硅化物形成方法及系統的制作方法

專利名稱：硅化物形成方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在硅化物形成工藝中對IV族半導體 表面或摻有雜質的IV族半導體表面進行表面處理的單元及其
制造方法，特別地，本發明涉及一種形成金屬硅化物層的方法。
背景技術：
伴隨著半導體器件的高密度化和高集成化，多層布線結構 得到了發展，使半導體器件與電極低電阻地電連接的形成技術
變得重要。作為常用的電極形成技術，采用如A1和W等金屬材 料的濺射沉積或化學氣相沉積。然而，金屬和半導體接合部之 間的接觸電阻變得不可忽略，為了使接觸電阻成為小電阻，在 電極部中形成金屬硅化物層的技術變得必要。此外，在摻有如 B、 P和As等雜質的IV族半導體的表面中，產生如下問題由 于結合能的不同，表面清潔后的表面的再氧化和粗糙度取決于 雜質濃度而劣化。在圖1A所示的方法中，以如下方式形成金屬 硅化物膜通過濕清潔(wet cleaning)去除硅片上的自然氧 化膜，然后使金屬材料生長，進行用于金屬硅化的熱處理(退 火)。在基板的輸送和各種處理期間形成IV族半導體的表面的 自然氧化膜，因此難以完全防止該自然氧化膜。
該自然氧化膜的殘留不僅妨礙金屬硅化物的形成，而且使 觸點(contact)部的電特性劣化。因此，在每個步驟之前，必 須去除該自然氧化膜。然而，伴隨著半導體器件的微型化，元 件的尺寸變小，這引起了如下問題由于在干燥時完全去除了 水印(watermark)并且藥物不能到達形成于#:孔的底部的氧 化膜導致不能去除自然氧化膜。此外，在硅片的濕清潔后，當進入下一處理時，石圭片不可避免地暴露于大氣，此時，表面再 次形成有自然氧化膜，并且再次與碳原子快速地附著。因此，
在作為下 一 步驟的沉積之前，進行750。C以上的UHF真空加熱， 或者在H2氣氛下進行800。C以上的加熱，從而去除表面的氧化 膜。然而，當器件小型化提高并且使用金屬電極和金屬硅化物 時，產生如下問題沉積之前的高溫處理-使沉積溫度升高，并 且引起金屬材料的特性變化。例如，當以大約300。C的基板溫 度來沉積金屬材時，與以接近室溫的 <氐溫進行沉積的情況相 比，膜品質極大地改變，然后，即使當通過退火來進行硅化物 形成時，也不能獲得期望特性的膜品質。這樣，由于必須以非 常低的溫度沉積金屬材料，因此，當在沉積之前已經進行了高 溫處理時，必須在基板溫度充分降低之后進行金屬材料的下一 沉積。為此，需要特定的冷卻單元和冷卻時間，這產生了處理 時間長以及器件的生產成本增加的問題。
因此，濕清潔是受限制的，如圖1B所示，需要在真空中進 行半導體基板的沉積預處理的千清潔。與圖1A相比，這不使用
大氣輸送，而是使用真空輸送，通過由一個單元進行現有技術 的三個步驟，能夠抑制雜質吸附并且縮短處理時間。作為在形 成金屬硅化物層時去除IV族半導體表面的自然氧化膜的預處 理，日本特開2001-274111提出了 一種利用反應性氣體的化學 等離子體清潔。然而，如果使氣體變為等離子體，則由于該氣 體不僅包含自由基化的氟氣，而且包含離子化的氟氣，因此， 當去除基板表面的自然氧化膜時，蝕刻進行到基板表面，從而 引起表面上出現凹凸不平的問題。
此外，日本特開2006-294861提出了 使自然氧化膜化學 改性為(NH4)2SiFe,并且使基板溫度升高，從而去除改性膜， 此外，通過Ar反向濺射以物理的方式對殘留的改性膜進行物理蝕刻。然而，由于Ar反向濺射以物理的方式進^f亍蝕刻，因此，認為基板表面的Si-Si鍵也被斷開。在該情況下，Si中的缺陷立刻形成有氧化膜，且Si的未結合鍵(hand)容易吸附被污染的材料。因此，產生了損壞器件的問題。此外，由于使用兩個模塊，因此，硅化物的形成耗時長。
在在電極部上形成金屬硅化物層的現有技術中，在基板表面上沉積金屬材料的預處理中發現如下問題。在濕清潔之后，由于大氣輸送一直伴隨到沉積金屬材料的步驟，因此，大氣成分被吸入到基板表面中，并且如自然氧化膜和碳原子等雜質殘留在界面上。這不僅抑制了金屬硅化物的形成，而且增加了接觸電阻。因此，必須嚴格管理清潔后的輸送時間。另一方面，在化學等離子體清潔和物理等離子體清潔中，由于蝕刻不僅進行到自然氧化膜，而且進行到基板表面，因此，存在引起表面凹凸不平的接觸電阻不能充分減小的問題。為了充分地減小接觸電阻，表面粗糙度優選是大約0.5nm以下。此外，在IV族半導體的摻有如B、 P和As等雜質的表面中，存在如下問題表面清潔后的表面的再氧化和粗糙度取決于雜質濃度而劣化。此外，由于金屬硅化物膜的形成工藝容易受到溫度的影響，因此，當使用基板加熱來去除預沉積之前的自然氧化膜時，金屬材料的沉積溫度升高，這引起了如下問題產生了金屬材料的擴散和組成變化并且不能獲得具有期望特性的金屬硅化物膜。此外，當使用基板加熱來去除沉積之前的自然氧化膜時，如果試圖降低金屬材料的沉積溫度以獲得具有期望特性的金屬硅化物膜，則產生如下問題需要冷卻單元或如冷卻時間等多個過程，處理時間變長，并且器件的生產成本增加。為了解決上述問題，已經完成了本發明。

