CN102290325A

CN102290325A - 金属硅化物的清洗方法

Info

Publication number: CN102290325A
Application number: CN2010102080500A
Authority: CN
Inventors: 杨兆宇; 孟昭生; 李健
Original assignee: CSMC Technologies Corp; Wuxi CSMC Semiconductor Co Ltd
Current assignee: CSMC Technologies Corp; Wuxi CSMC Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-12-21

Abstract

一种金属硅化物的清洗方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括硅表面区及介电层表面区，所述硅表面区上自下而上依次形成有金属硅化物、金属层及保护层，所述介电层表面区上依次形成有介电层、金属层及保护层；采用酸性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗；采用碱性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗。本发明的金属硅化物的清洗方法在酸性氧化溶液清洗后，采用碱性氧化溶液对半导体衬底进行清洗，有效去除了酸性氧化溶液清洗过程中粘附在衬底表面的杂质颗粒，提高了半导体衬底的表面洁净度。

Description

金属硅化物的清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体的，本发明涉及一种金属硅化物的清洗方法。

背景技术

在半导体芯片制造过程中，为了提高器件的性能，需要减少半导体衬底的导电区域与金属互连材料的接触电阻。例如，对于金属氧化物半导体(MOS)晶体管而言，其源极、漏极以及栅极往往会采用具备较低电阻率的金属硅化物来降低接触电阻。

在MOS晶体管的制作工艺中，通常采用自对准方式形成的金属硅化物。为了形成所述金属硅化物，首先在包含有源区、漏区以及栅极的半导体衬底上形成介电层，之后，将需要形成自对准的金属硅化物区域的介电层刻蚀去除，露出用来形成金属硅化物的区域；随后，在半导体衬底上继续沉积金属材料(例如钛、钴、镍等)及氮化钛，所述氮化钛作为后续退火处理中防止金属材料氧化的的保护层；接着，通过快速退火处理的方式将所述金属材料与半导体衬底中的硅熔合，形成金属硅化物。

对于所述金属材料，只有靠近半导体衬底表面的部分金属材料会与硅发生共熔反应而消耗，因此，需要将未反应的金属材料以及氮化钛移除，以便后续的导电插塞等互连结构的制作。

申请号为200510026357.8的中国专利申请提供了一种硅化钴薄膜的制备方法，采用先碱性氧化溶液(氨水与过氧化氢的混合溶液)后酸性氧化溶液(硫酸与过氧化氢的混合溶液)对半导体衬底上残余的钛、钴以及氮化钛进行清洗处理，以移除未反应的钛、钴以及氮化钛。

然而在实际生产过程中，采用现有技术形成的MOS晶体管的漏电流较大，器件的部分区域容易发生短路现象，器件的可靠性较差，良率也相对较低。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种金属硅化物的清洗方法，在不损伤金属硅化物的同时，较好的去除了半导体衬底上残留的有机物颗粒，提高了半导体衬底表面的洁净度，从而改善了产品的良率。

为解决上述问题，本发明提供了一种金属硅化物的清洗方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底包括硅表面区及介电层表面区，所述硅表面区上自下而上依次形成有金属硅化物、金属层及保护层，所述介电层表面区上依次形成有介电层、金属层及保护层；

采用酸性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗；

采用碱性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗。

可选的，采用酸性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗还包括采用下述反应条件进行清洗：反应温度100摄氏度至150摄氏度，反应时间大于或等于120秒。

可选的，采用碱性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗还包括采用下述反应条件进行清洗：反应温度45摄氏度至75摄氏度，反应时间大于或等于270秒。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在酸性氧化溶液清洗后，采用碱性氧化溶液对半导体衬底进行清洗，有效去除了衬底表面的杂质颗粒，提高了半导体衬底的表面洁净度。

附图说明

图1是本发明金属硅化物的清洗方法的流程示意图。

图2至图6是本发明金属硅化物的清洗方法一个实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

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，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，采用现有技术制作的MOS晶体管的漏电流较大，器件的部分区域容易发生短路现象，器件的可靠性较差，良率也相对较低。本发明的发明人对现有技术MOS晶体管的制作工艺进行检查后发现，在形成金属硅化物并进行清洗处理后，半导体衬底表面上残留有较多的杂质颗粒，其中包括有机物颗粒以及金属颗粒，所述残留的杂质颗粒降低了介电层的绝缘性能。

经发明人研究发现，现有技术的金属硅化物清洗处理采用先碱性氧化溶液清洗、后酸性氧化溶液清洗的清洗顺序来去除半导体衬底上残余的金属材料和保护层。但酸性氧化溶液性质较为粘稠，这使得在清洗过程中半导体衬底表面上容易粘附杂质颗粒，所述杂质颗粒残留在半导体衬底表面，引起电路短路或造成漏电流上升等器件缺陷，从而影响良率。

