CN102468123A - 一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法，该方法包括在SiGe层表面淀积一层NiAl合金薄膜，然后进行退火工艺，使NiAl合金薄膜的Ni原子与SiGe层的SiGe材料进行反应，生成NiSiGe材料。因为Al原子的阻挡作用，NiSiGe层具有单晶结构，和SiGe衬底的界面很平整，可以达到0.3nm，可以大幅度提高界面的性质。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体管的制造工艺，尤其涉及制造工艺中晶体管的源漏极部分的制造方法，属于半导体制造技术领域。
背景技术
传统晶体管的源漏区域，半导体和金属电极之间直接接触，接触电阻很大，形成的肖特基势垒很高，从而影响了器件的性能。Ni和Si材料反应生成NiSi硅化物来作为接触材料，从而可以大幅度降低接触电阻和肖特基势垒，得到了广泛的应用，目前在Intel和AMD等厂家生产的MOSFET晶体管源漏区域，都采用了NiSi作为接触材料。
随着半导体工艺的进步，SiGe作为一种新型的高迁移率材料，是未来的理想替代Si的材料。然而，在Ni和SiGe反应生成硅化物的时候，由于Ge原子的存在，易造成Ni和Si、Ge原子的反应次序不一致，不容易形成连续的NiSiGe薄膜。此外，由于Ge的扩散，形成的NiSiGe薄膜电学性能不好，很大程度上影响了NiSiGe薄膜作为源漏接触的应用。
鉴于此，本发明将提供一种新的NiSiGe生成方法，利用NiAl合金中的Al原子来限制Ge原子的扩散，从而形成高质量的外延NiSiGe薄膜。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、在半导体Si衬底上制备一SiGe层；
步骤二、对SiGe层进行清洗，去除其表面的污染物和自然氧化层；
步骤三、在SiGe层表面淀积一层NiAl合金薄膜；
步骤四、进行退火工艺，使Ni层与SiGe层的SiGe材料进行反应，生成NiSiGe材料；
步骤五、利用选择性腐蚀，去除没有和SiGe材料反应的Ni，得到位于SiGe层表面的外延NiSiGe层。
作为本发明的优选方案，步骤一中，所述的SiGe层直接生长在Si衬底上，形成具有压应力的SiGe材料层，也可采用缓冲层工艺制备，生长为弛豫的SiGe材料层。
作为本发明的优选方案，SiGe层采用SixGe1-x材料，其中x的值为0.1-0.9。
作为本发明的优选方案，步骤二的清洗包括先对SiGe材料进行RCA清洗，去除表面的污染物，然后再将SiGe材料放入HF中，去除表面的自然氧化层。
作为本发明的优选方案，所述NiAl合金薄膜的材料为NiyAl-y，y的值为0.5-0.9，合金薄膜的厚度为2nm-200nm。
作为本发明的优选方案，步骤四中，退火工艺的退火温度为300-800℃，退火时间为5s-10m，退火氛围为氮气、氩气或氮气与氢气的混合气体。
本发明的有益效果在于：
(1)通过在制造中加入Al合金层，利用其所含的Al原子来阻挡Ge原子，保证Ni和Si、Ge原子的反应次序一致，便于形成连续、平整的NiSiGe薄膜，可以大幅度提高界面的性质；
(2)Al原子也阻挡了Ge原子扩散入NiSiGe层内，能提高NiSiGe薄膜电学性能，有助于NiSiGe薄膜作为源漏接触的应用。
附图说明
图1-3为本发明方法实施过程中对应的产品结构状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的方法步骤，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。
实施例一
如图1所示，本实施例先制备SixGe1-x材料层，SixGe1-x材料可以生长直接生长在Si上面，形成具有压应力的SiGe材料，或者采用缓冲层的方法，生长弛豫的SiGe材料，其中x的值选用0.1。
SixGe1-x材料层制备完毕后，对其进行清洗，清洗分两个步骤：
一)将SiGe材料进行标准的RCA(Radio Corporation of America)清洗，去除表面的污染物；
二)将SiGe材料放入HF中，去除表面的自然氧化层。