發明內容
根據本發明人所進行的研究的結果，發現由等離子體生成的自由基(radical)從設置在將等離子體生成室和處理室分開的分隔板上的多個孔被導入到處理室中，通過使自由基與單獨導入到處理室中的處理氣體混合，抑制了自由基的激發能，從而能夠對摻有如Si或B或P等雜質的IV族半導體材料的具有高選擇性的基板進行表面處理，從而獲得等于或優于濕清潔的基板表面粗糙度，并且能夠進行去除自然氧化膜和有機物的表面處理。另外，當IV族半導體摻有如B、 P和As等雜質時，通過使用在濕清潔的情況下不可能進行的真空輸送，能夠抑制表面上的再氧化。本發明使用以下基板清潔方法，該方法包括將基板安裝在處理室內；將等離子體生成氣體轉變為等離子體；經由等離子體分離用的等離子體限制電極板(plasmaconfinement electrode plate)的自由基導入孔將等離子體中的自由基導入到處理室中；將處理氣體導入到處理室中并且使該處理氣體在處理室內與自由基混合；以及由自由基和處理氣體的混合氣氛來清潔基板表面。
此外，該方法是如下基板清潔方法基板的表面是IV族半導體材料，且等離子體生成氣體和處理氣體含有HF。此外，該方法是如下基板清潔方法等離子體分離用的等離子體限制電極板具有用于將等離子體中的自由基導入到處理室中的多個自由基導入孔和用于將處理氣體導入到處理室中的多個處理氣體導入孔，并且自由基和處理氣體從相應的導入孔被排到處理室內的基板表面。此外，由上述基板清潔方法在清潔室中清潔IV族半導體基板表面，而不使清潔過的基板從清潔室暴露于大氣，經由輸送室將清潔過的基板輸送到金屬膜濺射室，并且在金屬膜濺射室內，在基板表面上濺射生長金屬膜。這種方法包括在不使由上述基板清潔方法制造的具有金屬濺射膜的基板暴露于大氣的情況下經由輸送室將該基板從金屬膜濺射室輸送到退火室，并且在退火室改變該金屬膜。
根據本發明的方法是一種在由摻有B或P或As等雜質的IV族半導體材料制成的基板表面上形成金屬硅化物層的方法，該方法包括在等離子體生成室內將含有HF的等離子體生成氣體轉變為等離子體，有選擇地將等離子體中的自由基從等離子體生成室導入到清潔室中，并且將含有氣體比為0.6以上的未激發的H F的處理氣體導入到清潔室中，從而在自由基和處理氣體的混合氣氛中清潔基板；在不使清潔過的基板暴露于大氣的情況下將清潔過的基板從清潔室輸送到濺射室，并且在濺射室內在清潔過的基板表面上生長由金屬材料制成的金屬濺射層；以及在不使具有金屬濺射層的基板暴露于大氣的情況下將該基板從濺射室輸送到退火室，并且在退火室內通過對基板表面的金屬濺射層進行加熱而將金屬濺射層改變為硅化物。
清潔后的基板表面的粗糙度為0.5 n m以下，該粗糙度等于或優于濕清潔。金屬濺射層是均含有Ti、 Pt、 Pd、 Ni、 Co、Ta、 Mo和W的貴金屬、半貴金屬或高熔點金屬，特別地，金屬濺射層是從Ni、 Co、 Pt或這些組中選出的金屬或其合金。由于能夠經由真空輸送室來進行基板從清潔室到濺射室的輸送以及從濺射室到退火室的輸送，因此，基板將不暴露于大氣，從而在保持基板表面的粗糙度等于或優于濕清潔的狀態下不發生基板表面的再氧化。
此外，在上述基板清潔方法中，在將等離子體氣體轉變為等離子體時，通過對等離子體氣體施加高頻電力而將等離子體氣體轉變為等離子體。該高頻電力密度為0.001-0.25W/cm2,優選為O.001-0.125W/cm2,更優選為0.001-0.025W/cm2。通過本發明，能夠進行基板處理，該處理能夠比現有技術的濕清潔進一步地減少半導體基板表面的自然氧化膜和有機物
雜質。此外，能夠在不損害摻有如B、 P和As等雜質的IV族半導體表面或基板表面的粗糙度的情況下去除自然氧化膜和有機物。為了去除由摻有雜質的IV族半導體材料制成的基板表面的自然氧化膜和有機物雜質污染，使用含有等離子體生成氣體和作為處理氣體的HF或至少HF氣體的混合氣體，并將自由基從等離子體生成室導入到處理室中，同時，通過將以HF作為構成元素的氣體分子導入到處理室中，將半導體基板表面暴露于自由基的激發能被抑制的氣氛，能夠在不損害基板表面的粗糙度的情況下去除自然氧化膜和有機物。半導體基板的金屬污染或等離子體生成的破壞都不發生。此外，由于能夠在真空中進行一系列處理，因此，能夠防止由摻有雜質的IV族半導體材料制成的基板表面的再氧化。此外，能夠獲得等于或低于現有技術的濕處理的接觸電阻。此外，在現有技術的濕清潔中一起使用沉積前的加熱處理，在本發明中，能夠僅由一個步驟來管理需要多個步驟的基板處理，且能夠高效地獲得預定效果，從而能夠降低成本并且顯著地增加產量。
