CN116959977A - 金属硅化物的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种金属硅化物的形成方法。所述方法包括如下步骤：提供一硅衬底，所述硅衬底表面具有金属层；对所述硅衬底进行第一次快速热退火，使得所述金属层与所述硅衬底反应形成金属硅化物层；去除所述硅衬底表面未反应的金属；对所述硅衬底在含氧气氛中进行第二次快速热退火，使得所述金属硅化物层发生相变。上述技术方案将所述衬底放置于含氧气氛中进行第二次热退火，含氧气氛中的氧会与金属硅化物反应生成氧化物覆盖于发生相变的金属硅化物层的表面，避免了快速热退火中金属硅化物表面的离子沾污，通过降低金属硅化物表面的离子沾污，解决了如何改善肖特基二极管的漏电电流的问题。
Description
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种金属硅化物的形成方法。
背景技术
肖特基二极管是一种由金属和半导体材料直接形成金属-半导体结构的二极管，被广泛的应用在变频器、开关电源、以及驱动器等电路中，作为低压、高频、大电流整流二极管、保护二极管、以及续流二极管等使用。
现有技术中，形成肖特基二极管的方式是采用自对准工艺，在硅衬底表面形成金属硅化物(Silicide)工艺，并经过快速热退火后形成。研究发现，快速热退火后的肖特基二极管会发生漏电参数明显增大的情况，影响了后续应用。因此，如何改进肖特基二极管的制造工艺，降低漏电电流，是现有技术需要解决的问题。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种金属硅化物的形成方法，能够解决快速热退火中金属硅化物表面的离子沾污问题，降低肖特基二极管的漏电电流。
为了解决上述问题，本申请提供了一种金属硅化物的形成方法，包括如下步骤：提供一硅衬底，所述硅衬底表面具有金属层；对所述硅衬底进行第一次快速热退火，使得所述金属层与所述硅衬底反应形成第一相金属硅化物层；去除所述硅衬底表面未反应的金属；对所述硅衬底在含氧气氛中进行第二次快速热退火，使得所述第一相金属硅化物层发生相变。
在一些实施例中，在所述硅衬底表面形成所述金属层前形成栅极结构。
在一些实施例中，所述金属层采用物理气相沉积的方式形成。
在一些实施例中，所述金属层的材料为钛、锰、钴、或镍中的任意一种或其合金。
在一些实施例中，采用湿法腐蚀去除所述硅衬底表面未反应的金属。
在一些实施例中，采用NH4OH、H2O2、H2O的混合溶液去除所述硅衬底表面未反应的金属。
在一些实施例中，所述第一相金属硅化物层的材料是Ti2Si，发生相变是由C49相高阻态Ti2Si转化为C54相低阻态。
在一些实施例中，在含氧气氛中进行第二次快速热退火，是采用通入氧气的方式进行。
在一些实施例中，通入氧气的流量范围是30～50sccm。
在一些实施例中，所述第一次快速热退火的温度范围为600～800℃，进行第一次快速热退火的时间范围是50～70s。
在一些实施例中，所述第二次快速热退火的温度范围为700～900℃，进行第二次快速热退火的时间范围是20～40s。
上述技术方案将所述衬底放置于含氧气氛中进行第二次热退火，含氧气氛中的氧会与金属硅化物反应生成氧化物覆盖于发生相变的金属硅化物层的表面，避免了快速热退火中金属硅化物表面的离子沾污。经研究发现，金属硅化物表面的离子沾污对肖特基二极管的漏电电流影响很大，因此上述技术手段的技术效果是降低了金属硅化物表面的离子沾污，从而解决了如何改善肖特基二极管的漏电电流的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式的技术方案，下面将对本申请的具体实施方式中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1所示是本申请所述金属硅化物的形成方法一具体实施方式的实施步骤示意图；
附图2至附图5所示是本申请所述金属硅化物的形成方法一具体实施方式的主要步骤对应的器件结构示意图；
附图6至附图9所示是本申请所述金属硅化物的形成方法另一具体实施方式的主要步骤对应的器件结构示意图；
附图10所示是本申请所述金属硅化物的形成方法一具体实施方式所制备的肖特基二极管的漏电参数示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本申请一部分具体实施方式，而不是全部的具体实施方式。基于本申请中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本申请保护的范围。
