專利名稱：氧化硅層的選擇性移除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。尤其是，本發(fā)明涉及互補(bǔ)型金屬
氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代的CMOS技術(shù)中，有利用全硅化(FUSI, fblly silicided)柵極的趨 勢(shì)。在這種器件中希望具有N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管上的特定 柵極硅化物和P溝道MOS晶體管上的不同柵極硅化物。硅化物可以是不同金 屬的硅化物或具有不同化學(xué)計(jì)量特性的相同金屬的硅化物。這種不同的化學(xué)計(jì) 量特性例如由硅層與不同厚度的金屬層的反應(yīng)引起。通常，形成不同類型的柵 極需要專用的掩模步驟，以使NMOS器件的柵電極的硅化物的形成與PMOS 器件的柵電極的硅化物的形成分開。
圖1A至1E示意性地示出了形成具有柵極的半導(dǎo)體器件的已知方法，其上 部包括不同的硅化物類型，如在美國(guó)申請(qǐng)US2005/0156208 (該文獻(xiàn)沒有公開 FUSI柵極)中所描述的。在這些圖中，左側(cè)對(duì)應(yīng)于P溝道MOS 100，右側(cè)對(duì) 應(yīng)于N溝道MOS102, 二者制造成到達(dá)中間。PMOS 100包括多晶硅柵極104、 間隔物106、 108和柵極電介質(zhì)110。 NMOS 102包括多晶硅柵極114、間隔物 116、 118和柵極電介質(zhì)120。源/漏區(qū)122、 124形成在PMOS柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)， 源/漏區(qū)126、 128形成在NMOS柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。
如圖1A所示，PMOS晶體管100覆蓋有硬掩模130，例如氧化硅層，其是 由光刻步驟中沉積的Si02層產(chǎn)生的。
圖1B示出了下一步驟，第一金屬層142、 144分別沉積在PMOS 100和 NMOS102上方，金屬層包括相同的金屬。然后實(shí)施退火步驟以便分別在源/漏區(qū)126、 128中形成金屬硅化物區(qū)域146、 148以及在NMOS 102的柵極114的 區(qū)域150中形成金屬硅化物，而沒有在被硬掩模130保護(hù)的PMOS 100的那些
部分中形成。
如圖1C所示，然后利用金屬蝕刻，從PMOS 100和NMOS 102移除未反 應(yīng)的金屬，并且還利用蝕刻工藝?yán)鐫穹ㄎg刻或干法蝕刻，從PMOS IOO移除 硬掩模130。
接下來，如圖1D所示，在PMOS IOO和NMOS 102的上方分別沉積第二 金屬層152、 154，金屬層包括不同于用于層142、 144的第一金屬的金屬。再 次實(shí)施退火步驟，以便分別在源/漏區(qū)122、124中形成金屬硅化物區(qū)域156、 158, 以及在PMOS 100的區(qū)域160中形成金屬硅化物。
如圖1E所示，在利用金屬蝕刻移除未反應(yīng)的金屬之后，PMOS晶體管100 形成了第一金屬硅化物的源/漏區(qū)156、 158和柵極區(qū)域160，并且NMOS晶體 管102形成了第二金屬硅化物的源/漏區(qū)146、 148和柵極區(qū)域150。
根據(jù)圖1A進(jìn)行以上描述的形成硬掩模130的步驟需要專用的光刻步驟， 其缺點(diǎn)是，需要額外時(shí)間和增加與該工藝有關(guān)的成本。
美國(guó)專利6204103 (IBM)涉及具有用于PMOS和NMOS晶體管的不同硅 化物柵極的CMOS電路。
美國(guó)專利申請(qǐng)2005/0164433涉及制備CMOS晶體管的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于處理上述的缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種制備包括不同硅化物層的器件的方法。 該方法包括如下步驟在該器件的第一區(qū)域內(nèi)形成第一氧化硅層，在該器件的 第二區(qū)域內(nèi)形成第二氧化硅層，將第一類型的摻雜離子注入到第一區(qū)域中，將 第二類型的摻雜離子注入到第二區(qū)域中，以及蝕刻第一和第二區(qū)域一預(yù)定的持 續(xù)時(shí)間以便移除第一氧化硅層并保留第二氧化硅層的至少一部分。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，第一類型的摻雜離子比第二類型的摻雜離子重。第一摻雜離子可選地或另外可注入比第二摻雜離子大的量，和/或以大的能量注 入。