针对上述问题，发明人提供了一种金属硅化物的清洗方法，首先采用腐蚀能力较强的酸性氧化溶液一次移除半导体衬底上的保护层以及未反应的金属材料。之后，采用碱性氧化溶液去除酸性氧化溶液清洗过程中产生的有机物颗粒，以及在酸性氧化溶液清洗过程中未完全去除的金属颗粒。所述金属硅化物清洗方法提高了半导体衬底表面的洁净度，改善了产品的良率。

图1是本发明金属硅化物的清洗方法的流程示意图。

如图1所示，所述金属硅化物的清洗方法一个实施例包括：

执行步骤S102，提供半导体衬底，所述半导体衬底包括硅表面区及介电层表面区，所述硅表面区上自下而上依次形成有金属硅化物、金属层及保护层，所述介电层表面区上依次形成有介电层、金属层及保护层；

执行步骤S104，采用酸性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗；

执行步骤S106，采用碱性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗。

依据具体实施例的不同，所述金属层可以为钴、钛等金属材料，所述金属硅化物可以为硅化钴、硅化钛等，所述硅化钴或硅化钛可以分别通过钴硅共熔或钛硅共熔反应形成，下面以所述金属硅化物为钴化硅为例对所述金属硅化物的清洗方法进行说明，但不应限制其范围。

如图2所示，提供半导体衬底201，所述半导体衬底201中形成有一个或多个MOS晶体管，所述MOS晶体管包括栅极203、栅极203两侧的间隙壁205、以及栅极203两侧半导体衬底201中的源极207以及漏极209，所述半导体衬底201中还形成有将不同MOS晶体管隔离的场隔离区211，所述栅极203、源极207以及漏极209共同构成硅表面区，而场隔离区211以及间隙壁205共同构成介电层表面区。

在具体实施例中，所述半导体衬底201为硅，所述栅极203为多晶硅，在后续金属硅化物的形成过程中，所述硅材料的半导体衬底201与栅极203可以与金属材料发生共熔反应。

依据具体实施例的不同，所述金属硅化物还可以形成在双极型晶体管、二极管以及其他需要降低接触电阻的半导体衬底上，不应限制其应用范围。

如图3所示，在所述半导体衬底201上依次沉积金属层213及保护层215，在具体实施例中，所述金属层213为钴，所述保护层215为氮化钛。

如图4所示，对所述半导体衬底201进行快速退火处理，通过所述快速退火处理，源极207、漏极209表面的金属层213向下扩散到源极207、漏极209的半导体衬底201中，而栅极203表面的金属层213同时向下扩散到栅极203的多晶硅中，并与其中的硅发生共熔反应，形成金属硅化物217。在所述快速退火处理过程中，保护层215用于防止金属层213被氧化。在具体实施例中，所述金属硅化物217为钴化硅。

如图5所示，采用酸性氧化溶液对所述半导体衬底201进行清洗，移除所述半导体衬底201上的保护层、以及未反应的金属层，其中，所述酸性氧化溶液包括酸性溶液与氧化剂，所述残留的金属层包括间隙壁205与场隔离区211上的金属层，以及金属硅化物207上未完全反应的金属层。

在具体实施例中，所述酸性氧化溶液采用硫酸与过氧化氢的混合溶液，包含有H₂SO₄与H₂O₂，其中，H₂SO₄与H₂O₂的质量比为5∶1至20∶1，优选的，所述酸性氧化溶液中H₂SO₄与H₂O₂溶液的质量比为10∶1。所述酸性氧化溶液清洗的反应温度为100摄氏度至150摄氏度，与现有酸性氧化溶液清洗的反应温度一致，这可以提高与现有工艺的兼容性。对于所述酸性氧化溶液清洗的反应时间，由于过短的反应时间会影响金属的腐蚀效率，特别是之后进行的碱性氧化溶液清洗中，碱性氧化溶液对金属的腐蚀速率相对较慢，因此，所述酸性氧化溶液清洗的反应时间需要超过120秒，以提高残留金属层的清洗效果；同时，为了避免过长的酸性氧化溶液清洗时间对半导体衬底上的金属硅化物产生不必要的腐蚀作用，以及长时间清洗产生的接触电阻增大的问题，优选的，所述酸性氧化溶液清洗的反应时间为120秒至300秒。

依据具体实施例的不同，在所述酸性氧化溶液清洗之后，还可以选择采用去离子水对半导体衬底201的表面进行清洗，以移除残留的酸性氧化溶液，避免酸性氧化溶液影响后续碱性氧化溶液清洗的效果。

