一種采用激光退火生成鎳硅化物的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用激光退火生成鎳硅化物的方法，通過采用兩次激光退火工藝來制備鎳硅化物，同時保證兩次激光退火的穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，可最終得到一電阻率較低的鎳硅化物。由于采用激光進(jìn)行加熱退火，相比較傳統(tǒng)工藝速度更快，極大提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；同時采用激光可對硅片必要位置處進(jìn)行加熱，而其余位置處則不進(jìn)行加熱，避免在不必要位置處鎳產(chǎn)生擴(kuò)散并與硅反應(yīng)生成鎳硅化物尖峰從而導(dǎo)致漏電流現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高了器件性能。
【專利說明】一種采用激光退火生成鎳硅化物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)工業(yè)中鎳硅化物生成工藝中，具體涉及一種采用激光退火生成鎳硅化物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件集成度的持續(xù)增加以及與這些器件相關(guān)的臨界尺寸的持續(xù)減小，如何以低電阻材料制造半導(dǎo)體器件從而保持或者降低信號延遲成為人們關(guān)注的焦點，而CMOS器件的柵極導(dǎo)體和源極/漏極區(qū)的表面電阻和接觸電阻的減小與后道互連同樣重要。硅化物和自對準(zhǔn)硅化物材料及工藝已經(jīng)被廣泛用于降低CMOS器件的柵極導(dǎo)體和源極/漏極區(qū)的表面電阻和接觸電阻。
[0003]包括鈦、鈷和鎳等金屬及合金已經(jīng)用于在半導(dǎo)體器件上形成硅化物層。然而，對于柵極長度小于約lOOnm的情況，傳統(tǒng)的自對準(zhǔn)硅化物工藝及材料傾向于存在開口、殘留雜質(zhì)、層內(nèi)不均勻等各種問題，而這些問題部分地源于硅化物材料層內(nèi)的結(jié)塊。絕大部分金屬與硅反應(yīng)從而形成所期望的硅化物層都需要進(jìn)行高溫退火處理，而高溫處理使得這些問題更加明顯。例如，在用鈷形成硅化物時，最初形成硅化鈷(CoSi)，但是隨著退火工藝的進(jìn)行，特別是在較高溫度下，硅化物傾向于包含越來越大量的硅，并且達(dá)到了一種更接近于二硅化鈷(CoSi2)的成分。然而，對于具有小于約100nm的柵極長度的器件而言，在傳統(tǒng)的鈷自對準(zhǔn)硅化物工藝中使用的第二高溫硅化容易導(dǎo)致硅化物材料層內(nèi)的結(jié)塊，這增加了層內(nèi)不均勻的程度并容易使所得器件的性能退化。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)是采用兩次普通退火轉(zhuǎn)化生成鎳硅化物，即在退火工藝中，將硅片整體置于高溫環(huán)境中進(jìn)行制備工藝，但是由于硅片源漏區(qū)及柵極底部的鎳在長時間停留在高溫條件下，鎳容易產(chǎn)生過度擴(kuò)散與深度Si在高溫下結(jié)合形成的NiSi尖峰缺陷，從而導(dǎo)致漏電流影響器件性能。同時，由于傳統(tǒng)工藝是將整個硅片置于爐中，對硅片的所有部位進(jìn)行加熱，在加熱中需要的熱量較大，進(jìn)而產(chǎn)生較高的熱預(yù)算，增加了生產(chǎn)成本。
[0005]中國專利(CN103035497A)公開了一種鎳硅化物形成方法以及一種晶體管形成方法，包括:提供襯底，所述襯底表面材料含硅；在所述襯底表面形成金屬層，所述金屬層的材料含鎳；形成金屬層后，對襯底進(jìn)行第一退火，形成第一鎳娃化物層；向所述第一鎳娃化物層注入硅離子；注入硅離子后，對所述第一鎳硅化物層進(jìn)行第二退火，形成第二鎳硅化物層。通過本發(fā)明實施例提供的晶體管形成方法可以避免第二鎳硅化物層向溝道區(qū)侵蝕，從而可以提高晶體管的可靠性。
