專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬氧化物半導(dǎo)體
(MOS)器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
金屬硅化物在VLSI/ULSI器件技術(shù)中起著非常重要的作用。自對(duì)準(zhǔn)硅化物 (Salicide )工藝已經(jīng)成為近期在超高速CMOS邏輯大身見(jiàn)模集成電路中形成金 屬硅化物的關(guān)鍵制造工藝之一。它給高性能邏輯器件的制造提供了諸多好處。 該工藝同時(shí)減小了源/漏電極和柵電極的薄膜電阻，降低了接觸電阻，并縮短 了與柵相關(guān)的RC延遲。另外，它也允許通過(guò)增加電路封裝密度來(lái)提高器件集 成度。在自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)中，在由形成于半導(dǎo)體襯底上的雜質(zhì)擴(kuò)散層構(gòu)成的 MOSFET的源、漏區(qū)域和由多晶硅構(gòu)成的柵極上，形成金屬與半導(dǎo)體例如硅 (Si)的反應(yīng)生成物即金屬硅化物。金屬硅化物可以用來(lái)提供位于金屬線和襯 底接觸區(qū)域之間的接觸面，例如多晶硅柵極、硅襯底上的源極和漏極之間的
連接。采用金屬硅化物能夠得到良好的低電阻接觸，降低上層互連結(jié)構(gòu)的接 觸孔與晶體管各極的接觸電阻。
采用自對(duì)準(zhǔn)工藝時(shí)需要在襯底表面、柵極外側(cè)的側(cè)壁間隔物(offset spacer)的表面以及柵極頂部表面形成自對(duì)準(zhǔn)阻擋層(Salicide Barrier, SAB)。 側(cè)壁間隔物為包括在柵極側(cè)面形成的氧化硅和在該氧化硅表面形成的氮化硅 的ON結(jié)構(gòu)。申請(qǐng)?zhí)枮?00410076817.3的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)介紹了 一種MOS器件的 側(cè)壁間隔物結(jié)構(gòu)和形成金屬硅化物的方法。圖1至圖6為MOS器件形成金屬硅 化物的剖面示意圖。如圖1所示，在襯底100具有柵極氧化層110和柵極150， 在柵極側(cè)面形成有 一層很薄的氧化層140以修復(fù)刻蝕柵極造成的柵極表面損 傷。在氧化層140外表面形成由氧化硅層130和氮化硅層120組成的側(cè)壁間隔 物，氧化硅層130的材料為低溫氧化物(Low Temperature Oxide,LTO)。然后， 如圖2所示，形成自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160,其覆蓋襯底100表面、側(cè)壁間隔物表面以 及柵極頂部表面，通過(guò)光刻、刻蝕工藝圖案化所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160,形成對(duì) 應(yīng)柵極、源極和漏極金屬硅化物位置的開(kāi)口170、 180、和190,如圖3所示。
隨后，如圖4所示，在開(kāi)口中沉積金屬并經(jīng)過(guò)熱退火形成柵極、源極和漏 極金屬硅化物171、 181和191。接下來(lái)如圖5所示，形成金屬硅化物后要去除 自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160,通常采用氫氟酸HF進(jìn)行濕法清洗。但是，由于自對(duì)準(zhǔn)阻擋 層160的材料為密度較高的富硅氧化物(silicon Rich Oxide, SRO),而側(cè)壁間 隔物中的氧化硅層130的材料為L(zhǎng)TO，質(zhì)地比較疏松，利用氬氟酸腐蝕時(shí)，氫 氟酸對(duì)上述兩種材料LTO與SRO的腐蝕選擇性較低，為l: 5左右。因此在利用 氫氟酸去除自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160時(shí)極易對(duì)氧化硅層130造成侵蝕，導(dǎo)致在側(cè)壁間 隔物下方形成凹陷200和200'，影響器件的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，能夠在利用自對(duì) 準(zhǔn)工藝形成金屬硅化物的過(guò)程中避免側(cè)壁間隔物下方凹陷的產(chǎn)生。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件的制造方法包括
提供一半導(dǎo)體襯底，在所述村底表面形成柵極；
形成覆蓋所述襯底和柵極表面的高介電常數(shù)氧化層；
形成覆蓋所述氧化層的氮化硅層；
