一种全硅化金属栅的制备方法技术

一种全硅化金属栅电极的制备方法，包括：局部氧化隔离或浅槽隔离，进行注入前氧化，然后注入14N+；漂净注入前氧化膜，栅氧化，并沉积多晶硅；光刻、刻蚀形成多晶硅栅电极；注入杂质，并进行杂质激活；淀积金属镍Ni；第一次退火，使金属镍和一部分多晶硅反应；选择去除未反应的金属镍Ni；第二次退火，使栅电极全部转变为金属镍硅化物形成全硅化物金属栅电极。利用本发明专利技术，制备出了全硅化金属栅电极，克服了多晶硅栅电极存在的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子超深亚微米技术互补金属氧化物半导体器件(CM0Q及超大规 模集成
，尤其涉及一种用于超深亚微米技术互补金属氧化物半导体器件以及电路 的全硅化金属栅电极的制备方法。
技术介绍
自从第一个晶体管专利技术以来，经过半个多世纪的飞速发展，晶体管的横向和纵向 尺寸都迅速缩小。根据国际半导体技术发展蓝图(ITRS)的预测，到2018年晶体管的特征 尺寸将达到7nm。尺寸的持续缩小使晶体管的性能(速度)不断提高，也使得我们能够在相 同面积的芯片上集成更多的器件，集成电路的功能越来越强，同时降低了单位功能成本。在集成电路的发展中，多晶硅作为栅电极已有四十多年的历史，但是当传统的多 晶硅栅晶体管尺寸缩小到一定程度后，将出现多晶硅耗尽效应和PMOS管硼穿透效应以 及过高的栅电阻，这将阻碍晶体管性能的提升，成为进一步提高互补金属氧化物半导体 (CMOS)器件性能的瓶颈。为了解决这些问题，研究人员进行了大量的研究工作以寻找合适的替代技术。而 金属栅被认为是最有希望的替代技术。用金属作栅电极，可以从根本上消除多晶硅栅耗尽 效应和P型场效应晶体管的硼(B)穿透效应，同时获得非常低的栅极薄层电阻。在各类金属栅制备方法中，全硅化金属栅技术是一种比较简单的金属栅制备方 法，并与CMOS工艺具有很好的兼容性。早期的全硅化金属栅制备方法一般都采用一步退火 工艺，即只采用一次退火实现整个栅电极的硅化，因此一步退火工艺制备方法十分简单。但 是一步退火工艺方法存在生成的硅化物薄膜不均勻、存在线宽效应等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以克服一步退火方法存在 的缺点。为实现上述目的，本专利技术提供的全硅化金属栅的制备方法，主要步骤如下1)局部氧化隔离或浅槽隔离，进行注入前氧化，然后注入14N+ ；2)漂净注入前氧化膜，栅氧化，并沉积多晶硅；3)光刻、刻蚀形成多晶硅栅电极；4)注入杂质，并进行杂质激活；5)淀积金属镍Ni;6)第一次退火，使金属镍和一部分多晶硅反应；7)选择去除未反应的金属镍Ni ；8)第二次退火，使栅电极全部转变为金属镍硅化物形成全硅化物金属栅电极。其中，步骤1中局部氧化的温度为1000°C，隔离层厚度为3000-5000 A， 前氧化的厚度为100-200 A ；注入wN+的条件为注入能量为10-30Kev，注入剂量为IX IO14-BXIOIW2O其中，步骤2中漂净注入前氧化膜是先采用体积比为H2O HF = 9 1的溶 液进行漂洗，然后采用3#腐蚀液清洗10分钟，1#腐蚀液清洗5分钟，氢氟酸/异丙醇的 水溶液室温下浸渍5分钟；该3#腐蚀液是体积比为5 1 WH2SO4与H2O2溶液；该1#腐 蚀液是体积比为0.8 1 5的ΝΗ40Η+Η202+Η20溶液；氢氟酸/异丙醇/水的体积比为 0. 2-0.7% 0.01-0. 04% 1%;栅氧化并沉积多晶硅中，栅氧化的厚度为15-50人,沉积多 晶硅采用化学气相淀积方法，沉积的多晶硅的厚度为1000-2000入。其中，步骤3中是采用厚度为1. 5微米的9918胶作为掩模进行光刻，采用反应离 子刻蚀多晶硅，将场区内多晶硅刻蚀干净，形成多晶硅栅电极。其中，步骤4中对于P型场效应晶体管注入的杂质为P型杂质BF2 ；对于N型 场效应晶体管注入的杂质为N型杂质As或P ；对于P型杂质BF2，注入条件为注入能 量15-30Kev，注入剂量为lX1015-5X1015cnT2 ；对于N型杂质As，注入条件为注入能 量30-60Kev，注入剂量为1 X 1015-5X IO15CnT2 ；对于N型杂质P，注入条件为注入能量 40-60Kev，注入剂量为1 X IO15-SXIOiW ；杂质激活的条件为温度950-1020 °C，时间 2-20 秒。