CN103681312A - 一种采用激光退火生成镍硅化物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用激光退火生成镍硅化物的方法，通过采用两次激光退火工艺来制备镍硅化物，同时保证两次激光退火的稳定在一定范围内，可最终得到一电阻率较低的镍硅化物。由于采用激光进行加热退火，相比较传统工艺速度更快，极大提高了生产效率，降低生产成本；同时采用激光可对硅片必要位置处进行加热，而其余位置处则不进行加热，避免在不必要位置处镍产生扩散并与硅反应生成镍硅化物尖峰从而导致漏电流现象的产生，提高了器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体晶圆生产工业中镍硅化物生成工艺中，具体涉及一种采用激光退火生成镍硅化物的方法。
背景技术
随着半导体器件集成度的持续增加以及与这些器件相关的临界尺寸的持续减小，如何以低电阻材料制造半导体器件从而保持或者降低信号延迟成为人们关注的焦点，而CMOS器件的栅极导体和源极/漏极区的表面电阻和接触电阻的减小与后道互连同样重要。硅化物和自对准硅化物材料及工艺已经被广泛用于降低CMOS器件的栅极导体和源极/漏极区的表面电阻和接触电阻。
包括钛、钴和镍等金属及合金已经用于在半导体器件上形成硅化物层。然而，对于栅极长度小于约100nm的情况，传统的自对准硅化物工艺及材料倾向于存在开口、残留杂质、层内不均匀等各种问题，而这些问题部分地源于硅化物材料层内的结块。绝大部分金属与硅反应从而形成所期望的硅化物层都需要进行高温退火处理，而高温处理使得这些问题更加明显。例如，在用钴形成硅化物时，最初形成硅化钴（CoSi），但是随着退火工艺的进行，特别是在较高温度下，硅化物倾向于包含越来越大量的硅，并且达到了一种更接近于二硅化钴（CoSi2）的成分。然而，对于具有小于约100nm的栅极长度的器件而言，在传统的钴自对准硅化物工艺中使用的第二高温硅化容易导致硅化物材料层内的结块，这增加了层内不均匀的程度并容易使所得器件的性能退化。
现有技术是采用两次普通退火转化生成镍硅化物，即在退火工艺中，将硅片整体置于高温环境中进行制备工艺，但是由于硅片源漏区及栅极底部的镍在长时间停留在高温条件下，镍容易产生过度扩散与深度Si在高温下结合形成的NiSi尖峰缺陷，从而导致漏电流影响器件性能。同时，由于传统工艺是将整个硅片置于炉中，对硅片的所有部位进行加热，在加热中需要的热量较大，进而产生较高的热预算，增加了生产成本。
中国专利（CN103035497A）公开了一种镍硅化物形成方法以及一种晶体管形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面材料含硅；在所述衬底表面形成金属层，所述金属层的材料含镍；形成金属层后，对衬底进行第一退火，形成第一镍硅化物层；向所述第一镍硅化物层注入硅离子；注入硅离子后，对所述第一镍硅化物层进行第二退火，形成第二镍硅化物层。通过本发明实施例提供的晶体管形成方法可以避免第二镍硅化物层向沟道区侵蚀，从而可以提高晶体管的可靠性。
该专利是通过第二退火前进行离子注入工艺，从而避免了因为第一镍硅化物层与沟道区的硅原子发生反应而造成第二镍硅化物层向沟道区侵蚀。但是该专利同样是采用传统的退火工艺进行退火，由于传统退火是将整个硅片置于反应炉中，对硅片的所有位置进行加热，不可避免的需要较大的能量来进行加热，而且退火速度也较慢，同时由于硅片源漏区及栅极底部的镍在长时间停留在高温条件下，容易产生纵向扩散或侧向扩散，与深度的Si结合生成镍硅化物尖峰，从而导致漏电流，影响器件性能。
发明内容
本发明公开了一种采用激光退火生成镍硅化物的方法，通过采用两次激光退火工艺来生成镍硅化物，避免了由于高温导致衬底出现的镍硅化物尖峰，从而导致漏电流，同时激光退火的工艺有减少了生产成本。
本发明采用的技术方案为：
种采用激光退火生成镍硅化物的方法，其中，包括以下步骤：
提供一硅片，该硅片包括一硅衬底，所述硅衬底上形成有栅极、源漏极，所述栅极还形成有侧壁；
对所述硅片进行清洗，去除表面的氧化层；
淀积一覆盖层覆盖所述衬底表面及栅极顶部及侧壁表面；
进行第一激光退火工艺，于所述源漏极及栅极内部形成第一镍硅化物层；
选择性刻蚀去除未反应的覆盖层；
进行第二激光退火工艺，将所述第一镍硅化物层转化为第二镍硅化物层。
上述的方法，其中，所述覆盖层包括一镍铂合金层和一阻挡层，所述阻挡层为氮化钛层或钛层。
上述的方法，其中，所述镍铂合金层中的铂含量为5%-10%。
上述的方法，其中，进行所述第一激光退火工艺的温度为250～300℃。
上述的方法，其中，所述第一镍硅化物层为Ni2Si2或Ni2Si2与NiSi的混合物。
上述的方法，其中，采用选择性湿法刻蚀工艺去除所述未反应的金属层。
上述的方法，其中，进行所述第二激光退火工艺的温度为400～550℃。
上述的方法，其中，所述第二硅化合物为NiSi。