本申请一具体实施方式提供了一种金属硅化物的形成方法。
请参阅图1，其为本申请所述金属硅化物的形成方法一具体实施方式的实施步骤示意图。如图1所示，本具体实施方式所述金属硅化物的形成方法包括：步骤S101，提供一硅衬底，所述硅衬底表面具有金属层；步骤S102，对所述硅衬底进行第一次快速热退火，使得所述金属层与所述硅衬底反应形成金属硅化物层；步骤S103，去除所述硅衬底表面未反应的金属；步骤S104，对所述硅衬底在含氧气氛中进行第二次快速热退火，使得所述金属硅化物层发生相变。
经研究发现，金属硅化物表面的离子沾污对肖特基二极管的漏电电流影响很大，上述技术方案将所述衬底放置于含氧气氛中进行第二次热退火，含氧气氛中的氧会与金属硅化物反应生成氧化物覆盖于发生相变的金属硅化物层的表面，避免了快速热退火中金属硅化物表面的离子沾污。从而解决了如何改善肖特基二极管的漏电电流的问题。
图2至图5是本申请所述金属硅化物的形成方法一具体实施方式的主要步骤对应的器件结构示意图。
请参阅图2，参考步骤S101，提供一硅衬底20，所述硅衬底20表面具有金属层21。
在本具体实施方式中，所述金属层21采用物理气相沉积的方式形成。在其他具体实施方式中，所述金属层21也可以采用溅射或其他方式形成。在本具体实施方式中，所述金属层21的材料为钛。在其他具体实施方式中，所述金属层21的材料为钛、锰、钴、或镍中的任意一种或其合金。在本具体实施方式中，在所述硅衬底20表面形成所述金属层21前，对所述硅衬底20进行预清洗以去除所述硅衬底20表面的杂质。
请参阅图3，参考步骤S102，对所述硅衬底20进行第一次快速热退火，使得所述金属层21与所述硅衬底20反应形成金属硅化物层22。
在本具体实施方式中，所述第一次快速热退火的温度范围为700℃，进行第一次快速热退火的时间范围是55s。在其他具体实施方式中，所述第一次快速热退火的温度范围为600～800℃，进行第一次快速热退火的时间范围是50～70s。具体地，根据不同的金属选择第一次快速热退火的温度以及时间。在本具体实施方式中，由于所述金属层21中的金属与所述硅衬底20中的硅在第一次快速热退火中会形成高阻态的第一相金属硅化物，在该退火温度下，所述金属层21中的金属原子扩散受限，因此，所述金属层21不会全部与所述硅衬底20反应形成所述金属硅化物层22。
请参阅图4，参考步骤S103，去除所述硅衬底20表面未反应的金属。
在本具体实施方式中，采用湿法腐蚀去除所述硅衬底20表面未反应的金属。具体地，采用NH4OH、H2O2、H2O的混合溶液去除所述硅衬底表面未反应的金属。
请参阅图5，参考步骤S104，对所述硅衬底20在含氧气氛中进行第二次快速热退火，使得所述金属硅化物层22发生相变。
在本具体实施方式中，所述第二次快速热退火的温度范围为900℃，进行第二次快速热退火的时间范围是30s。在其他具体实施方式中，所述第二次快速热退火的温度范围为700～900℃，进行第二次快速热退火的时间范围是20～40s。具体地，根据不同的金属选择第一次快速热退火的温度以及时间。所述第二次快速热退火的温度高于第一次快速热退火的温度，通过更高的热退火温度可以使所述金属硅化物层22发生相变。进一步地，所述第一次快速热退火的温度和所述第二次快速热退火的温度根据不同的金属选择相对应的温度以及热退火的时间。在本具体实施方式中，在第一次快速热退火后形成的所述金属硅化物层22的材料是C49相高阻态的Ti2Si，发生相变是由C49相高阻态转化为C54相低阻态。
在本具体实施方式中，在含氧气氛中进行第二次快速热退火，所述氧气与经过第一次热退火形成的所述金属硅化物反应形成氧化膜24覆盖在发生相变后的所述金属硅化物层22的表面。进一步地，在含氧气氛中进行第二次快速热退火，是采用通入氧气的方式进行。具体地，通入氧气的流量范围是30～50sccm。在本具体实施方式中，通入氧气的流量是40sccm。在其他具体实施方式中，通入氧气的流量也可以是35sccm、45sccm或其他在30～50sccm之间的数值。
相对于仅经过两次快速热退火形成金属硅化物层的技术方案而言，快速热退火工艺不仅对金属硅化物的阻值有着非常大的影响，对金属硅化物表面的离子沾污也会有很大影响。实验发现肖特基二极管对金属硅化物表面洁净度要求非常高。肖特基二极管是金属与硅直接接触作为肖特基二极管的阳极，金属硅化物表面的离子沾污会直接影响到肖特基二极管的漏电参数，导致肖特基二极管失效。上述技术方案在含氧气氛中进行第二次快速热退火，氧气与经过第一次热退火形成的所述金属硅化物反应生成一层氧化膜24，所述氧化膜24覆盖在发生相变后的所述金属硅化物层22的表面，从而阻止在快速热退火过程中的离子沾污问题，降低肖特基二极管的漏电电流。
