专利名称：一种适用于纳米器件制造的硅化物工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造工艺技术，特别是一种适用于纳米器件制造的硅化物工艺-镍(Ni)硅化物工艺。
背景技术：
为同时减小源/漏及窄多晶硅栅的串联寄生电阻，同时又不至于由于难熔金属与硅超浅结之间的硅化反应诱生结漏电，镍硅化物是一种比较理想的选择。这是因为与常规的钛(Ti)和钴(Co)硅化物相比，镍(Ni)硅化物(NiSi)具有如下独特的优点1)低的NiSi形成温度和大的工艺窗口；2)低的NiSi薄层电阻；3)少的硅的消耗；4)随线宽缩小，NiSi薄层电阻也减小，由于边缘效应；5)NiSi膜在硅上应力低；6)NiSi对N型和P型硅都有低的接触电阻。
但镍硅化物工艺也有其缺点，Ni及其硅化物对氧非常敏感，由于氧的影响，使薄膜的薄层电阻升高，界面粗糙，浅结漏电增大；同时常规的NiSi热稳定性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于纳米器件制造的硅化物工艺，针对常规镍硅化物工艺存在的缺点，采用在NiSi上制备氮化钛(TiN)薄膜，形成TiN/Ni/Si的结构，同时改进清洗方法，优化薄膜厚度和硅化反应的条件，获得很好的结果。不但NiSi薄膜的薄层电阻明显减小，而且其热稳定性有了明显的提高，即由低阻NiSi相向高阻NiSi2相转变的温度提高了，浅结漏电流也得到改善。其原因是上层覆盖的TiN薄膜，抑制了Ni表面及随后的NiSi形成过程中氧原子的入侵而造成的薄膜氧化，改善了薄膜质量及NiSi/Si界面的粗糙度。同时与常规Ti和Co硅化物工艺比较，该方法工艺步骤少，成本低，器件性能改善显著，因而极具吸引力。特别在亚50纳米技术中是常规Ti和Co硅化物工艺所不可替代的工艺。具体工艺步骤如下步骤1在完成器件的源/漏快速热退火后进行改进的清洗3#液(H2SO4∶H2O2＝5∶1)，清洗温度120-130℃，8-12分，然后用1#液清洗(NH4OH∶H2O2∶H2O＝0.8∶1∶5)，温度62-65℃，5-8分，最后在氢氟酸/异丙醇(HF/IPA液为氢氟酸(HF)∶异丙醇(IPA)∶H2O＝0.5％∶0.02％∶1)溶液中，室温下浸渍30-60秒，经去离子水冲洗并在热N2中甩干后，立即进溅射真空锁内抽真空，尽量缩短在空气中滞留的时间；步骤2真空热退火处理本底真空度(4-8)×10-7乇，加温至250-350℃，恒温10-15分，然后降温，待真空恢复至(4-8)×10-7乇，即可进行预溅射5分；步骤3溅射Ni薄膜本底真空度(4-8)×10-7乇，溅射功率800-1000瓦，工作压力(4-6)×10-7乇；厚度为13-22nm；步骤4溅射TiN薄膜本底真空度(4-8)×10-7乇，溅射功率800-1000瓦，工作压力(4-6)×10-7乇；Ar/N2＝6/1，TiN薄膜厚度为8-14nm；步骤5先后用丙酮、无水乙醇各超声清洗5-8分，然后去离子水冲洗，热N2中甩干；步骤6快速热退火(RTA)温度480-600℃，时间15-30秒；步骤7选择腐蚀3#液，120-130℃，时间为10-14分，加4-6分，再加4-6分，每两次间都要进行去离子水冲洗，最后去离子水冲洗后，在热N2中甩干；步骤8低温热氧化硅及硼磷硅玻璃淀积，炉温400-420℃，膜厚550-650nm；步骤9接触孔形成和金属化。
图1给出了As+重掺杂多晶硅上NiSi薄层电阻随形成温度的变化，并对比了有TiN层与无TiN层的结果。
图2给出了As+重掺杂多晶硅上NiSi薄层电阻和厚度随栅长的变化。
具体实施例方式
实施例步骤1在完成器件的源/漏快速热退火后，进行改进的清洗3#液，120℃，5分，去离子水冲洗，接着1#液，62℃，5分，去离子水冲洗，然后在HF/IPA溶液中室温下浸渍40秒，去离子水冲洗，最后在热N2中甩干后，立即进溅射真空锁内抽真空，尽量缩短在空气中滞留的时间。
步骤2真空热退火处理本底真空度6×10-7乇，衬底加温至300℃，恒温10分，然后降温，待真空恢复至6×10-7乇，预溅射5分。
