CN105047551A - 一种镍化硅合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镍化硅合金的制备方法，在制备镍化硅合金之前，依次采用低温氧气处理、湿法浸润式预清洗、硅钴镍预清洗，从而消除原生氧化物；然后，进行第一道快速热处理工艺，形成镍化硅金属；去除没有反应的镍化硅金属部分；进行第二道快速热处理工艺，形成镍化硅合金；其中，低温氧气处理的过程，用来消除因原生氧化物的不均匀性导致的半导体器件衬底的不均匀的缺陷；硅钴镍预清洗用来消除原生氧化物，使镍化硅合金与半导体器件衬底中硅的界面更加平稳光滑，并进一步使得镍化硅合金的厚度均匀性得到提升，而且避免因原生氧化物导致的金字塔缺陷，进而改善接触电阻的均匀性和避免半导体器件产生漏电。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种用于半导体器件中的镍化硅合金的制备方法。
背景技术
目前，先进CMOS工艺中，用作局域互连(LI)和源漏电极、栅电极接触的材料主要采用镍化硅合金薄膜，镍化硅合金的功能是为后段制程与硅之间提供欧姆接触，降低电阻。请参阅图1，为现有的镍化硅合金的制备方法的流程示意图，现有的镍化硅合金的制备方法包括以下步骤：
步骤L1：提供半导体器件衬底，对其进行湿法浸润式预清洗；用于去除有机物和杂质粒子；半导体器件衬底可以包括前道工艺中形成的结构；半导体器件衬底的材料通常含有硅；
步骤L2：在半导体器件衬底上淀积镍金属层；其中，镍金属层中铂的百分比含量为10％；
步骤L3：对半导体器件衬底进行第一道快速热退火；其中，淀积的镍金属层与硅形成富镍相的镍化硅金属；
步骤L4：去除没有反应的镍金属层；
步骤L5：对半导体器件衬底进行第二道快速热退火，从而使富镍的镍化硅金属层相变，生成一硅一镍的低阻相。
然而，上述制备方法中，存在的缺陷是：在步骤L1之前，由于半导体器件衬底所采用的原始衬底上有一层薄薄的原生氧化物层，该原生氧化物层的生长不均匀，导致原始衬底被不均匀的消耗掉，从而造成所形成的半导体器件衬底的不均匀性；并且，步骤L1中，采用的预清洗工艺为湿法清洗工艺，主要以去掉有机物和杂质为目的，但是，该湿法清洗工艺不能有效去除半导体器件衬底上的原生氧化物；在后续步骤中，在半导体器件衬底表面的原生氧化物夹在半导体器件衬底和所形成的镍化硅合金之间，也即是在硅/镍化硅界面处存在原生氧化物，使得镍在扩散中与原生氧化物反应生成SiNiO、NiO2、SiNi2等高阻的晶体，因其形状酷似埃及的金字塔形状，所以称作金字塔缺陷，如图2所示，箭头所指向的是金字塔缺陷。
由于金字塔缺陷的存在，使得半导体器件衬底的Si与镍化硅合金中NiSi之间的界面不平整，有尖角，容易漏电。并且还造成镍化硅金属层不均匀；因为镍化硅金属层的接触电阻与其厚度有很大关系，不均匀的镍化硅合金层严重影响到镍化硅合金的接触电阻，因此，金字塔缺陷严重影响了镍化硅合金的接触电阻的均匀度。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种用于半导体器件的镍化硅合金的制备方法，在镍化硅合金形成之前，采用低温氧气来处理半导体器件衬底，并且增设了硅钴镍预清洗，从而去除半导体器件衬底上的原生氧化物。
为了实现上述目的，本发明提供了一种镍化硅合金的制备方法，在一半导体器件衬底上进行，所述半导体器件衬底的材料包含硅，所述半导体器件衬底表面具有原生氧化物，本发明的镍化硅合金的制备方法包括以下步骤：
步骤01：采用O2在不高于600℃下来处理所述半导体器件衬底，使所述半导体器件衬底表面的所述原生氧化物受热生长，从而形成均匀的原生氧化物层；
步骤02：采用湿法浸润式预清洗工艺来处理所述半导体器件衬底，以去除所述半导体器件衬底表面的有机物和杂质；
步骤03：采用硅钴镍预清洗工艺来处理所述半导体器件衬底，以去除所述半导体器件衬底表面的原生氧化物层，从而得到平坦的所述半导体器件衬底表面；
步骤04：在所述半导体器件衬底上沉积镍金属层；
步骤05：对半导体器件衬底进行第一道快速热退火工艺，所述镍金属层与所述半导体器件衬底表面的硅发生反应生成富镍相的镍化硅金属；
步骤06：去除没有反应的所述镍金属层部分；
步骤07：对半导体器件衬底进行第二道快速热退火工艺，使所述富镍相的镍化硅金属发生相变，形成镍化硅合金。
优选地，所述步骤01中，采用恒温处理所述半导体器件衬底。
优选地，所述步骤01中，采用O2在不高于35℃的温度下来处理所述半导体器件衬底。
优选地，所述硅钴镍预清洗工艺包括：
