[发明专利]一种微波退火形成镍硅化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路及其制造技术领域，尤其涉及一种微波退火形成镍硅化物的方法。

背景技术

随着半导体器件集成度的持续增加以及与这些器件相关的临界尺寸的持续减小，如何以低电阻材料制造半导体器件从而保持或者降低信号延迟成为人们关注的焦点，而CMOS器件的栅极导体和源极/漏极区的表面电阻和接触电阻的减小与后道互连同样重要。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。

包括钛、钴和镍等金属及合金已经用于在半导体器件上形成硅化物层。然而，对于栅极长度小于约100nm的情况，传统的自对准硅化物工艺及材料倾向于存在开口、残留杂质、层内不均匀等各种问题，而这些问题部分地源于硅化物材料层内的结块。绝大部分金属与硅反应从而形成所期望的硅化物层都需要进行高温退火处理，而高温处理使得这些问题更加明显。例如，在用钴形成硅化物时，最初形成硅化钴（CoSi），但是随着退火工艺的进行，特别是在较高温度下，硅化物倾向于包含越来越大量的硅，并且达到了一种更接近于二硅化钴（CoSi₂）的成分。然而，对于具有小于约100nm的栅极长度的器件而言，在传统的钴自对准硅化物工艺中使用的第二高温硅化容易导致硅化物材料层内的结块，这增加了层内不均匀的程度并容易使所得器件的性能退化。

镍在形成所需硅化物时需要在相对低的温度下进行退火工艺，例如低于约550℃。依据反应条件，镍可以与硅反应形成一硅化二镍、硅化镍或二硅化镍，其形成温度也依次提高，当温度在280℃~400℃之间时，镍可以与硅反应形成高阻相一硅化二镍，使用高于约550℃地退火温度容易增加电阻最大的二硅化镍的形成，并相应地增加硅的消耗，因此一般两者都不被采用。硅化镍在三种镍的硅化物中表现出最低的表面电阻，但其对温度很敏感，因此在退火时需要非常小心。而且在加热的过程中，镍非常容易深入地扩散进入硅中，形成穿刺（spiking）或者气孔（piping）的缺陷，而且硅化镍不是很稳定，在其层内非常容易发生团聚的效应，因此，硅化镍广泛应用于65nm及以下的技术节点的CMOS器件上。硅化镍具有比硅化钛和硅化钴消耗更少硅的特性，有利于其在超浅结方面的应用，并且其不表现出类似于硅化钴和硅化钛对于低于30nm线宽的线宽依赖性。

如图1a、图1b、图1c和图2所示，形成硅化镍的传统工艺通常包括以下步骤：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者镍合金1；在第一温度（约250℃~300℃）下进行低温快速热处理，使镍或者镍合金的至少一部分与硅反应，以形成高电阻一硅化二镍2；移除未反应的镍或镍合金；在第二温度（约500℃）下进行热退火处理，使所述高电阻硅化镍2转化为低电阻硅化镍3。在传统方法中，通过两次传统的热退火，退火时间不宜过长，且温度不能过高，且形成的硅化镍均匀性不是很好。

而微波退火作为一种新型退火方式，它具有高效加热的特性，快速、简单、均匀和高效，而且微波退火是一种内部整体加热，能在很短的时间内使受热体系均匀地被加热。在对镍硅进行退火时，采用微波可以简化退火工艺，降低能耗，而且微波可提高原子运动的活性，促进原子的重新排列，有助于改善硅化镍的均匀性。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种微波退火形成镍硅化物的方法，有助于改善硅化镍的均匀性，提高器件的性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种微波退火形成镍硅化物的方法，其中，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者镍合金，在镍或者镍合金的表面覆盖一层阻挡层；

将晶片加热至第一温度的过程中，同时使用微波辐射，使镍或者镍合金的一部分与硅反应形成高电阻的一硅化二镍；

移除镍或者镍合金的表面的阻挡层和未反应的镍或者镍合金；

将晶片加热至第二温度的过程中，同时使用微波辐射，使所述高电阻一硅化二镍转化为低电阻的硅化镍。

上述微波退火形成镍硅化物的方法，其中，所述在镍或者镍合金的表面覆盖一层阻挡层为氮化钛层或者钛层。

上述微波退火形成镍硅化物的方法，其中，所述预清洗除去自然氧化物的步骤通过SiCoNi腔或者HF浸泡进行清洗，移除厚度为15A~50A的硅表面层来完成。

上述微波退火形成镍硅化物的方法，其中，所述的镍或者镍合金通过物理气相沉积法沉积在清洗后的硅表面上。