自对准硅化镍的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种自对准硅化镍的制备方法，所述自对准硅化镍的制备方法至少包括下列步骤：对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物；在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金；在第一温度和特定气体氛围(纯惰性气体且流量介于0至5slm)下进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与硅反应，形成高电阻的硅镍化物；去除未反应的镍或镍合金；在第二温度和特定气体氛围(纯惰性气体且流量介于0至5slm)下进行高温快速热退火处理，使所述高电阻硅镍化物转化为低电阻的硅镍化物。本发明通过减少快速热退火处理中的惰性气体的流量，既降低了惰性气体中氧化杂质的含量，提高了硅化镍的生成质量，又通过降低腔体中压力来减少镍原子沿着缺陷扩散产生尖峰缺陷与管道缺陷的可能性，同时降低了生产成本。
【专利说明】自对准娃化镜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体制程，特别是涉及一种自对准硅化镍的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体器件制造工艺水平的不断提升，目前的主流硅片制造尺寸已经达到300mm,主流技术节点也进入45纳米制程,并且向着更先进的28/20纳米制程迈进。
[0003]在45纳米及以下制程中，镍硅化物已经取代传统的钛硅化物和钴硅化物成为源/漏/栅极接触孔的标准接触材料。相较于传统硅化物，镍硅化物具有低电阻、低应力以及低硅原料损耗等优点。但是镍硅化物的最大缺点是生长热稳定性较差，这就对整个生长过程中的各个工艺环节提出很高的要求，一旦工艺环境没有达到要求，镍硅化物很容易产生管道(piping)缺陷和团聚(agglomerat1n)缺陷,这些缺陷将导致晶体管内部产生漏电,严重影响器件性能。
[0004]图1是现有技术的硅化镍的制备方法工艺流程图。如图所示，现有技术的形成硅化镍的工艺通常包括以下步骤:S10，对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物；S12，在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金；S14，在第一温度(例如，约330°C )和特定气体氛围(例如，氮气流量通常为10-20slm)下进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与硅反应，形成高电阻硅镍化物；S16，去除未反应的镍或镍合金；S18，在第二温度(例如，约5000C )和特定气体氛围(例如，氮气流量通常为10-20slm)下进行高温快速热退火处理，使所述高电阻硅镍合物转化为低电阻硅镍化物(即硅化镍)。
[0005]换言之，镍硅化工艺流程包括两步退火处理和一步镍金属剥离。
[0006]第一步退火过程主要是使金属镍与硅反应形成Ni2Si,该Ni2Si化合物中镍原子数是硅原子两倍，相比较最终形成的NiSi，该Ni2Si化合物中的镍原子处于富余状态，富余的镍原子很容易沿着缺陷扩散形成管道缺陷。因此，第一步退火过程是控制管道缺陷的关键。
[0007]一般来说第一步退火处理的工艺温度介于270°C至330°C狭小的区间范围内，温度太高容易导致热预算不够，并且过高温度亦会加速镍原子的扩散从而导致管道缺陷增多。另一方面，如果温度太低则会导致镍与硅反应不充分。
[0008]此外，形成硅化镍的退火处理必须在完全没有氧气的惰性气体氛围中进行，退火处理中只要有超过1ppm氧化杂质(例如，H20或者02)的存在都会导致暴露的硅表面发生氧化反应，这些氧化反应与硅化物反应相互竞争并阻碍硅化镍的生成。退火处理中惰性气体的流量越大，其中氧化杂质的含量就越高，腔体内的压力就越大，镍原子沿着缺陷扩散产生尖峰(spiking)缺陷与管道(piping)缺陷的可能性就越大，不仅影响硅化镍的生成和质量,还增加了生产成本。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题在于提供一种自对准硅化镍的制备方法，其通过减少快速热退火处理中的惰性气体的流量，既降低了惰性气体中氧化杂质的含量，提高了硅化镍的生成质量，又通过降低腔体中压力来减少镍原子沿着缺陷扩散产生尖峰(spiking)缺陷与管道(piping)缺陷的可能性，同时降低了生产成本。
[0010]本发明提供了一种自对准硅化镍的制备方法，所述自对准硅化镍的制备方法至少包括下列步骤:步骤1，对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物；步骤2，在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金；步骤3，在第一温度和特定气体氛围下进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与娃反应，形成高电阻娃镍化物；步骤4,去除未反应的镍或镍合金；步骤5，在第二温度和特定气体氛围下进行高温快速热退火处理，使所述高电阻硅镍化物转化为低电阻硅镍化物；其中，所述步骤3中的低温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，且流量介于O至5slm ;所述步骤5中的高温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，且气体流量介于O至5slm。
[0011]与现有技术相比，本发明的自对准硅化镍的制备方法通过减少快速热退火处理中惰性气体的流量，既降低了惰性气体中氧化杂质的含量，提高了硅化镍的生成质量，又通过降低腔体中压力来减少镍原子沿着缺陷扩散产生尖峰缺陷与管道缺陷的可能性，同时降低生产成本。
