CN107633998A - 形成欧姆接触的方法以及半导体器件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种形成欧姆接触的方法，在形成具有热稳定性的金属硅化物层后，再去除所述阻挡层和所述金属层，以暴露出所述金属硅化物层，采用大于等于第一预设温度的去离子水对所述晶圆进行第一次清洗，以将所述氧化物颗粒分解成小颗粒，再采用小于等于第二预设温度的去离子水对所述晶圆进行第二次清洗，所述第二次清洗的去离子水流量大于50L/min，水流的冲击力大，可将氧化物颗粒去除，利用不同温度、不同流量的水流对所述晶圆进行两次冲洗，具有更好的清洗效果，可以达到除去所述金属硅化物层上的氧化物颗粒的效果，有效的减少了所述金属硅化物层上的氧化物颗粒，使所述欧姆接触面变平滑，提高了器件的可靠性和良率。

Description

形成欧姆接触的方法以及半导体器件的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种形成欧姆接触的方法以及半导体器件的制作方法。

背景技术

欧姆接触作为半导体制造中的一种关键工艺技术，它的目的是使得半导体材料施加电压时接触处的压降足够小以至于不影响器件的性能。如果欧姆接触电阻的可靠性差，会使得器件的开态电阻升高，严重时会影响器件的性能。

现有的芯片设计中，欧姆接触通常使用特殊的难熔金属，在硅的表面作为接触以减小电阻、增强附着。但后续工艺中形成的欧姆接触面很粗糙，所以欧姆接触电阻高，甚至失效，以至于形成的器件可靠性和良率都较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种形成欧姆接触的方法以及半导体器件的制作方法，以解决现有技术中形成的欧姆接触面粗糙、欧姆接触电阻高和器件良率低等问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种形成欧姆接触的方法，包括：

提供一晶圆，所述晶圆包括一衬底以及依次形成于所述衬底预定区域上的金属层和阻挡层；

对所述晶圆进行快速热退火处理，以在所述衬底与所述金属层的界面处形成金属硅化物层；

去除所述阻挡层和所述金属层，以暴露出所述金属硅化物层，所述金属硅化物层上附着有氧化物颗粒；

采用大于等于第一预设温度的去离子水对所述晶圆进行第一次清洗，所述第一次清洗的流量小于等于35L/min；以及

采用小于等于第二预设温度的去离子水对所述晶圆进行第二次清洗，所述第二次清洗的流量大于等于50L/min，所述第二预设温度小于所述第一预设温度。

可选的，对所述晶圆进行第一次清洗时，清洗时间为400s-600s，流量为25L/min-35L/min。

可选的，对所述晶圆进行第二次清洗时，清洗时间为200s-400s，流量为55L/min-65L/min。

可选的，所述第一预设温度为70摄氏度，所述第二预设温度为25摄氏度。

可选的，所述金属层的材料包括钴、钛和镍中的一种或多种，所述阻挡层的材料为氮化钛或钛钨合金。

可选的，对所述晶圆进行快速热退火处理的温度为600摄氏度-800摄氏度。

可选的，采用湿法刻蚀工艺去除所述阻挡层和所述金属层。

可选的，湿法刻蚀去除所述阻挡层和所述金属层采用的刻蚀液包括硫酸、双氧水和氨水。

可选的，采用低压化学气相沉积或金属有机物沉积的方法形成所述金属层和所述阻挡层。

本发明还提供了一种半导体器件的制作方法，采用所述形成欧姆接触的方法。

发明人研究发现，现有技术的欧姆接触形成后，欧姆接触面上附着有一些小颗粒，所述很粗糙，这些小颗粒造成欧姆接触电阻大，器件的可靠率低。发明人进一步研究发现在欧姆接触面上附着的小颗粒是一些氧化物，由于去除所述金属层和所述阻挡层时会使用到刻蚀工艺，湿法刻蚀所采用刻蚀液或干法刻蚀所采用的刻蚀气体会将晶圆的衬底氧化从而形成含硅的氧化物(例如二氧化硅等)，这些含硅的氧化物附着在欧姆接触面上，使欧姆接触电阻变大，形成的器件可靠性和良率低。再进一步的，发明人认为，可以在形成欧姆接触时，采用能够有除去除欧姆接触面上的副产物的方法，以减小欧姆接触电阻，提高器件的可靠性和良率。