根據(jù)另一實(shí)施例，第一氧化硅層是由高溫沉積形成的高熱氧化物。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，該器件是CMOS器件，且第一氧化硅層形成在 第一MOS晶體管的多晶硅柵電極上方；以及第二氧化硅層形成在第二MOS晶 體管的多晶硅柵電極上方。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，第一類型的摻雜離子注入到第一區(qū)域中的步驟 還形成第一 MOS晶體管的源區(qū)和漏區(qū)，以及第二類型的摻雜離子注入到第二 區(qū)域中的步驟還形成第二MOS晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括以下步驟在第一和第二區(qū) 域上方沉積第一金屬層，執(zhí)行第一退火步驟以在第一 MOS晶體管中形成第一 硅化物的第一硅化物柵電極和第一硅化物的硅化物源區(qū)和漏區(qū)，蝕刻第一和第 二區(qū)域以便移除第二氧化硅層的至少一部分，在第一和第二區(qū)域上方沉積第二 金屬層，以及執(zhí)行第二退火步驟以在第二 MOS晶體管中形成第二硅化物的第 二硅化物柵電極。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，第一退火步驟還在第二 MOS晶體管中形成第一 硅化物的硅化物源區(qū)和漏區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種CMOS器件，包括N溝道MOS晶體 管和P溝道MOS晶體管，N溝道和P溝道MOS晶體管之一的柵電極以及N 溝道和P溝道MOS晶體管每個(gè)的源區(qū)和漏區(qū)由第一硅化物形成，且N溝道和 P溝道MOS晶體管中另一個(gè)的柵電極由第二硅化物形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制備CMOS器件的方法，包括以下步驟 在形成在第一區(qū)域中的第一 MOS晶體管的柵電極的上方形成第一氧化硅層以 及在形成在第二區(qū)域中的第二 MOS晶體管的柵電極上方形成第二氧化硅層， 將第一類型的摻雜離子注入到第一區(qū)域中，將第二類型的摻雜離子注入到第二 區(qū)域中，蝕刻第一和第二區(qū)域一預(yù)定的持續(xù)時(shí)間以便移除第一氧化硅層并保留 第二氧化硅層的至少一部分，在第一和第二區(qū)域上方沉積第一金屬層，使第一和第二區(qū)域退火以便在第一MOS器件的柵電極中以及第一和第二MOS晶體管
的源區(qū)和漏區(qū)中形成第一金屬硅化物，蝕刻第一和第二區(qū)域以便移除第二氧化 硅層的剩余部分，在第一和第二區(qū)域上方沉積第二金屬層以及使第一和第二區(qū)
域退火以便在第二MOS晶體管的柵電極中形成第二金屬硅化物。


參考多個(gè)實(shí)例以及參考附圖，將在下面的描述中詳細(xì)地描述本發(fā)明的目的、 特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它方面，其中
圖1A至1E為示出形成一對(duì)M0S晶體管的已知方法的步驟的示意截面和
圖2A至2J是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例形成一對(duì)互補(bǔ)MOS晶體管的方法中 的步驟的示意截面圖。
為了清楚起見，在全部圖中，圖中的相同元件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)注。此 外，如通常集成電路表示方法，各圖未按規(guī)定比例繪制。
具體實(shí)施例方式
圖2A至2J示出了制備一對(duì)CMOS晶體管部分的方法。晶體管左側(cè)是P溝 道MOS晶體管200,晶體管右側(cè)是N溝道MOS晶體管202，兩個(gè)晶體管形成 在共用硅襯底204的不同導(dǎo)電類型的部分上。淺溝槽隔離(STI)形式的隔離區(qū) 206,形成在兩個(gè)晶體管之間的襯底204中。
如圖2A所示，PMOS晶體管200包括柵極，該柵極包括形成在柵極氧化 物212上的初始多晶硅柵電極層210。在柵電極210上形成氧化硅層214。在柵 極的每一側(cè)形成合適的介質(zhì)材料的間隔物216、 218。 NMOS晶體管202包括柵 極，該柵極包括形成在柵極氧化物222上的初始多晶硅柵電極層220。在柵電 極220上形成氧化硅層224。在柵極的每一側(cè)上形成適當(dāng)介質(zhì)材料的間隔物226、 228。在PMOS晶體管200的柵極的兩側(cè)上設(shè)置LDD源/漏區(qū)230、 232，以及 在NMOS晶體管202的柵極的兩側(cè)上設(shè)置LDD源/漏區(qū)234和236，在間隔物形成之前形成這些LDD區(qū)。