刻蝕所述氧化層和氮化硅層形成側(cè)壁間隔物；
在所述側(cè)壁間隔物兩側(cè)的襯底中形成源才及和漏^l;
形成自對(duì)準(zhǔn)阻擋層覆蓋所述襯底、側(cè)壁間隔物和柵極表面；
利用所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層為掩膜在所述柵極、源極和漏極表面形成金屬硅 化物；
移除所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層。
所述高介電常數(shù)氧化層的材料為二氧化鉿或氧化鉿硅。 所述二氧化鉿采用原子層淀積工藝生長(zhǎng)。 所述氧化鉿硅采用金屬氧化物化學(xué)氣相淀積工藝生長(zhǎng)。 所述原子層淀積工藝的反應(yīng)物包括四氯化鉿和氧化劑水。 反應(yīng)物包括四曱基乙酯-金屬鉿胺鹽(TEMAHf)和臭氧。 所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層的材料為富硅氧化物，采用化學(xué)氣相淀積或熱氧化法 形成。
采用氫氟酸移除所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層。 本發(fā)明相應(yīng)提供了一種金屬氧化物半導(dǎo)體器件，包括
半導(dǎo)體襯底；
在襯底表面形成的柵極以及在所述柵極兩側(cè)的襯底中形成的源極和漏
極；
側(cè)壁間隔物，所述側(cè)壁間隔物包括覆蓋所述柵極側(cè)面的高介電常數(shù)氧化
層和覆蓋所述高介電常數(shù)氧化層的氮化硅層；和
在所述柵極、源極和漏極表面形成的金屬硅化物。 所述高介電常數(shù)氧化層的材料為二氧化鉿或氧化鉿硅。 所述金屬硅化物為鎳硅化物、鈷硅化物或其組合。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
在自對(duì)準(zhǔn)工藝中形成金屬硅化物后需要去除自對(duì)準(zhǔn)阻擋層，然而由于清 洗液氫氟酸對(duì)自對(duì)準(zhǔn)阻擋層和側(cè)壁間隔物中氧化層的腐蝕選擇比不高，在去 除自對(duì)準(zhǔn)阻擋層的同時(shí)極易對(duì)側(cè)壁間隔物中的氧化層產(chǎn)生侵蝕而在側(cè)壁間隔 物下方出現(xiàn)凹陷。本發(fā)明采用高介電常數(shù)材料，例如氧化鉿Hf02，介電常數(shù) 為25，作為側(cè)壁間隔物中的氧化層，由于高介電常數(shù)材料質(zhì)地較為致密，材 料密度相對(duì)較高，能夠提高氫氟酸對(duì)自對(duì)準(zhǔn)阻擋層和側(cè)壁間隔物中氧化層的 腐蝕選擇比，Hf02與SRO的腐蝕選擇性達(dá)到1: 20。因此，用這種材料形成 的氧化層不易被氫氟酸腐蝕，從而有效地避免了側(cè)壁間隔物下方凹陷的產(chǎn)生。


通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及 其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同 的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中， 為清楚明了，放大了層和區(qū)域的厚度。
圖1至圖6為現(xiàn)有形成金屬硅化物過(guò)程的器件剖面示意圖； 圖7至圖11為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的形成金屬硅化物過(guò)程的器件剖面 示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
在下面的描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能
夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背
本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。
本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件及其制造方法特別適用于特征尺寸在65NM以下的半導(dǎo)體器件及其制造。所述半導(dǎo)體器件不僅是MOS晶體管，還可以是 CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件)中的PMOS晶體管和NMOS晶體管。