基于上述考虑，本发明提供了一种形成欧姆接触的方法以及半导体器件的制作方法，在形成具有热稳定性的金属硅化物层后，再去除所述阻挡层和所述金属层，以暴露出所述金属硅化物层，此时由于有氧化物会附着在所述金属硅化物层上，使所述欧姆接触面变粗糙，采用大于等于第一预设温度的去离子水对所述晶圆进行第一次清洗，以将所述氧化物颗粒分解成小颗粒，再采用小于等于第二预设温度的去离子水对所述晶圆进行第二次清洗，所述第二次清洗的去离子水流量大于50L/min，水流的冲击力大，可将氧化物颗粒去除，利用不同温度、不同流量的水流对所述晶圆进行两次冲洗，具有更好的清洗效果，可以达到除去所述金属硅化物层上的氧化物颗粒的效果，有效的减少了所述金属硅化物层上的氧化物颗粒，使所述欧姆接触面变平滑，提高了器件的可靠性和良率。

附图说明

图1为实施例提供的形成欧姆接触的方法的流程图；

图2-图6为实施例提供的使用所述形成欧姆接触的方法形成的半导体结构的剖面示意图；

其中，1-衬底，12-金属硅化物层，2-金属层，3-阻挡层，5-氧化物颗粒。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明提供的形成欧姆接触的方法的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1为本实施例提供的形成欧姆接触的方法的流程图，如图1所示，所述形成欧姆接触的方法包括：

S1：提供一晶圆，所述晶圆包括一衬底以及依次形成于所述衬底预定区域上的金属层和阻挡层；

S2：对所述晶圆进行快速热退火处理，以在所述衬底和所述金属层的界面处形成金属硅化物层；

S3：去除所述阻挡层和所述金属层，以暴露出所述金属硅化物层，所述金属硅化物层上附着有氧化物颗粒；

S4：采用大于等于第一预设温度的去离子水对所述晶圆进行第一次清洗，所述第一次清洗的流量小于等于35L/min；以及

S5：采用小于等于第二预设温度的去离子水对所述晶圆进行第二次清洗，所述第二次清洗的流量大于等于50L/min，所述第二预设温度小于所述第一预设温度。

发明人研究发现，去除所述阻挡层和所述金属层时，通常会使用到刻蚀工艺，湿法刻蚀采用的刻蚀液或干法刻蚀采用的刻蚀气体会将所述衬底氧化生成氧化物，氧化物附着在所述欧姆接触面上；采用大于等于第一预设温度的去离子水对所述晶圆进行第一次清洗，以将所述氧化物颗粒分解成小颗粒，再采用大于等于第二预设温度的去离子水对所述晶圆进行第二次清洗，所述第二次清洗的去离子水流量大于50L/min，水流的冲击力大，可将氧化物颗粒去除，利用不同温度、不同流量的水流对所述晶圆进行两次冲洗，具有更好的清洗效果，可以达到除去所述金属硅化物层上的氧化物颗粒的效果，有效的减少了所述金属硅化物层上的氧化物颗粒，使所述欧姆接触面变平滑，提高了器件的可靠性和良率。

具体的，请参考图2至图6，其为使用所述形成欧姆接触的方法形成的半导体结构的剖面示意图。接下来，将结合图2至图6对所述形成欧姆接触的方法作进一步描述。

请参阅图2，提供一晶圆，所述晶圆包括一衬底1，所述衬底1的材料可以为硅衬底，具体可以是单晶硅或多晶硅，也可以是锗、锗化硅、砷化镓、碳化硅和绝缘体上的硅等，本发明不作限制。并且，所述衬底1上可以形成有公知的器件结构，例如浅沟槽隔离结构(STI)、阱(Well)等。本实施例中，所述晶圆的衬底1为硅衬底。优选的，可以将所述晶圆浸入稀释过的氢氟酸溶液中，以清除所述晶圆表面自然形成的氧化层，然后对晶圆进行清洗和烘干。

