CN1360341A - 采用锗或锑预无定形注入及清洗的钛硅化物方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用锗或锑预无定形注入及清洗硅化物的方法,包括如下步骤;步骤1:在源/漏结形成后、溅钛前,对整个硅片采用锗或锑的预无定形注入的方法来促进相转移;步骤2:溅钛前,对硅片进行清洗处理;步骤3:溅钛前进行真空腔内预退火处理;步骤4:进行薄钛－自对准硅化物工艺。
Description
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种采用锗(Ge)或锑(Sb)预无定形注入及清洗的钛硅化物方法。
钛(Ti)—自对准硅化物(Ti-SALICIDE)由于电阻率低、热稳定性好等优点，在亚微米互补型金属氧化物半导体(CMOS)电路中广泛应用，但当线宽＜0.35微米(μm)以后，薄Ti硅化物工艺遇到了困难。Ti硅化物的薄层电阻急剧升高，使0.35μm以下的电路性能受到极大影响。为解决这一问题有人曾提出用砷(As)离子注入形成的预无定形层上形成Ti—自对准硅化物(SALICIDE)，但效果并不理想。国内在1996年首次提出用Ge或Sb作为预无定形注入(PAI)的离子，获得十分满意的结果，对0.2μm线宽的薄Ti硅化物(300厚)获得小于4欧姆/方块(4Ω/□)的薄层电阻，在0.2μm器件中得到成功的应用。近2年经过新的工艺方法开发，在原有锗预无定型注入方法的基础上，增加了硅表面的特殊清洗方法和溅Ti前的真空腔内退火处理，使这种新方法又进一步提高了工艺水平，从而使Ti硅化物工艺应用于70nm CMOS器件研制中，获得成功。这在国际上还未见报导。
目前清洗硅化物的方法主要是采用专用设备，该专用设备价格昂贵，且工艺复杂。
本发明的目的在于提供一种采用锗或锑预无定形注入及清洗的钛硅化物方法，其不需价格昂贵的专用设备，同时对清洗的钛硅化物具有电阻率低、应力小以及无环境污染的优点。
本发明一种采用锗或锑预无定形注入及清洗的钛硅化物方法，包括如下步骤：
步骤1：在源/漏结形成后、溅钛前，对整个硅片采用锗或锑的预无定形注入的方法来促进相转移；
步骤2：溅钛前，对硅片进行清洗处理；
步骤3：溅钛前进行真空腔内预退火处理；
步骤4：进行薄钛—自对准硅化物工艺。
其中步骤1在源/漏结形成后、溅钛前，对整个片子采用锗或锑的预无定形注入的方法来促进相转移，对于0.11-0.12μm的浅结，采用40kev的注入能量，注入剂量为3×1014cm-2，钛膜厚度为250，可获得厚度为300的薄二硅化钛膜，且浅结漏电＜1×10-8Acm-2，0.2μm N+ poly-Si上的薄层电阻为3.8欧姆/方块，90nm N+多晶硅上的二硅化钛薄层电阻为5.2欧姆/方块。
其中步骤2溅钛前，对硅片进行处理，采用以下新工艺：用3#液→降温、降浓度1#液→HF/IPA溶液。
其中步骤3真空腔内预退火处理包括：本底真空度为6×10-7乇；升温至300℃，恒温10’，然后降温；待真空度恢复至6×10-7乇时，预溅射5’，然后溅钛，承片台转速为13转/min，溅射速率为75/min，控制膜厚度为250。
其中步骤4薄钛—自对准硅化物工艺是采用两步快速热退火，其中进行选择腐蚀，腐蚀液选用3#液；步骤如下：(1)超声清洗：丙酮5’→无水乙醇5’→冲水→甩干两次；(2)第一次快速热退火，温度670℃，时间5”；(3)选择腐蚀：H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，t＝12’+4’+4’；(4)第二次快速热退火，温带880℃，时间10”。
其中：3#液为H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，10’，降温、降浓度1#液为NH4OH∶H2O2＝0.8∶1∶5，60℃，5’HF/IPA液为HF∶异丙醇(IPA)∶H2O＝0.5％∶0.02％∶1，室温下浸渍35”。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图对本发明作一详细的描述，其中：
图1是经第一次快速热退火和选择腐蚀后的钛硅化物的透射电镜(TEM)照片；
图2是重掺杂N+型多晶硅上TiSi2微细线条的扫描电镜照片；
图3是重掺杂N+型多晶硅上经第一次快速热退火和选择腐蚀后的钛硅化物(TixSix)的原子力显微镜照片；
图4是经锗预无定形注入的重掺杂N+型多晶硅上TiSi2薄层电阻随线宽Lg的变化，并与无Ge预无定形的样品的比较图；
图5是沟道长度为0.18μm、6000门规模的CMOS专用集成电路的照片。
在薄Ti—自对准硅化物新工艺中，三个关键点(包括溅Ti前对整个片子采用Ge或Sb的PAI；硅片的特殊清洗处理；真空腔内预退火)及其机理说明如下：