图6至图9所示是本申请所述金属硅化物的形成方法另一具体实施方式的主要步骤对应的器件结构示意图。
请参阅图6，参考步骤S101，提供一硅衬底60，所述硅衬底60表面具有金属层61。
在本具体实施方式中，还包括在所述硅衬底60表面形成所述金属层61前形成栅极结构604。
在本具体实施方式中，步骤S101具体包括如下步骤：(1)在所述硅衬底60表面以隔离结构601定义出有源区；(2)所述有源区形成有源极602、漏极603、以及栅极结构604；(3)在所述硅衬底60表面形成金属层61。
在本具体实施方式中，所述硅衬底60包括掺杂配置和阱结构，并通过隔离结构601进行隔离。在本具体实施方式中，所述隔离结构601是通过局部区域热氧化形成的场氧化层。在其他实施方式中，所述隔离结构601也可以是以浅沟槽隔离法形成的浅沟槽隔离结构。
在本具体实施方式中，所述栅极结构604包括栅极导电层和栅极绝缘层(图中未绘示)。进一步地，所述栅极绝缘层形成于所述硅衬底60的表面，所述栅极导电层形成于所述栅极绝缘层的表面。在本具体实施方式中，所述栅极导电层为多晶硅。
在本具体实施方式中，在所述硅衬底60表面形成所述金属层61之前，先对所述硅衬底60进行预清洗，使得所述硅衬底60的表面洁净无杂质，避免影响后续形成的所述金属层61的质量。
在本具体实施方式中，所述金属层61采用物理气相沉积的方式形成。在其他具体实施方式中，所述金属层61也可以采用溅射或其他方式形成。在本具体实施方式中，所述金属层61的材料为钛。在其他具体实施方式中，所述金属层61的材料为钛、锰、钴、或镍中的任意一种或其合金。
请参阅图7，参考步骤S102，对所述硅衬底60进行第一次快速热退火，使得所述金属层61与所述硅衬底60反应形成金属硅化物层62。
在本具体实施方式中，所述第一次快速热退火的温度范围为750℃，进行第一次快速热退火的时间范围是60s。在其他具体实施方式中，所述第一次快速热退火的温度范围为600～800℃，进行第一次快速热退火的时间范围是50～70s。具体地，根据不同的金属选择第一次快速热退火的温度以及时间。
在本具体实施方式中，由于所述金属层61中的金属与所述硅衬底60中的硅在第一次快速热退火中会形成高阻态的第一相金属硅化物，在该退火温度下，所述金属层61中的金属原子扩散受限，因此，所述金属层61不会全部与所述硅衬底60反应形成所述第一相金属硅化物层62。
在本具体实施方式中，所述栅极导电层为多晶硅，那么在后续的快速热退火过程中，所述金属层61也会与所述栅极结构604发生反应形成所述金属硅化物层62。
请参阅图8，参考步骤S103，去除所述硅衬底60表面未反应的金属。
在本具体实施方式中，采用湿法腐蚀去除所述硅衬底60表面未反应的金属。具体地，采用NH4OH、H2O2、H2O的混合溶液去除所述硅衬底表面未反应的金属。
请参阅图9，参考步骤S104，对所述硅衬底60在含氧气氛中进行第二次快速热退火，使得所述金属硅化物层62发生相变。
在本具体实施方式中，所述第二次快速热退火的温度范围为900℃，进行第二次快速热退火的时间范围是35s。在其他具体实施方式中，所述第二次快速热退火的温度范围为700～900℃，进行第二次快速热退火的时间范围是20～40s。具体地，根据不同的金属选择第二次快速热退火的温度以及时间。
在本具体实施方式中，所述第二次快速热退火的温度高于第一次快速热退火的温度，通过更高的热退火温度可以使所述金属硅化物层62发生相变。在本具体实施方式中，在第一次快速热退火后形成的所述金属硅化物层62的材料是C49相高阻态的Ti2Si，发生相变是由C49相高阻态转化为C54相低阻态。
在本具体实施方式中，在含氧气氛中进行第二次快速热退火，所述氧气与经过第一次热退火形成的所述金属硅化物反应形成氧化膜64覆盖在发生相变后的所述金属硅化物层62的表面。进一步地，在含氧气氛中进行第二次快速热退火，是采用通入氧气的方式进行。具体地，通入氧气的流量范围是30～50sccm。在本具体实施方式中，通入氧气的流量是40sccm。在其他具体实施方式中，通入氧气的流量也可以是35sccm、45sccm或其他在30～50sccm之间的数值。
