一種矽化鈷薄膜的製備方法
2023-06-22 21:58:21
專利名稱：一種矽化鈷薄膜的製備方法
技術領域：
本發明涉及集成電路生產製造領域，尤其涉及一種矽化鈷薄膜的製備方法。
背景技術：
隨著矽單元器件尺寸不斷向深亞微米的方向發展，多晶CoSi2薄膜在窄的多晶矽線條上的相變不受成核過程限制，因此被廣泛地應用於特大規模集成電路製造工藝中。利用多晶CoSi2製造超大規模集成電路時，在MOS器件上可以不經過光刻，在矽片上形成自對準CoSi2漏源接觸和柵電極。隨著CMOS器件尺寸在橫行和縱向上的不斷減小，淺結限制了多晶金屬矽化物薄膜的厚度，當膜變薄時，矽化物或者矽界面不平整，熱穩定性差，嚴重影響PN結的特性。
已有技術中矽化鈷薄膜的製備方法包括以下步驟第一步，在矽基板上分別澱積Co、TiN；第二步，在N2中進行快速退火，退火溫度為460-520℃，退火時間為30-60S；第三步，在有APM(NH4OH+H2O2+H2O)和SPM(H2SO4+H2O2)的藥液槽內進行選擇刻蝕；第四步，在N2中進行第二次快速退火，退火溫度為800-850℃。
已有技術中矽化鈷薄膜的製備方法採用Co、Si直接反應形成CoSi2薄膜，該薄膜不能承受900℃以上的高溫處理，薄膜的熱穩定性差，因而在常規CMOS工藝應用中受到限制。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種矽化鈷薄膜的製備方法，該方法製備的矽化鈷薄膜，膜的缺陷密度少，具有更好的熱穩定性，與襯底的晶格匹配，矽化物與矽有更為平整的界面，並且可減少PN結漏電流。
為解決上述技術問題，本發明一種矽化鈷薄膜的製備方法，包括以下步驟第一步，在矽基板上分別澱積Ti、Co、TiN；第二步，在N2中進行快速退火；第三步，在有氫氧化銨、過氧化氫與去離子水混和溶液(NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶5∶5，簡稱APM)和硫酸與過氧化氫混和溶液(H2SO4∶H2O2＝4∶1，簡稱SPM)的藥液槽內進行選擇刻蝕；第四步，在N2中進行第二次快速退火。
本發明一種矽化鈷薄膜的製備方法，增加澱積Ti的程序，退火溫度和時間和已有技術也存在很大不同。由於在製備單晶CoSi2的三元固相反應中Ti層具有還原作用，可以清除矽襯底表面的殘餘氧化物，為Co、Si反應提供清潔的表面。同時，增加澱積Ti的程序，可以形成一個Ti-Si-O的非晶層，作為原子運動的擴散阻擋層，延緩並調節Co、Si的反應速度，有利於形成電學特性更好的單晶CoSi2薄膜。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述
圖1為本發明一種矽化鈷薄膜的製備方法流程圖；圖2為用本發明方法製備的CoSi2與矽襯底之間的界面示意圖；圖3為用本發明方法製備的CoSi2光譜分析圖；圖4為利用本發明方法形成的外延自對準矽化物器件結構圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明一種矽化鈷薄膜的製備方法包括如下步驟，首先在100晶向的矽基板上用物理氣相澱積方法分別澱積厚度為25-45的Ti、厚度為70-150的Co以及厚度為80-200的TiN；其次在5slm純N2中溫度為580-700℃，工藝時間為60-120S的條件中進行快速退火；再次分別在有氫氧化銨、過氧化氫與去離子水混和溶液(NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶5∶5，簡稱APM)和硫酸與過氧化氫混和溶液(H2SO4∶H2O2＝4∶1，簡稱SPM)的藥液槽內進行選擇刻蝕；最後在5slm純N2中進行第二次快速退火，溫度為825-900℃，工藝時間30-60S。
利用本發明一種矽化鈷薄膜的製備方法製作的CoSi2與矽襯底之間的界面如圖2所示，CoSi2光譜圖如圖3所示，圖3顯示了用本發明方法製備的CoSi2具有單晶性質。
圖4為利用本發明一種矽化鈷薄膜的製備方法形成外延自對準矽化物器件結構的工藝原理圖。
該利用本發明形成外延自對準矽化物器件步驟如下，首先，形成傳統的自對準MOS結構。並採用矽的局部氧化矽隔離(Local Oxidation of SiliconIsolation，簡稱LOCOS)或者淺溝槽隔離用(Shallow Trench Isolation，簡稱STI)；第二步，用物理氣相澱積方法分別澱積厚度為40的Ti、厚度為110的Co，以及厚度為100的TiN；第三步，在5slm，純N2的溫度為580-700℃，工藝時間為90S的條件中進行快速退火；第四步，分別在有氫氧化銨、過氧化氫與去離子水混和溶液(NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶5∶5，簡稱APM)和硫酸與過氧化氫混和溶液(H2SO4∶H2O2＝4∶1，簡稱SPM)的槽內進行選擇刻蝕；第五步，在5slm純N2中進行快速退火，溫度為850℃，工藝時間為30S；最後，在漏源區和柵極上澱積了一層CoSi2，其中在有源區上的是單晶矽化鈷，利用本發明矽化鈷薄膜的製備方法提高了MOS器件的性能。
由於在製備單晶CoSi2過程中增加澱積Ti的程序，Ti層具有還原作用，可以清除矽襯底表面的殘餘氧化物，為Co、Si反應提供清潔的表面。可以形成一個Ti-Si-O的非晶層，為原子運動的擴散阻擋層，調節Co、Si的反應速度，有利於形成電學特性更好的單晶CoSi2薄膜。用本發明方法製備的矽化鈷薄膜，膜的缺陷密度少，具有更好的熱穩定性，與襯底的晶格匹配，矽化物與矽有更為平整的界面，並且可減少PN結漏電流。
權利要求
1.一種矽化鈷薄膜的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟第一步，在矽基板上先後澱積Ti、Co、TiN；第二步，在N2中進行快速退火；第三步，在有APM和SPM的藥液槽內進行選擇刻蝕；第四步，在N2中進行第二次快速退火。
2.如權利要求1所述的一種矽化鈷薄膜的製備方法，其特徵在於，第一步中以物理氣相澱積方法方式澱積Ti、Co和TiN。
3.如權利要求1或2所述的一種矽化鈷薄膜的製備方法，其特徵在於，第一步中所述的矽基板為100晶向的矽基板。
4.如權利要求3所述的一種矽化鈷薄膜的製備方法，其特徵在於，第一步中所澱積的Ti的厚度為25-45，Co的厚度為70-150，TiN的厚度為80-200。
5.如權利要求4所述的一種矽化鈷薄膜的製備方法，其特徵在於，第二步中退火環境的為純N25slm，溫度為580-700℃，退火時間為60-120S。
6.如權利要求4所述的一種矽化鈷薄膜的製備方法，其特徵在於，第四步中的退火環境為純N25slm，溫度為825-900℃，退火時間為30-60S。
全文摘要
本發明公開了一種矽化鈷薄膜的製備方法，首先在矽基板上依次澱積Ti、Co、TiN；其次，在N
文檔編號H01L21/318GK1873928SQ20051002635
公開日2006年12月6日 申請日期2005年6月1日 優先權日2005年6月1日
發明者陸傑, 季芝慧 申請人:上海華虹Nec電子有限公司