專利名稱：采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗的鈦硅化物方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種采用鍺(Ge)或銻(Sb)預(yù)無定形注入及清洗的鈦硅化物方法。
鈦(Ti)—自對(duì)準(zhǔn)硅化物(Ti-SALICIDE)由于電阻率低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在亞微米互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路中廣泛應(yīng)用，但當(dāng)線寬＜0.35微米(μm)以后，薄Ti硅化物工藝遇到了困難。Ti硅化物的薄層電阻急劇升高，使0.35μm以下的電路性能受到極大影響。為解決這一問題有人曾提出用砷(As)離子注入形成的預(yù)無定形層上形成Ti—自對(duì)準(zhǔn)硅化物(SALICIDE)，但效果并不理想。國內(nèi)在1996年首次提出用Ge或Sb作為預(yù)無定形注入(PAI)的離子，獲得十分滿意的結(jié)果，對(duì)0.2μm線寬的薄Ti硅化物(300厚)獲得小于4歐姆/方塊(4Ω/□)的薄層電阻，在0.2μm器件中得到成功的應(yīng)用。近2年經(jīng)過新的工藝方法開發(fā)，在原有鍺預(yù)無定型注入方法的基礎(chǔ)上，增加了硅表面的特殊清洗方法和濺Ti前的真空腔內(nèi)退火處理，使這種新方法又進(jìn)一步提高了工藝水平，從而使Ti硅化物工藝應(yīng)用于70nm CMOS器件研制中，獲得成功。這在國際上還未見報(bào)導(dǎo)。
目前清洗硅化物的方法主要是采用專用設(shè)備，該專用設(shè)備價(jià)格昂貴，且工藝復(fù)雜。
本發(fā)明的目的在于提供一種采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗的鈦硅化物方法，其不需價(jià)格昂貴的專用設(shè)備，同時(shí)對(duì)清洗的鈦硅化物具有電阻率低、應(yīng)力小以及無環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明一種采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗的鈦硅化物方法，包括如下步驟步驟1在源/漏結(jié)形成后、濺鈦前，對(duì)整個(gè)硅片采用鍺或銻的預(yù)無定形注入的方法來促進(jìn)相轉(zhuǎn)移；
步驟2濺鈦前，對(duì)硅片進(jìn)行清洗處理；步驟3濺鈦前進(jìn)行真空腔內(nèi)預(yù)退火處理；步驟4進(jìn)行薄鈦—自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝。
其中步驟1在源/漏結(jié)形成后、濺鈦前，對(duì)整個(gè)片子采用鍺或銻的預(yù)無定形注入的方法來促進(jìn)相轉(zhuǎn)移，對(duì)于0.11-0.12μm的淺結(jié)，采用40kev的注入能量，注入劑量為3×1014cm-2，鈦膜厚度為250，可獲得厚度為300的薄二硅化鈦膜，且淺結(jié)漏電＜1×10-8Acm-2，0.2μm N+poly-Si上的薄層電阻為3.8歐姆/方塊，90nm N+多晶硅上的二硅化鈦薄層電阻為5.2歐姆/方塊。
其中步驟2濺鈦前，對(duì)硅片進(jìn)行處理，采用以下新工藝用3#液→降溫、降濃度1#液→HF/IPA溶液。
其中步驟3真空腔內(nèi)預(yù)退火處理包括本底真空度為6×10-7乇；升溫至300℃，恒溫10’，然后降溫；待真空度恢復(fù)至6×10-7乇時(shí)，預(yù)濺射5’，然后濺鈦，承片臺(tái)轉(zhuǎn)速為13轉(zhuǎn)/min，濺射速率為75/min，控制膜厚度為250。
其中步驟4薄鈦—自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝是采用兩步快速熱退火，其中進(jìn)行選擇腐蝕，腐蝕液選用3#液；步驟如下(1)超聲清洗丙酮5’→無水乙醇5’→沖水→甩干兩次；(2)第一次快速熱退火，溫度670℃，時(shí)間5”；(3)選擇腐蝕H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，t＝12’+4’+4’；(4)第二次快速熱退火，溫帶880℃，時(shí)間10”。
其中3#液為H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，10’，降溫、降濃度1#液為NH4OH∶H2O2＝0.8∶1∶5，60℃，5’HF/IPA液為HF∶異丙醇(IPA)∶H2O＝0.5％∶0.02％∶1，室溫下浸漬35”。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的描述，其中

