[發明專利]鎳金屬硅化物的制備方法

在審

• 申請號: 201610107726.4
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105575790A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 肖天金;邱裕明
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/285
• 分類號: H01L21/285
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 智云

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種鎳金屬硅化物的制備方法。

背景技術

隨著半導體器件集成度持續增大以及與這些器件相關的臨界尺寸持續減 小，人們的興趣越來越集中于以低電阻材料制造半導體器件從而保持或降低信 號延遲。硅化物(Silicide)和自對準硅化物(self-alignedsilicide)材料及工藝已 經被廣泛地應用到CMOS集成電路制造中以降低源極/漏極區及柵極區的接觸電 阻和串聯電阻。

早期的二硅化鈦(TiSi2)由于其窄線條效應已經不適用于0.18um的技術， 被二硅化鈷(CoSi2)取代。二硅化鈷形成相同厚度的硅化物需要消耗更多的多 晶硅或硅襯底，已經不能滿足源漏淺結及超淺結的需求；并且二硅化鈷在低于 45納米的多晶硅線條上表現出明顯的窄線條效應；在45納米及以下的技術中， 由于熱預算的考量，二硅化鈷的形成溫度(第二次快速熱處理的工藝溫度范圍 為600℃～800℃)也不能滿足器件需求。因此在45納米及以下的技術中，迫切 需要一種金屬硅化物來解決以上問題。

與二硅化鈦和二硅化鈷相比，硅化鎳(NiSi)具有以下的優點：(1)硅化 工藝溫度低，只需要350℃～750℃；(2)硅消耗量低，形成1納米硅化鎳僅消 耗0.83納米硅；(3)尚未發現硅化鎳方塊電阻隨線條減小而變大；(4)可以 在較低的溫度下與鍺硅材料形成低阻值的硅化物。因此，硅化鎳被視為一種較 為理想的金屬硅化物。

在現有技術中，硅化鎳與二硅化鈦和二硅化鈷相似，也采用兩步快速熱處 理(RTP)的工藝：首先在較低的溫度下(220℃～300℃)和N2氛圍中進行第 一步退火，通過鎳的擴散，生成主要以硅化二鎳(Ni2Si)和硅化鎳共存的硅化 物；然后通過選擇性刻蝕去除側墻上未反應的鎳或鎳合金，在較高的溫度下 (350℃～750℃)和N2氛圍中進行第二步退火，在源漏極和柵極生成硅化鎳。

但是半導體器件的尺寸還在不斷縮小，硅化鎳層的電阻對器件電學性能的 影響也越來越顯著，如何減小硅化鎳層的電阻變得越來越重要。硅化鎳的品質 受其厚度、形貌以及管道品質的影響，高品質的硅化鎳不僅有利于降低源極/漏 極區及柵極區的接觸電阻和串聯電阻，而且有利于提高器件的可靠性。因此， 如何獲得高品質的硅化鎳是目前亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鎳金屬硅化物的制備方法，以獲得形貌和均勻 性良好、低管道缺陷的鎳金屬硅化物，從而提高鎳金屬硅化物的品質。

本發明的技術方案是一種鎳金屬硅化物的制備方法，包括以下步驟：

S1：對暴露的硅襯底表面進行預清洗，除去自然氧化物，在其上沉積鎳或 鎳合金；

S2：向工藝腔體中通入含有氫氣的氣體，去除工藝腔體中的氧氣，接著使 用氮氣凈化工藝腔體中殘留的含有氫氣的氣體，然后在沉積鎳或鎳合金的硅襯 底進入工藝腔體之后，通入含有氫氣的氣體進行第一次退火，使鎳或鎳合金的 至少一部分與硅反應，形成鎳金屬硅化物的混合物；

S3：移除未反應的鎳或鎳合金；

S4：進行第二次退火，使所述鎳金屬硅化物的混合物轉化為鎳金屬硅化 物。

進一步的，所述第一次退火的溫度為220℃～270℃，所述第一次退火的時 間為30s～150s。

進一步的，所述第一次退火通入的氣體為氫氣。

進一步的，所述第一次退火通入的氣體為氫氣與氮氣的混合氣體。

進一步的，所述第二次退火采用閃光燈進行退火。

進一步的，所述第二次退火的溫度為800℃～900℃，所述第二次退火的時 間為0.003s～0.05s。

進一步的，所述鎳金屬硅化物的混合物包括硅化二鎳與硅化鎳，所述鎳金 屬硅化物為硅化鎳。

進一步的，所述預清洗除去自然氧化物的步驟通過利用氬等離子體濺射移 除硅襯底表面層來完成。

進一步的，所述鎳或鎳合金通過物理氣相沉積法沉積在清洗后的硅襯底表 面上。

進一步的，鎳合金是由鎳與包括鎢、鉭、鋯、鈦、鉿、鉑、鈀、釩、鈮、 鈷的集合中的一種或多種金屬形成的合金。

與現有技術相比，本發明提供的鎳金屬硅化物的制備方法，具有以下有益 效果：