理论上，半导体衬底201上的有机物杂质会被酸性氧化溶液氧化溶解并从半导体衬底201表面移除。然而，在实际的清洗处理过程中，所述酸性氧化溶液性质较为粘稠，从半导体衬底201上脱离的有机物杂质可能会以有机物颗粒的形式重新粘附到半导体衬底201表面。

此外，由于所述酸性氧化溶液较为粘稠，半导体衬底201上残留的金属材料也有可能无法被酸性氧化溶液完全溶解，无法全部脱离半导体衬底201表面。

因此，在所述半导体衬底201上，还残留有一定量的杂质颗粒219，所述杂质颗粒219包括有机物颗粒及金属颗粒。在所述酸性氧化溶液清洗半导体衬底201之后，还需要采用碱性氧化溶液对所述半导体衬底201进行碱性氧化溶液清洗。

如图6所示，在酸性氧化溶液清洗后，采用碱性氧化溶液继续对所述半导体衬底201进行清洗，移除所述半导体衬底201上的杂质颗粒。所述碱性氧化溶液中包含有铵根离子、氧化剂及去离子水。

在具体实施例中，所述碱性氧化溶液采用氨水与过氧化氢的混合溶液，包含有NH₄OH与H₂O₂，其中，所述NH₄OH与H₂O₂的质量比为1∶1至1∶4，优选的，所述碱性氧化溶液中NH₄OH、H₂O₂及H₂O的质量比为1∶2∶10。所述碱性氧化溶液清洗的反应温度45摄氏度至75摄氏度。由于所述碱性氧化溶液对有机物颗粒及金属颗粒的腐蚀速率相对较低，因此，所述碱性氧化溶液清洗的反应时间大于或等于270秒。

具体的说，所述碱性氧化溶液中的H₂O₂具有强氧化性，可以将半导体衬底201表面残留的有机物颗粒氧化溶解，而经过一定的反应时间后，所述有机物颗粒被完全氧化，并从半导体衬底201表面脱离出去。同时，所述碱性氧化溶液中的铵根离子可以与残留的金属颗粒发生络合反应，将不可溶解于水溶液的金属颗粒转化成可溶于水溶液的金属络合物，从而将金属颗粒从半导体衬底201表面移除。

此外，由于所述碱性氧化溶液的性质较为稀薄，因此，已溶解的杂质颗粒不易重新粘附到半导体衬底表面上，经过所述清洗处理后，半导体衬底表面的杂质颗粒数量有效降低。发明人采用扫描电镜检查后半导体衬底后发现，与现有技术相比，采用本发明金属硅化物的清洗方法处理的半导体衬底表面的杂质颗粒数量减少了87％，表面洁净度大为提高。

本发明的金属硅化物的清洗方法在酸性氧化溶液清洗后，采用碱性氧化溶液对半导体衬底进行清洗，有效去除了酸性氧化溶液清洗过程中粘附在衬底表面的杂质颗粒，提高了半导体衬底的表面洁净度。

应该理解，此处的例子和实施例仅是示例性的，本领域技术人员可以在不背离本申请和所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，做出各种修改和更正。

Claims

1.一种金属硅化物的清洗方法，其特征在于，包括：

采用酸性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗；

采用碱性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗。

2.如权利要求1所述的金属硅化物的清洗方法，其特征在于，所述酸性氧化溶液包括H₂SO₄与H₂O₂，所述酸性氧化溶液中H₂SO₄与H₂O₂的质量比为5∶1至20∶1。

3.如权利要求2所述的金属硅化物的清洗方法，其特征在于，采用酸性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗还包括采用下述反应条件进行清洗：反应温度100摄氏度至150摄氏度，反应时间大于或等于120秒。

4.如权利要求3所述的金属硅化物的清洗方法，其特征在于，反应时间为120秒至300秒。

5.如权利要求1所述的金属硅化物的清洗方法，其特征在于，所述碱性氧化溶液包含有铵根离子与氧化剂。

6.如权利要求5所述的金属硅化物的清洗方法，其特征在于，所述碱性氧化溶液包括NH₄OH与H₂O₂，所述碱性氧化溶液中NH₄OH与H₂O₂的质量比为1∶1至1∶4。

7.如权利要求6所述的金属硅化物的清洗方法，其特征在于，采用碱性氧化溶液对所述半导体衬底进行清洗还包括采用下述反应条件进行清洗：反应温度45摄氏度至75摄氏度，反应时间大于或等于270秒。

8.如权利要求1所述的金属硅化物的清洗方法，其特征在于，所示金属硅化物为硅化钴或硅化钛，所述金属层为钴或钛。

9.如权利要求1所述的金属硅化物的清洗方法，其特征在于，所述保护层为氮化钛。

10.如权利要求1所述的金属硅化物的清洗方法，其特征在于，还包括：在所述酸性氧化溶液清洗与碱性氧化溶液清洗之间，采用去离子水对半导体衬底进行清洗。