此外，等離子體生成氣體設置有簇射板(shower plate ),從而使得生成氣體能夠被均一地導入，并且設置貫通電極部的孔，從而即使在低電力下也能夠實現放電，并且能夠通過設置具有多個自由基導入孔的等離子體分離用的等離子體限制電極板將產生的等離子體中的自由基均一地導入到處理室中。通過實現具有原子層級的較低表面粗糙度的表面處理，能夠在短時間內形成金屬硅化物膜，并且能夠減少接觸電阻。此外，通過由第 一 步驟進行基板表面處理以及由第二步驟在不將金屬材料膜暴露于大氣的情況下在真空中輸送金屬材料膜，使界面的雜質比大氣輸送的情況下的雜質少，由于未使用基板加熱，因此，在金屬材料沉積之后，能夠僅通過進行退火處理簡單地形成金屬硅化物，并且能夠減少接觸電阻。也就是說，通過采用表面
粗糙度等于或優于濕清潔的干清潔和真空輸送，能夠在摻有B或P或As的IV族半導體基板上形成良好的金屬硅化物。


圖1A是包括濕清潔的硅化物形成工藝的說明圖；圖1B是包括干清潔的硅化物形成工藝的說明圖；圖2是示出在本發明中使用的沉積單元的構成例的示意
圖3是安裝在本發明所使用的系統中的控制器的示意圖；圖4是示出在本發明中使用的表面處理單元的構成例的示意性剖視圖5 A是本發明的表面處理單元中的等離子體限制電極板的放大剖視圖5B是從本發明的表面處理單元中的處理室側看的等離子體限制電極板的放大圖5C是示出從處理室側看的在本發明中使用的表面處理單元的等離子體限制電極板部的構成例的示意圖6A是示出在本發明中使用的表面處理單元的高頻施加電才及部的構成例的示意圖6B是示出在本發明中使用的表面處理單元的高頻施加電極部的構成例的鳥瞰圖7是示出在改變由本發明的實施例獲得的高頻電力密度的情況下的自然氧化膜/Si的圖8是示出在本發明中使用的UV、 X射線和微波激發自由基表面處理單元的構成例的示意圖9是示出在本發明中使用的催化化學激發自由基表面處 理單元的構成例的示意圖IOA是示出在現有技術中使用的表面處理方法的示意
圖ll是在本發明中使用的輸送控制器程序的流程圖； 圖12是在本發明中使用的沉積控制器程序的流程圖； 圖13是示出由本發明的實施例獲得的基板處理后的表面
粗糙度(Ra)的圖和表面的SEM像；
圖14是示出在改變由本發明的實施例獲得的等離子體生
成氣體比的情況下的表面粗糙度(Ra)對處理室氣體比的圖； 圖15是示出由本發明的實施例獲得的氧和碳的原子密度
的圖16是示出與傳統的濕清潔相比，由本發明的實施例獲得 的才妻觸電阻比和;冗積時間比的圖17是示出由本發明的實施例獲得的表面粗糙度(Ra )與 雜質濃度的依存關系的圖18是由本發明的處理制造的MOS-FET的例子的剖視
圖19是硅氧化膜蝕刻速度的基板面內分布的圖，其示出了 本發明的朝向等離子體生成氣體的等離子體室的氣體導入蔟射 板的效果；
圖20是示出在基板上形成金屬膜的濺射沉積室的剖視以及
圖21是示出了用于硅化的退火室的剖視圖。
具體實施例方式
下面將說明本發明的實施例。
在下文中，將參照

本發明的實施例。
在本實施例中，在圖2所示的沉積單元1中，通過使用圖4 所示的表面處理單元100進行第一步驟，并且將說明適用本發 明的用于去除形成在Si基板上的自然氧化膜和有機物的工藝的 例子。
用作樣品的基板5是暴露于清潔過的空氣并且形成有自然 氧化膜的直徑為300mm的Si單晶基板。由未示出的輸送機構將 基板5輸送到裝載鎖定室40并且將基板5放置在裝載鎖定室40 中。接著，由未示出的排氣系統對裝載鎖定室40進行減壓。在 將裝載鎖定室40減壓到預定壓力之后，具體地，減壓到lPa或 更低之后，使裝載鎖定室40和輸送室50之間的未示出的閘門閥 打開，由輸送室50的未示出的輸送機構使基板5經由輸送室50 被輸送到表面處理單元IOO,并且將基板5放置在基板保持件 114上。
圖4是本發明的表面處理單元100的說明圖。表面處理單元 100由處理室113和等離子體生成室108構成，該處理室113配備 有能夠載置基板5的基板保持件114。由設置有多個自由基導入 孔lll的等離子體分離用的等離子體限制電極板110將處理室 113和等離子體生成室108分開。由等離子體生成氣體供給系統 101和等離子體生成氣體供給管102輸送等離子體生成氣體，并 且將等離子體生成氣體從等離子體生成氣體導入簇射板107的 等離子體生成氣體導入孔106導入到等離子體生成室108的等 離子體生成空間109。由此，能夠將等離子體生成氣體均一地 導入到等離子體生成室108的等離子體生成空間109。
圖19是說明本實施例中的等離子體生成氣體導入簇射板107的效果的圖。作為等離子體生成氣體，使用100sccm的HF 氣體，并且在0.01W/cm2的高頻電力密度和50Pa的處理室壓力 的條件下，測量放置在處理室中的基板的硅氧化膜的蝕刻速度。 在圖19中，橫軸表示基板的測量位置，縱軸表示被中心的蝕刻 速度規格化的硅氧化膜的蝕刻速度。如圖19所示，當在使用等 離子體生成氣體導入簇射板的情況901和在不使用作為現有技
較時，由簇射板進行導入的情況901的蝕刻速度面內均一性較 好。這被認為是由于如下事實造成的到等離子體生成空間109 的均 一 氣體導入使得能夠在等離子體生成空間109中獲得均一 的活性物種(active species )濃度分布，并且這得到了印i正。 因此，這證實了通過由稍后說明的高頻施加電極104的通孔 105引起的均一等離子體生成而增強的效果，導入到處理室的 自由基供給變得更加均一。
