[发明专利]低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路的制造工艺方法，特别是涉及一种半导体工艺制作过程的硅化物制备方法。

背景技术

随着半导体器件的特征尺寸进一步缩小，结深的进一步降低，对于半导体材料和工艺也提出了进一步的发展要求。比如，高的驱动电流，高的开关响应速度，低的信号延迟，高信噪比等等。具体而言，对于多晶栅、有源区的硅化物形成时，要求低方块电阻和低接触电阻以降低信号延迟；同时低漏电以降低噪声。然而在某种程度上，这两个问题是一对矛盾。

作为解决方案，相应的钴硅化物、镍硅化物以及一些稀土元素硅化物应运而生。硅化物工艺向着低硅消耗量，低缺陷密度，低温，快速和无损伤发展。例如在硅化物生长工艺中，硅化物的材料逐渐从TiSi2到CoSi2直到NiSi到将来可能的一些稀土元素硅化物；温度的控制从原来的600℃～700℃范围降低到400℃～500℃，直到250℃。

目前，硅化物的形成仍然按照薄膜生长，热退火，化学处理然后再退火这样的流程制作。以钴硅化物及一个场效应晶体管制作为例，参见图1、2所示，其中，图2a是待处理的晶体管示意图；然后用物理气相方法(一般是直流磁控溅射)在图2a整个表面上沉积一层钴膜(参见图2b)。由于钴会和硅反应生成钴硅化物，但是同时与二氧化硅不反应，利用这个特性，在接下来的快速热退火工艺中，钴与衬底材料单晶和多晶硅反应形成高阻相的一硅化钴(参见图2C)；然后利用合适的选择性化学腐蚀液去除未反应的金属，同时也留下已生成的一硅化钴，并进行了第二次退火，使一钴化硅转变为低阻相的二硅化钴(参见图2d)。

在这个过程中，有很多地方需要良好的控制以得到需要的结果。其中，如何沉积钴膜(镍膜和相应的稀土元素膜)是非常关键的一步工艺。这个过程一般由物理气相沉积法来实现，包括预加热，反溅射刻蚀去除自然氧化层和其他残余物、溅射。

反溅射刻蚀用于去除硅片上的自然氧化层和其他残余物，以使后面沉积的薄膜金属与硅可以良好的反应。如图3所示，先在反应腔室内通入惰性气体氩气，硅片放置于基座上连接交流电源。在射频交流电源作用下，氩气电离形成等离子体，产生正氩离子轰击硅片，将硅片上的自然氧化层和其他残余物利用溅射效应轰击出硅片，再通过真空泵抽出真空腔室。

接下去的薄膜淀积一般采用直流溅射的工艺。如图4所示，先在反应腔室内通入惰性气体氩气；靶作为阴极接直流电源的负极。当所加的电压达到一定值时，氩气电离形成等离子体，产生正离子轰击阴极，使之产生金属原子和离子。溅射产生的金属原子和离子带有相当的能量，轰击硅片上淀积形成相应的金属薄膜，同时将能量传递给硅片。

但是这样的工艺方法带来不少问题。对于反溅射刻蚀，其实现是通过高能的氩离子轰击产生溅射效应来去除自然氧化膜和残留物，几乎没有任何选择性。因此，在实际生产中很容易同时对于硅衬底造成损伤，特别是在一些有源区和隔离场氧化物的尖角的地方形成很大的损伤，造成很大的漏电。

同样的，在随后的溅射过程同样面临由于等离子体的存在导致的损伤问题。稍微有所区别的是，由于与反溅射工作压力和能量耦合方式的不同，这时热电子、金属原子、离子和氩原子、离子共同轰击硅片，同样带来各种等离子体损伤。比如金属与硅衬底界面不平导致PN结耗尽区损伤，产生漏电(这在镍硅化物中表现得尤为显著)，高能电荷流经栅氧化层使栅氧化层劣化导致可靠性问题。过多能量传递到硅片上使硅片温度变化导致工艺不稳定等等。

所以问题的关键在于降低荷能粒子的能量和动量，具体而言，就是降低反溅射刻蚀中氩离子的能量和动量，溅射中的金属原子和氩的能量和动量。

为了解决这个问题，已经有一些方法采用。对于反溅射刻蚀，如用多个电源代替单个电源，或者改用其他能量耦合方式。对于溅射，在靶材之上加一套永久磁铁，依靠散布在外的磁场使气体电离产生的电子在洛仑兹力的作用下在磁场内做摆线运动，从而提高了离化效率，降低离化电压，使荷能粒子的能量和动量降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法，可以降低现有半导体硅化物制作过程中常见的等离子体损伤，同时兼容现有的工艺，操作简单。

为解决上述技术问题，本发明低等离子体诱生损伤的硅化物制备方法是采用如下技术方案实现的：

采用氦、氖以及它们与氩气的组合作为工作气体，物理气相沉积法淀积钴、镍和稀土金属薄膜，然后按照自对准硅化物工艺制备金属硅化物。