CN104078344A - 减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法，包括依次执行下述步骤：对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物；在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金；进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与硅反应，形成高电阻硅镍化物；去除未反应的镍或镍合金；进行高温快速热退火处理，使所述高电阻硅镍化物转化为低电阻的硅镍化物--硅化镍。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法。
背景技术
随着半导体器件制造工艺水平的不断提升，目前的主流硅片制造尺寸已经达到300mm，主流技术节点也进入45纳米制程，并且向着更先进的28/20纳米制程迈进。
在45纳米及以下制程中，镍硅化物(Nisilicide)已经取代传统的钛硅化物(Tisilicide)和钴硅化物(Cosilicide)成为源/漏/栅极接触孔的标准接触材料。相较于传统硅化物，镍硅化物具有低电阻，低应力，低硅原料损耗等优点。但是镍硅化物的最大缺点是生长热稳定性较差。这就对整个生长过程中的各个工艺环节提出很高的要求。
形成硅化镍的传统工艺通常包括以下步骤：
1)对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物；
2)在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金
3)在第一温度(约330℃)和惰性环境(N2流量通常为10-30slm)下进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与硅反应，形成高电阻的硅镍化物；
4)去除未反应的镍或镍合金
5)在第二温度(约500℃)和惰性环境(N2流量通常为10-30slm)下进行快速热退火处理，使所述高电阻硅镍合物转化为低电阻的硅镍化物硅化镍；
然而，利用镍作为金属硅化物的材料于工艺中仍存在着待克服的问题，特别是对于P型半导体元件而言，易向下成长而产生尖峰(spiking)缺陷，进而导致源极/漏极区域与半导体基底的产生严重的漏电流问题。而除了尖峰缺陷外，利用现有方法所制作的镍硅化物，特别是对于N型半导体元件而言，则易于往水平方向扩散而产生管道(piping)缺陷。一旦发生管道缺陷，则会导致启始电压下降，而影响半导体元件的操作。
要减少镍硅化物的尖峰缺陷首先要确保在金属镍淀积之前硅表面缺陷尽量少。其解决方案主要在金属镍淀积之前采用SiCoNi预清洗技术，然后在第一次退火的时候采用超低温(ULT)退火处理。以上解决方案均需要增加额外的设备或升级现有的设备，生产成本高，技术复杂。
要减少镍硅化物的管道缺陷首先要确保在金属镍淀积之前硅内部缺陷尽量少。最典型的硅内部缺陷是位错(dislocations)。这些位错主要形成于前段的离子注入(ionimplant)以及应力工程(SMT)，后续的退火过程有时候并不能完全修复这些位错使之一直残存在硅内部。在镍硅化物形成过程中，镍原子很容易沿着这些位错扩散形成管道缺陷从而导致器件漏电。
掺杂一定量的铂也能改善镍硅化物的热稳定性和减少镍硅化物的管道缺陷。主要是因为在镍硅化过程中，铂原子能与硅原子形成一层PtSi/Si界面，延缓了NiSi向NiSi2的转变，提高了相变温度。随着半导体器件由65纳米向45/32纳米以下发展，需要添加的铂含量越来越高。但是铂为贵重金属，这将导致生产成本的提高。
此外，形成硅化镍的退火处理工艺工程必须在完全没有氧气的环境中进行。退火工艺中只要有超过10ppm氧化杂质(如H2O，O2)的存在都会导致暴露的硅表面发生氧化反应，这些氧化反应与硅化物反应相互竞争并阻碍硅化镍的生成。形成硅化镍的传统工艺惰性气体N2的流量过大，其中氧化杂质的含量高，不仅影响硅化镍的生成，还增加了生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够以较低成本减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法，包括依次执行下述步骤：第一步骤：对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物；第二步骤：在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金；第三步骤：进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与硅反应，形成高电阻硅镍化物；第四步骤：去除未反应的镍或镍合金；第五步骤：进行高温快速热退火处理，使所述高电阻硅镍化物转化为低电阻的硅镍化物--硅化镍。
优选地，所述第三步骤中的低温快速热退火处理的工艺温度介于220℃至350℃。
优选地，所述第三步骤中的低温快速热退火处理包括保温退火工艺和尖峰退火工艺。进一步优选地，所述保温退火工艺的工艺时间介于5至60秒；所述尖峰退火工艺的工艺时间为0秒。
优选地，所述第三步骤中的低温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，气体流量为0-5slm。
优选地，所述第五步骤中高温快速热退火处理的工艺温度介于400℃至550℃。
优选地，所述第五步骤中高温快速热退火处理包括保温退火工艺和尖峰退火工艺。进一步优选地，所述保温退火工艺的工艺时间介于5至60秒；所述尖峰退火工艺的工艺时间为0秒。
优选地，所述第五步骤中高温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，气体流量为0-5slm。
本发明通过优化快速热退火处理工艺中惰性气体的流量，更确切的讲，通过减少快速热退火的惰性气体流量来减少自对准硅化镍薄膜中的尖峰缺陷和管道缺陷，同时降低生产成本。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法的流程图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法的流程图。
如图1所示，根据本发明优选实施例的减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法包括依次执行下述步骤：