[0006]該專利是通過第二退火前進(jìn)行離子注入工藝，從而避免了因為第一鎳硅化物層與溝道區(qū)的硅原子發(fā)生反應(yīng)而造成第二鎳硅化物層向溝道區(qū)侵蝕。但是該專利同樣是采用傳統(tǒng)的退火工藝進(jìn)行退火，由于傳統(tǒng)退火是將整個硅片置于反應(yīng)爐中，對硅片的所有位置進(jìn)行加熱，不可避免的需要較大的能量來進(jìn)行加熱，而且退火速度也較慢，同時由于硅片源漏區(qū)及柵極底部的鎳在長時間停留在高溫條件下，容易產(chǎn)生縱向擴(kuò)散或側(cè)向擴(kuò)散，與深度的Si結(jié)合生成鎳硅化物尖峰，從而導(dǎo)致漏電流，影響器件性能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開了一種采用激光退火生成鎳硅化物的方法，通過采用兩次激光退火工藝來生成鎳硅化物，避免了由于高溫導(dǎo)致襯底出現(xiàn)的鎳硅化物尖峰，從而導(dǎo)致漏電流，同時激光退火的工藝有減少了生產(chǎn)成本。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0009]種采用激光退火生成鎳硅化物的方法，其中，包括以下步驟:
[0010]提供一硅片，該硅片包括一硅襯底，所述硅襯底上形成有柵極、源漏極，所述柵極還形成有側(cè)壁；
[0011]對所述硅片進(jìn)行清洗，去除表面的氧化層；
[0012]淀積一覆蓋層覆蓋所述襯底表面及柵極頂部及側(cè)壁表面；
[0013]進(jìn)行第一激光退火工藝，于所述源漏極及柵極內(nèi)部形成第一鎳硅化物層；
[0014]選擇性刻蝕去除未反應(yīng)的覆蓋層；
[0015]進(jìn)行第二激光退火工藝，將所述第一鎳硅化物層轉(zhuǎn)化為第二鎳硅化物層。
[0016]上述的方法，其中，所述覆蓋層包括一鎳鉬合金層和一阻擋層，所述阻擋層為氮化鈦層或鈦層。
[0017]上述的方法，其中，所述鎳鉬合金層中的鉬含量為5%_10%。
[0018]上述的方法，其中，進(jìn)行所述第一激光退火工藝的溫度為250?300°C。
[0019]上述的方法，其中，所述第一鎳硅化物層為Ni2Si2或Ni2Si2與NiSi的混合物。
[0020]上述的方法，其中，采用選擇性濕法刻蝕工藝去除所述未反應(yīng)的金屬層。
[0021]上述的方法，其中，進(jìn)行所述第二激光退火工藝的溫度為400?550°C。
[0022]上述的方法，其中，所述第二硅化合物為NiSi。
[0023]由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，通過采用兩次激光退火工藝可制備出電阻率較小的鎳硅化物，同時可有效避免由于硅片長期在高溫條件下可能產(chǎn)生的尖峰，進(jìn)而減小漏電流；同時加熱退火速度更快，成本也有所降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0025]圖1-5為本發(fā)明提供的一種自對準(zhǔn)鎳硅化物制備工藝的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的說明:
[0027]本發(fā)明提供了一種采用激光退火生成鎳硅化物的方法，應(yīng)用于自對準(zhǔn)鎳硅化物工藝中，包括以下步驟:
[0028]步驟S1、提供一硅片，包括硅襯底，該硅襯底形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)1，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間形成有源級2及漏極3，源級2和漏極3之間位于襯底之上形成有柵極4，柵極側(cè)邊形成有側(cè)壁5，如圖1所示結(jié)構(gòu)。對該硅片進(jìn)行清洗，去除其表面的氧化層。[0029]步驟S2、淀積一覆蓋層6覆蓋襯底表面及柵極頂部及側(cè)壁表面。在本發(fā)明的實施例中，該覆蓋層6包括一鎳鉬合金層和一阻擋層，阻擋層為氮化鈦層或鈦層。其中，鎳鉬合金層中的鉬含量為5%-10%，如圖2所示。
[0030]步驟S3、在穩(wěn)定條件為250-300°C (如250°C，280°C，300°C )的條件下，進(jìn)行第一
