[发明专利]一种制备钴硅化物的方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路制造工艺技术领域，具体涉及一种制备钴硅化物的新方法。

背景技术

随集成电路的不断发展，硅化物工艺被引入到了制造工艺当中。并且由最初的polycide(多晶硅上硅化物)工艺发展到今天的salicide(自对准硅化物)工艺。在0.18微米及0.13微米工艺中，普遍使用的是钴硅化物(CoSi₂)。它具有如下一些优点：电阻率低，热稳定性好，生成硅化物的温度不会随线宽缩小而提高等。

目前制备硅化物的方法大致有三类：一种是直接在硅表面PVD(物理气相淀积)淀积Co(钴)，如图1所示；另一种是采用双层金属，主体也是Co，在Co金属的下面先PVD淀积一层很薄的Ti(钛)金属，如图2所示；第三种也是采用双层金属，在Co金属的上面PVD淀积一层很薄的Ti(钛)金属，如图3所示。其中图3的制备方法得到了广泛的应用。无论是哪一种方法，在淀积完金属以后都通过热过程(一般是RTP(快速热处理工艺))形成硅化物。

Co金属在生成硅化物时对外界条件很敏感，特别是硅片表面的天然氧化物和气氛中的氧气都对硅化物的生成和质量有很大的影响(在有氧化硅存在的地方，钴硅化物是不能形成的)。所以只有在最初的研究阶段人们才将Co淀积在硅片表面直接生成硅化物。后来为了去除硅片表面的氧化物影响(即使是经过清洗后也不能完全清除硅片表面的氧)，人们在硅片表面先淀积一层Ti(钛)再淀积Co，这样可以利用Ti的化学活性还原氧化硅，以利于后面的钴硅化物形成过程。但是这种情况下，钴硅化物的生长是外延式的，存在生长速率慢、硅化物中应力大的问题。

后来又开发出了将Ti(或者TiN(氮化钛))金属放在Co上面的工艺，这样就防止了净化室和反应腔体中气氛中的氧对Co形成硅化物的影响。但是使用TiN制备硅化物的质量不是很好，所以实际上使用的都是Ti金属。使用Ti金属可以制备质量良好的硅化物，而且不同线宽线条的硅化物的方块电阻近乎相等。理论上在钴上面的Ti会通过扩散完成对硅片表面天然氧化硅的还原，但是Ti金属与硅片表面氧化物反应不够直接，反应机理复杂，这样可能无法将Ti金属的还原特性用到最好。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的制备钴硅化物的方法，既结合这两种生长硅化物方法的优点，又消除它们各自的缺点。

本发明提出的制备钴硅化物的方法，通过使用三文治结构实现，即在硅衬底表面依次PVD淀积Ti、Co、Ti或者TiN，以形成低电阻的CoSi₂(二硅化钴)。这样就可以兼备上面两种方法的优点了。三文治结构从硅衬底向上的顺序表征如图4所示。

图2所示方法的明显缺点是通过外延生长硅化物，有生长速度慢，和残余应力大的问题。而克服这些缺点的关键在于消除Co扩散通过Ti层所产生的外延生长问题。本发明要求尽量减薄最下一层Ti的厚度，比如小于4nm，做到既发挥它易于与硅片表面的氧化物反应的特点又不会因太厚而影响到Co与硅的反应。在Co上表面加上一层Ti或者TiN后，则可以很好地利用Ti的化学活性或者TiN作为阻挡层的特性防止气氛中氧的影响，可见使用三文治结构是具有显著优点的。

本发明提出的制备钴硅化物的具体步骤如下：

1、通过PVD的方法在经清洁的硅片表面整片依次淀积Ti/Co/Ti(N)(N表示最上一层可以是Ti或者TiN)三层金属，其中最下层的Ti厚度为1-4nm，中间Co厚度为10-20nm，最上层的Ti(N)厚度为4-8nm；

2、采用快速热退火的方法，在较低温度；500℃-600℃，形成CoSi(硅化钴)；

3、将不需要的以及未反应的Co金属和Ti(N)金属给腐蚀掉；

4、通过更高温度：800℃-900℃的快速热退火，形成低电阻的CoSi₂(二硅化钴)。

本发明由于采取新颖的三文治结构，组合了两种生长硅化物方法的优点，使得硅化物的制备不受硅片表面残留氧化物和气氛中氧或水气的影响，硅化物的电阻稳定性得到显著提升，电阻大小易于控制，同时也不存在应力集中问题，这样硅化物工艺对设备和条件的要求也就大大降低了。

附图说明

图1a是使用单层Co金属制备硅化物的淀积层图示。

图1b是使用Ti/Co双层金属制备硅化物的淀积层图示。

图1c是使用Co/Ti双层金属制备硅化物的淀积层图示。

图1d是使用Ti/Co/Ti(N)三层金属制备硅化物的淀积层图示。

图中标号：1为硅衬底，2为Co层，3为Ti层，4为Ti或TiN层。