專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法，特別是涉及具有LDD(LightlyDoped Drain)結(jié)構(gòu)，且在硅襯底或柵極電極上面形成硅化物層的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
伴隨半導(dǎo)體裝置的細(xì)微化的發(fā)展，產(chǎn)生由短溝道效應(yīng)使MOS晶體管的特性劣化的問題。對此，開發(fā)利用被稱為LDD(Lightly Doped Drain)結(jié)構(gòu)的技術(shù)。另外，減小柵極電極、源極、漏極區(qū)域的尺寸，也產(chǎn)生了柵極電極、源極、漏極區(qū)域的電阻增大的問題。作為對應(yīng)該問題的方法使用了在柵極電極或源極、漏極區(qū)域的表面附近，通過自對準(zhǔn)形成使硅和過渡金屬反應(yīng)得到的硅化物層的被稱為金屬硅化物(サリサイド)的技術(shù)。近年來的半導(dǎo)體裝置往往組合使用這兩種技術(shù)來制造。
以下，參照圖9～圖14說明將LDD結(jié)構(gòu)和金屬硅化物技術(shù)組合，來制造半導(dǎo)體裝置的步驟的概要。
參照圖9，在硅襯底11上形成柵極絕緣膜12。通常，柵極絕緣膜12使用氧化硅膜。在柵極絕緣膜12上形成構(gòu)成柵極電極13的材料的膜，并通過光刻和蝕刻形成柵極電極13。然后，以所述柵極電極13為掩膜，向所述硅襯底11的表層部注入低濃度雜質(zhì)，形成低濃度雜質(zhì)區(qū)域14。
參照圖10，在所述硅襯底11上形成絕緣膜。以后，該膜被稱為襯墊絕緣膜15。
參照圖11，通過采用各向異性干蝕刻處理襯墊絕緣膜15、柵極氧化膜12，在柵極電極13的側(cè)面形成襯墊16。
參照圖12，在硅襯底11上形成由絕緣膜構(gòu)成的緩沖膜17。在該狀態(tài)下，為形成高濃度雜質(zhì)區(qū)域18，進(jìn)行高濃度雜質(zhì)的注入。在形成高濃度雜質(zhì)區(qū)域18后，通過干蝕刻除去緩沖膜17。
參照圖13、14，在硅襯底11的整個(gè)面上形成過渡金屬膜。然后，通過加熱硅襯底11，使所述過渡金屬膜19和硅襯底11、作為柵極電極13的材料的硅反應(yīng)，由過渡金屬和硅形成硅化物。然后，除去未反應(yīng)的過渡金屬膜，再次進(jìn)行加熱，在硅襯底11、柵極電極13的表面附近形成硅化物層20。
然后，在形成層間絕緣膜后，通過在高濃度雜質(zhì)區(qū)域等開設(shè)接觸孔，形成金屬配線，來完成半導(dǎo)體裝置，這雖未圖示，但在本領(lǐng)域中是眾所周知的。
上述的技術(shù)被記載于以下的專利文獻(xiàn)1、2、3、4中。
專利文獻(xiàn)1 特開2000-100754號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開2000-25941號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 特開2002-134704號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 特開平11-186545號(hào)公報(bào)在由形成所述的LDD結(jié)構(gòu)和金屬硅化物層的技術(shù)制造半導(dǎo)體裝置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生如下問題。
(1)通常，為了蝕刻構(gòu)成襯墊16的絕緣膜和構(gòu)成緩沖膜17的絕緣膜，要使用CF4、CHF3等含碳的氣體。其結(jié)果是，硅襯底11的表面或柵極電極13的表面附近，具體地說距表面深度4nm程度的區(qū)域，形成殘留碳的狀態(tài)。以下，其被稱為碳污染。
(2)如圖11中由虛線橢圓包圍的區(qū)域a、圖12中由虛線橢圓包圍的區(qū)域b所示，在形成襯墊、除去緩沖膜時(shí)，由于進(jìn)行超量蝕刻，必然產(chǎn)生硅被消減的區(qū)域，其結(jié)果是，低濃度雜質(zhì)區(qū)域的深度及其后形成的硅化物層的深度減少。
由于一次超量蝕刻消減大約7～15nm的區(qū)域，故兩次超量蝕刻使14～30nm的硅被腐蝕。
(3)如圖14中虛線橢圓包圍的區(qū)域c所示，由于產(chǎn)生碳污染的部分阻礙了過渡金屬和硅的反應(yīng)，故不形成硅化物層，產(chǎn)生未反應(yīng)部分。針對該問題，在所述專利文獻(xiàn)1、2、3中也記載有通過等離子處理或蝕刻處理除去產(chǎn)生碳污染的區(qū)域的技術(shù)。
