[发明专利]去除自然氧化硅层和形成自对准硅化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别是涉及一种在淀积金属前去除衬底表面自然氧化硅层的方法和通过该方法来形成自对准硅化物的方法。

背景技术

自然氧化硅层是当衬底表面曝露在空气中或含溶解氧的去离子水中时，水分子吸附在衬底上并渗透到硅表面，引起硅表面发生氧化，生成的一层薄氧化层。该自然氧化硅层的形成可以在室温条件下发生，其厚度随曝露时间的增长而增加。

自然氧化硅层对半导体器件的性能和可靠性都有重要的影响。特别是，在自对准硅化物工艺中淀积金属层之前，如果衬底表面源/漏区和多晶硅栅的自然氧化硅层过厚，会降低衬底和金属层之间的粘附性，从而增加自对准金属硅化物的接触电阻。因此，在淀积金属层之前，有必要采用适当的清洗方法将衬底表面的自然氧化硅层完全去除。

传统的去除自然氧化硅层的方法是采用稀释的氢氟酸（DHF）溶液浸泡，可以有选择地腐蚀衬底表面的氧化层，而不损伤衬底。然而，经过DHF浸泡后，衬底表面的硅仅仅被氢原子封闭（形成Si-H键），在空气中容易被氧气再氧化，而且还容易吸附颗粒，使金属硅化物的接触电阻变高；另外，采用该湿法腐蚀所需的化学试剂量比较大，清洗完成后要用大量去离子水反复漂洗、烘干，来保证衬底的清洁和干燥，操作复杂。

因此，有人提出了一种新的干法化学预清工艺（称为SiCoNi预清工艺）。该预清工艺包括两个步骤：NF₃/NH₃远程电浆（等离子体）刻蚀和原位退火。这两个步骤都在同一腔体内完成。在刻蚀过程中，衬底被放置在温度严格控制在35℃的底座上，低功率的电浆将NF₃和NH₃转变成氟化氨（NH₄F）和二氟化氨（NH₄F·HF）（反应式1）。氟化物在衬底表面冷凝，并优先与氧化物反应，形成六氟硅酸铵（(NH₄)₂SiF₆）（反应式2）。原位退火过程中，衬底被移动到靠近加热部位的位置，流动的氢气将热量带到衬底上，衬底在很短的时间内被加热到100℃以上，使六氟硅酸铵分解为气态的SiF₄、NH₃和HF（反应式3），并被抽去。

NF₃+NH₃→NH₄F + NH₄F·HF   (1)

NH₄F 或 NH₄F·HF + SiO₂→(NH₄)₂SiF₆ (固) + H₂O   (2)

(NH₄)₂SiF₆ (固) →SiF₄(气) + NH₃(气) + HF(气)    (3)

在所述预清工艺中，NH₄F是去除氧化层的主要刻蚀剂，在低温等离子体环境下，与衬底表面的氧化物（SiO₂）发生反应，从而去除氧化物。然而，在此过程中，我们发现，衬底表面曝露的硅会被等离子体损伤，造成衬底表面不平坦。

因此，需要一种去除衬底表面自然氧化硅层的方法，该方法应能有效地去除所述衬底表面的自然氧化硅层，不会造成衬底的损伤。

此外，如上所述，去除自然氧化硅层的方法常常被应用于自对准硅化物工艺中。作为MOS制造中的关键工艺之一，自对准硅化物（Self-aligned Silicide，简称为Salicide）工艺不仅可以同时降低多晶硅栅和源/漏区的薄层电阻和接触电阻，还可以缩短与栅相关的RC延迟，从而提高连线能力，有利于MOS器件的等比例缩小。

基本的自对准硅化物工艺是在衬底的衬底上形成源/漏区和栅极（例如多晶硅栅）以后，将金属（如钛、钴、镍或镍铂合金）淀积在包括源/漏区和栅极的表面在内的衬底表面上，然后施以快速热退火，使淀积源/漏区和栅极表面的金属与衬底中的硅反应而形成硅化物。通过对退火温度和时间等工艺参数加以适当的控制，使金属硅化物的反应仅发生在金属和硅界面之间，而不会与二氧化硅、氮化硅等绝缘介质发生反应，从而实现了自对准过程。