圖7至圖11為4艮據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的MOS器件形成金屬硅化物過(guò)程 的器件剖面示意圖，所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)過(guò)度限制本發(fā)明保護(hù) 的范圍。首先如圖7所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法在提供的半導(dǎo)體襯 底100表面形成的4冊(cè)極結(jié)構(gòu)，上述柵極結(jié)構(gòu)包括在半導(dǎo)體襯底100表面形成 的柵極氧化層110和柵極150。村底100可以是單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或 硅鍺(SiGe),也可以是絕緣體上硅(SOI)?；蛘哌€可以包括其它的材料， 例如銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵。雖然在此描述了 可以形成襯底100的材料的幾個(gè)示例，但是可以作為半導(dǎo)體襯底的任何材料 均落入本發(fā)明的精神和范圍。
上述柵極氧化層110可以是氧化硅(Si02 )或氮氧化硅(SiNO)。在65nm 以下工藝節(jié)點(diǎn)，柵極氧化層110的材料優(yōu)選為高介電常數(shù)材料，例如氧化鉿、 氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧 化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化鋁等。特別優(yōu)選的是氧化鉿、氧化鋯 和氧化鋁。雖然在此描述了可以用來(lái)形成^fr極氧化層110的材料的少數(shù)示例， 但是該層可以由減小柵極漏電流的其它材料形成。柵極氧化層110的生長(zhǎng)方 法可以是任何常規(guī)真空鍍膜技術(shù)，比如原子層沉積(ALD)、物理氣相淀積 (PVD)、化學(xué)氣相淀積(CVD )、等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積(PECVD)工 藝，優(yōu)選為原子層沉積工藝。在這樣的工藝中，襯底100和柵極氧化層110 之間會(huì)形成光滑的原子界面，可以形成理想厚度的柵極介質(zhì)層。
柵極的材料優(yōu)選為多晶硅，可以利用PECVD或高密度等離子化學(xué)氣相淀 積(HDP-CVD)工藝在襯底表面沉積，在沉積的多晶硅層表面還需形成一硬 掩膜層，例如氮化硅，通常采用PECVD工藝淀積形成上述氮化硅。然后涂布 光刻膠并圖案化光刻膠以定義柵極的位置，隨后利用光刻膠和氮化硅作為掩 膜刻蝕所述多晶硅層形成柵極150。此外還要去除剩余的光刻膠和硬掩膜氮化 硅，光刻膠的去除采用灰化工藝，硬掩膜氮化硅采用磷酸濕法去除。
為了修復(fù)刻蝕和去除氮化硅時(shí)對(duì)柵極150的側(cè)壁造成的損傷，還需在柵 極150兩側(cè)生長(zhǎng)一層氧化層140?？梢岳脽嵫趸騃SSG (原位蒸氣產(chǎn)生) 形成上述氧化層140。然后，在所述4冊(cè)才及150的兩側(cè)形成具有ON結(jié)構(gòu)的側(cè)壁 隔離物。本實(shí)施例中側(cè)壁隔離物包括高介電常數(shù)材料形成的氧化層230和氮 化硅層120。側(cè)壁隔離物利用刻蝕工藝形成，首先形成覆蓋所述襯底IOO和柵 極150表面的高介電常數(shù)氧化層；隨后采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝
(PECVD)在所述氧化層表面沉積氮化硅層；然后采用等離子刻蝕工藝刻蝕 所述氧化層和氮化硅層形成側(cè)壁間隔物。在接下來(lái)的工藝步驟中，通過(guò)離子 注入工藝，在位于所述側(cè)壁隔離物兩側(cè)襯底中的分別注入雜質(zhì)離子形成源極 和漏極(為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，圖中未示出)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法采用高介電常數(shù)氧化物，優(yōu)選為氧化鉿
(Hf02)或氧化鉿硅(HfSi02),其介電常數(shù)在25以上，作為側(cè)壁間隔物中 的氧化層230。高介電常數(shù)絕緣材料氧化層230可以采用三種不同的高介電常 數(shù)絕緣材料淀積工藝形成，例如采用金屬氧化物化學(xué)氣相淀積技術(shù)淀積 HfSi02薄膜，反應(yīng)物使用四曱基乙酯-金屬鉿胺鹽(TEMAHf)和臭氧；使用 四氯化鉿(將載氣通入固體源獲得)和氧化劑水，采用原子層淀積技術(shù)經(jīng)過(guò) 40-55個(gè)成長(zhǎng)循環(huán)得到二氧化鉿薄膜；使用四曱基乙酯-金屬鉿胺鹽(TEMAHf) 和臭氧，采用原子層淀積技術(shù)經(jīng)過(guò)38個(gè)成長(zhǎng)循環(huán)得到二氧化鉿薄膜。完成高 介電常數(shù)絕緣材料的淀積，緊接著硅片在氨氣環(huán)境中進(jìn)行800 900。C的熱退 火。