如(2)、(3)所述，由于進(jìn)行超量蝕刻或碳污染產(chǎn)生部分的除去，最大34nm程度的硅被消減。在通常的硅襯底中，即使除去34nm程度的硅，也可以襯底整體由硅構(gòu)成，故沒有大的問題。
但是，如近年來開設(shè)使用的具有SOI(Silicon On Insulator)結(jié)構(gòu)的晶片那樣，在絕緣體上成長薄的硅晶得到的晶片中，會(huì)形成非常大的問題。由于絕緣體上硅的厚度為50nm～100nm程度，非常薄，因此，如圖15所示，34nm程度的硅消減會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)區(qū)域或硅化物層的深度大幅地減少。其結(jié)果導(dǎo)致晶體管的特性劣化。有時(shí)不能得到為使晶體管工作所必需深度的雜質(zhì)區(qū)域或硅化物層，因此不能使晶體管動(dòng)作。
另外，在干蝕刻時(shí)，由于在晶片面內(nèi)的位置不同蝕刻速率或選擇比等會(huì)產(chǎn)生偏差，故結(jié)果也具有如下問題，在晶片面內(nèi)，源極、漏極區(qū)域或柵極電極的電阻產(chǎn)生偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決這樣的問題，使用如下工序，將用于形成襯墊的絕緣膜的蝕刻分為干蝕刻和濕蝕刻兩個(gè)階段；在進(jìn)行高濃度雜質(zhì)的注入時(shí)，將氮化硅膜作為緩沖膜使用，在離子注入后，通過濕蝕刻除去所述氮化硅膜。
在濕蝕刻時(shí)，與干蝕刻相比，通過選擇藥液，可得到非常大的選擇比。因此，干蝕刻時(shí)的超量蝕刻產(chǎn)生的硅襯底的消減幾乎不會(huì)產(chǎn)生。
另外，在濕蝕刻時(shí)，由于不使用含有碳的藥液，故還可以防止碳污染的產(chǎn)生。
由于在不對硅襯底進(jìn)行干蝕刻的情況下形成LDD結(jié)構(gòu)或硅化物層，故不會(huì)產(chǎn)生干蝕刻引起的硅的消減或碳污染。其結(jié)果是，即使在如具有SOI結(jié)構(gòu)的硅襯底那樣硅的厚度薄的襯墊上，也可以形成必要深度的雜質(zhì)區(qū)域或硅化物層。另外，由于根據(jù)藥液的種類可容易地得到大的選擇比，故還可以抑制面內(nèi)偏差，其結(jié)果是，可高成品率地制造具有穩(wěn)定特性的晶體管。


圖1是顯示本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖2是顯示本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖3是顯示本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖4是顯示本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖5是顯示本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖6是顯示本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖7是顯示本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖8是顯示本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；
圖9是顯示現(xiàn)有的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖10是顯示現(xiàn)有的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖11是顯示現(xiàn)有的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖12是顯示現(xiàn)有的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖13是顯示現(xiàn)有的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖14是顯示現(xiàn)有的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖15是顯示采用現(xiàn)有實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的問題點(diǎn)的剖面圖；具體實(shí)施方式