在所述晶圆的衬底1的预定区域上形成金属层2，所述金属层2的材料包括钴(Co)、钛(Ti)和镍(Ni)等熔点高于1000摄氏度的高熔点金属材料，所述金属层2的厚度在100埃-2000埃之间，例如是300埃、600埃、900埃、1200埃、1500埃和1800埃，本实施例中，所述金属层2的厚度在500-1000埃之间；在所述金属层2上形成一层阻挡层3，所述阻挡层3覆盖所述金属层2，所述阻挡层2有一定的抗氧化性能，以在后续的工艺中保护所述金属层2，也可以防止金属层2在退火中以及后续的工艺的过程中欧姆接触部分氧化失效，并且可以防止衬底中的硅原子在快速热处理工序中扩散到其他金属层。所述阻挡层3的材料包括氮化钛或钛钨合金，所述欧阻挡层3的厚度为100埃-2000埃之间，例如是300埃、600埃、900埃、1200埃、1500埃和1800埃，本实施例中，所述阻挡层3的厚度在1000埃-2000埃之间。形成所述金属层2和所述阻挡层3的方法可以是现有技术的任意一种，例如是低压化学气相沉积、蒸发、直流磁控溅射、反应磁控溅射、射频磁控溅射和离子束辅助沉积法等沉积方法，不限于此。

接下来请参阅图3，将所述晶圆1放入退火设备中进行快速热退火处理(RTA)，退火后，所述衬底1与所述金属层2由肖特基接触转变为欧姆接触。对所述晶圆进行退火的温度包括600度-800度，例如是600度、650度、700度、750度和800度，本实施例中，退火的温度可根据所述金属层2的材料进行调整。在高温的条件下，所述金属层2与所述衬底1在一起发生反应，熔合时在所述衬底1和所述金属层2的界面处形成金属硅化物层12，可以理解的是，这一过程中，所述金属层2和衬底1均被消耗了一部分，所述金属硅化物层12在衬底1和所述剩余的金属层2之间。在形成金属硅化物层12的过程中，同时也减少了残留在衬底1表面的氧化物(对晶圆1进行清洗时未能完全去除所述晶圆1表面的自然氧化物)，从而减小了金属硅化物层12的接触电阻，所述金属硅化物层12在衬底1上可以作为一个关键的附着层，并且能在高温(超过1000度)时保持稳定的状态，可以使衬底1和后续工艺中形成的接触金属牢牢粘合在一起。

本实施例中，所述金属层2的材料为钴，所述阻挡层3的材料为氮化钛，所述金属钴与硅衬底发生发应，生成钴硅化合物(CoSi₂)，钴硅化合物的颗粒尺寸较小，因此它的电接触也比较容易形成，并且接触电阻非常小，可用于几何尺寸降到0.18微米或更低的深亚微米的领域。

请参阅图4，采用两步刻蚀工艺以去除所述阻挡层3和所述剩余的未参与反应的金属层2，以暴露所述金属硅化物层12。第一次刻蚀采用的刻蚀液包括浓硫酸(浓度例如为98％)和双氧水(浓度为例如为30％)的混合溶液，其体积比例如是5:1，第二步刻蚀采用的刻蚀液包括浓氨水(浓度例如为25％)、双氧水(浓度为例如为30％)和水的混合溶液，其体积比例如是1:1:5，通过两步刻蚀去除了所述阻挡层3和所述剩余的未参与反应的金属层2，但两步刻蚀采用的刻蚀液均具有强的氧化性，会将所述衬底1氧化形成氧化物颗粒5，并且浓硫酸还具有粘性，所述氧化物颗粒5附着在所述金属硅化物层12上。

接着请参阅图5，采用大于等于第一预设温度的热去离子水对所述晶圆进行第一次清洗，以将所述氧化物颗粒5分解为小颗粒，第一预设温度可以是70摄氏度，所述第一次清洗的去离子水的流量小于35L/min，例如是25L/min-35L/min，采用高于第一预设温度的去离子水对所述晶圆清洗400s-600s，本实施例中，采用流量为30L/min的热去离子水的对所述晶圆清洗600s。当然，大于等于第一预设温度的去离子水冲洗时，不仅会将尺寸较大的氧化物颗粒5分解，也会带走一部分的氧化物颗粒5，但由于第一预设温度的去离子水的流量小，冲击力不够大，所以还是会有部分尺寸较小的氧化物颗粒5附着在金属硅化物层12上，造成缺陷。并且，现有的提供70摄氏度的热去离子水机台无法提供大流量的热去离子水，如果更换热去离子水设备，费用昂贵，即使更换了设备，使用大流量的热去离子水对晶圆进行长时间大流量的清洗，也会使器件的制造成本提高。