圖1是經(jīng)第一次快速熱退火和選擇腐蝕后的鈦硅化物的透射電鏡(TEM)照片；圖2是重?fù)诫sN+型多晶硅上TiSi2微細(xì)線條的掃描電鏡照片；圖3是重?fù)诫sN+型多晶硅上經(jīng)第一次快速熱退火和選擇腐蝕后的鈦硅化物(TixSix)的原子力顯微鏡照片；
圖4是經(jīng)鍺預(yù)無定形注入的重?fù)诫sN+型多晶硅上TiSi2薄層電阻隨線寬Lg的變化，并與無Ge預(yù)無定形的樣品的比較圖；圖5是溝道長度為0.18μm、6000門規(guī)模的CMOS專用集成電路的照片。
在薄Ti—自對(duì)準(zhǔn)硅化物新工藝中，三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(包括濺Ti前對(duì)整個(gè)片子采用Ge或Sb的PAI；硅片的特殊清洗處理；真空腔內(nèi)預(yù)退火)及其機(jī)理說明如下(1)在結(jié)形成后、濺Ti前，對(duì)多晶硅柵和源/漏區(qū)采用Ge或Sb的預(yù)無定形注入的方法來促進(jìn)相轉(zhuǎn)移，形成低阻TiSi2。實(shí)驗(yàn)表明，Ge和Sb PAI可以使相轉(zhuǎn)移溫度降低80℃。這是由于Ge或Sb PAI使TixSix晶粒尺寸大大降低，如圖1所示。細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的TixSix由于增加了C54的成核場所，促進(jìn)了C54的成核(C54成核發(fā)生在3個(gè)晶粒交界處)，因此提高了從高阻C49TixSix相向低阻C54TiSi2相的轉(zhuǎn)移。圖2給出了在N+多晶硅上TiSi2微細(xì)線條的SEM照片?？梢娊?jīng)過Sb或Ge PAI的0.2μm和0.1μm線寬的N+多晶硅上的TiSi2連續(xù)光滑，邊緣整齊，而沒經(jīng)過PAI的0.2μm線寬的N+多晶硅上的TiSi2出現(xiàn)了明顯的凝聚現(xiàn)象，導(dǎo)致高電阻率。圖3給出了As重?fù)诫sN+多晶硅上經(jīng)RTA-1和選擇腐蝕后的TixSix的AFM照片?？梢?，經(jīng)Ge PAI后，樣品表面的粗糙度大大改善，表明Ge PAI極大地提高了TiSi2生長的均勻性，這有利于淺結(jié)漏電的改善。
主要步驟1)N+源/漏光刻→注入As+，能量45kev，劑量4×1015cm-2；2)P+源/漏光刻→注入BF2能量25kev，劑量3×1015cm-2；3)清洗→快速熱退火(RTA)，1010℃，6”；4)鍺或銻預(yù)無定形注入，能量40kev，劑量3×1014cm-2；(2)濺Ti前硅片的特殊清洗處理；清洗處理采用3#液→1#液→HF/IPA溶液；其中3#液為H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，10’，1#液為NH4OH∶H2O2＝0.5∶1∶5，60℃，5’，HF/IPA液HF∶IPA∶H2O＝0.5％∶0.02％∶1，室溫下浸漬35”，1#液的降溫處理和降低濃度是為了改善硅表面的粗糙度。IPA中浸漬的目的是為了使硅表面懸掛鍵飽和，從而鈍化硅表面，抑制自然氧化物的生成，并減小顆粒的玷污，使Ti與潔凈的硅表面反應(yīng)，生成更為均勻的TiSi2薄膜和平整的界面，改善漏電特性。
(3)真空腔內(nèi)預(yù)退火處理目的是降低界面處和膜內(nèi)應(yīng)力，并釋放硅表面的潮氣，使Co和Si接觸更緊密。
主要步驟1)硅片進(jìn)入預(yù)真空室，抽真空至10-3乇；2)進(jìn)入主真空腔內(nèi)，抽真空至6×10-7乇；3)襯底加熱至300℃，恒溫10’；4)然后降溫，待真空恢復(fù)至6×10-7乇，即可進(jìn)行預(yù)濺射。
Ti—自對(duì)準(zhǔn)硅化物整體工藝步驟如下(1)N+和P+源/漏注入如下N+注入75As，45kev，4×1015cm-2；P+注入47BF2，25kev，3×1015cm-2；(2)RTA形成N+和P+源/漏結(jié)；溫度1010℃，時(shí)間6”；(3)鍺或銻預(yù)無定形注入；注入能量40kev，劑量3×1014cm-2；(4)特殊清洗3#液→1#液→HF/IPA，浸漬35”→沖水→甩干兩遍；(5)清洗后立即進(jìn)入濺射真空鎖內(nèi)抽真空，盡量縮短在空氣中暴露時(shí)間；(6)真空腔內(nèi)退火本底真空度6×10-7乇后，襯底升溫至300℃，恒溫10’，然后降溫，恢復(fù)本底真空度6×10-7乇；(7)濺射Ti膜250；濺射功率800w，工作壓力5×10-3乇，承片臺(tái)轉(zhuǎn)速13轉(zhuǎn)/min，襯底溫度50°-70℃，預(yù)濺射5’，再移開擋板，濺射Ti膜250，濺射速率75/min；(8)超聲清洗丙酮5’→無水乙醇5’→沖水→甩干兩遍；(9)RTA-1670℃，5”；