參照圖1～圖8說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
參照圖1，在硅襯底1上形成膜厚5nm程度的利用熱氧化法得到的氧化硅膜。將其作為柵極絕緣膜2。進(jìn)一步在柵極絕緣膜2上形成膜厚200nm程度的多晶硅膜。通過由光刻、蝕刻將其加工，形成柵極電極3。
另外，雖未未圖示，但為進(jìn)行精度優(yōu)良的蝕刻，還有在多晶硅膜上形成氧化硅膜等，將其作為硬掩膜使用的方法。
然后，以柵極電極3為掩膜，例如可使用磷離子等，通過注入劑量為1～5×1014(離子數(shù)/cm2)程度的低濃度雜質(zhì)，在柵極電極3周邊的距硅襯底1的表面深度為10～20nm程度的區(qū)域形成低濃度雜質(zhì)區(qū)域4。另外，在注入后，進(jìn)行使氮?dú)饬鲃?dòng)同時(shí)加熱的退火處理，使雜質(zhì)擴(kuò)散到襯底內(nèi)，形成雜質(zhì)區(qū)域。另外，也可以使用硼離子。
參照圖2，在硅襯底1的整體上以1～20nm程度形成由HTO(高溫氧化物High Temperature Oxide)膜、TEOS(四乙基原硅酸鹽Tetra Ethyl OrthoSilicate)膜、NSG(非摻雜硅酸鹽玻璃Non Dope Silicate Glass)膜等氧化硅膜。以下，該膜被稱為襯墊絕緣膜5。
然后，通過在襯墊絕緣膜5上以400℃～900℃程度進(jìn)行N2退火處理，可減少相對襯墊絕緣膜5和作為熱氧化膜的柵極氧化膜2的濕蝕刻的蝕刻速率差。
參照圖3，干蝕刻襯墊絕緣膜5。此時(shí)，在柵極電極3上部或柵極絕緣膜2上部的平坦區(qū)域進(jìn)行干蝕刻，并殘留成膜膜厚的5％～35％程度的襯墊絕緣膜5a。另外，在該實(shí)施例中，只要?dú)埩?nm～45nm程度，則沒有問題。
另外，也可以在該干蝕刻后，進(jìn)行所述的400℃～900℃的N2退火處理。不管在哪個(gè)工序進(jìn)行，也可以達(dá)到減少濕蝕刻的蝕刻速率差這樣的目的。
參照圖4，使用以氟酸或緩沖氟酸為主成分的藥液濕蝕刻殘留的襯墊絕緣膜5a及柵極絕緣膜2。另外，該濕蝕刻用的藥液可以是氟酸系的單體藥品，為改善蝕刻速率或潤濕性，也可以添加純水或界面活性劑。其結(jié)果，在柵極電極3的側(cè)壁部形成襯墊6。
此時(shí)，由于蝕刻液以氟酸或緩沖氟酸為主成分，故硅襯底1和柵極電極3的多晶硅幾乎沒有被消減。另外，由于藥液中不含有碳，碳污染也不會(huì)產(chǎn)生。
參照圖5，在硅襯底1的整個(gè)面上形成厚度約10nm的由氮化硅膜構(gòu)成的緩沖膜7。然后，注入和所述低濃度雜質(zhì)區(qū)域4相同導(dǎo)電型的高濃度雜質(zhì)，形成高濃度雜質(zhì)區(qū)域8。此時(shí)的劑量例如在使用砷離子時(shí)為1～5×1015(離子數(shù)/cm2)程度。退火前的高濃度雜質(zhì)層深度為距晶片表面5～45nm程度，且在比所述低濃度雜質(zhì)層4更深的部分形成。然后，通過N2退火等加熱處理，使雜質(zhì)擴(kuò)散到襯底內(nèi)，這一點(diǎn)如所述低濃度雜質(zhì)區(qū)域4形成的說明中所述。另外，也可以使用硼離子。
參照圖6，采用以磷酸為主成分的藥液進(jìn)行濕蝕刻，除去緩沖膜7。關(guān)于藥液，可以是磷酸單體，也可以為調(diào)節(jié)蝕刻速率或改善潤濕性，加入純水或界面活性劑。
此時(shí)，由于使用磷酸作為蝕刻液，故硅襯底1或柵極電極3的硅未被消減，由于蝕刻液中不存在碳，故不產(chǎn)生碳污染。
參照圖7，在硅襯底1的整面上形成鈦、鈷、鎳等的過渡金屬膜9。在使用鈦時(shí)，其膜厚為約30～40nm，在使用鈷時(shí)，其膜厚為約6～10nm。
參照圖8(a)，加熱硅襯底1直至過渡金屬和硅反應(yīng)的溫度。此時(shí)的加熱溫度為，一般地說，使用鈦時(shí)約為700℃，使用鈷時(shí)約為500℃。然后，由使用硫酸等進(jìn)行的濕蝕刻除去未反應(yīng)的過渡金屬，然后，通過再次加熱硅襯底，在硅襯底1或柵極電極3的表層部形成硅化物層10。
然后，形成層間膜，通過開設(shè)觸點(diǎn)，設(shè)置金屬配線形成半導(dǎo)體裝置，這和現(xiàn)有的技術(shù)相同。
