CN117438297B - 一种半导体器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体器件及其制备方法，半导体器件的制备方法包括以下步骤：提供一半导体衬底，半导体衬底包括相对设置的正面和背面，在正面的半导体衬底中形成有非晶态硅区域；在非晶态硅区域的半导体衬底上形成镍膜层；从正面对半导体衬底进行两次高温退火工艺，以在非晶态硅区域的大部分中得到初始的镍硅化合物层；从背面对所述半导体衬底进行激光退火工艺，以在整个非晶态硅区域得到最终的镍硅化合物层。本发明在两次高温退火工艺之后再从背面执行一次激光退火工艺可以更好的吸收热量，以修复晶格，其相对于正面加热，背面加热可以更好的抑制镍的进一步扩散，阻止过度硅化，从而可以减少缺陷，改善电阻Rc，并提高良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体器件及其制备方法。
背景技术
目前，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。
在当前的金属硅化物工艺中，通常需要在预非晶化工艺之后采用两次普通的退火转化生成镍硅化合物，即在退火工艺中，将晶圆的正面（即晶圆的器件面）朝上并整体置于高温环境中进行制备工艺，在这个过程中依然在非晶硅态区域中存在非晶体硅，该非晶体硅会影响电性缺陷。因此，如何修补该非晶体硅以改善良率成为亟待要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种半导体器件及其制备方法，可以修补该非晶体硅以改善良率。
为了解决以上问题，本发明提供一种半导体器件的制备方法，包括以下步骤：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括相对设置的正面和背面，在所述正面的半导体衬底中形成有非晶态硅区域；
在所述非晶态硅区域的半导体衬底上形成镍膜层；
从所述正面对所述半导体衬底进行两次高温退火工艺，以在所述非晶态硅区域的大部分中得到初始的镍硅化合物层；
从所述背面对所述半导体衬底进行激光退火，以在整个所述非晶态硅区域得到最终的镍硅化合物层。
可选的，所述半导体衬底的正面上形成有器件层，所述器件层暴露出所述非晶态硅区域。
可选的，在所述非晶态硅区域的半导体衬底上形成镍膜层具体包括：
通过沉积工艺在所述非晶态硅区域的半导体衬底上形成镍膜层。
进一步的，形成镍膜层之后还包括：
在所述镍膜层表面形成氮化钛层。
进一步的，从所述正面对所述半导体衬底进行两次高温退火工艺具体包括：
从所述正面对所述半导体衬底进行第一次高温退火工艺，所述镍膜层中的金属镍扩散，并与所述非晶态硅区域的硅结合形成过渡态的镍硅化合物层；
从所述正面对所述半导体衬底进行第二次高温退火工艺，所述非晶态硅区域中的金属镍进一步扩散，并进一步在所述非晶态硅区域与硅结合转化为初始的镍硅化合物层。
进一步的，在两次高温退火工艺之间，还包括：
去除所述氮化钛层和第一次高温退火工艺后所述半导体衬底上剩余的镍膜层。
可选的，所述半导体衬底为硅衬底。
进一步的，从所述背面对所述半导体衬底进行激光退火包括：
将所述半导体衬底置于激光退火装置中的承载台上；
从所述背面对所述半导体衬底进行快速激光退火工艺。
进一步的，所述激光退火工艺的工艺参数为：
激光温度为500℃~1000℃，激光扫描速率为50mm/s~300mm/s，所述承载台的温度为10℃~150℃，所述激光射频电压为50W~300W。
另一方面，本发明还提供一种半导体器件，采用所述的制备方法制备而成，所述半导体器件包括半导体衬底，所述半导体衬底包括相对设置的正面和背面，在所述正面的半导体衬底中形成有非晶态硅区域，所述非晶态硅区域形成有镍硅化合物层，且所述镍硅化合物层占满整个所述非晶态硅区域。
与现有技术相比，本发明具有以下意想不到的技术效果：
