半导体装置中硅化钴层的形成方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种半导体装置中硅化钴层的形成方法。

背景技术

在小线宽(≤0.13微米)cmos(互补金属氧化物半导体)工艺中，硅化钴(cosix)是金属与半导体连接所广泛所采用的材料，其作为半导体之基电极与金属导线之间的连接(inter-connect)在器件中工作。低阻相cosix的品质对产品的良率及器件特性有着至关重要的影响，cosix成相不完全或成相不均匀会导致产品重大良率损失或器件失效。例如在0.13微米低功率器件的工艺中，由于cosix成相不均匀导致产品漏电，器件失效的例子屡见不鲜。究其原因，cosix的生成机制为钴沉积于硅表面，加热从而在一定温度下反应生成低阻相cosix，而co本身是一种对硅表面非常敏感的材料，硅表面非常微小的变化就会导致cosix的成相发生较大变化。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种半导体装置中硅化钴层的形成方法。

一种半导体装置中硅化钴层的形成方法，包括：形成硅层；生成包含氢自由基的等离子体，对所述硅层进行表面处理，并将处理后的气体抽走；在所述处理后的硅层表面形成钴；使所述硅层与钴反应形成硅化钴层。

在一个实施例中，还包括滤除所述等离子体中的极性离子及电子的步骤，所述对所述硅层进行表面处理是使用滤除后的等离子体进行处理。

在一个实施例中，所述滤除所述等离子体中的极性离子及电子的步骤是使用金属滤网滤除。

在一个实施例中，所述生成包含氢自由基的等离子体的步骤中，反应气体包括提供氢自由基的第一气体和起稀释氢自由基的作用以控制反应速度的第二气体。

在一个实施例中，所述第一气体包括甲烷，所述第二气体包括氦气。

在一个实施例中，所述生成包含氢自由基的等离子体的步骤，是使用微波形成等离子体。

在一个实施例中，所述对所述硅层进行表面处理的步骤，反应温度为200摄氏度～300摄氏度。

在一个实施例中，所述生成包含氢自由基的等离子体，对所述硅层进行表面处理的步骤中，甲烷和氦气的总流量为250每分钟标准毫升～400每分钟标准毫升。

在一个实施例中，所述生成包含氢自由基的等离子体，对所述硅层进行表面处理的步骤中，通入的甲烷和氦气的比例为1:5～1:7。

在一个实施例中，所述在所述处理后的硅层表面形成钴的步骤之前，还包括用稀释的氢氟酸对所述处理后的硅层表面进行清洗的步骤。

上述半导体装置中硅化钴层的形成方法，对硅表面使用包含氢自由基的等离子体进行预处理，工艺稳定，应用范围广泛，可以较彻底的清除硅基底表面的活性悬挂键，从而改善硅基底的表面特性，最终形成均匀充分的低阻相cosix。

附图说明

图1是一实施例中半导体装置中硅化钴层的形成方法的流程图；

图2是另一个实施例中半导体装置中硅化钴层的形成方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本文所使用的半导体领域词汇为本领域技术人员常用的技术词汇，例如对于p型和n型杂质，为区分掺杂浓度，简易的将p+型代表重掺杂浓度的p型，p型代表中掺杂浓度的p型，p-型代表轻掺杂浓度的p型，n+型代表重掺杂浓度的n型，n型代表中掺杂浓度的n型，n-型代表轻掺杂浓度的n型。

图1是一实施例中半导体装置中硅化钴层的形成方法的流程图，包括下列步骤：

s110，形成硅层。

可以理解的，形成硅化钴层要形成硅和钴。由于半导体装置是在硅片上形成金属导线，因此本实施例先形成硅层(硅基底)，后续的步骤中再于硅层上形成钴，最后形成硅化钴。

s120，生成包含氢自由基的等离子体，对硅层进行表面处理，并将处理后的气体抽走。

发明人认为，导致cosix成相问题的其中一个原因是光刻胶烘烤，超声波湿法清洗等工艺会在硅层表面引入h+极性悬挂键。步骤s120通过生成包含h自由基的等离子体，与h+极性悬挂键结合形成氢气并用泵抽走，改善硅基底的表面特性，以形成均匀充分的低阻相cosix。

对硅层进行表面处理的等离子体应为无极性的，具体可以是在生成等离子体时就直接生成无极性的，也可以生成等离子体后滤除等离子体中的极性离子及电子，然后再通到硅层表面进行表面处理。考虑到直接生成无极性的难度大，需要使用价格昂贵的设备，一般通过增加滤除等离子体中的极性离子及电子的步骤来保证对硅层进行表面处理的等离子体中不含极性离子及电子。

s130，在处理后的硅层表面形成钴。

在一个实施例中，通过物理气相沉积在硅层表面形成金属钴。在一个实施例中，通过磁控溅射在硅层表面形成金属钴。

在一个实施例中，步骤s130和s120之间还包括用稀释的氢氟酸对步骤s120处理后的硅层表面进行清洗的步骤。

s140，使硅层与钴反应形成硅化钴层。

一般通过热处理使硅层与钴反应形成硅化钴层。在本实施中，热处理的温度为500～750摄氏度。

上述半导体装置中硅化钴层的形成方法，对硅表面使用包含氢自由基的等离子体进行预处理，工艺稳定，应用范围广泛，可以较彻底的清除硅基底表面的活性悬挂键，从而改善硅基底的表面特性，最终形成均匀充分的低阻相cosix。

在一个实施例中，步骤s120生成包含氢自由基的等离子体可以采用能够提供微波等离子源的设备，反应气体包括提供具有较高活性的氢自由基的第一气体和起稀释氢自由基的作用以控制反应速度(氢自由基与硅表面的h+悬挂键)的第二气体。在一个实施例中，第一气体为ch4；在另一个实施例中，第一气体包括氢气和一氧化碳，在其他实施例中也可以使用本领域习知的其他能够提供等离子体中的氢自由基的气体源作为第一气体。第二气体应选用不易被电离形成带电体的气体，因此优选为氦气。且氦气的导热性较好，易于控制反应进程中的温度，避免反应过于剧烈。

在第一气体为甲烷、第二气体为氦气的实施例中，甲烷和氦气的总流量为250每分钟标准毫升(sccm)～400每分钟标准毫升，通入的甲烷和氦气的比例为1:5～1:7，优选为1:6左右。

步骤s120中无极性等离子体对硅层进行表面处理应使用较低的温度，在一个实施例中为200～300摄氏度，优选为275摄氏度。

在一个实施例中，步骤s120生成包含氢自由基的等离子体是使用psk公司的灰化设备das2000。

图2是另一个实施例中半导体装置中硅化钴层的形成方法的流程图，包括下列步骤：

s210，形成硅层。

s220，形成自对准硅化物结构。

形成自对准硅化物结构的步骤在对硅层进行表面处理之前，通过自对准硅化物(sab)结构，可以不经过光刻就形成硅化钴层，形成自对准硅化钴漏源接触和栅电极。

s230，生成包含氢自由基的等离子体，对硅层进行表面处理，并将处理后的气体抽走。

s240，用稀释的氢氟酸对硅层表面进行清洗。

s250，在硅层表面形成钴。

s260，使硅层与钴反应形成硅化钴层。

s270，在硅化钴层上形成氮氧化硅保护层。

在本实施例中，是通过沉积高k(高介电常数)氮氧化硅(sion)形成氮氧化硅保护层

上述半导体装置中硅化钴层的形成方法尤其适用于cmos工艺。可以理解的，该方法同样适用于其他需要形成硅化钴层的半导体元器件。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。