圖2B和2C分別示出了第一和第二源/漏離子注入步驟，其在該類型的 CMOS制備中是標(biāo)準(zhǔn)步驟。
如圖2B所示，在PMOS200的區(qū)域上方形成光刻膠材料238,防止離子注 入到該區(qū)域中。NMOS 202不受光刻膠保護(hù)，并接受第一類型的摻雜離子的離 子注入物240。 N溝道MOS晶體管202例如注入有砷原子。該注入的摻雜離子 會(huì)導(dǎo)致N類型源/漏區(qū)234、 236的1ST摻雜，產(chǎn)生高摻雜的源/漏區(qū)242、 244。 N^參雜離子還會(huì)滲入NMOS晶體管202的氧化硅層224中。
如圖2C所示，然后移除光刻膠238，并將光刻膠材料248涂敷到晶體管 202的區(qū)域，保護(hù)其不被離子注入。晶體管200接收第二類型摻雜離子的離子 注入物250。 P溝道晶體管200例如注入硼原子。該注入的摻雜離子會(huì)導(dǎo)致p 類型源/漏區(qū)230、 232的P+摻雜，產(chǎn)生高摻雜的源/漏區(qū)252、 254。 P+摻雜離子 還會(huì)滲入PMOS晶體管200的氧化硅層214。
如圖2D所示，然后移除光刻膠248,使PMOS晶體管200的氧化硅層214 注入B離子，NMOS晶體管202的氧化硅層224注入As離子。
在圖2E所示的下一步驟中，在該塊上執(zhí)行濕法蝕刻，例如HF(氫氟酸， hydrofluoric acid )濕法蝕刻。當(dāng)晶體管202的氧化硅層224注入了 As離子時(shí)， 其通過蝕刻工藝比注入B離子的晶體管200的氧化硅層214更快地移除了。選 擇濕法蝕刻的持續(xù)時(shí)間以便移除晶體管202的氧化硅層224，同時(shí)晶體管200 的氧化硅層214的至少一部分保留并且現(xiàn)在將該氧化硅層標(biāo)記為214'。
圖2F示出了在晶體管200、 202的區(qū)域上方沉積鎳層256的下一步驟。
接下來，如圖2G所示，執(zhí)行熱處理，例如退火工藝，以便鎳層256與NMOS 晶體管202的柵電極220的多晶硅反應(yīng)，以形成延伸至氧化層222的硅化鎳柵 電極220'。同時(shí)該柵極是全硅化柵極，可以在該柵極內(nèi)共存兩個(gè)狀態(tài)，例如在 柵極頂部的硅化物Ni2Si和在氧化物界面的柵極底部的NiSi。當(dāng)該硅化物區(qū)域 決定該柵極的功函數(shù)時(shí)，全硅化的柵極應(yīng)在氧化物界面提供所希望的硅化物相 位。在晶體管202的源區(qū)和漏區(qū)242和244中也會(huì)出現(xiàn)類似的反應(yīng)，如分別由 區(qū)域258和260所示的。在晶體管200的源區(qū)和漏區(qū)252和254中也會(huì)出現(xiàn)該 反應(yīng)，如分別由區(qū)域262和264所示的?？刂圃摲磻?yīng)以便形成在晶體管202和 200的源區(qū)和漏區(qū)242、 244、 252、 254中的硅化鎳層的深度小于這些區(qū)域的深 度，由此使未反應(yīng)的硅層與硅化鎳和襯底204隔開。由于部分保留的保護(hù)氧化 硅層214'，在PMOS晶體管200的柵極處沒有出現(xiàn)反應(yīng)。
如圖2H所示，在利用適當(dāng)?shù)慕饘傥g刻移除了殘留金屬之后，移除晶體管 200的氧化硅層214'。這是通過第二蝕刻工藝實(shí)現(xiàn)的，其還可以是HF濕法蝕刻。
接下來，參考圖21，然后在兩個(gè)晶體管的區(qū)域上方沉積鈦層266。
如圖2J所示，執(zhí)行熱處理或退火工藝，并且鈦與晶體管200的柵電極210 的硅反應(yīng)，形成了硅化鈦電極210'。該硅化鈦層延伸至氧化層212，但還可包 括用于硅化鎳柵極的如上所述硅化物的多個(gè)狀態(tài)。再次，可以利用適當(dāng)?shù)慕饘?蝕刻移除殘留的鈦。
在沉積第一鎳層256之后在熱處理期間生成的硅化鎳是穩(wěn)定的，因此在第 二熱處理期間在鈦層266和硅化鎳之間沒有出現(xiàn)反應(yīng)。
如圖2J所示，CMOS器件會(huì)產(chǎn)生不同硅化物的柵極。晶體管202的柵電極 以及源區(qū)和漏區(qū)，以及晶體管200的柵電極以及源區(qū)和漏區(qū)，由第一硅化物形 成，在該實(shí)例中為硅化鎳。晶體管200的柵電極由第二硅化物形成，在該實(shí)例 中為硅化鈦。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種選擇性地移除氧化硅層而不需要專用光刻步驟的方 法。這是通過利用用于形成該器件的有源源區(qū)和漏區(qū)的離子注入步驟實(shí)現(xiàn)的。 如以上描述的圖2B和2C所示的，可以改變離子的注入以調(diào)節(jié)氧化硅層214和 224的蝕刻選擇性。蝕刻工藝的效率，和因此蝕刻氧化硅層的速率感應(yīng)于摻雜 該器件的原子的性質(zhì)。