接下來(lái)，在襯底100、4冊(cè)極150和側(cè)壁間隔物表面形成自對(duì)準(zhǔn)阻擋層(SAB ) 160。該自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160覆蓋襯底100、柵極150、氧化層140和包括高介 電常數(shù)氧化層230和氮化硅層120的側(cè)壁間隔物表面，如圖8所示。自對(duì)準(zhǔn) 阻擋層160的材料優(yōu)選為富硅氧化物，采用化學(xué)氣相淀積或熱氧化法形成， 厚度為50 100A。
隨后，在自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160表面涂布光刻膠并通過(guò)顯影、定影等光刻工 藝構(gòu)圖所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160,借此界定金屬硅化物形成的位置。接著，利用 圖案化的光刻膠為掩膜刻蝕所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160,在自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160上形 成開(kāi)口 170、 180和190,如圖9所示。開(kāi)口 170、 180和190分別對(duì)應(yīng)柵極、 源極和漏極的位置。
接著，在自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160和柵極150表面，利用物理濺射的方法沉積 金屬鎳或鈷，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以按照常規(guī)工藝進(jìn)行控制金屬的淀積。由于 自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160起到掩膜的作用，因此所述金屬會(huì)沉積在開(kāi)口 170、 180和 190中并與柵極、源極和漏極相接觸。其余的金屬僅覆蓋于自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160 的表面。隨后進(jìn)行熱退火，優(yōu)選快速熱退火工藝，以使與柵極、源極和漏極 接觸的金屬與下方的硅發(fā)生硅化反應(yīng)，形成鎳或鈷的硅化物171、 181和191， 如圖IO所示。典型退火溫度在500 550。C之間。接下來(lái)去除未發(fā)生硅化反應(yīng) 的剩余金屬并對(duì)襯底表面進(jìn)行清洗。
在接下來(lái)的工藝步驟中，去除自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160。本實(shí)施例中采用氫氟酸 對(duì)自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160進(jìn)行濕法清洗。由于本發(fā)明采用高介電常數(shù)材料，優(yōu)選 為氧化鉿(Hf02)或氧化鉿硅(HfSi02)作為側(cè)壁間隔物中的氧化層230。以 氧化鉿(Hf02)為例，這種高介電常數(shù)材料的介電常數(shù)在25以上，材料質(zhì)地 較為致密，材料密度相對(duì)較高，因此提高了氬氟酸對(duì)自對(duì)準(zhǔn)阻擋層和側(cè)壁間 隔物中氧化層的腐蝕選擇比。利用氫氟酸去除自對(duì)準(zhǔn)阻擋層160時(shí)，HfCb與 SRO對(duì)氫氟酸的腐蝕選擇性達(dá)到1: 20。因此，高介電常數(shù)材料形成的氧化 層不易被氫氟酸腐蝕，從而有效地避免了側(cè)壁間隔物下方凹陷的產(chǎn)生。
本發(fā)明的金屬氧化物半導(dǎo)體器件如圖11所示，包括半導(dǎo)體襯底100; 在襯底IOO表面形成的柵極150，以及在所述柵極兩側(cè)的襯底中形成的源極和 漏極(為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，圖中未示出)；側(cè)壁間隔物，其包括覆蓋所述柵極側(cè)面的 氧化層140、高介電常數(shù)氧化層230和覆蓋所述高介電常數(shù)氧化層的氮化硅層 120;以及在所述柵極150、源極和漏極表面形成金屬硅化物171、 181和191。 所述高介電常數(shù)氧化層230的材料為二氧化鉿或氧化鉿硅。所述金屬硅化物 171、 181和191為4臬石圭4匕物、4古石圭化物或其組合。