[发明专利]使用含有金离子和氟离子的溶液形成金属硅化物的方法

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及电子设备的制造，例如，特别是数据的储存和一般传输用的用于USB密钥、MS卡和SD卡中的可擦除NAND存储器的制造。

本发明涉及通过在硅上化学沉积金属来制造金属硅化物。特别地，其涉及包含相对于其表面垂直交替的电介质和半导体层的基板的活化，用于利用通过无电镀工艺(也被称为自动催化法)沉积的薄金属层的后续涂布。

背景技术

硅化镍通常通过汽相法在硅基板上沉积镍膜随后进行快速热退火(RTA)来形成。在通常为400～750℃的数量级的温度下的这种热退火期间，镍迁移到硅层中以形成硅化镍。没有迁移到硅中并且仍然保留在基板的表面上的镍随后可以通过选择性的化学清洗来去除，而不会损坏所形成的硅化物。

硅化镍特别地用于VLSI集成电路中所使用的半导体器件相互连接的制造。硅化镍沉积层对于制造NAND存储器和MOS晶体管也有用。

NAND闪存存储器将信息储存在由串联连接的浮栅晶体管(MOS)构成的存储单元的网络中。在三维NAND中，希望能够在高宽比非常高的结构(特别是具有几十纳米的开口和几微米的深度的孔洞)的整个表面上产生具有均匀厚度的非常薄的硅化镍沉积层。

MOS(金属氧化物半导体)晶体管经常使用金属硅化物(钛、钴或钨硅化物)层来减小两种材料之间的电阻。

在栅极长度小的MOS晶体管或结相对较浅的MOS晶体管中，必需产生较薄的镍沉积层，因为镍在硅中具有非常高的扩散系数，导致形成可以延伸到晶体管结构的侧壁的下面并且造成操作缺陷的硅化镍区域。

为了获得具有均匀厚度的镍层，通常必需用钯使硅表面活化。特别地，专利US 6406743记载了一种用于制造硅化镍的方法，包括在环境温度下在氢氟酸和乙酸溶液中用氯化钯盐使多晶硅表面活化大约10秒。在该活化步骤之后，例如，在诸如乳酸和柠檬酸等镍络合剂的存在下利用硫酸镍和二甲胺硼烷的溶液通过无电镀途径来沉积厚度为180～220nm的镍层。通过将镍升到高温(650℃)下以使其迁移到硅中来形成硅化镍。

然而，申请人公司已经发现用钯活化不可以获得具有低的和均匀的厚度的镍层，因为钯在硅的表面上的活化密度太低。申请人公司也已能够观察到，通过使用银或铜来活化硅表面，获得了薄的和均匀的镍层，但是在快速热退火(RTA)步骤期间不形成硅化镍。

已经提出通过汽相法来沉积镍。然而，化学气相沉积(CVD或ALD)方法很昂贵。当将它们应用到表现出孔洞或蚀刻特征的结构上时，它们也具有在该结构的开口和锐角处而不是在其底部形成非常厚的沉积层的缺点。当高宽比变得太高时，例如大于5:1，例如10:1的数量级，通过CVD沉积的层的厚度在结构的底部变得太低。

因此，仍然需要获得具有低厚度的均匀镍层，该镍层可以在尽可能低的温度下通过快速热退火迁移到硅中以降低制造成本。该层必须通过较廉价并且易于执行的工业生产方法获得。这是为什么寻求通过自动催化途径而不是汽相途径沉积镍的理由。

发明内容

在本发明的上下文中，已经发现这个目的可以通过在特定的表面活性剂的存在下使用水溶液中的金盐和氟源来实现。

因此，本发明的第一主题是一种用于形成硅化镍或硅化钴的方法，包括以下步骤：

-使含硅基板的表面与包含金离子和氟离子的水溶液接触，从而形成金属金颗粒(Au(0))，

-通过无电镀途径在覆盖有金属金颗粒的所述基板上沉积基本上由镍或钴构成的层，

-在300℃～750℃之间的温度下施加快速热退火(RTA)，从而形成硅化镍或硅化钴。

根据本发明的方法获得的镍沉积层符合复合规格：

-其粘附到硅基板上，

-其在整个基板表面上具有不变的厚度，而无论该基板类型如何(平的或蚀刻的)，即使在通常小于50nm的低厚度时，也是这种情况，和

-即使在通常为350℃的数量级的低温下的快速热退火期间，其也扩散到硅中。

在该结构中，其表面包含交替的硅区域和绝缘区域，本发明的方法有利地使得可以在硅上进行镍或钴的选择性沉积，这限制了初始原料的过多使用和与去除在RTA结束之后没有迁移到硅中的镍的步骤相关联的成本。

对于在微电子领域的应用，硅基板可以由覆盖有厚度在70～110nm之间的二氧化硅(SiO₂)层、然后由厚度在150～230nm之间的硅(例如，多晶硅)层覆盖的硅试片构成。