對(duì)于可以用于N"和P+離子注入的離子有比較大的選擇，允許氧化硅層的蝕 刻選擇性被控制。在以上描述的實(shí)例中，砷用于摻雜W有源區(qū)，硼用于P+有源 區(qū)，由此更快地蝕刻N(yùn)MOS晶體管上方的氧化硅層，因此該層首先被移除。能夠使用許多可選摻雜材料，其將改變氧化硅層的蝕刻率。例如，如果NMOS的 W區(qū)域通過注入相對(duì)輕的原子磷形成，同時(shí)PMOS的P+區(qū)域通過注入包括硼原 子結(jié)合另外的原子例如氟的重分子形成，換句話說通過注入氟化硼(BF3)分子 形成，則能首先移除PMOS氧化硅層214。
此外，當(dāng)以較高的能量注入會(huì)導(dǎo)致對(duì)氧化硅層的結(jié)構(gòu)的更大損傷時(shí)，可以 通過增加執(zhí)行離子注入的能量來增加用于特定氧化硅層的蝕刻工藝的蝕刻率。 離子注入的能級(jí)在一定程度上是由有源區(qū)中需要的注入深度確定的。然而，當(dāng) 利用會(huì)導(dǎo)致對(duì)氧化層的較少損傷的較低能量的輕原子、或會(huì)導(dǎo)致更多損失的較 高能量的重原子時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)相同的注入深度。同樣，離子注入的量越大，或 摻雜工藝的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，導(dǎo)致對(duì)氧化層的損傷就越大，因此蝕刻工藝就越快。
在一些實(shí)施例中，以上描述的任一個(gè)或兩個(gè)注入步驟可包括中性原子例如 Si或Ge的注入以提供對(duì)氧化物掩模任一個(gè)的進(jìn)一步的損傷且由此增強(qiáng)了蝕刻 工藝的選擇性。
如果氧化硅密集，例如如果通過高溫沉積或形成(高熱氧化物、或熱生長(zhǎng) 氧化物)或通過退火處理形成，則氧化硅層上的摻雜離子的注入效應(yīng)是更顯著 的。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以使用各種金屬形成金屬硅化物。 在通常的情形下，可以在第一金屬沉積步驟中沉積第一金屬A，在第一退火步 驟之后形成硅化物AxSiy，然后在第二金屬沉積步驟中沉積第二金屬B，在第二 退火步驟之后形成硅化物BvSiw，其中x、 y、 v和w是硅化物的化學(xué)計(jì)量特性， 其取決于金屬的類型和形成的方式。
同時(shí)以上描述的方法使用兩種不同的金屬形成不同的柵極硅化物，可選地 不同的硅化物結(jié)構(gòu)可以通過改變沉積在晶體管200、 202上方的金屬層256和 266的厚度來實(shí)現(xiàn)。金屬層256和266可以是相同或不同的金屬。例如，可以 沉積第一鎳層256，得到用于晶體管200和202的NMOS柵極220'以及源區(qū)和 漏區(qū)的硅化物NiSi。層266可以是厚的鎳層，產(chǎn)生用于PMOS柵極210'的硅化 物Ni3Si。形成的硅化物結(jié)構(gòu)也取決于退火步驟的溫度以及退火步驟的持續(xù)時(shí)間。
以上描述的方法涉及形成具有柵極由不同的硅化物形成的第一和第二晶體 管的CMOS器件，其中有源區(qū)還必須通過離子注入形成。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員 顯而易見的是，本發(fā)明不限于該特定的應(yīng)用。本發(fā)明可應(yīng)用到其中需要選擇蝕
刻例如用于制造微機(jī)器、例如微-電-機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的所有的硅上技術(shù)。
同時(shí)本說明書已根據(jù)包括一對(duì)MOS晶體管的CMOS器件描述了本發(fā)明的 實(shí)施例，但實(shí)際上，本實(shí)施例制備的是包括大量晶體管的器件，且對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明可以應(yīng)用到任一尺寸的器件的制備上。
由此描述的本發(fā)明的至少一個(gè)示例性實(shí)施例，各種改變、修改和改進(jìn)對(duì)于 本領(lǐng)域技術(shù)人員是容易實(shí)現(xiàn)的。這種選擇、修改和改進(jìn)指的是在本發(fā)明的范圍 內(nèi)。因此，前述描述僅是實(shí)例且不是指限制性的。本發(fā)明僅由以下權(quán)利要求和 其等效變形中定義的那樣限制。
