气电离形成等离子体，产生正氩离子轰击硅片，将硅片上的自然 氧化层和其他残余物利用溅射效应轰击出硅片，再通过真空泵抽出真空 腔室。接下去的薄膜淀积一般采用直流溅射的工艺。如图4所示，先在反应 腔室内通入惰性气体氩气；耙作为阴极接直流电源的负极。当所加的电压 达到一定值时，氩气电离形成等离子体，产生正离子轰击阴极，使之产生 金属原子和离子。溅射产生的金属原子和离子带有相当的能量，轰击硅片 上淀积形成相应的金属薄膜，同时将能量传递给硅片。但是这样的工艺方法带来不少问题。对于反溅射刻蚀，其实现是通过 高能的氩离子轰击产生溅射效应来去除自然氧化膜和残留物，几乎没有任 何选择性。因此，在实际生产中很容易同时对于硅衬底造成损伤，特别是
在一些有源区和隔离场氧化物的尖角的地方形成很大的损伤，造成很大的 漏电。同样的，在随后的溅射过程同样面临由于等离子体的存在导致的损伤 问题。稍微有所区别的是，由于与反溅射工作压力和能量耦合方式的不同， 这时热电子、金属原子、离子和氩原子、离子共同轰击硅片，同样带来各 种等离子体损伤。比如金属与硅衬底界面不平导致PN结耗尽区损伤，产 生漏电(这在镍硅化物中表现得尤为显著)，高能电荷流经栅氧化层使栅 氧化层劣化导致可靠性问题。过多能量传递到硅片上使硅片温度变化导致 工艺不稳定等等。所以问题的关键在于降低荷能粒子的能量和动量，具体而言，就是降 低反溅射刻蚀中氩离子的能量和动量，溅射中的金属原子和氩的能量和动为了解决这个问题，已经有一些方法采用。对于反溅射刻蚀，如用 多个电源代替单个电源，或者改用其他能量耦合方式。对于溅射，在靶材 之上加一套永久磁铁，依靠散布在外的磁场使气体电离产生的电子在洛仑 兹力的作用下在磁场内做摆线运动，从而提高了离化效率，降低离化电压， 使荷能粒子的能量和动量降低。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种低等离子体诱生损伤的硅化物 制备方法，可以降低现有半导体硅化物制作过程中常见的等离子体损伤， 同时兼容现有的工艺，操作简单。为解决上述技术问题，本发明低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法
是采用如下技术方案实现的采用氦、氖以及它们与氩气的组合作为工作气体，物理气相沉积法淀 积钴、镍和稀土金属薄膜，然后按照自对准硅化物工艺制备金属硅化物。所述物理气相沉积法，包括对带有图形的硅片，进行预加热，反溅 射刻蚀去除自然氧化层和其他残留物，溅射。所述溅射包括直流或射频磁控管偏压溅射、长程溅射及其组合。由于采用上述方法，作为惰性气体元素，氩比氦和氖原子量要大，相 应的，在同样的速度下，对于硅衬底，氩原子所带来的损伤要大得多。而 且，对于氦氖氩的混合气体，由于著名的潘宁效应，导致离化电压大大下 降(可以达到三或四分之一)，相应的荷能粒子(如电子、惰性气体原子 离子和金属原子离子)的能量大大下降了。与现有方法相比，由于氦、氖相对于氩低的原子量和潘宁效应导致 离化电压的降低，使硅化物制作过程中的等离子体损伤降低到最小，而且 兼容现有工艺和设备，成本低廉，简便易行。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是现有的钴硅化物制作工艺流程图；图2是现有的钴自对准硅化物制作工艺流程图；图3是现有的反溅射刻蚀工艺示意图；图4是现有的直流磁控溅射工艺示意图；图5是本发明低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法工艺流程图。
具体实施例方式
本发明提出了一种用于半导体生产中的金属硅化物所需薄膜的制备 方法，它与现有的方法最大的差别在于采用氦、氖以及它们与氩气的组合 的惰性气体作为工作气体，物理气相沉积法沉积钴、镍和稀土元素薄膜， 然后按照普通半导体生产采用的自对准硅化物工艺制备金属硅化物。如图5所示，本发明低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法的具体 实施步骤如下第一步，对带有图形的硅片，进行预加热。第二步，采用氦气、氖气以及它们与氩气的混合气体作为工作气体， 反溅射刻蚀硅片表面的自然氧化层和其他残留物(如残留的光刻胶以及一 些空气中掉落的颗粒等)。第三步，采用氦气、氖气以及它们与氩气的混合气体作为工作气体， 溅射淀积一定厚度的钴、镍和其它稀土金属薄膜。厚度是通过时间控制的，不同的膜材料、不同的设备由于溅射速率不 同，时间不同，膜厚对于钴、镍和其它稀土金属薄膜大约分别是8纳米， 12纳米和十几纳米左右。所述溅射包括直流或射频磁控管偏压溅射、长程溅射及其组合。第四步，由于钴、镍和其它稀土金属会和硅反应生成所需要的硅化物， 但是同时与二氧化硅不反应，利用这个特性，接下来第一次低温热退火。第五步，然后利用合适的选择性化学腐蚀药去除未反应的金属，同时 也留下已生成的硅化物。第六步，再进行第二次较高温度退火；接着用合适的化学药液清洗。上述第五、六步所述的清洗，可以采用不同的化学药液。例如，第五
步采用两次清洗，氨水和双氧水的混合药液清洗一次，第二次用硫酸和双 氧水的混合液再清洗一次。也可用热盐酸和双氧水混和液。接着第六步可 以用同样的药液清洗一次。第七步，硅化物制备工艺流程结束。
权利要求
1、一种低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法，其特征在于采用氦、氖以及它们与氩气的组合作为工作气体，物理气相沉积法淀积钴、镍和稀土金属薄膜，然后按照自对准硅化物工艺制备金属硅化物。
2、 根据权利要求1所述的低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法， 其特征在于所述物理气相沉积法，包括对带有图形的硅片，进行预加 热；反溅射刻蚀去除自然氧化层和其他残留物；溅射。
3、 根据权利要求2所述的低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法， 其特征在于所述溅射包括直流或射频磁控管偏压溅射、长程溅射及其组合。
全文摘要
本发明公开了一种低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法，采用氦、氖以及它们与氩气的组合作为工作气体，物理气相沉积法淀积钴、镍和稀土金属薄膜，然后按照自对准硅化物工艺制备金属硅化物。本发明可以降低现有半导体硅化物制作过程中常见的等离子体损伤，同时兼容现有的工艺，操作简单。
文档编号H01L21/3205GK101106088SQ20061002894
公开日2008年1月16日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者俭 陈 申请人:上海华虹Nec电子有限公司