使高頻施加電極104沿著等離子體生成氣體導入簇射板 107延伸并且使高頻施加電極104沿著下部的等離子體分離用 的等離子體限制電極板IIO延伸，從而將等離子體生成室108分 成上下兩個區域。等離子體生成氣體導入簇射板107被連接到 大地(接地)。雖然簇射板是導電的，但是也可由絕緣材料形成， 在該情況下，接地電極可位于從等離子體生成空間109看被定 位在簇射板的背側的位置。此外，高頻施加電極104設置有通 孑L105。由高頻電源103對高頻施加電極104施加高頻電力，從 而產生等離子體。
等離子體分離用的等離子體限制電極板110具有使等離子 體生成室108和處理室113分開的等離子體分離用的等離子體 限制電極板110的功能。該等離子體限制電極板110設置有阻擋 等離子體室內的等離子體中的離子并且允許自由基通過處理室113的自由基導入孔lll。
等離子體分離用的等離子體限制電極板110形成為中空結 構，并且設置有在處理室113側開口的多個處理氣體導入孔
112。 等離子體分離用的等離子體限制電極板110由導電材料制 成，并且被連接到大地(接地)。通過將處理氣體供給到該中空 結構，提供了能夠從向處理室113側開口的多個處理氣體導入 孔112向處理室113均一地供給處理氣體的結構。處理氣體導入 孔112在自由基導入孔lll附近開口 。經由處理氣體供給管115 從處理氣體供給系統116輸送處理氣體，并且將處理氣體從在 處理室側113側開口的多個處理氣體導入孔112導入到處理室 113中。來自從自由基導入孔lll導入的等離子體生成氣體的自
113內第一次混合，并且被供給到基板5的表面。
如上所述，來自等離子體生成氣體的自由基從設置在等離 子體限制電極板110中的自由基導入孔111被導入到處理室
113, 該等離子體限制電極板110將處理室113和等離子體生成 室108分開。這里，從等離子體生成室108通過等離子體限制電 極板110的自由基導入孔111被導入到處理室113中的自由基是 如自由基等電中性的分子或原子，并且等離子體中的離子幾乎 不被導入到處理室113。在等離子體生成室108中，當離子密度 是大約lx 1010 pcs/cm3時，處理室113中的離子密度是大約5 x 102pcs/cm3,使得離子密度真正減少到不大于千萬分之一，可 以說，陂導入到處理室113中的離子實際上幾乎不可用。與此 相反，雖然取決于其壽命，但是在等離子體生成室中產生的大 約百分之幾到百分之幾十的自由基被輸送到處理室113。圖5A 和圖5B是等離子體限制電極板110的剖視圖和放大俯視圖，其 中，處理氣體沿電極板110的橫斷方向從送出處理氣體的通路12 0被排出到對各處理氣體導入孔112設置的處理氣體排出室 119。處理氣體從排出室119經由導入孔112^皮供給到處理室。 圖5C是等離子體限制電極板110的整體俯視圖。
高頻施加電極104的通孔105使用具有如圖6A和圖6B所示 的形狀的通孔。通過該電極通孔105，即使在0.25W/cm2以下的 低電力，電極也能夠更均一地放電，因此，能夠將自由基均一 地導入到處理室113中。高頻施加電極104的包括電極通孔105 的總體積VI與電極通孔105的體積V2的體積比優選為 V2/V1=0.01 ~ 0.8,在V2/VK0.01的情況下，證實了自由基分 布的劣化。此外，在V2/V1〉0.8的情況下，不能進行放電。
接著，將說明使用本發明的圖l的沉積單元l制造半導體元 件的制造方法。
首先，將說明第一步驟的基板處理步驟及其條件。在第一 步驟中使用的單元是圖4所示的表面處理單元100。
作為等離子體生成氣體，將100sccm的HF供給到等離子體 生成室108，在等離子體生成部中產生等離子體，且所產生的 等離子體中的自由基經由自由基導入孔lll被供給到處理室 113,該自由基導入孔lll形成在設置有多個自由基導入孔lll 的等離子體分離用的等離子體限制電極板110中。為了抑制自 由基的激發能，將100sccm的作為處理氣體的HF從處理氣體導 入孔112供給到處理室113。用于等離子體生成的高頻電力密度 為0.01W/cm2,壓力為50Pa,處理時間為5min,且基板5的溫 度為25。C。
圖13示出了檢查了本發明的第一步驟之后的表面粗糙度， 將該表面粗糙度與現有技術的千處理和濕處理的結果作比較。 如圖13所示，通過使用本發明的第 一 步驟獲得的表面粗糙度Ra 包括不大于0.5nm的大約等于0.18nm的表面粗4造度Ra和由稀Ra，從而獲得了彼此相等的良好的表面粗糙度。此外，當未供 給作為處理氣體的HF氣體時，表面粗糙度Ra大于0.5nm，且 被粗糙化到2.00nm。此外，即使當處理時間延長到10min時， 也證實表面粗糙度Ra沒有被粗糙化到0.19nm。表面粗糙度提 高的原因是由于對Si有選擇地去除了表面自然氧化膜和有機 物。通過使具有由等離子體生成的高激發能的HF與作為處理氣 體單獨導入的未激發的HF碰撞，產生了激發能受抑制的HF。 這被認為是在不對表面的Si原子進行蝕刻的情況下有選擇地去 除表面自然氧化膜。從這些結果中證實，通過使用本發明，能 夠在不需要高溫預處理的情況下在干清潔中實現等于濕清潔的 表面粗糙度。