清洗完毕后，在SiGe材料表面，淀积一层NiyAl1-y合金薄膜，薄膜的厚度为2nm，NiyAl1-y合金中y的值为0.5，如图2所示。
接着，进行退火工艺，退火温度为300℃，退火时间为5s，退火氛围为氮气。
Al原子在Ni和SiGe反应的时候，首先起到一层阻挡层的作用，可以调节Ni和Si、Ge原子分别反应的速度，从而使得Ni和Si、Ge原子的反应达到平衡，从而限制Ge原子的扩散；其次，Al的存在，可以调节NiSiGe的晶格常数，从而使得NiSiGe层和SiGe衬底达到很好的匹配。
Al原子反应完成后，大部分跑到NiSiGe的表面，形成一层Al的氧化物，基本不会影响NiSiGe层的性质。
利用选择性腐蚀，去除没有和SiGe材料反应的NiAl合金，就可得到外延的NiSiGe层，如图3所示，因为Al原子的阻挡作用，NiSiGe层具有单晶结构，和SiGe衬底的界面很平整，可以达到0.3nm，可以大幅度提高界面的性质。
实施例二
基本步骤如实施例一，SixGe1-x材料层中，x的值选用0.9，NiyAl1-y合金中，y的值为0.9，合金薄膜的厚度为200nm。
进行退火工艺时，退火温度为800℃，退火时间为10m，退火氛围为氩气。
实施例三
基本步骤如实施例一，SixGe1-x材料层中，x的值选用0.3，NiyAl1-y合金中，y的值为0.7，合金薄膜的厚度为10nm。
进行退火工艺时，退火温度为500℃，退火时间为1m，退火氛围为氮气和氢气的混合气体。
本发明的关键为改进了传统的接触材料层制造工艺，从而使NiSiGe薄膜广泛应用于源漏接触成为可能。
在本发明中，合金薄膜的厚度、材料以及退火工艺的环境条件及相关参数都可以根据实际情况的需要进行调节，所采用的退火和选择性腐蚀等步骤都可采用领域内通用的工艺进行。
本发明中涉及的其他技术属于本领域技术人员熟悉的范畴，在此不再赘述。上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。
Claims (7)
1.一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在半导体Si衬底上制备一SiGe层；
步骤二、对SiGe层进行清洗，去除其表面的污染物和自然氧化层；
步骤三、在SiGe层表面淀积一层NiAl合金薄膜；
步骤四、进行退火工艺，使Ni层与SiGe层的SiGe材料进行反应，生成NiSiGe材料；
步骤五、利用选择性腐蚀，去除没有和SiGe材料反应的Ni，得到位于SiGe层表面的外延NiSiGe层。
2.根据权利要求1所述一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法，其特征在于：步骤一中，所述的SiGe层直接生长在Si衬底上，形成具有压应力的SiGe材料层。
3.根据权利要求1所述一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法，其特征在于：步骤一中，所述的SiGe层采用缓冲层工艺制备，生长为弛豫的SiGe材料层。
4.根据权利要求2或3所述一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法，其特征在于：所述的SiGe层采用SixGe1-x材料，其中x的值为0.1-0.9。
5.根据权利要求1所述一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法，其特征在于：步骤二的清洗包括先对SiGe材料进行RCA清洗，去除表面的污染物，然后再将SiGe材料放入HF中，去除表面的自然氧化层。
6.根据权利要求1所述一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法，其特征在于：步骤三中，所述NiAl合金薄膜的材料为NiyAl1-y，y的值为0.5-0.9，合金薄膜的厚度为2nm-200nm。
7.根据权利要求1所述一种利用NiAl合金外延生长NiSiGe材料的方法，其特征在于：步骤四中，退火工艺的退火温度为300-800℃，退火时间为5s-10m，退火氛围为氮气、氩气或氮气与氢气的混合气体。
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