由于本发明采用了以上技术方案，通过采用两次激光退火工艺可制备出电阻率较小的镍硅化物，同时可有效避免由于硅片长期在高温条件下可能产生的尖峰，进而减小漏电流；同时加热退火速度更快，成本也有所降低。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1-5为本发明提供的一种自对准镍硅化物制备工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
本发明提供了一种采用激光退火生成镍硅化物的方法，应用于自对准镍硅化物工艺中，包括以下步骤：
步骤S1、提供一硅片，包括硅衬底，该硅衬底形成有浅沟槽隔离结构1，浅沟槽隔离结构之间形成有源级2及漏极3，源级2和漏极3之间位于衬底之上形成有栅极4，栅极侧边形成有侧壁5，如图1所示结构。对该硅片进行清洗，去除其表面的氧化层。
步骤S2、淀积一覆盖层6覆盖衬底表面及栅极顶部及侧壁表面。在本发明的实施例中，该覆盖层6包括一镍铂合金层和一阻挡层，阻挡层为氮化钛层或钛层。其中，镍铂合金层中的铂含量为5%-10%，如图2所示。
步骤S3、在稳定条件为250-300℃（如250℃，280℃，300℃）的条件下，进行第一激光退火工艺，覆盖层6中的镍与源漏极和栅极顶端内部的硅发生反应，形成电阻率较高的第一镍硅化物层7。由于进行第一激光退火工艺的退火温度较低，故形成了电阻率较高的第一镍硅化物层7，该第一镍硅化物层7为Ni2Si2或Ni2Si2与NiSi的混合物，并保留有未反应的覆盖层6′，如图3所示，未反应的覆盖层6′位于浅沟槽1上方并覆盖住栅极侧壁5的表面。
步骤S4、采用选择性湿法刻蚀工艺刻蚀掉未反应的覆盖层6′，如图4所示。
步骤S5、进行第二激光退火工艺，将电阻率较高的第一镍硅化物7相产生变化，生成第二镍硅化物8，主要成分为电阻率较低的NiSi。其中，在温度为400-550℃（如400℃，420℃，430℃，450℃，480℃，500℃，520℃，550℃条件下进行第二退火工艺，如图5所示。为了获得低电阻的镍硅化物，减少Si的消耗，尽量将镍硅化物控制以NiSi形式存在，最大程度保证器件的性能。
本发明在自对准镍硅化物制备工艺中，通过采用两次激光退火工艺，并保证两次激光退火的温度在一定范围内，最终在源漏区和栅极顶端内部形成电阻率较低的NiSi，提升了器件性能。同时通过激光照射，能够在很短时间内将硅片被照射表面达到工艺温度，同时加热完成后可快速降温，在源漏区及栅极生成硅化物，极大提高了生产效率。本发明可避免传统退火工艺中由于硅片整体处于高温环境中，源漏区及栅极底部因为镍在长时间停留在高温下纵向扩散产生镍硅化物尖峰，从而导致漏电流。进一步的，由于激光照射束照射面积较小，所以能选择光的照射地方，在必要的区域对硅片选择性退火，从而提高镍硅化物及缺陷的可控性，减少工艺中的热预算，降低了生产成本。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种采用激光退火生成镍硅化物的方法，应用于自对准镍硅化物工艺中，其特征在于，包括以下步骤：
提供一硅片，所述硅片包括硅衬底，所述硅衬底形成有浅沟槽，浅沟槽之间形成有源级和漏极，所述源漏极之间位于位于衬底上方还形成有栅极，所述栅极还形成有侧壁；
对所述硅片进行清洗，去除表面的氧化层；
淀积一覆盖层覆盖所述衬底表面及栅极顶部及侧壁表面；
进行第一激光退火工艺，于所述源漏极及栅极顶端内部形成第一镍硅化物层；
选择性刻蚀去除未反应的覆盖层；
进行第二激光退火工艺，将所述第一镍硅化物层转化为第二镍硅化物层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述覆盖层包括一镍铂合金层和一阻挡层，所述阻挡层为氮化钛层或钛层。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述镍铂合金层中的铂含量为5%-10%。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述第一激光退火工艺的温度为250～300℃。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一镍硅化物层为Ni2Si2或Ni2Si2与NiSi的混合物。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用选择性湿法刻蚀工艺去除所述未反应的金属层。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述第二激光退火工艺的温度为400～550℃。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二硅化合物为NiSi。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140326 |