如果通過使具有由等離子體生成的高激發能的HF與作為 處理氣體單獨導入的未激發的H F碰撞而產生激發能受抑制的 HF，則本發明中的表面粗糙度變得更好。因此，如果該表面粗 糙度處于可實現的狀態，則不限于本實施例的構造。
也就是說，在本實施例中，由等離子體生成的自由基經由 自由基導入孔lll被供給到基板，同時從設置在電極板上的多 個處理氣體供給孔供給處理氣體，該自由基導入孔lll是位于 等離子體限制電極板110處的多個通孔。然而，為了獲得光滑 的表面粗糙度，并不總是需要這種結構，并且這也可以通過將 含有HF氣體的氣體轉變為等離子體、由能夠阻擋大部分離子且 僅輸送中性活性物種的單元僅將所激發的活性物種導入到處理 室113、從處理室113的任何部位進一步導入未激發的HF氣體 來實現。
然而，從均一性的觀點考慮，最重要的是，當必須對大直 徑基板進行均一化處理時，必須將自由基和未激發的處理氣體二者均一地供給到基板。因此，與本實施例類似的如下結構是
優選的在與基板相對的位置，從電極板簇射供給自由基，此 外，同時處理氣體能夠被簇射供給。
雖然通過施加高頻而由等離子體生成進行本實施例中的自 由基生成，但是，也可以通過微波和其它方法由等離子體生成 來進行本實施例中的自由基生成，具體地，可以通過圖8所示 的UV、 X射線和微波激發以及圖9所示的催化化學激發來進行 本實施例中的自由基生成。在圖8中，UV、 X射線和微波從導 入室203照射在等離子體氣體，從而將等離子體氣體轉變為等 離子體，其中，附圖標記5表示基板，附圖標記201表示等離子 體生成氣體供給系統，附圖標記202表示等離子體生成氣體供 給管，附圖標記204表示設置有多個自由基導入孔的等離子體 分離用的等離子體限制電極板，附圖標記205表示自由基導入 孔，附圖標記207表示處理室，附圖標記208表示基板保持件， 附圖標記209表示處理氣體供給管，附圖標記210表示處理氣體 供給系統，附圖標記211表示排氣系統。該處理氣體系統具有 與圖4的結構相同的結構。圖9是由加熱的催化劑主體303將氣 體轉變為等離子體的結構的圖，其中，附圖標記5表示基板， 附圖標記301表示等離子體生成氣體供給系統，附圖標記302 表示等離子體生成氣體供給管，附圖標記304表示設置有多個 自由基導入孔的等離子體分離用的等離子體限制電極板，附圖 標記305表示自由基導入孔，附圖標記306表示處理氣體導入 孔，附圖標記307表示處理室，附圖標記308表示基板保持件， 附圖標記309表示處理氣體供給管，附圖標記3IO表示處理氣體 供給系統，附圖標記311表示排氣系統。該處理氣體系統具有 與圖4的結構相同的結構。
在本實施例中，導入到等離子體生成室中的等離子體生成氣體僅使用HF。然而，等離子體生成氣體也可以至少包含HF, 具體地，可以使用被Ar稀釋的HF氣體。生成等離子體，并且 使該等離子體通過等離子體限制電極板110，使得自由基被導 入到處理室113中。此外，在本實施例中，導入到處理室113中 的處理氣體僅使用HF。然而，處理氣體也可以至少包含HF, 具體地，可以使用被Ar稀釋的HF氣體。從等離子體限制電極 板110的自由基導入孔111導入到處理室113中的自由基和從處 理氣體導入孔112導入的處理氣體被混合，從而產生自由基的 激發能受抑制的氣氛，并且對用作基板的Si有選擇地去除基板 表面的自然氧化膜和有機物，從而能夠在抑制表面粗糙度的同 時進行基板表面處理。
考慮到表面處理后的表面粗糙度，HF與總的氣體流量之比 優選為0.2至1.0。下面將說明證實了這一點的實-瞼結果。
圖14示出了當使用HF和Ar的混合氣體作為等離子體生成 氣體和處理氣體時的表面粗糙度與HF混合比的依存關系。如閨 14所示，通過改變處理氣體的HF和Ar的混合比，改變了去除 自然氧化膜后的表面粗糙度。通過增加HF氣體的流量，能夠減 小表面粗糙度。即使當HF氣體被用作供給到等離子體生成室 108的等離子體生成氣體并且經由自由基導入孔lll供給自由 基時，在處理氣體僅為Ar的情況下，也不能去除基板表面上的 自然氧化膜，并且不能實現表面處理的目的，其中，該自由基 導入孔lll形成在設置有多個自由基導入孔lll的等離子體分 離用的等離子體限制電極板110中。此外，當對使用HF氣體作 為等離子體生成氣體且沒有氣體作為處理氣體流動的情況進行 檢查時，表面粗糙度Ra變為2.5nm，與使HF流動的情況相比， 該表面粗糙度Ra劣化。此外，如圖14所示，當等離子體生成氣 體的HF比、即HF/ ( HF+Ar)為O時，也就是說，當等離子體生成氣體僅為Ar時，與等離子體生成氣體包括HF的情況相比， 粗糙度不好。在使接觸電阻充分小的期望表面粗糙度中，為了 使表面粗糙度等同于濕清潔的大約0.5nm以下，要求處理室氣 體比HF/ ( HF+Ar )為0.6以上。此外，在本實施例中，雖然使 用Si基板，但是，本發明的基板表面處理不限于Si基板的表面 處理。具體地，基板的表面可以由如Si和SiGe等IV族半導體形 成，更具體地，基板的表面可以是附著在玻璃基板上的表面或 可適于如去除如薄的層疊硅層等IV族半導體的表面的自然氧 化膜和有機污染物的基板表面處理。施加到高頻施加電極104 的高頻電力密度優選為0.001-0.25W/cm2。