步骤3溅射Ni薄膜本底真空度6×10-7乇，溅射功率800瓦，工作压力5×10-7乇；Ni膜厚度16nm。
步骤4溅射TiN薄膜本底真空度6×10-7乇，溅射功率800瓦，工作压力5×10-7乇；Ar/N2＝6/1，TiN薄膜厚度11nm；步骤5丙酮、无水乙醇各超声清洗各5分，然后去离子水冲洗，热N2中甩干。
步骤6快速热退火(RTA)温度530℃，时间25秒；步骤7选择腐蚀3#液，120℃，时间12分，加4分，再加4分，每两次中间去离子水冲洗，最后去离子水冲洗后在热N2中甩干。
步骤8低温热氧化硅及硼磷硅玻璃淀积，420℃，550nm；步骤9接触孔形成和金属化。
结果本方法有盖帽层TiN的Ni硅化物与无盖帽层单层Ni硅化物比较表明1.薄层电阻降低11％以上；2.热稳定性提高无TiN盖帽层，低阻SiNi相向高阻NiSi2相转变温度为570℃，而有TiN盖帽层，NiSi向NiSi2相转变温度大于700℃；3.多晶硅栅长降到24纳米时，重掺杂多晶硅栅薄层电阻为2.1Ω/口，源漏薄层电阻为4.1Ω/口；
4.浅结漏电流明显降低，均匀性提高；本发明应用于亚25纳米CMOS器件研究，其特性很好。
权利要求
1.一种适用于纳米器件制造的硅化物工艺，其主要步骤为步骤1在完成器件的源/漏快速热退火后进行改进的清洗第一次用清洗液H2SO4∶H2O2＝5∶1，于120-130℃清洗8-12分，第二次清洗液NH4OH∶H2O2∶H2O＝0.8∶1∶5，于62-65℃清洗5-8分；在氢氟酸∶异丙醇∶H2O＝0.5％∶0.02％∶1溶液中，室温下浸渍30-60秒，经去离子水冲洗并热N2中甩干，立即进溅射真空锁内抽真空；步骤2真空热退火处理本底真空度4-8×10-7乇，加温至250-350℃，恒温10-15分，然后降温，待真空恢复至4-8×10-7乇，预溅射3-5分；步骤3溅射Ni薄膜本底真空度4-8×10-7乇，溅射功率800-1000瓦，工作压力4-6×10-7乇；Ni薄膜厚度为13-22nm；步骤4溅射TiN薄膜本底真空度4-8×10-7乇，溅射功率800-1000瓦，工作压力4-6×10-7乇；Ar/N2＝6/1，TiN薄膜厚度为8-14nm；步骤5先后用丙酮、无水乙醇各超声清洗5-8分，然后去离子水冲洗，热N2中甩干；步骤6快速热退火温度480-600℃，时间15-30秒；步骤7选择腐蚀腐蚀液H2SO4∶H2O2＝5∶1，于120-130℃，时间为10-14分，加4-6分，再加4-6分，每两次间都要进行去离子水冲洗，最后去离子水冲洗后，在热N2中甩干；步骤8低温氧化硅及硼磷硅玻璃淀积，炉温400-420℃，膜厚550-650nm；步骤9接触孔形成和金属化。
2.权利要求1的工艺，其特征在于，步骤1第一次清洗温度为120℃，清洗时间10分钟；第二次清洗温度为62℃，清洗时间为5分钟；浸渍时间为40秒。
3.权利要求1的工艺，其特征在于，步骤2真空热退火处理中，本底真空度6×10-7乇，衬底加温至300℃，恒温10分，然后降温，待真空恢复至6×10-7乇，预溅射5分。
4.权利要求1的工艺，其特征在于，步骤3溅射Ni薄膜中，本底真空度6×10-7乇，溅射功率800瓦，工作压力5×10-7乇。
5.权利要求1的工艺，其特征在于，步骤4溅射TiN薄膜中，本底真空度6×10-7乇，溅射功率800瓦，工作压力5×10-7乇。
6.权利要求1的工艺，其特征在于，步骤6快速热退火的温度为530℃，时间25秒。
全文摘要
一种适用于纳米器件制造的硅化物工艺，其主要步骤是清洗、真空退火处理、溅射Ni薄膜、溅射TiN薄膜、快速热退火、选择腐蚀、玻璃淀积、接触孔形成和金属化。本发明在Ni膜上加一盖帽层氮化钛，形成TiN/Ni/Si结构，同时改进清洗方法，优化薄膜厚度和硅化反应的条件，获得了很好的结果。不但薄膜的薄层电阻明显减小，而且热稳定性有了明显的提高，即由低阻NiSi相向高阻NiSi
文档编号C04B35/58GK1754860SQ200410080409
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月29日 优先权日2004年9月29日
发明者徐秋霞, 王大海, 柴淑敏 申请人:中国科学院微电子研究所