相对于仅经过两次快速热退火形成金属硅化物层的技术方案而言，快速热退火工艺不仅对金属硅化物的阻值有着非常大的影响，对金属硅化物表面的离子沾污也会有很大影响。实验发现肖特基二极管对金属硅化物表面洁净度要求非常高。肖特基二极管是金属与硅直接接触作为肖特基二极管的阳极，金属硅化物表面的离子沾污会直接影响到肖特基二极管的漏电参数，导致肖特基二极管失效。上述技术方案在含氧气氛中进行第二次快速热退火，氧气与经过第一次热退火形成的所述金属硅化物反应生成一层氧化膜64，所述氧化膜64覆盖在发生相变后的所述金属硅化物层62的表面，从而阻止在快速热退火过程中的离子沾污问题，降低肖特基二极管的漏电电流。
以下提供本申请所述金属硅化物的形成方法一具体实施方式得到的肖特基二极管的漏电参数。
本具体实施方式中，提供有3组待形成金属硅化物的硅衬底，并分别在第二次快速热退火过程中通入不同流量的氧气形成金属硅化物。表1是3组硅衬底在第二次快速热退火过程中通入的氧气流量的具体参数。
表1：第二次快速热退火中通入不同的氧气流量的具体参数
| 分组 | 通入的氧气流量/sccm |
| 1 | 0 |
| 2 | 30 |
| 3 | 50 |
如图10所示，第二次快速热退火过程中未通入氧气时，肖特基二极管的漏电参数明显较高；当分别在第二次快速热退火过程中通入流量为30和50sccm的氧气时，肖特基二极管的漏电参数明显降低。可以明显看出，在第二次快速热退火过程中通入氧气可以有效改善肖特基二极管的漏电参数，说明在含氧气氛中进行第二次快速热退火可以降低快速热退火过程中金属硅化物表面的离子沾污，从而改善肖特基二极管的漏电电流的问题。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“还包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请中的各个具体实施方式均采用相关的方式描述，各个具体实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个具体实施方式重点说明的都是与其他具体实施方式的不同之处。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (11)
1.一种金属硅化物的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一硅衬底，所述硅衬底表面具有金属层；
对所述硅衬底进行第一次快速热退火，使得所述金属层与所述硅衬底反应形成金属硅化物层；
去除所述硅衬底表面未反应的金属；
对所述硅衬底在含氧气氛中进行第二次快速热退火，使得所述金属硅化物层发生相变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述硅衬底表面形成所述金属层前形成栅极结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属层采用物理气相沉积的方式形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属层的材料为钛、锰、钴、或镍中的任意一种或其合金。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用湿法腐蚀去除所述硅衬底表面未反应的金属。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用NH4OH、H2O2、H2O的混合溶液去除所述硅衬底表面未反应的金属。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一次快速热退火后形成的所述金属硅化物层的材料是C49相高阻态的Ti2Si，发生相变是由C49相高阻态转化为C54相低阻态。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在含氧气氛中进行第二次快速热退火，是采用通入氧气的方式进行。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通入氧气的流量范围是30～50sccm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次快速热退火的温度范围为600～800℃，进行第一次快速热退火的时间范围是50～70s。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二次快速热退火的温度范围为700～900℃，进行第二次快速热退火的时间范围是20～40s。
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