圖7是示出在HF用于等離子體生成氣體和HF用于處理氣 體的情況下，作為自然氧化膜和Si的蝕刻速度比的自然氧化膜 /Si與高頻電力密度的依存關系的圖。通過減小高頻電力密度， 抑制了Si的蝕刻，并且僅有選擇地蝕刻自然氧化膜。這里，將 自然氧化膜的蝕刻速度除以Si的蝕刻速度得到的值定為自然氧 化膜/Si。當使高頻電力密度最小化時，Si的蝕刻速度相對減小， 使得自然氧化膜/Si增大。另一方面，當高頻電力密度增大時， Si的蝕刻顯著地發生，且自然氧化膜/Si減小。這里，當高頻電 力密度增大時，Si的蝕刻發生，因此表面變粗糙。為了減小表 面粗糙度，必須增大自然氧化膜/Si,使高頻電力密度最小化。 為此，在0.001-0.25W/cn^的范圍內選擇高頻電力密度，優選 在O.001-0.125W/cmS的范圍內選擇高頻電力密度，更優選在 0.001-0.025W/cmS的范圍內選擇高頻電力密度。
接著，將說明第二步驟的金屬材料濺射步驟及其條件。 下面將說明如下步驟通過使用圖2所示的沉積單元1，進 行使用圖4所示的表面處理單元100的第一步驟，從而去除形成 在Si基板上的自然氧化膜，之后，基板經由真空輸送室50被輸送到進行第二步驟的金屬賊射單元20,并且在表面處理步驟后 的表面上濺射沉積金屬材料。這里，金屬材料優選為含有Ti、
Pt、 Pd、 Ni、 Co、 Ta、 Mo和W的貴金屬、半貴金屬或高熔點 金屬。最優選的金屬為Ni、 Co、 Pt或混合這些元素的金屬。
由第一步驟進行表面處理，通過進行第二步驟的金屬濺射 單元20內的半導體元件制造單元，在25。C的基板溫度、1.5kW 的直流電力、供給100sccm的Ar、保持lPa壓力的條件下，使 Ni靶材被處理十秒鐘。結果，如圖15所示，與在進行濕清潔后 進行Ni濺射沉積的情況相比，在本實施例中，Si基板和Ni濺射 膜之間的界面處的氧和碳的原子密度較低。具體地，該界面處
的氧和碳的原子密度為2x 10^原子/cm3以下。這是因為，通過 在不使基板清潔后的表面暴露于大氣的情況下進行真空輸送， 能夠抑制氧和碳的雜質附著到表面。在金屬濺射單元20中的金 屬材料的濺射步驟中，可以由其它材料來代替該靶材，該其它 材料優選為含有Ti、 Pt、 Pd、 Ni、 Co、 Ta、 Mo和W的貴金屬、 半貴金屬或高熔點金屬。最優選的金屬為Ni、 Co、 Pt或混合這 些元素的金屬。除了濺射之外，還可以由CVD來進行第二步驟 中的金屬材料沉積。
將說明第三步驟的金屬硅化物處理。
在第二步驟后，經由輸送室50由退火單元30內的半導體 元件制造單元在250。C的基板溫度下保持基板10分鐘，從而進 行金屬硅化物的形成。結果，形成Ni2Si層。由相應的輸送控 制器或處理控制器70至73控制單元10至50。圖16示出了由本 發明和現有技術(當進行濕清潔來代替第一步驟時)制造的 金屬硅化物膜和基板的接觸電阻與形成金屬硅化物層所用的 處理時間之間的比較。與現有技術相比，接觸電阻減小了 20%,硅化物形成時間縮短了50%。接觸電阻的該減小是由于在第一步驟的基板清潔之后，第二步驟幾乎沒有在Si表面上沉
積氧和碳的表面雜質。也就是說，這是由于干清潔后的一系列 真空處理的效果。此外，由于清潔、金屬材料濺射和退火都是 僅由一個單元進行的，因此，硅化物形成時間的縮短是由于不 包括各步驟之間的大氣輸送的 一 系列真空處理所造成的效果。 此外，與現有技術相比不需要管理制造步驟中的各步驟之間的 輸送時間的原因是由于不包括各步驟之間的大氣輸送的一系列 真空處理所造成的效果。此外，可以在一個步驟中進行需要多 個步驟的表面處理，并且可以有效地獲得預定效果，從而還可 以減少成本并且可以在很大程度上提高產量。
圖17示出了對Si上的摻有各濃度的B或P或As的基板表面 進行了本發明的表面處理的結果。圖17中的本發明的表面處理 的條件可適用于僅HF ( HF/ ( HF+Ar) =1.0)用于等離子體生 成氣體和同樣僅HF ( HF/ ( HF+Ar) =1.0)用于處理氣體的情 況。此外，圖17中的現有技術指的是干清潔，并且可適用于HF 不用于等離子體生成氣體而僅Ar ( HF/ ( HF+Ar) =0)用于等 離子體生成氣體和僅HF ( HF/ ( HF+Ar) =1.0)用于處理氣體 的情況。在現有技術中，當摻有B或P或As時，表面粗糙度大于 0.5nm,在摻有P的情況下，發現了濃度依存關系，而當進行本 發明的表面處理時，表面粗糙度為0.5nm以下并且不取決于雜 質濃度。此外，粗糙度比現有技術改進很多。這表明本發明的 表面處理在自然氧化膜和表面材料方面的選擇性高。圖18示出 了包含通過使用本發明制造的金屬硅化物膜9 0的M 0 S - F E T的 結構的例子。金屬硅化物膜90的電極部形成在摻有？或眾8的11+ 硅區域上。當摻有B時，金屬硅化物膜90的電極部形成在p+硅 區域上。
