鈷矽合金問題探討與解決

Abstract

本論文針對鈷矽合金形成的氧化、消耗大量矽、與鋁低溫反應等問題提出對策。由 於所有的熱處理皆在傳統型氮氣爐中進行，矽化物橫向生長問題很容易同時克服， 且適合大量生產。 首先用鉬╱鈷或鎢╱鈷雙層金屬化並以兩階段熱處理的方法來避免氧化問題。第一 階段熱處理的溫度是450到600℃，讓鈷轉化為鈷化矽或鈷化二矽，而鉬或鎢則保持 原狀或氧化。然後將上層的東西以氨水溶液去除，第二階段的熱處理溫度為 750℃ ，其目地是將鈷矽合金全部轉化為鈷化二矽同時讓晶粒長大。另一種無需保護膜而 避免氧化的方法是控制進爐的步驟並將晶片快速送入爐管高溫區，而爐管的溫度由 兩種限制條件來決定；第一是高於使全部的鈷轉化為鈷化二矽，第二是低於避免使 二氧化矽上的鈷於熱處理過程中全部氧化成氧化鈷，也就是要保留一層未氧化的鈷 與二氧化矽接觸，則這些鈷及氧化鈷就可被鹽酸溶液去除。而這些溫度又與鈷的厚 度有關，且由實驗定出。 解決消耗大量矽基底和鋁低溫反應的問題可用鎢╱鈷－鉬合金鍍在矽晶片上，經過 兩階段熱處理，得到雙層鉬化二矽╱鈷化二矽的淺接觸同時解決。由於鉬化二矽與 鋁的反應溫度可達530℃，故可當鈷化二矽的擴散阻礙層。第一階段熱處理是在500 -600℃進行，使形成鎢－鈷合金╱鉬－鈷合金╱混合的鉬化矽和鈷化矽╱鈷化二矽 ╱矽結構。這個系統內，鎢扮演兩種角色；一是保護下層的鈷－鉬合金使其在傳統 型氮氣爐管進行熱處理時不被氧化，二是從鈷－鉬合金層吸收一些鈷，使有利形成 淺接觸。蝕刻後則上層的鎢－鈷合金（或其氧化物）和鉬－鈷合金被去除，只剩下 混合的鉬－矽和鈷－矽化合物╱鈷化二矽。第二階段熱處理的溫度要高於 800℃， 以使最後結構成為鉬化二矽╱鈷化二矽的淺矽接觸。另一種更理想的同時形成擴散 。 阻礙層和鈷化二矽淺接觸的方法隨後發展出來；首先將鎢（４００Ａ）╱鈷63－鈦 。 37（３６０Ａ）合金鍍在矽晶片上，然後在620－760℃溫度進行熱處理，這時鈷全 部與矽反應為鈷化二矽，全部的鈦則移到上層的鎢，形成鎢－鈦合金。鎢溶入鈦以 後變得非常穩定，既始在 760℃也不見明顯氧化，可保留下來當擴散阻礙層，因它 是一種傳統的擴散阻礙層。在這金屬化的系統中，鎢扮演三種角色；一是與鈦形成 保護膜，使鈷不被氧化，而轉化為鈷化二矽接觸，二是吸收鈦，使其不轉化為矽化 物，以使淺接觸形成，三是與鈦形成擴散阻礙層。另一方面，鈦則扮演〝穩定劑〞 的角色。 鎢－鈦合金充當鈷化二矽接觸的擴散阻礙層，抵抗鋁浸蝕的最高溫度是 550℃，而 鉬化二矽是 500℃。