Procédé de préparation de siliciure de cobalt

Résumé:

The current cobalt silicide preparation process usually adopts the double metal method, namely the Co/Ti method. By depositing a certain thickness of Ti metal above the Co metal, the influence of external conditions (such as oxygen in the purification chamber and reaction chamber) and natural oxides on the silicon wafer surface on the formation of cobalt silicide is eliminated. We deposit a layer of metal in PVD on the top and bottom of Co, where Ti or TiN on the upper surface can eliminate the influence of external conditions through reaction or blocking, while Ti under Co can eliminate the influence of natural oxides on the silicon surface. At the same time, in order to eliminate the disadvantage of epitaxial growth caused by thick Ti below, there is a strict requirement for the thickness of a layer of Ti metal on the silicon wafer surface when depositing, that is, the reaction between Co and silicon cannot be affected, and epitaxial growth cannot be caused, so it is generally required to be below 2nm.

Technologie de base :

Avec le développement continu des circuits intégrés, la technologie des siliciures a été introduite dans le processus de fabrication. Et il s'est développé depuis le procédé initial de polycide (siliciure sur polysilicium) jusqu'au procédé actuel de siliciure (siliciure auto-aligné). Le siliciure de cobalt (CoSi2) est largement utilisé dans les procédés 0,18 micron et micron. Il présente les avantages suivants : une faible résistivité, une bonne stabilité thermique et la température de formation du siliciure n'augmentera pas avec la réduction de la largeur de la ligne. À l'heure actuelle, il existe trois méthodes pour préparer des siliciures : l'une consiste à déposer directement du Co (Co) sur une surface de silicium par PVD (dépôt physique en phase vapeur), comme le montre la figure 1 ; L'autre consiste à utiliser un métal à double couche, le corps principal est également du Co et le PVD dépose une fine couche de métal Ti (titane) sous le métal Co, comme le montre la figure 2 ; Le troisième est également un métal double couche. Le PVD est utilisé pour déposer une fine couche de métal Ti (titane) sur le métal Co, comme le montre la figure 3. La méthode de préparation de la figure 3 a été largement utilisée. Quoi qu’il en soit, le siliciure est formé par un processus thermique (généralement RTP (processus de traitement thermique rapide)) après le dépôt du métal. Le Cométal est très sensible aux conditions extérieures lors de la formation des siliciures, en particulier les oxydes naturels à la surface du silicium et l'oxygène dans l'atmosphère ont un grand impact sur la formation et la qualité des siliciures (là où l'oxyde de silicium existe, les siliciures de cobalt ne peuvent pas être formés). . Par conséquent, ce n’est qu’au stade initial de la recherche que les gens ont déposé du Co sur la surface de la plaquette de silicium pour générer directement du siliciure. Plus tard, afin d'éliminer l'influence des oxydes sur la surface de la plaquette de silicium (même après le nettoyage, l'oxygène sur la surface de la plaquette de silicium ne peut pas être complètement éliminé), les gens ont d'abord déposé une couche de Ti (titane) sur la surface de la plaquette de silicium, puis Co déposé, de sorte que l'activité chimique du Ti puisse être utilisée pour réduire l'oxyde de silicium, ce qui est propice à la formation ultérieure de siliciure de cobalt. Mais dans ce cas, la croissance du siliciure de cobalt est épitaxiale, ce qui pose les problèmes d'un taux de croissance lent et d'une contrainte élevée dans le siliciure. Plus tard, un procédé consistant à mettre du métal Ti (ou Ti N (nitrure de titane)) sur Co a été développé, ce qui a empêché l'influence de l'oxygène de l'atmosphère dans la chambre de purification et la chambre de réaction sur la formation de siliciures à partir de Co. Cependant, la qualité de siliciure préparé avec TiN n'est pas très bon, donc en fait, du Ti métal est utilisé. Des siliciures de bonne qualité peuvent être préparés en utilisant du métal Ti, et la résistance carrée des siliciures de différentes largeurs de raie est presque égale. Théoriquement, le Ti sur le cobalt achèvera la réduction de l'oxyde de silicium naturel à la surface de la plaquette de silicium par diffusion. Cependant, la réaction entre le métal Ti et l'oxyde de surface de la plaquette de silicium n'est pas assez directe et le mécanisme de réaction est complexe, de sorte que les caractéristiques de réduction du métal Ti peuvent ne pas être utilisées au mieux.