本发明提供一种半导体器件及其制备方法，半导体器件的制备方法包括以下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括相对设置的正面和背面，在所述正面的半导体衬底中形成有非晶态硅区域；在所述非晶态硅区域的半导体衬底上形成镍膜层；从所述正面对所述半导体衬底进行两次高温退火工艺，以在所述非晶态硅区域的大部分中得到初始的镍硅化合物层；从所述背面对所述半导体衬底进行激光退火工艺，以在整个所述非晶态硅区域得到最终的镍硅化合物层。本发明在两次高温退火工艺之后再从背面执行一次激光退火工艺所起到意想不到的技术效果为：可以更好的吸收热量，以修复晶格，其相对于正面加热，背面加热可以更好的抑制镍的进一步扩散，阻止过度硅化，从而可以减少缺陷，改善电阻Rc，并提高良率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供一种半导体器件及其制备方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的半导体衬底的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的半导体衬底在沉积镍后的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的半导体衬底在第一次高温退火后的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的半导体衬底在第一次高温退火后的结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的半导体衬底在激光退火后的结构示意图；
图7a为现有技术中两次正面高温退火工艺后镍硅化合物层的示意图；
图7b为现有技术中镍浓度在硅衬底不同深度处的分布图；
图8a为本发明一实施例在背面激光退火工艺后镍硅化合物层的示意图；
图8b为本发明一实施例中镍浓度在硅衬底不同深度处的分布图。
其中：
100-半导体衬底；100a-正面；100b-背面；110-非晶态硅区域；120-镍膜层； 130-氮化钛层；140-镍硅化合物层。
具体实施方式
以下将对本发明的一种半导体器件及其制备方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。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率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
由于当前的两次高温退火工艺，依然在非晶硅态区域中存在非晶体硅，该非晶体硅会影响电性缺陷。同时，由于晶圆的正面存在器件，且正面的器件与硅材料存在差异，因此，若为了解决以上问题，在正面再进行一次激光退火工艺时，晶圆正面的辐射率低，且受热不均匀，并不能更好的吸收热量修复晶格，且整个过程将会对器件层造成损伤，且加速了金属镍的进一步扩散，造成晶圆衬底的过度硅化，因此，这个过程并没有改善当前的技术问题。
图1为本实施例提供一种半导体器件及其制备方法的流程示意图。如图1所示，本实施例提供一种半导体器件及其制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：提供一半导体衬底100，所述半导体衬底100包括相对设置的正面100a和背面100b，在所述正面100a的半导体衬底100中形成有非晶态硅区域110；
步骤S2：在所述非晶态硅区域110的半导体衬底100上形成镍膜层120；
步骤S3：从所述正面100a对所述半导体衬底100进行两次高温退火工艺，以在所述非晶态硅区域110的大部分中得到初始的镍硅化合物层140；
步骤S4：从所述背面100b对所述半导体衬底100进行激光退火工艺，以在整个所述非晶态硅区域110得到最终的镍硅化合物层140。
以下结合附图2-图6对本实施例提供的一种半导体器件及其制备方法进行详细说明。
如图2所示，首先执行步骤S1，提供一半导体衬底100，所述半导体衬底100包括相对设置的正面100a和背面100b，在所述正面100a的半导体衬底100中形成有非晶态硅区域110。
本步骤具体包括：
首先，提供一半导体衬底100，所述半导体衬底100包括相对设置的正面100a和背面100b。所述半导体衬底100的正面100a具有用于形成非晶态硅区域110的区域，所述半导体衬底100的正面100a上形成有器件层，所述器件层暴露出用于形成非晶态硅区域110的区域。其中，所述半导体衬底100例如是硅衬底。
接着，从所述正面100a对所述半导体衬底100进行预非晶化注入（PAI），例如是注入硅、锗、氖、氩、氙或氡。所述预非晶化注入破坏了半导体衬底100的晶格结构，以在所述正面100a的半导体衬底100中形成非晶态硅区域110，该区域的硅为非晶态的硅。
如图3所示，接着执行步骤S2，在所述非晶态硅区域110的半导体衬底100上形成镍膜层120。
本步骤具体包括：
首先，通过沉积工艺在所述非晶态硅区域110的半导体衬底100上形成镍膜层120。所述镍膜层120的材料主要为金属镍，还包括金属铂，金属铂可以提高金属镍的热稳定性。