激光退火工藝，覆蓋層6中的鎳與源漏極和柵極頂端內(nèi)部的硅發(fā)生反應(yīng)，形成電阻率較高的第一鎳硅化物層7。由于進(jìn)行第一激光退火工藝的退火溫度較低，故形成了電阻率較高的第一鎳硅化物層7，該第一鎳硅化物層7為Ni2Si2或Ni2Si2與NiSi的混合物，并保留有未反應(yīng)的覆蓋層6'，如圖3所示，未反應(yīng)的覆蓋層6'位于淺溝槽1上方并覆蓋住柵極側(cè)壁5的表面。
[0031]步驟S4、采用選擇性濕法刻蝕工藝刻蝕掉未反應(yīng)的覆蓋層6'，如圖4所示。
[0032]步驟S5、進(jìn)行第二激光退火工藝，將電阻率較高的第一鎳硅化物7相產(chǎn)生變化，生成第二鎳硅化物8，主要成分為電阻率較低的NiSi。其中，在溫度為400-550°C (如400°C，420 V，430 V，450 V，480 V，500°C，520°C，550 V條件下進(jìn)行第二退火工藝，如圖5所示。為了獲得低電阻的鎳硅化物，減少Si的消耗，盡量將鎳硅化物控制以NiSi形式存在，最大程度保證器件的性能。
[0033]本發(fā)明在自對準(zhǔn)鎳硅化物制備工藝中，通過采用兩次激光退火工藝，并保證兩次激光退火的溫度在一定范圍內(nèi)，最終在源漏區(qū)和柵極頂端內(nèi)部形成電阻率較低的NiSi，提升了器件性能。同時通過激光照射，能夠在很短時間內(nèi)將硅片被照射表面達(dá)到工藝溫度，同時加熱完成后可快速降溫，在源漏區(qū)及柵極生成硅化物，極大提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明可避免傳統(tǒng)退火工藝中由于硅片整體處于高溫環(huán)境中，源漏區(qū)及柵極底部因為鎳在長時間停留在高溫下縱向擴(kuò)散產(chǎn)生鎳硅化物尖峰，從而導(dǎo)致漏電流。進(jìn)一步的，由于激光照射束照射面積較小，所以能選擇光的照射地方，在必要的區(qū)域?qū)杵x擇性退火，從而提高鎳硅化物及缺陷的可控性，減少工藝中的熱預(yù)算，降低了生產(chǎn)成本。
[0034]以上對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用激光退火生成鎳硅化物的方法，應(yīng)用于自對準(zhǔn)鎳硅化物工藝中，其特征在于，包括以下步驟:提供一硅片，所述硅片包括硅襯底，所述硅襯底形成有淺溝槽，淺溝槽之間形成有源級和漏極，所述源漏極之間位于位于襯底上方還形成有柵極，所述柵極還形成有側(cè)壁；對所述硅片進(jìn)行清洗，去除表面的氧化層；淀積一覆蓋層覆蓋所述襯底表面及柵極頂部及側(cè)壁表面；進(jìn)行第一激光退火工藝，于所述源漏極及柵極頂端內(nèi)部形成第一鎳硅化物層；選擇性刻蝕去除未反應(yīng)的覆蓋層；進(jìn)行第二激光退火工藝，將所述第一鎳硅化物層轉(zhuǎn)化為第二鎳硅化物層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述覆蓋層包括一鎳鉬合金層和一阻擋層，所述阻擋層為氮化鈦層或鈦層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鎳鉬合金層中的鉬含量為5%-10%。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行所述第一激光退火工藝的溫度為250?300。。。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一鎳硅化物層為Ni2Si2*Ni2Si2與NiSi的混合物。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用選擇性濕法刻蝕工藝去除所述未反應(yīng)的金屬層。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行所述第二激光退火工藝的溫度為400?550。。。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二硅化合物為NiSi。
【文檔編號】H01L21/324GK103681312SQ201310505125
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】曹威, 傅昶 申請人:上海華力微電子有限公司