步骤31：将所述半导体器件衬底置于所述硅钴镍刻蚀工艺腔中；
步骤32：于35℃下恒温加热氧化所述半导体器件衬底；
步骤33：采用NH4F来刻蚀所述半导体器件衬底，所述NH4F与所述半导体器件衬底表面的所述原生氧化物发生反应而生成氟铵酸盐；
步骤34：加热所述半导体器件衬底，使所述半导体器件衬底表面的所述氟铵酸盐升华并且被抽出所述硅钴镍刻蚀工艺腔；
步骤35：重复循环上述过程，直至完全去除所述半导体器件衬底表面的所述原生氧化物。
优选地，所述加热所述半导体器件衬底使所述半导体器件衬底表面的所述氟铵酸盐升华的温度恒定为180℃。
优选地，所述氟铵酸盐为六氟硅酸铵。
优选地，所述原生氧化物为氧化硅。
优选地，所述镍金属层中含有10％的铂。
本发明的镍化硅合金的制备方法，在制备镍化硅合金之前，依次采用低温氧气处理、湿法浸润式预清洗、硅钴镍预清洗，从而消除原生氧化物；其中，低温氧气处理的过程，用来消除因原生氧化物的不均匀性导致的半导体器件衬底的不均匀的缺陷；硅钴镍预清洗用来消除原生氧化物，使镍化硅合金与半导体器件衬底中硅的界面更加平稳光滑，并进一步使得镍化硅合金的厚度均匀性得到提升，而且避免因原生氧化物导致的金字塔缺陷，进而改善接触电阻的均匀性和避免半导体器件产生漏电。
附图说明
图1为现有的镍化硅合金的制备方法的流程示意图
图2为金字塔缺陷的透射电子显微镜图片
图3为本发明的一个较佳实施例的镍化硅合金的制备方法的流程示意图
图4为本发明的一个较佳实施例的硅钴镍预清洗的流程示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
本发明的镍化硅合金的制备方法，首先，在原始衬底表面，有一层薄薄的原生氧化层，它并不是均匀的生长的，这就导致半导体器件衬底被不均匀的消耗掉，造成半导体器件衬底的不均匀性。如果加入低温O2处理，就会使原生氧化层继续生长，由于受热下生长而加热是均匀的，原生氧化层就会朝着更均匀的方向生长，如果去除氧化层，就会露出更平坦的半导体器件衬底。再者，由于湿法浸润式预清洗主要以去掉有机物和杂质为目的，而存在半导体器件衬底表面的原生氧化层却不能有效清除，而在湿法浸润式预清洗工艺后引入硅钴镍Siconi预清洗就能有效清除原生氧化物，使得后续镍化硅合金生成退火工艺中，不会由于原生氧化物的存在而产生金字塔缺陷。
以下结合附图3-4和具体实施例对本发明的镍化硅合金的制备方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图3，本实施例中，所采用的半导体器件衬底可以包含前道工艺所制备的结构，例如，阱区、浅沟槽隔离结构、栅极、源漏极等；半导体器件衬底的原始衬底可以为硅衬底；如前所述，由于原始衬底上不可避免的形成有原生氧化物，该原生氧化物由于受热不均匀而导致生长不均匀，从而造成原始衬底被不均匀的消耗掉，造成在形成镍化硅合金之前的半导体器件衬底的不均匀，在形成镍化硅合金之前，半导体器件衬底是行的原生氧化物不能够被去除，因此，本实施例致力于在制备镍化硅合金之前将半导体器件衬底上的原生氧化物去除，从而避免镍化硅合金生长时产生的金字塔缺陷；以下来具体说明本实施例的镍化硅合金的制备方法，其包括：
步骤01：采用低温O2来处理半导体器件衬底，使半导体器件衬底表面的原生氧化物受热生长，从而形成均匀的原生氧化物层；
具体的，低温为不高于600℃；本实施例中，原生氧化物为氧化硅；采用O2在不高于35℃的恒定温度下来均匀加热半导体器件衬底，由于受热均匀，原始氧化物会继续生长，且朝着更加均匀的方向生长，从而形成均匀的原生氧化物层；如果将该均匀的原生氧化物层去除，就会得到平坦的半导体器件衬底表面。
步骤02：采用湿法浸润式预清洗工艺来处理半导体器件衬底，以去除半导体器件衬底表面的有机物和杂质；
具体的，可以采用常规的湿法浸润式预清洗工艺，该步骤02只能将有机物和杂质去除，而不能将半导体器件衬底表面的原生氧化物层去除。
步骤03：采用硅钴镍预清洗工艺来处理半导体器件衬底，以去除半导体器件衬底表面的原生氧化物层，从而得到平坦的半导体器件衬底表面；
具体的，请参阅图4，硅钴镍预清洗工艺包括：
步骤31：将半导体器件衬底置于硅钴镍刻蚀工艺腔中；
步骤32：于35℃下恒温加热氧化半导体器件衬底；
步骤33：采用NH4F来刻蚀半导体器件衬底，NH4F与半导体器件衬底表面的原生氧化物发生反应而生成氟铵酸盐，这里，NH4F与氧化硅反应生成六氟硅酸铵；