接着，在所述镍膜层120表面形成氮化钛层130。
如图4-图5所示，接着执行步骤S3，从所述正面100a对所述半导体衬底100进行两次高温退火工艺，以在所述非晶态硅区域110的大部分中得到初始的镍硅化合物层140。
本步骤具体包括：
如图4所示，首先，从所述正面100a对所述半导体衬底100进行第一次高温退火工艺，此时，所述镍膜层120中的金属镍扩散，并与所述非晶态硅区域110的硅结合形成过渡态的镍硅化合物层140，其中，所述镍硅化合物层140包括Ni2Si2和NiSi等NixSiy。过渡态的镍硅化合物层140使得部分深度的所述非晶态硅区域110的硅与镍结合转化为镍硅化合物。在本实施例中，所述第一次高温退火工艺可以在CVD反应室中进行，且在所述半导体衬底100置于工作台时，所述背面100b与所述工作台接触。
接着，去除所述氮化钛层130和第一次高温退火工艺后所述半导体衬底100上剩余的镍膜层120。
如图5所示，接着，从所述正面100a对所述半导体衬底100进行第二次高温退火工艺，此时，所述非晶态硅区域110中的金属镍进一步扩散，并进一步在所述非晶态硅区域110与硅结合转化为初始的镍硅化合物层140。经过第二次高温退火工艺，所述镍硅化合物层140所占区域的深度加深。但是，此时初始的镍硅化合物层140所占区域依然小于所述非晶态硅区域110，即所述镍硅化合物层140并没有填满所述非晶态硅区域110，使得所述半导体衬底100中依然存在非晶态的硅，这些非晶态的硅影响半导体器件的电性并引起缺陷。
在本实施例中，第二次高温退火工艺依然在CVD反应室中进行，且在所述半导体衬底100置于工作台时，所述背面100b与所述工作台接触。
为了修复所述非晶态区域中依然存在非晶态的硅，如图6所示，接着执行步骤S4，从所述背面100b对所述半导体衬底100进行激光退火工艺，以在整个所述非晶态硅区域110得到最终的镍硅化合物层140。
本步骤具体包括：
首先，将所述半导体衬底100置于激光退火装置的承载台上，所述半导体衬底100的正面100a与所述承载台接触。
接着，从所述背面100b对所述半导体衬底100进行激光退火工艺（例如快速激光退火工艺）。此时，由于半导体衬底100的背面100b没有器件层，即仅存在硅衬底，这样在从所述背面100b进行激光退火工艺时，由于硅衬底的材料相同，使得硅衬底的辐射率较高，且背面100b均匀受热，因此可以更好的吸收热量修复晶格，并得到占满整个所述非晶态硅区域110的最终的镍硅化合物层140，整个过程并没有造成器件层的损伤，同时，相较于正面100a退火，其背面100b退火还抑制了金属镍的进一步扩散所造成的半导体衬底100过度硅化，从而改善了半导体器件的电性（例如改善了电阻Rc），减少缺陷，从而提高了良率。
在本步骤中，激光退火工艺的工艺参数为：
激光温度为500℃~1000℃，激光扫描速率为50mm/s~300mm/s，承载台的温度为10℃~150℃，所述激光射频电压为50W~300W，该工艺参数可以辅助说明，在两次高温退火工艺之后增加了一次从背面执行激光退火工艺，其能够所起到意想不到的技术效果为：可以更好的吸收热量，以修复晶格，其相对于正面加热，背面加热可以更好的抑制镍的进一步扩散，阻止过度硅化，从而可以减少缺陷，改善电阻Rc，并提高良率。
如图7a和图7b所示，在图7b中x坐标为深度，其单位为nm，y坐标为浓度，其单位为atom/cm3，且目前仅通过两次正面100a退火工艺（例如高温退火工艺）得到的半导体器件中，镍硅化合物层140在硅衬底中的边界a并不清晰，且在边界a的角度为56°即镍浓度依然很高，其中，如图8a和图8b所示，在图8b中x坐标为深度，其单位为nm，y坐标为浓度，其单位为atom/cm3，且本实施例通过两次正面100a高温退火和一次背面100b激光退火工艺得到的半导体器件中，镍硅化合物层140在硅衬底中的边界a明显清晰，且在边界a处的角度为53°，即镍浓度明显降低，使得镍硅化合物层140的过渡区域变短，从而有效改善了半导体器件的电性，减少缺陷，从而提高了良率。
请继续参阅图6，本实施例还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括半导体衬底100，所述半导体衬底100具有相对设置的正面100a和背面100b，在所述正面100a的半导体衬底100中形成有非晶态硅区域110，所述非晶态硅区域110形成有镍硅化合物层140，且所述镍硅化合物层140占满整个所述非晶态硅区域110。