(1)在结形成后、溅Ti前，对多晶硅栅和源/漏区采用Ge或Sb的预无定形注入的方法来促进相转移，形成低阻TiSi2。实验表明，Ge和Sb PAI可以使相转移温度降低80℃。这是由于Ge或Sb PAI使TixSix晶粒尺寸大大降低，如图1所示。细晶粒结构的TixSix由于增加了C54的成核场所，促进了C54的成核(C54成核发生在3个晶粒交界处)，因此提高了从高阻C49TixSix相向低阻C54TiSi2相的转移。图2给出了在N+多晶硅上TiSi2微细线条的SEM照片。可见经过Sb或Ge PAI的0.2μm和0.1μm线宽的N+多晶硅上的TiSi2连续光滑，边缘整齐，而没经过PAI的0.2μm线宽的N+多晶硅上的TiSi2出现了明显的凝聚现象，导致高电阻率。图3给出了As重掺杂N+多晶硅上经RTA-1和选择腐蚀后的TixSix的AFM照片。可见，经Ge PAI后，样品表面的粗糙度大大改善，表明Ge PAI极大地提高了TiSi2生长的均匀性，这有利于浅结漏电的改善。
主要步骤：
1)N+源/漏光刻→注入As+，能量45kev，剂量4×1015cm-2；
2)P+源/漏光刻→注入BF2能量25kev，剂量3×1015cm-2；
3)清洗→快速热退火(RTA)，1010℃，6”；
4)锗或锑预无定形注入，能量40kev，剂量3×1014cm-2；
(2)溅Ti前硅片的特殊清洗处理；
清洗处理采用：3#液→1#液→HF/IPA溶液；
其中：3#液为H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，10’，1#液为NH4OH∶H2O2＝0.5∶1∶5，60℃，5’，HF/IPA液HF∶IPA∶H2O＝0.5％∶0.02％∶1，室温下浸渍35”，1#液的降温处理和降低浓度是为了改善硅表面的粗糙度。IPA中浸渍的目的是为了使硅表面悬挂键饱和，从而钝化硅表面，抑制自然氧化物的生成，并减小颗粒的玷污，使Ti与洁净的硅表面反应，生成更为均匀的TiSi2薄膜和平整的界面，改善漏电特性。
(3)真空腔内预退火处理
目的是降低界面处和膜内应力，并释放硅表面的潮气，使Co和Si接触更紧密。
主要步骤：
1)硅片进入预真空室，抽真空至10-3乇；
2)进入主真空腔内，抽真空至6×10-7乇；
3)衬底加热至300℃，恒温10’；
4)然后降温，待真空恢复至6×10-7乇，即可进行预溅射。
Ti—自对准硅化物整体工艺步骤如下：
(1)N+和P+源/漏注入如下：
N+注入：75As，45kev，4×1015cm-2；
P+注入：47BF2，25kev，3×1015cm-2；
(2)RTA形成N+和P+源/漏结；温度1010℃，时间6”；
(3)锗或锑预无定形注入；注入能量40kev，剂量3×1014cm-2；
(4)特殊清洗：3#液→1#液→HF/IPA，浸渍35”→冲水→甩干两遍；
(5)清洗后立即进入溅射真空锁内抽真空，尽量缩短在空气中暴露时间；
(6)真空腔内退火：本底真空度6×10-7乇后，衬底升温至300℃，恒温10’，然后降温，恢复本底真空度6×10-7乇；
(7)溅射Ti膜250；溅射功率800w，工作压力5×10-3乇，承片台转速13转/min，衬底温度50°-70℃，预溅射5’，再移开挡板，溅射Ti膜250，溅射速率75/min；
(8)超声清洗：丙酮5’→无水乙醇5’→冲水→甩干两遍；
(9)RTA-1：670℃，5”；
(10)选择腐蚀：H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，t＝12’+4’+4’；
(11)RTA-2：880℃，10”；
结果：
(1)获得低得多的TiSi2薄层电阻，即使当多晶硅线宽降到0.1μm，如图4所示。无Ge PAI样品的、在0.2μm N+多晶硅上的TiSi2薄层电阻＞22Ω/□。而Ge PAI的样品，在线宽为0.2μm时，在重掺杂N+多晶硅上的TiSi2薄层电阻为3.8Ω/□。在线宽为90nm时，TiSi2薄层电阻为5.2Ω/□，仍在适用范围内，如图4所示。
(2)在70nm CMOS器件和100nm CMOS57级环形振荡器电路中得到成功应用，且特性优良。
(3)良好的浅结特性，在5v下，漏电流密度＜1×10-8A/cm2；
(4)在沟道长度为0.18μm、6000门规模的专用集成电路中得到成功应用，成品率达50％。图5给出了研制成功的沟道长度为0.18μm CMOS ASIC电路的照片。
Claims (6)
1、一种采用锗或锑预无定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在源/漏结形成后、溅钛前，对整个硅片采用锗或锑的预无定形注入的方法来促进相转移；
步骤2：溅钛前，对硅片进行清洗处理；
步骤3：溅钛前进行真空腔内预退火处理；
步骤4：进行薄钛—自对准硅化物工艺。
2、根据权利要求1所述的采用锗或锑预无定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中步骤1在源/漏结形成后、溅钛前，对整个片子采用锗或锑的预无定形注入的方法来促进相转移，对于0.11-0.12μm的浅结，采用40kev的注入能量，注入剂量为3×1014cm-2，钛膜厚度为250，可获得厚度为300的薄二硅化钛膜，且浅结漏电＜1×10-8Acm-2，0.2μm N+poly-Si上的薄层电阻为3.8欧姆/方块，90nm N+多晶硅上的二硅化钛薄层电阻为5.2欧姆/方块。