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上 的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。 任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利 用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修 飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的 內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化 及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體器件的制造方法包括提供一半導(dǎo)體襯底，在所述襯底表面形成柵極；形成覆蓋所述襯底和柵極表面的高介電常數(shù)氧化層；形成覆蓋所述氧化層的氮化硅層；刻蝕所述氧化層和所述氮化硅層形成側(cè)壁間隔物；在所述側(cè)壁間隔物兩側(cè)的襯底中形成源極和漏極；形成自對(duì)準(zhǔn)阻擋層覆蓋所述襯底、側(cè)壁間隔物和柵極表面；在所述柵極、源極和漏極表面形成金屬硅化物；移除所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法 料為二氧化鉿或氧化鉿硅。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法 積工藝生長(zhǎng)。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法 物化學(xué)氣相淀積工藝生長(zhǎng)。
5、 如權(quán)利要求3所述的方法 物包括四氯化鉿和氧化劑水。
6、 如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于反應(yīng)物包括四曱基乙酯 -金屬鉿胺鹽(TEMAHf)和臭氧。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層的材料為 富硅氧化物，采用化學(xué)氣相淀積或熱氧化法形成。
8、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于采用氫氟酸移除所述自對(duì)準(zhǔn) 阻擋層。
9、 一種金屬氧化物半導(dǎo)體器件，包括 半導(dǎo)體襯底；在襯底表面形成的柵極以及在所述柵極兩側(cè)的襯底中形成的源極和漏極；側(cè)壁間隔物，所述側(cè)壁間隔物包括覆蓋所述柵極側(cè)面的高介電常數(shù)氧化 層和覆蓋所述高介電常數(shù)氧化層的氮化硅層；和 在所述4冊(cè)極、源極和漏極表面形成的金屬硅化物。，其特征在于所述高介電常數(shù)氧化層的材 ，其特征在于所述二氧化鉿采用原子層淀 ，其特征在于所述氧化鉿硅采用金屬氧化 ，其特征在于所述原子層淀積工藝的反應(yīng)
10、 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述高介電常數(shù)氧 化層的材料為二氧化鉿或氧化鉿硅。
11、 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述金屬硅化物為 鎳硅化物、鈷硅化物或其組合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底，在所述襯底表面形成柵極；形成覆蓋所述襯底和柵極表面的高介電常數(shù)氧化層；形成覆蓋所述氧化層的氮化硅層；刻蝕所述氧化層和氮化硅層形成側(cè)壁間隔物；在所述側(cè)壁間隔物兩側(cè)的襯底中形成源極和漏極；形成自對(duì)準(zhǔn)阻擋層覆蓋所述襯底、側(cè)壁間隔物和柵極表面；利用所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層為掩膜在所述柵極、源極和漏極表面形成金屬硅化物；移除所述自對(duì)準(zhǔn)阻擋層。本發(fā)明能夠在利用自對(duì)準(zhǔn)工藝形成金屬硅化物的過(guò)程中有效地避免側(cè)壁間隔物下方凹陷的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101197285SQ20061011914
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者張海洋, 杜珊珊, 韓寶東, 韓秋華 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司