Contenu de l'invention :

Le but de l'invention est de proposer un nouveau procédé de préparation de siliciure de cobalt, qui non seulement combine les avantages des deux procédés de culture de siliciure, mais élimine également leurs inconvénients respectifs. Le procédé de préparation de siliciure de cobalt proposé par l'invention est réalisé en utilisant une structure sandwich, c'est-à-dire un dépôt PVD de Ti, Co, Ti ou TiN sur la surface d'un substrat de silicium afin de former du CoSi2 à faible résistance (disiliciure de cobalt). De cette manière, les avantages des deux méthodes ci-dessus peuvent être combinés. La structure sandwich est caractérisée à partir du substrat de silicium vers le haut, comme le montre la figure 4. L'inconvénient évident du procédé illustré à la figure 2 est que le siliciure est développé par épitaxie, ce qui pose les problèmes d'une vitesse de croissance lente et d'une contrainte résiduelle importante. La clé pour surmonter ces inconvénients est d’éliminer le problème de croissance épitaxiale provoqué par la diffusion du Co à travers la couche de Ti. L'invention nécessite de réduire au maximum l'épaisseur de la couche de Ti la plus basse, par exemple inférieure à 4 nm, pour qu'elle puisse non seulement faire jouer les caractéristiques de facilité de réaction avec les oxydes à la surface du silicium, mais n'affectera pas non plus la réaction entre le Co et le silicium en raison de son épaisseur trop épaisse. Après avoir ajouté une couche de Ti ou TiN à la surface supérieure du Co, l'activité chimique du Ti ou les caractéristiques du TiN en tant que couche barrière peuvent être bien utilisées pour empêcher l'influence de l'oxygène dans l'atmosphère. On constate que l’utilisation d’une structure sandwich présente des avantages significatifs. Les étapes spécifiques de préparation du siliciure de cobalt proposées par l'invention sont les suivantes :

1. Trois couches de Ti/Co/Ti (N) (N signifie que la couche supérieure peut être Ti ou TiN) sont déposées tour à tour sur la surface nettoyée de la plaquette de silicium par la méthode PVD. L'épaisseur de Ti dans la couche la plus basse est de 1 à 4 nm, l'épaisseur de Co au milieu est de 10 à 20 nm et l'épaisseur de Ti (N) dans la couche supérieure est de 4 à 8 nm ;

2. Adoptez la méthode de recuit thermique rapide à une température plus basse ; 500 ℃ - 600 ℃, formant Co Si (siliciure de cobalt) ;

3. Corrodé le métal Co et le métal Ti (N) indésirables et n'ayant pas réagi ;

4. CoSi2 (cobalt disilicide) with low resistance is formed by rapid thermal annealing at higher temperature: 800 ℃ - 900 ℃. The invention adopts a novel sandwich structure and combines the advantages of two methods of growing silicide, so that the preparation of silicide is not affected by the residual oxide on the silicon surface and the oxygen or water vapor in the atmosphere, the resistance stability of the silicide is significantly improved, the resistance size is easy to control, and there is no stress concentration problem, so the requirements of silicide process on equipment and conditions are greatly reduced.

Description des dessins ci-joints

La figure 1a est une illustration d'une couche de dépôt pour préparer un siliciure utilisant une seule couche de Co métallique.

La figure 1b est une illustration de la couche de dépôt pour préparer du siliciure à l'aide de bimétalliques Ti/Co. La figure 1c est une illustration de la couche de dépôt pour la préparation de siliciure à l'aide d'un bimétallique Co/Ti.

La figure 1d est un schéma de la couche de dépôt du siliciure préparé avec trois couches de métal Ti/Co/Ti (N). Étiquette sur la figure : 1 est un substrat de silicium, 2 est une couche de Co, 3 est une couche de Ti et 4 est une couche de Ti ou TiN. Modes de réalisation spécifiques

La présente invention est en outre décrite par des modes de réalisation.

1. Nettoyez la surface de la plaquette de silicium avec de l'acide fluorhydrique dilué et déposez successivement Ti/Co/Ti sur la surface de la plaquette de silicium par la méthode PVD.

(N) Three layers of metal with a thickness of 2nm/15nm/6nm.

2. CoSi a été formé par recuit thermique rapide à 550 ℃.

3. Corrodé le métal Co et le métal Ti (N) indésirables et n'ayant pas réagi.

4. Il est rapidement recuit à 850 ℃ pour former du CoSi2 avec une faible résistance. Le siliciure de cobalt préparé par le procédé ci-dessus présente de bonnes performances.