步骤34：加热半导体器件衬底，使半导体器件衬底表面的氟铵酸盐升华并且被抽出硅钴镍刻蚀工艺腔；这里，对半导体器件衬底施加高温，以使氟铵酸盐升华，高温的温度不低于180℃，较佳的，可以在恒定温度为180℃下进行加热；
步骤35：重复循环上述过程，直至完全去除半导体器件衬底表面的原生氧化物。
步骤04：在半导体器件衬底上沉积镍金属层；
具体的，镍金属层中含有10％的铂；镍金属层的沉积可以采用物理气相沉积法，具体工艺参数可以根据实际要求来设定，本发明对此不作限制。
步骤05：对半导体器件衬底进行第一道快速热退火工艺，镍金属层与半导体器件衬底表面的硅发生反应生成富镍相的镍化硅金属；
具体的，第一道快速热退火工艺，可以在快速热退火炉中进行，具体工艺参数可以根据实际要求来设定，本发明对此不作限制。
步骤06：去除没有反应的镍金属层部分；
具体的，经第一道快速热退火工艺，镍金属层中与半导体器件衬底靠近的区域可以较彻底的反应生成镍化硅金属，而镍金属层表层可能没有反应，因此，可以采用湿法刻蚀工艺去除没有反应的镍金属层部分。
步骤07：对半导体器件衬底进行第二道快速热退火工艺，使富镍相的镍化硅金属发生相变，形成镍化硅合金。
具体的，第二道快速热退火工艺，使富镍相的镍化硅金属发生相变，生成一硅一镍的低阻相。
综上所述，本发明的镍化硅合金的制备方法，在制备镍化硅合金之前，依次采用低温氧气处理、湿法浸润式预清洗、硅钴镍预清洗，从而消除原生氧化物；其中，低温氧气处理的过程，用来消除因原生氧化物的不均匀性导致的半导体器件衬底的不均匀的缺陷；硅钴镍预清洗用来消除原生氧化物，使镍化硅合金与半导体器件衬底中硅的界面更加平稳光滑，并进一步使得镍化硅合金的厚度均匀性得到提升，而且避免因原生氧化物导致的金字塔缺陷，进而改善接触电阻的均匀性和避免半导体器件产生漏电。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (8)
1.一种镍化硅合金的制备方法，在一半导体器件衬底上进行，所述半导体器件衬底的材料包含硅，所述半导体器件衬底表面具有原生氧化物，其特征在于，包括以下步骤：
步骤01：采用O2在不高于600℃下来处理所述半导体器件衬底，使所述半导体器件衬底表面的所述原生氧化物受热生长，从而形成均匀的原生氧化物层；
步骤02：采用湿法浸润式预清洗工艺来处理所述半导体器件衬底，以去除所述半导体器件衬底表面的有机物和杂质；
步骤03：采用硅钴镍预清洗工艺来处理所述半导体器件衬底，以去除所述半导体器件衬底表面的原生氧化物层，从而得到平坦的所述半导体器件衬底表面；
步骤04：在所述半导体器件衬底上沉积镍金属层；
步骤05：对半导体器件衬底进行第一道快速热退火工艺，所述镍金属层与所述半导体器件衬底表面的硅发生反应生成富镍相的镍化硅金属；
步骤06：去除没有反应的所述镍金属层部分；
步骤07：对半导体器件衬底进行第二道快速热退火工艺，使所述富镍相的镍化硅金属发生相变，形成镍化硅合金。
2.根据权利要求1所述的镍化硅合金的制备方法，其特征在于，所述步骤01中，采用恒温处理所述半导体器件衬底。
3.根据权利要求2所述的镍化硅合金的制备方法，其特征在于，所述步骤01中，采用O2在不高于35℃的温度下来处理所述半导体器件衬底。
4.根据权利要求1所述的镍化硅合金的制备方法，其特征在于，所述硅钴镍预清洗工艺包括：
步骤31：将所述半导体器件衬底置于所述硅钴镍刻蚀工艺腔中；
步骤32：于35℃下恒温加热氧化所述半导体器件衬底；
步骤33：采用NH4F来刻蚀所述半导体器件衬底，所述NH4F与所述半导体器件衬底表面的所述原生氧化物发生反应而生成氟铵酸盐；
步骤34：加热所述半导体器件衬底，使所述半导体器件衬底表面的所述氟铵酸盐升华并且被抽出所述硅钴镍刻蚀工艺腔；
步骤35：重复循环上述过程，直至完全去除所述半导体器件衬底表面的所述原生氧化物。
5.根据权利要求3所述的镍化硅合金的制备方法，其特征在于，所述加热所述半导体器件衬底使所述半导体器件衬底表面的所述氟铵酸盐升华的温度恒定为180℃。
6.根据权利要求3所述的镍化硅合金的制备方法，其特征在于，所述氟铵酸盐为六氟硅酸铵。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的镍化硅合金的制备方法，其特征在于，所述原生氧化物为氧化硅。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的镍化硅合金的制备方法，其特征在于，所述镍金属层中含有10％的铂。
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