综上所述，本发明提供一种半导体器件及其制备方法，半导体器件的制备方法包括以下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括相对设置的正面和背面，在所述正面的半导体衬底中形成有非晶态硅区域；在所述非晶态硅区域的半导体衬底上形成镍膜层；从所述正面对所述半导体衬底进行两次高温退火工艺，以在所述非晶态硅区域的大部分中得到初始的镍硅化合物层；从所述背面对所述半导体衬底进行激光退火工艺，以在整个所述非晶态硅区域得到最终的镍硅化合物层。本发明在两次高温退火工艺之后再从背面执行一次激光退火工艺所起到意想不到的技术效果为：可以更好的吸收热量，以修复晶格，其相对于正面加热，背面加热可以更好的抑制镍的进一步扩散，阻止过度硅化，从而可以减少缺陷，改善电阻Rc，并提高良率。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语 “第一”、“第二”的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
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 (10)
1.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括相对设置的正面和背面，在所述正面的半导体衬底中形成有非晶态硅区域；
在所述非晶态硅区域的半导体衬底上形成镍膜层；
从所述正面对所述半导体衬底进行两次高温退火工艺，以在所述非晶态硅区域的大部分中得到初始的镍硅化合物层；
从所述背面对所述半导体衬底进行激光退火工艺，以在整个所述非晶态硅区域得到最终的镍硅化合物层。
2.如权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述半导体衬底的正面上形成有器件层，所述器件层暴露出所述非晶态硅区域。
3.如权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，在所述非晶态硅区域的半导体衬底上形成镍膜层具体包括：
通过沉积工艺在所述非晶态硅区域的半导体衬底上形成镍膜层。
4.如权利要求3所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，形成镍膜层之后还包括：
在所述镍膜层表面形成氮化钛层。
5.如权利要求4所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，从所述正面对所述半导体衬底进行两次高温退火工艺具体包括：
从所述正面对所述半导体衬底进行第一次高温退火工艺，所述镍膜层中的金属镍扩散，并与所述非晶态硅区域的硅结合形成过渡态的镍硅化合物层；
从所述正面对所述半导体衬底进行第二次高温退火工艺，所述非晶态硅区域中的金属镍进一步扩散，并进一步在所述非晶态硅区域与硅结合转化为初始的镍硅化合物层。
6.如权利要求5所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，在两次高温退火工艺之间，还包括：
去除所述氮化钛层和第一次高温退火工艺后所述半导体衬底上剩余的镍膜层。
7.如权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述半导体衬底为硅衬底。
8.如权利要求7所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，从所述背面对所述半导体衬底进行激光退火工艺包括：
将所述半导体衬底置于激光退火装置中的承载台上，且所述半导体衬底的正面与所述承载台接触；
从所述背面对所述半导体衬底进行快速激光退火工艺。
9.如权利要求8所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述激光退火工艺的工艺参数为：
激光温度为500℃~1000℃，激光扫描速率为50mm/s~300mm/s，所述承载台的温度为10℃~150℃，激光射频电压为50W~300W。
10.一种半导体器件，采用如权利要求1所述的制备方法制备而成，其特征在于，所述半导体器件包括半导体衬底，所述半导体衬底包括相对设置的正面和背面，在所述正面的半导体衬底中形成有非晶态硅区域，所述非晶态硅区域形成有镍硅化合物层，且所述镍硅化合物层占满整个所述非晶态硅区域。
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