權(quán)利要求
1.一種制備器件的方法，包括以下步驟在所述器件的第一區(qū)域內(nèi)形成第一氧化硅層(224)，在所述器件的第二區(qū)域內(nèi)形成第二氧化硅層(214)；將第一類型的摻雜離子(240)注入到所述第一區(qū)域中；將第二類型的摻雜離子(250)注入到所述第二區(qū)域中；以及蝕刻所述第一和第二區(qū)域一預(yù)定的持續(xù)時(shí)間，以便移除所述的第一氧化硅層(224)，并保留所述第二氧化硅層(214)的至少一部分(214′)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一類型的摻雜離子(240)比所 述第二類型的摻雜離子(250)重。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中注入到所述第一區(qū)域中的所述第一類型 的摻雜離子(240)的量大于注入到所述第二區(qū)域中的所述第二類型的摻雜離子(250)的量。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一類型的摻雜離子(240)注入 到所述第一區(qū)域中的能量大于所述第二類型的摻雜離子(250)注入到所述第二 區(qū)域中的能量。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一氧化硅層(224)是通過高溫 沉積形成的高熱氧化物。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述器件是CMOS器件，且所述第一 氧化硅層(224)形成在第一MOS晶體管(202)的多晶硅柵電極(220)上方， 所述第二氧化硅層(214 )形成在第二 MOS晶體管(200 )的多晶硅柵電極(210 ) 上方。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中第一類型的摻雜離子(240)注入到所 述第一區(qū)域中的所述步驟還形成所述第一 MOS晶體管(202)的源區(qū)和漏區(qū)(242、 244),第二類型的摻雜離子(250)注入到所述第二區(qū)域中的所述步驟 還形成所述第二MOS晶體管(200)的源區(qū)和漏區(qū)(252、 254)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 在所述第一和第二區(qū)域上方沉積第一金屬層(256);執(zhí)行第一退火步驟以在所述第一MOS晶體管(202)中形成第一硅化物的 第一硅化物柵電極(220')和所述第一硅化物的硅化物源區(qū)和漏區(qū)(258、 260 );蝕刻所述第一和第二區(qū)域以便移除所述第二氧化硅層(214)的所述至少一 部分(214');在所述第一和第二區(qū)域上方沉積第二金屬層(266);以及 執(zhí)行第二退火步驟以在所述第二MOS晶體管(200)中形成第二硅化物的 第二硅化物柵電極(210')。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一退火步驟還在所述第二MOS 晶體管(200)中形成所述第一硅化物的硅化物源區(qū)和漏區(qū)(262、 264)。
10. —種CMOS器件，包括N溝道MOS晶體管(202 )和P溝道MOS晶 體管(200)，所述N溝道和P溝道MOS晶體管之一的柵電極(220')和所述N 溝道和P溝道MOS晶體管每個(gè)的源區(qū)(258、 262)和漏區(qū)(260、 264)由第 一硅化物形成，且所述N溝道和P溝道MOS晶體管中另 一個(gè)的柵電極(210') 由第二硅化物形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備器件的方法，包括在所述器件的第一區(qū)域內(nèi)形成第一氧化硅層，在所述器件的第二區(qū)域內(nèi)形成第二氧化硅層，將第一類型的摻雜離子注入到所述第一區(qū)域中，將第二類型的摻雜離子注入到所述第二區(qū)域中，以及蝕刻所述第一和第二區(qū)域一預(yù)定的持續(xù)時(shí)間以便移除所述的第一氧化硅層并保留所述第二氧化硅層的至少一部分。
文檔編號(hào)H01L21/311GK101305458SQ200680038911
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者亞歷山大·蒙多, 帕斯卡·貝松, 馬庫斯·慕勒 申請(qǐng)人:St微電子(克偌林斯2)Sas公司;意法半導(dǎo)體有限公司;恩智浦半導(dǎo)體