[发明专利]一种硅化钴膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种硅化钴膜的制备方法，首先对硅衬底进行惰性气体等离子体处理以获得表面非晶化的衬底，然后于高温条件下在衬底上沉积钴形成膜层，接着将所形成的膜层于高温条件下进行一次快速退火工艺即制得所述硅化钴膜。相对于常规制程，本发明的制备方法极大简化了工艺流程、显著降低了制造成本，而且也克服了硅化钴膜制备过程中常见的氧化问题，在半导体器件的制造领域具有非常重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，具体涉及一种硅化钴膜的制备方法。

背景技术

金属硅化物由于具有较低的电阻、良好的金属导电性等优势，已作为源漏栅极接触材料和局部互连材料广泛应用于超大规模集成电路之中。随器件尺寸等比例缩小，栅长和源漏接触尺寸减小，会导致RC延迟时间变大，因此，选择合适的金属硅化物至关重要。

随着技术节点的减小，首选的接触材料TiSi₂出现了窄线宽效应，因此，人们对金属硅化物的需求转向没有窄线宽效应的CoSi₂。相较于TiSi₂，硅化钴(CoSi₂)因具有诸如较低的电阻率、较低的退火温度、对线条的横向尺寸变化不敏感等更加独特的优点，能够更好地运用于较小尺寸的自对准接触。但其存在两个缺陷：第一，Co无法清除硅表面的自然氧化层，因此CoSi₂的硅化工艺对硅片表面的清洁状况提出了严格的要求；第二，Co存在抗氧化能力较差的问题，若制程环境不理想，会同时发生Co的氧化反应和硅化反应，导致后期生成的CoSi₂的厚度减少，电阻升高，影响器件性能，因此，需严格控制退火环境和Co制程与RTP制程间工艺管控时间。

现有技术中多采用在Co制程后再增加一层TiN覆盖层来增加Q-time并解决Co的氧化问题。此技术虽然能解决Co的氧化问题，但会带来新的问题，TiN覆盖层制程的引入提高了后期RTP温度，通常需经历两步退火工艺，使Co逐步转变为CoSi₂(一个典型的制程如图1A所示)，不仅工艺步骤复杂，而且成本较高(含热预算)的缺陷。因此，寻找一种工艺简单、成本低廉、同时能解决Co制程易氧化问题的工艺是目前亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种硅化钴(CoSi₂)膜的制备方法，不仅可解决Co对氧气敏感的问题，还可显著简化制备工艺、降低制造成本。

本发明提供的硅化钴膜的制备方法包括以下步骤：

S1：对硅衬底进行惰性气体等离子体处理以获得表面非晶化的衬底；

S2：高于300℃的温度条件下，在经步骤S1处理后的衬底上沉积钴形成膜层；以及

S3：将步骤S2所形成的膜层于高于500℃的温度条件下进行一次快速退火工艺(Rapid Thermal Processing，RTP)即制得所述硅化钴膜。

本发明提供的硅化钴膜的制备方法中，所述惰性气体等离子体为等离子体化的Ar、Ne或Kr。

本发明提供的硅化钴膜的制备方法中，所述步骤S1的惰性气体等离子体处理过程中，处理时间为5～40s，射频能量为100～600W，气体流量为1～60sccm。

本发明提供的硅化钴膜的制备方法中，经所述步骤S1的惰性气体等离子体处理后的衬底中，其表面3～5nm的厚度呈非晶化。

本发明提供的硅化钴膜的制备方法中，所述步骤S2为于300～450℃的温度条件下，在经步骤S1处理后的衬底上沉积钴形成膜层。

本发明提供的硅化钴膜的制备方法中，所述步骤S2中采用溅射沉积方式形成所述膜层。

本发明提供的硅化钴膜的制备方法中，所述膜层的厚度为5～20nm。