[发明专利]硅化物形成方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在硅化物形成工艺中对IV族半导体表面或掺有杂质的IV族半导体表面进行表面处理的单元及其制造方法，特别地，本发明涉及一种形成金属硅化物层的方法。

背景技术

伴随着半导体器件的高密度化和高集成化，多层布线结构得到了发展，使半导体器件与电极低电阻地电连接的形成技术变得重要。作为常用的电极形成技术，采用如Al和W等金属材料的溅射沉积或化学气相沉积。然而，金属和半导体接合部之间的接触电阻变得不可忽略，为了使接触电阻成为小电阻，在电极部中形成金属硅化物层的技术变得必要。此外，在掺有如B、P和As等杂质的IV族半导体的表面中，产生如下问题：由于结合能的不同，表面清洁后的表面的再氧化和粗糙度取决于杂质浓度而劣化。在图1A所示的方法中，以如下方式形成金属硅化物膜：通过湿清洁(wet cleaning)去除硅片上的自然氧化膜，然后使金属材料生长，进行用于金属硅化的热处理(退火)。在基板的输送和各种处理期间形成IV族半导体的表面的自然氧化膜，因此难以完全防止该自然氧化膜。

该自然氧化膜的残留不仅妨碍金属硅化物的形成，而且使触点(contact)部的电特性劣化。因此，在每个步骤之前，必须去除该自然氧化膜。然而，伴随着半导体器件的微型化，元件的尺寸变小，这引起了如下问题：由于在干燥时完全去除了水印(water mark)并且药物不能到达形成于微孔的底部的氧化膜导致不能去除自然氧化膜。此外，在硅片的湿清洁后，当进入下一处理时，硅片不可避免地暴露于大气，此时，表面再次形成有自然氧化膜，并且再次与碳原子快速地附着。因此，在作为下一步骤的沉积之前，进行750℃以上的UHF真空加热，或者在H₂气氛下进行800℃以上的加热，从而去除表面的氧化膜。然而，当器件小型化提高并且使用金属电极和金属硅化物时，产生如下问题：沉积之前的高温处理使沉积温度升高，并且引起金属材料的特性变化。例如，当以大约300℃的基板温度来沉积金属材料时，与以接近室温的低温进行沉积的情况相比，膜品质极大地改变，然后，即使当通过退火来进行硅化物形成时，也不能获得期望特性的膜品质。这样，由于必须以非常低的温度沉积金属材料，因此，当在沉积之前已经进行了高温处理时，必须在基板温度充分降低之后进行金属材料的下一沉积。为此，需要特定的冷却单元和冷却时间，这产生了处理时间长以及器件的生产成本增加的问题。

因此，湿清洁是受限制的，如图1B所示，需要在真空中进行半导体基板的沉积预处理的干清洁。与图1A相比，这不使用大气输送，而是使用真空输送，通过由一个单元进行现有技术的三个步骤，能够抑制杂质吸附并且缩短处理时间。作为在形成金属硅化物层时去除IV族半导体表面的自然氧化膜的预处理，日本特开2001-274111提出了一种利用反应性气体的化学等离子体清洁。然而，如果使气体变为等离子体，则由于该气体不仅包含自由基化的氟气，而且包含离子化的氟气，因此，当去除基板表面的自然氧化膜时，蚀刻进行到基板表面，从而引起表面上出现凹凸不平的问题。

此外，日本特开2006-294861提出了：使自然氧化膜化学改性为(NH₄)₂SiF₆，并且使基板温度升高，从而去除改性膜，此外，通过Ar反向溅射以物理的方式对残留的改性膜进行物理蚀刻。然而，由于Ar反向溅射以物理的方式进行蚀刻，因此，认为基板表面的Si-Si键也被断开。在该情况下，Si中的缺陷立刻形成有氧化膜，且Si的未结合键(hand)容易吸附被污染的材料。因此，产生了损坏器件的问题。此外，由于使用两个模块，因此，硅化物的形成耗时长。