(10)選擇腐蝕H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，t＝12’+4’+4’；(11)RTA-2880℃，10”；結(jié)果(1)獲得低得多的TiSi2薄層電阻，即使當(dāng)多晶硅線寬降到0.1μm，如圖4所示。無Ge PAI樣品的、在0.2μm N+多晶硅上的TiSi2薄層電阻＞22Ω/□。而Ge PAI的樣品，在線寬為0.2μm時(shí)，在重?fù)诫sN+多晶硅上的TiSi2薄層電阻為3.8Ω/□。在線寬為90nm時(shí)，TiSi2薄層電阻為5.2Ω/□，仍在適用范圍內(nèi)，如圖4所示。
(2)在70nm CMOS器件和100nm CMOS57級(jí)環(huán)形振蕩器電路中得到成功應(yīng)用，且特性優(yōu)良。
(3)良好的淺結(jié)特性，在5v下，漏電流密度＜1×10-8A/cm2；(4)在溝道長度為0.18μm、6000門規(guī)模的專用集成電路中得到成功應(yīng)用，成品率達(dá)50％。圖5給出了研制成功的溝道長度為0.18μm CMOS ASIC電路的照片。
權(quán)利要求
1.一種采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1在源/漏結(jié)形成后、濺鈦前，對(duì)整個(gè)硅片采用鍺或銻的預(yù)無定形注入的方法來促進(jìn)相轉(zhuǎn)移；步驟2濺鈦前，對(duì)硅片進(jìn)行清洗處理；步驟3濺鈦前進(jìn)行真空腔內(nèi)預(yù)退火處理；步驟4進(jìn)行薄鈦—自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中步驟1在源/漏結(jié)形成后、濺鈦前，對(duì)整個(gè)片子采用鍺或銻的預(yù)無定形注入的方法來促進(jìn)相轉(zhuǎn)移，對(duì)于0.11-0.12μm的淺結(jié)，采用40kev的注入能量，注入劑量為3×1014cm-2，鈦膜厚度為250，可獲得厚度為300的薄二硅化鈦膜，且淺結(jié)漏電＜1×10-8Acm-2，0.2μm N+poly-Si上的薄層電阻為3.8歐姆/方塊，90nm N+多晶硅上的二硅化鈦薄層電阻為5.2歐姆/方塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中步驟2濺鈦前，對(duì)硅片進(jìn)行處理，采用以下新工藝用3#液→降溫、降濃度1#液→HF/IPA溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中步驟3真空腔內(nèi)預(yù)退火處理包括本底真空度為6×10-7乇；升溫至300℃，恒溫10’，然后降溫；待真空度恢復(fù)至6×10-7乇時(shí)，預(yù)濺射5’，然后濺鈦，承片臺(tái)轉(zhuǎn)速為13轉(zhuǎn)/min，濺射速率為75/min，控制膜厚度為250。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中步驟4薄鈦—自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝是采用兩步快速熱退火，其中進(jìn)行選擇腐蝕，腐蝕液選用3#液，步驟如下(1)超聲清洗丙酮5’→無水乙醇5’→沖水→甩干兩次；(2)第一次快速熱退火，溫度670℃，時(shí)間5”；(3)選擇腐蝕H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，t＝12’+4’+4’；(4)第二次快速熱退火，溫帶880℃，時(shí)間10”。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗硅化物的方法，其特征在于，其中3#液為H2SO4∶H2O2＝5∶1，120℃，10’，降溫、降濃度1#液為NH4OH∶H2O2＝0.8∶1∶5，60℃，5’HF/IPA液為HF∶異丙醇(IPA)∶H2O＝0.5％∶0.02％∶1，室溫下浸漬35”。
全文摘要
一種采用鍺或銻預(yù)無定形注入及清洗硅化物的方法,包括如下步驟;步驟1:在源/漏結(jié)形成后、濺鈦前,對(duì)整個(gè)硅片采用鍺或銻的預(yù)無定形注入的方法來促進(jìn)相轉(zhuǎn)移;步驟2:濺鈦前,對(duì)硅片進(jìn)行清洗處理;步驟3:濺鈦前進(jìn)行真空腔內(nèi)預(yù)退火處理;步驟4:進(jìn)行薄鈦－自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝。
文檔編號(hào)H01L21/28GK1360341SQ00135750
公開日2002年7月24日 申請(qǐng)日期2000年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月19日
發(fā)明者徐秋霞, 錢鶴, 柴淑敏, 邢小平 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子中心