最后请参阅图6，采用小于等于第二预设温度的去离子水对所述晶圆进行第二次清洗，以将所述氧化物颗粒5全部去除，所述第二预设温度小于所述第一预设温度，例如，所述第二预设温度可以为25摄氏度，所述第二次清洗的去离子水的流量大于50L/min，例如是55L/min-65L/min，采用小于等于25摄氏度的去离子水对所述晶圆清洗200s-400s，本实施例中，采用流量为60L/min的去离子水的对所述晶圆清洗400s。所述第二次清洗的去离子水的流量大，冲击力也足够大，能够将所述金属硅化物层12上附着的氧化物颗粒5冲洗去除。并且，所述第二次清洗采用的去离子水较所述第一次清洗采用的去离子水造价低廉，不会使器件的制造成本提高太多。

本实施例还提供了一种半导体器件的制作方法，采用以上所述的形成欧姆接触的方法。

综上，在本发明实施例提供的形成欧姆接触的方法以及半导体器件的制作方法中，在形成具有热稳定性的金属硅化物层后，再去除所述阻挡层和所述金属层，以暴露出所述金属硅化物层，此时由于有氧化物会附着在所述金属硅化物层上，使所述欧姆接触面变粗糙，采用大于等于第一预设温度的去离子水对所述晶圆进行第一次清洗，以将所述氧化物颗粒分解成小颗粒，再采用小于等于第二预设温度的去离子水对所述晶圆进行第二次清洗，所述第二次清洗的去离子水流量大于50L/min，水流的冲击力大，可将氧化物颗粒去除，利用不同温度、不同流量的水流对所述晶圆进行两次冲洗，具有更好的清洗效果，可以达到除去所述金属硅化物层上的氧化物颗粒的效果，有效的减少了所述金属硅化物层上的氧化物颗粒，使所述欧姆接触面变平滑，提高了器件的可靠性和良率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种形成欧姆接触的方法，其特征在于，所述形成欧姆接触的方法包括：

提供一晶圆，所述晶圆包括一衬底以及依次形成于所述衬底预定区域上的金属层和阻挡层；

对所述晶圆进行快速热退火处理，以在所述衬底与所述金属层的界面处形成金属硅化物层；

去除所述阻挡层和所述金属层，以暴露出所述金属硅化物层，所述金属硅化物层上附着有氧化物颗粒；

采用大于等于第一预设温度的去离子水对所述晶圆进行第一次清洗，所述第一次清洗的流量小于等于35L/min；以及

采用小于等于第二预设温度的去离子水对所述晶圆进行第二次清洗，所述第二次清洗的流量大于等于50L/min，所述第二预设温度小于所述第一预设温度。

2.如权利要求1所述的形成欧姆接触的方法，其特征在于，对所述晶圆进行第一次清洗时，清洗时间为400s-600s，流量为25L/min-35L/min。

3.如权利要求2所述的形成欧姆接触的方法，其特征在于，对所述晶圆进行第二次清洗时，清洗时间为200s-400s，流量为55L/min-65L/min。

4.如权利要求3所述的形成欧姆接触的方法，其特征在于，所述第一预设温度为70摄氏度，所述第二预设温度为25摄氏度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的形成欧姆接触的方法，其特征在于，所述金属层的材料包括钴、钛和镍中的一种或多种，所述阻挡层的材料为氮化钛或钛钨合金。

6.如权利要求1至4中任一项所述的形成欧姆接触的方法，其特征在于，对所述晶圆进行快速热退火处理的温度为600摄氏度-800摄氏度。

7.如权利要求1至4中任一项所述的形成欧姆接触的方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述阻挡层和所述金属层。

8.如权利要求7所述的形成欧姆接触的方法，其特征在于，湿法刻蚀去除所述阻挡层和所述金属层采用的刻蚀液包括硫酸、双氧水和氨水。

9.如权利要求1至4中任一项所述的形成欧姆接触的方法，其特征在于，采用低压化学气相沉积或金属有机物沉积的方法形成所述金属层和所述阻挡层。

10.一种半导体器件的制作方法，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一项所述的形成欧姆接触的方法。