例如，在將鈷以8nm程度成膜，形成硅化物層時(shí)，硅化物層的深度為約32nm程度。因此，參照圖8(a)，在具有絕緣體上的硅膜厚度為50nm程度的SOI結(jié)構(gòu)的硅襯底中，當(dāng)通過現(xiàn)有的方法消減30nm程度的硅時(shí)，不但未得到必要的硅化物層的厚度，而且形成沒有雜質(zhì)層的狀態(tài)。但是，采用本發(fā)明的制造方法，可防止這樣的問題產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括如下工序在硅襯底上形成柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上形成柵極電極；介由所述柵極絕緣膜在鄰接所述柵極電極的區(qū)域的襯底表層部形成低濃度雜質(zhì)層；覆蓋所述柵極絕緣膜和所述柵極電極形成絕緣膜；以保留所述絕緣膜的一部分的方式進(jìn)行干蝕刻；通過將干蝕刻時(shí)保留的所述絕緣膜利用濕蝕刻除去，形成與柵極電極側(cè)面鄰接的襯墊；在所述硅襯底的整個(gè)面上形成氮化硅膜；在鄰接所述襯墊的區(qū)域的襯底表層部形成比所述低濃度雜質(zhì)區(qū)域更深的高濃度雜質(zhì)區(qū)域；通過濕蝕刻除去所述氮化硅膜；在所述硅襯底的整個(gè)面上形成過渡金屬膜；通過使所述硅襯底及所述柵極電極上面的硅和過渡金屬層反應(yīng)，在硅襯底和柵極電極上部的表層部形成硅化物層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述硅襯底使用具有SOI結(jié)構(gòu)的硅襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述柵極氧化膜是采用熱氧化得到的氧化硅膜。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，覆蓋所述柵極電極形成的絕緣膜是由HTO、TEOS、NSG中的任意一種構(gòu)成的氧化硅膜。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，覆蓋所述柵極電極形成的絕緣膜在成膜后直至進(jìn)行用于形成所述襯墊的濕蝕刻的工序中，利用氮?dú)膺M(jìn)行退火處理。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述過渡金屬膜的材料由鈦、固、鎳中的任意一種構(gòu)成。
7.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括如下工序在具有SOI結(jié)構(gòu)的硅襯底上形成由氧化硅膜構(gòu)成的柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上形成由多晶硅膜構(gòu)成的柵極電極；介由所述柵極絕緣膜，在鄰接所述柵極電極的區(qū)域的所述硅襯底表層部形成低濃度雜質(zhì)層；覆蓋所述柵極絕緣膜和所述柵極電極形成氧化硅膜；以將所述氧化硅膜膜厚的5％～35％左右保留的方式進(jìn)行干蝕刻；通過將被干蝕刻的所述氧化硅膜由氟酸或緩沖氟酸濕蝕刻，形成鄰接?xùn)艠O電極側(cè)部的襯墊；對所述硅襯底形成氮化硅膜；在比鄰接所述襯墊的區(qū)域的襯底表層部的所述低濃度雜質(zhì)區(qū)域更深的部分形成和所述低濃度雜質(zhì)層相同導(dǎo)電型的高濃度雜質(zhì)區(qū)域；通過由磷酸進(jìn)行濕蝕刻，除去所述氮化硅膜；在具有所述SOI結(jié)構(gòu)的硅襯底的整個(gè)面形成由鈦、鈷、鎳中的任意一種構(gòu)成的過渡金屬膜；通過使所述硅襯底及所述柵極電極上面的硅和所述過渡金屬膜反應(yīng)，在硅襯底和柵極電極上部的表層部形成硅化物層。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，不產(chǎn)生硅襯底的削減或碳污染，形成LDD結(jié)構(gòu)或金屬硅化物區(qū)域。在柵極電極3的側(cè)面部形成襯墊6時(shí)，將絕緣膜5的蝕刻分為干蝕刻和濕蝕刻兩個(gè)階段進(jìn)行。另外，使用氮化硅膜作為高濃度雜質(zhì)物注入時(shí)的緩沖膜，利用濕蝕刻除去該膜。其結(jié)果可防止硅襯底1的削減，防止碳污染，另外，由作為濕蝕刻特征的選擇比的大小，雜質(zhì)區(qū)域或硅化物形成區(qū)域的深度或電阻的面內(nèi)的偏差變小。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1612308SQ20041008965
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月29日
發(fā)明者飯塚勝彥, 岡田和央, 森智典, 土橋博之, 鈴木弘之, 本多孝好, 谷口敏光 申請人:三洋電機(jī)株式會(huì)社