第一步骤S1：对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物；
第二步骤S2：在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金；
第三步骤S3：进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与硅反应，形成高电阻硅镍化物；优选地，低温快速热退火的气氛为少量惰性气体甚至无惰性气体(即真空状态下进行低温快速热退火)；
第四步骤S4：去除未反应的镍或镍合金；
第五步骤S5：进行高温快速热退火处理，使所述高电阻硅镍化物转化为低电阻的硅镍化物--硅化镍；优选地，高温快速热退火的气氛为少量惰性气体甚至无惰性气体(即真空状态下进行高温快速热退火)。
优选地，所述第三步骤S3中的低温快速热退火处理的工艺温度介于220℃至350℃。
优选地，所述第三步骤S3中的低温快速热退火处理包括保温退火(Soakanneal)工艺和尖峰退火(Spikeanneal)工艺。进一步优选地，所述保温退火工艺的工艺时间介于5至60秒；所述尖峰退火工艺的工艺时间为0秒；优选地，所述尖峰退火工艺的工艺温度到达最高温T℃之前的T-50℃与之后的T-50℃的所经历的时间为1-15秒。
优选地，所述第三步骤S3中的低温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，如N2或Ar等，气体流量为0-5slm。
优选地，所述第五步骤S5中高温快速热退火处理的工艺温度介于400℃至550℃。
优选地，所述第五步骤S5中高温快速热退火处理包括保温退火工艺和尖峰退火工艺。进一步优选地，所述保温退火工艺的工艺时间介于5至60秒；所述尖峰退火工艺的工艺时间为0秒；该尖峰退火工艺的工艺温度到达最高温T℃之前的T-50℃与之后的T-50℃的所经历的时间为1-15秒；
优选地，所述第五步骤S5中高温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，如N2或Ar等，气体流量为0-5slm。
例如，根据本发明优选实施例的减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法可应用在45nm及其以下技术节点CMOS工艺的自对准硅化镍的制备以及MOS器件尖峰缺陷与管道缺陷的改善。
与传统减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法不同，本发明的核心是通过优化快速热退火处理工艺中惰性气体的流量，更确切的讲，通过减少快速热退火的惰性气体流量来减少自对准硅化镍薄膜中的尖峰缺陷和管道缺陷，同时降低生产成本。
实验结果表明，经过少量氮气快速热退火处理后，尖峰缺陷可以减少30％，管道缺陷可以减少80％。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，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。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 (9)
1.一种减少自对准硅化镍尖峰缺陷和管道缺陷的方法，其特征在于包括依次执行下述步骤：
第一步骤：对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物；
第二步骤：在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金；
第三步骤：进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与硅反应，形成高电阻硅镍化物；
第四步骤：去除未反应的镍或镍合金；
第五步骤：进行高温快速热退火处理，使所述高电阻硅镍化物转化为低电阻的硅镍化物--硅化镍。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步骤中的低温快速热退火处理的工艺温度介于220℃至350℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第三步骤中的低温快速热退火处理包括保温退火工艺和尖峰退火工艺。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述保温退火工艺的工艺时间介于5至60秒；所述尖峰退火工艺的工艺时间为0秒。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第三步骤中的低温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，气体流量为0-5slm。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第五步骤中高温快速热退火处理的工艺温度介于400℃至550℃。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第五步骤中高温快速热退火处理包括保温退火工艺和尖峰退火工艺。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述保温退火工艺的工艺时间介于5至60秒；所述尖峰退火工艺的工艺时间为0秒。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第五步骤中高温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，气体流量为0-5slm。
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| CN104347495A (zh) * | 2014-09-23 | 2015-02-11 | 上海华力微电子有限公司 | 自对准硅化镍的制备方法 |
| CN105118806A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-12-02 | 上海华力微电子有限公司 | 一种避免后形成金属硅化物工艺中接触孔尺寸偏移的方法 |
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