[0012]以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1所示为现有技术的硅化镍的制备方法的工艺流程图；
[0014]图2所示为本发明一个实施例的自对准硅化镍的制备方法的工艺流程图；
[0015]图3所示为硅化镍的制备方法的工艺流程中气体流量对尖峰缺陷影响的实验结果示意图；以及
[0016]图4所示为硅化镍的制备方法的工艺流程中气体流量对管道缺陷影响的实验结果示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些【具体实施方式】进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0018]另外，为了更好的说明本发明，在下文的【具体实施方式】中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0019]图2所示是本发明的自对准硅化镍的制备方法的工艺流程图。如图所示，本发明的自对准硅化镍的制备方法至少包括以下步骤:S20，对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物；S22，在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金；S24，在第一温度(例如，介于220°C至350°C，较佳地为300°C )和特定气体氛围(例如，纯惰性气体且流量介于O至5slm)下进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与硅反应，形成高电阻硅镍化物；S26，去除未反应的镍或镍合金；S28，在第二温度(例如，介于400°C至550°C，较佳地为480°C )和特定气体氛围(例如，纯惰性气体且流量介于O至5slm)下进行高温快速热退火处理，使所述高电阻硅镍化物转化为低电阻硅镍化物(即硅化镍)。
[0020]在一个实施例中，所述步骤S24中的低温快速热退火处理进一步包括保温退火处理和尖峰退火处理。其中，所述保温退火处理的工艺时间介于5至60秒；所述尖峰退火处理的工艺时间为O秒，且该尖峰退火处理的工艺温度到达最高温TC之前的T-50°C与之后的T-50°C的所经历的时间介于5至15秒。
[0021]在一个实施例中，所述步骤S24中的低温快速热退火处理进一步包括保温退火处理和尖峰退火处理。其中，所述保温退火处理的工艺时间介于5至60秒；所述尖峰退火处理的工艺时间为O秒，且该尖峰退火处理的工艺温度到达最高温TC之前的T-50°C与之后的T-50°C的所经历的时间介于5至15秒。
[0022]请参阅图3，其中显示了在硅化镍的制备方法的工艺流程中，气体流量对尖峰缺陷影响的实验结果示意图；同时，请参阅图4，其中显示了在硅化镍的制备方法的工艺流程中，气体流量对管道缺陷影响的实验结果示意图。由图可知，实验结果表明，经过少量氮气快速热退火处理后，尖峰缺陷可以减少75.1 %，管道缺陷可以减少82.5 %，且惰性气体用量可降低50-75%。
[0023]上文【具体实施方式】和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
【权利要求】
1.一种自对准硅化镍的制备方法，所述自对准硅化镍的制备方法至少包括下列步骤: 步骤I，对暴露的硅表面进行预清洗，除去自然氧化物； 步骤2，在清洗后的硅表面上沉积镍或镍合金； 步骤3，在第一温度和特定气体氛围下进行低温快速热退火处理，使部分镍或镍合金与硅反应，形成高电阻硅镍化物； 步骤4,去除未反应的镍或镍合金； 步骤5，在第二温度和特定气体氛围下进行高温快速热退火处理，使所述高电阻硅镍化物转化为低电阻硅镍化物； 其特征在于，所述步骤3中的低温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，且流量介于O至5slm ;所述步骤5中的高温快速热退火处理的气体氛围为纯惰性气体，且气体流量介于O至5slm。
2.根据权利要求1所述的自对准硅化镍的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的所述第一温度介于220°C至350°C。
3.根据权利要求1所述的自对准硅化镍的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的低温快速热退火处理进一步包括保温退火处理和尖峰退火处理。
4.根据权利要求3所述的自对准硅化镍的制备方法，其特征在于，所述保温退火处理的工艺时间介于5至60秒。
5.根据权利要求3所述的自对准硅化镍的制备方法，其特征在于，所述尖峰退火处理的工艺时间为O秒，且该尖峰退火处理的工艺温度到达最高温TC之前的T-50°C与之后的T-50°C的所经历的时间介于5至15秒。
6.根据权利要求1所述的自对准硅化镍的制备方法，其特征在于，所述步骤5中的所述第二温度介于400°C至550°C。
7.根据权利要求1所述的自对准硅化镍的制备方法，其特征在于，所述步骤5中的高温快速热退火处理进一步包括保温退火处理和尖峰退火处理。
8.根据权利要求7所述的自对准硅化镍的制备方法，其特征在于，所述保温退火处理的工艺时间介于5至60秒。
9.根据权利要求7所述的自对准硅化镍的制备方法，其特征在于，所述尖峰退火处理的工艺时间为O秒，且该尖峰退火处理的工艺温度到达最高温TC之前的T-50°C与之后的T-50°C的所经历的时间介于5至15秒。
10.根据权利要求1所述的自对准硅化镍的制备方法，其特征在于，所述纯惰性气体为氮气、IS气或者二者之混合物。
【文档编号】H01L21/768GK104347495SQ201410491170
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】张红伟, 温振平 申请人:上海华力微电子有限公司