3、根据权利要求1所述的采用锗或锑预无定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中步骤2溅钛前，对硅片进行处理，采用以下新工艺：用3#液→降温、降浓度1#液→HF/IPA溶液。
4、根据权利要求1所述的采用锗或锑预无定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中步骤3真空腔内预退火处理包括：本底真空度为6×10-7乇；升温至300℃，恒温10’，然后降温；待真空度恢复至6×10-7乇时，预溅射5’，然后溅钛，承片台转速为13转/min，溅射速率为75/min，控制膜厚度为250。
5、根据权利要求1所述的采用锗或锑预无定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中步骤4薄钛—自对准硅化物工艺是采用两步快速热退火，其中进行选择腐蚀，腐蚀液选用3#液，步骤如下：(1)超声清洗：丙酮5’→无水乙醇5’→冲水→甩干两次；(2)第一次快速热退火，温度670℃，时间5”；(3)选择腐蚀：H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，t＝12’+4’+4’；(4)第二次快速热退火，温带880℃，时间10”。
6、根据权利要求3所述的采用锗或锑预无定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中：3#液为H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，10’，降温、降浓度1#液为NH4OH∶H2O2＝0.8∶1∶5，60℃，5’HF/IPA液为HF∶异丙醇(IPA)∶H2O＝0.5％∶0.02％∶1，室温下浸渍35”。
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Owner name: INST OF MICROELECTRONICS, C. A. S Free format text: FORMER NAME: MICROELECTRONIC CENTER, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Beijing City, Qi Jia Huo Zi 100029 Patentee after: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Address before: Beijing City, Qi Jia Huo Zi 100029 Patentee before: Insitute of microelectronics of the chinese academy of sciences |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130327 Address after: Beijing City, Qi Jia Huo Zi 100029 Patentee after: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Patentee after: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (SHANGHAI) Corp. Address before: Beijing City, Qi Jia Huo Zi 100029 Patentee before: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (SHANGHA Free format text: FORMER NAME: INST OF MICROELECTRONICS, C. A. S |
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Patentee after: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (SHANGHAI) Corp. Patentee after: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Address before: Beijing City, Qi Jia Huo Zi 100029 Patentee before: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Patentee before: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (SHANGHAI) Corp. |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20040331 |
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| CX01 | Expiry of patent term |