圖2的沉積單元1為各個處理單元和輸送單元設置有用于通過一系列真空處理進行一系列處理的控制器。也就是說，使 輸送控制器70能夠在輸入部處接收來自單元的輸入信號，并且 執行被編程成由處理器按照流程來工作的輸送程序，并且通過 真空輸送將用于基板輸送的操作指令輸送到各處理單元。此外，
使處理控制器A至C ( 71至73)能夠接收來自處理單元的輸入 信號，執行被編程成按照流程來操作處理的程序，并且將操作 指令輸出到單元。輸送控制器70和處理控制器71至73的構造基 本上采用圖3所示的計算機81的構造，并且由輸入部82、具有 程序和數據的存儲介質83、處理器84和輸出部85構成，并且控 制對應的單元。除了來自單元的數據輸入功能之外，輸入部82 還能夠輸入來自外部的命令。
圖ll示出了由輸送控制器70和處理控制器A至C( 71至73) 進行的控制。在步驟610,制備覆有自然氧化膜的Si基板。輸 送控制器70發出將裝載鎖定單元40的真空度設定為等于或小 于lPa的指令(步驟611),并且進一步發出將表面處理單元IOO 的真空度設定為等于或小于1E-4Pa的指令，并且經由輸送室 50將基板S移動到表面處理單元100中，并且將基板S安裝在基 板保持件上。處理控制器A7l控制對基板5進行第 一 步驟的表面 處理的程序(步驟613 )。
輸送控制器70進行真空排氣的控制，以將金屬濺射單元20 的真空度設定為等于或小于1E-4Pa,并且將表面處理單元IOO 內的基板5經由輸送室50安裝到金屬濺射單元20中。處理控制 器B72進行在金屬濺射單元20內進行第二步驟的金屬材料的濺 射沉積處理的控制(步驟615 )。緊接著，進行第三步驟的退火 處理，經由輸送室50將金屬材料移動到退火單元30中(步驟 616)。處理控制器C73進行如下控制進行熱處理，以在退火 單元30內使第三步驟的金屬材料硅化(步驟617)。之后，輸送控制器70使裝載鎖定單元40向大氣打開(步驟618)。
雖然本發明的沉積單元如圖2所示釆用由一個表面處理單 元IOO、 一個金屬濺射單元20、 一個退火處理單元30、 一個裝 載鎖定室40和一個輸送室50構成的構造，但是，各個單元不是 必須僅由一個構成，如果對于產量和膜的構造使用多個單元也 不成問題。例如，可由具有分開的裝載和卸載功能的多個裝載 鎖定來代替一個裝載鎖定，以提高產量。此外，例如，可由用 于形成金屬材料的單元和用于形成電極的單元的兩個以上的濺 射單元來代替金屬濺射單元20。
然而，為了在維持本發明的平坦表面的同時有效地采用能 夠進行干基板表面處理的基板處理方法，優選設置至少 一 個以 上的表面處理單元IOO、至少一個以上的金屬濺射單元20、至 少一個以上的退火處理單元30、至少一個以上的裝載鎖定室40 和至少一個以上的輸送室50。這是因為，以這種方式構造，由 于裝載鎖定的存在，能夠在穩定氣氛的壓力減小狀態下以高產 量進行干基板表面處理，并且在基板不被輸送到大氣中的情況 下，經由輸送室將基板在真空下輸送到金屬濺射沉積單元，在 其中進行沉積，使得基板表面和經受金屬濺射沉積的界面保持 在良好的狀態，從而通過減小電阻來減小接觸電阻。在圖20中 示出了在本實施例中使用的濺射單元的剖面的概略。
圖20中的濺射單元20由第一電極410、靶材構件411、第二 電極412和基板載置臺404形成。靶材構件41 l被設置在第 一 電 極410的表面上。磁體4 0 9位于靶材構件411的背面并且被設置 在第一電極410和耙材構件411之間。此外，濺射單元20包括濺 射氣體供給系統401、濺射氣體供給管402和排氣系統415。濺 射氣體能夠供給Ar、 Kr、 Xe、 He或混合了這些氣體的氣體。 第一電極410例如由如A1 (鋁)等金屬制成并且被置于由如陶瓷等介電物質制成的絕緣體407b上。此外，濺射處理室的側面 被電接地。靶材構件411由金屬制成，該金屬優選是含有Ti、 Pt、 Pd、 Ni、 Co、 Ta、 Mo和W的貴金屬、半貴金屬或高熔點 金屬。