其中，步骤5中淀积金属镍Ni的厚度为600至2000人。其中，步骤6中的第一次退火，控制多晶硅栅顶部的多晶硅与金属镍反应生成镍 硅化物，而在靠近栅介质界面附近保留有一部分多晶硅没有反应，退火条件为温度340至 390°C，时间30至90秒。其中，步骤7中是采用3#腐蚀液进行腐蚀去除，该3#腐蚀液为体积比5 1&H2S04 与H2O2溶液，腐蚀时间为20至30分钟；其中，步骤8中的第二次退火，使剩余的靠近栅介质界面附近的多晶硅与金属镍 反应生成镍硅化物，整个栅电极全部转变为镍硅化物，形成全硅化金属栅电极；退火条件 为温度450至600°C，时间30至90秒。本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术提供的这种制备金属栅电极的方法，采用金属硅化物作为金属互补氧化 物半导体器件的栅电极。与其它金属栅电极制备方法相比工艺复杂度大大降低，比较简单， 不存在污染问题和刻蚀困难；2、本专利技术提供的这种制备金属栅电极的方法，克服了一步退火工艺存在的硅化物 薄膜不均勻、存在线宽效应等缺点；3、本专利技术提供的这种制备金属栅电极的方法，其制备方法简单，易于集成，与CMOS 工艺具有很好的兼容性，具有很大的应用价值。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明图1是本专利技术提供的采用两步退火工艺制备全硅化金属栅电极电容的方法流程 图。图2(a)_(f)是本专利技术提供的采用两步退火工艺制备全硅化金属栅电极电容的工 艺流程图。图中的符号1-体硅衬底，2-栅氧化层，3-多晶硅栅电极，4-STI隔离，5_离子注 入元素，6-淀积的金属镍Ni，7-反应生成的金属镍Ni硅化物。图3a、图北示出了第一次退火温度过低时栅电极的SEM图；其中图3a为第一次 退火后栅电极的扫描电子显微图(SEM)，其中退火条件为280°C，60秒；图北为第二次退火 后栅电极SEM图，其中退火条件这530°C，30秒。图4a、图4b示出了第一次退火温度过高时栅电极的SEM图；其中图如为第一次 退火后栅电极SEM图，其中退火条件为410°C，60秒；图4b为第二次退火后栅电极SEM图， 其中退火条件为530度、30秒。图5a、图恥示出了第一次退火温度合适时栅电极的SEM图；其中图如为第一次 退火后栅电极SEM图，其中退火条件为360°C，60S ；图恥为第二次退火后栅电极SEM图，其 中退火条件为530度、30秒。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供了一种制备用于超深亚微米互补金属氧化物半导体器件和电路的全 硅化金属栅电极的方法，采用淀积金属镍Ni并进行两次快速热退火RTA，使金属镍Ni和多 晶硅完全反应形成全硅化物金属栅。如图1所示，图1是本专利技术提供的采用两步退火工艺制备全硅化金属栅电极电容 的方法流程图，该方法包括以下步骤步骤101 局部氧化隔离或浅槽隔离，进行注入前氧化，然后注入14N+；在本步 骤中，氧化温度为1000°c，隔离层厚度为3000-5000 A;注入前氧化的步骤中，氧化厚 度为100-200 A;注入14N+的步骤中，注入条件为注入能量为10-30Kev，注入剂量为 IX IO14-BXIOiW2O步骤102 漂净注入前氧化膜，栅氧化，并沉积多晶硅；在本步骤中，采用体积比为H2O HF = 9 1的溶液进行漂洗，然后采用3#腐 蚀液清洗10分钟，Ifl腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全硅化金属栅的制备方法，其主要步骤为：１）局部氧化隔离或浅槽隔离，进行注入前氧化，然后注入↑［１４］Ｎ↑［＋］；２）漂净注入前氧化膜，栅氧化，并沉积多晶硅；３）光刻、刻蚀形成多晶硅栅电极；４）注入杂质，并进行杂质激活；５）淀积金属镍Ｎｉ；６）进行第一次退火，控制在金属镍和部分多晶硅反应；７）选择去除未反应的金属镍Ｎｉ；８）进行第二次退火，使栅电极全部转变为金属镍硅化物形成全硅化物金属栅电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周华杰，徐秋霞，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11