最優選的金屬為Ni、 Co、 Pt或混合了這些元素的金屬。靶 材構件被濺射并且被層疊在基板5的表面上。該基板5被置于設 置于基板載置臺404的第二電極412上。由例如螺栓、擴散接合 等將耙材構件411牢固地固定到第一電極410,并且能夠從電極 高效地供電。f茲體保持件408可繞第 一 電極410的中心軸線轉 動。磁體可以是一體式的，并且可以設置有多個磁體。為了使 磁體保持件408轉動，將該磁體保持件408連接到馬達416。經 由匹配電路406將第一電極410連接到高頻電源405。經由匹配 電路413將第二電極412連接到高頻電源414。用于安裝濺射單 元30的耙材的賊射陰極不必僅為一個。為了沉積連續或不連續 的多個膜，可以設置用于安裝多個靶材的多個濺射陰極。此外， 考慮到沉積分布的均一性，基板保持件優選設置有用于使置于 基板保持件上的基板轉動的轉動機構。此外，為了能夠通過反 應'減射來進行沉積，'減射單元30的氣體導入機構不僅能夠導入 如Ar等惰性氣體，而且能夠導入如N2和02等反應性氣體或者這 些反應性氣體和Ar氣體的混合氣體。
接著，在圖21中示出了在本實施例中使用的退火單元的剖 面的相X略。
圖21中的退火單元30由基板載置臺504和加熱器507形成。 此外，退火單元30包括退火氣體供給系統501、退火氣體供給 管502以及排氣系統505和506。退火可以供給Ar、 Kr、 Xe、 He、 N2、 H2或混合了這些元素的氣體。由加熱器的輻射熱加 熱基板載置臺504,此外，由來自基板載置臺504的輻射熱加熱基板5。當未進行加熱時，基板的溫度為大約20。C，而通過進
行加熱可以將基板加熱到30 。C至1000 。C 。
權利要求
1.一種在由摻有B或P或As的雜質的IV族半導體材料制成的基板表面上形成金屬硅化物層的方法，該方法包括在等離子體生成室內將含有HF的等離子體生成氣體轉變為等離子體，有選擇地將所述等離子體中的自由基從所述等離子體生成室導入到清潔室中，并且將含有氣體比為0.6以上的未激發的HF的處理氣體導入到所述清潔室中，從而在所述自由基和所述處理氣體的混合氣氛中清潔所述基板；在不使清潔過的所述基板暴露于大氣的情況下將清潔過的所述基板從所述清潔室輸送到濺射室，并且在所述濺射室內在清潔過的基板表面上生長由金屬材料制成的金屬濺射層；以及在不使具有所述金屬濺射層的所述基板暴露于大氣的情況下將所述基板從所述濺射室輸送到退火室，并且在所述退火室內通過對所述基板表面的所述金屬濺射層進行加熱而將所述金屬濺射層改變為硅化物。
2. 根據權利要求l所述的方法，其特征在于，清潔后的所 述基板表面的粗糙度為0.5nm以下。
3. 根據權利要求l所述的方法，其特征在于，所述金屬濺 射層為均含有Ti、 Pt、 Pd、 Ni、 Co、 Ta、 Mo和W的貴金屬、 半貴金屬或高熔點金屬，特別地，所述金屬濺射層為從Ni、 Co、 Pt或這些組中選出的金屬或其合金。
4. 根據權利要求l所述的方法，其特征在于，在將所述等 離子體氣體轉變為等離子體時，通過對所述等離子體氣體施加 高頻電力而將所述等離子體氣體轉變為等離子體，該高頻電力 密度為O.001-0.25W/cm2,優選為0.001-0.125W/cm2,更優選 為O.001-0.025W7cm2。
5. 根據權利要求l所述的方法，其特征在于，由閘門閥經 由被連接到所述清潔室、所述濺射室和所述退火室的真空輸送室來進行所述基板從所述清潔室到所述濺射室的輸送以及從所 述濺射室到所述退火室的輸送。
6. —種硅化物膜形成設備，該硅化物膜形成設備包括用于 存儲程序的計算機存儲介質，所述程序發送允許計算機控制硅 化物膜的形成的指令，其中，用于執行所述硅化物膜的形成步 驟的程序由執行以下步驟(a)至(c)的程序構成(1 )清潔由摻有B或P或As的雜質的IV族半導體材料制成 的基板表面的步驟，其中，如下進行所述基板表面的清潔在等離子體生成室 內將含有HF的等離子體生成氣體轉變為等離子體，有選擇地將 所述等離子體中的自由基從所述等離子體生成室導入到清潔室 中，同時，將含有氣體比為0.6以上的未激發的HF的處理氣體 導入到所述清潔室中，從而在所述自由基和所述處理氣體的混 合氣氛中清潔所述基板表面；(2) 在不使清潔過的所述基板暴露于大氣的情況下將清潔 過的所述基板從所述清潔室輸送到賊射室，并且在所述賊射室 內在清潔過的基板表面上生長由金屬材料制成的金屬濺射層的 步驟；以及(3) 在不使具有所述金屬濺射層的所述基板暴露于大氣 的情況下將所述基板從所述濺射室輸送到退火室，并且在所述 退火室內通過對所述基板表面的所述金屬濺射層進行加熱而將 所述金屬濺射層改變為硅化物的步驟。
全文摘要
經由導入孔將等離子體生成室中的自由基供給到處理室，并且從自由基導入孔附近供給作為處理氣體的HF氣體。去除摻有雜質的IV族半導體的基板表面的自然氧化膜，并且具有等于濕清潔的良好的表面粗糙度。對表面處理后的基板沉積金屬材料，并且進行通過熱處理的金屬硅化物形成，在這些處理期間，基板不暴露于大氣，并且獲得了等于或優于濕處理的良好的接觸電阻。
文檔編號H01L21/304GK101689489SQ200880001348
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者池本學, 清野拓哉, 真下公子 申請人:佳能安內華股份有限公司