半導(dǎo)體裝置制造方法以及半導(dǎo)體裝置的制作方法

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>電氣元件制品的制造及其應(yīng)用技術(shù)

專利名稱：半導(dǎo)體裝置制造方法以及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法的技術(shù)，更具體地，涉及在其中構(gòu)成柵極的硅化物是在特殊工序中形成的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
在因為其而使得晶體管小型化推進的最成熟的CMOS(互補金屬
氧化物半導(dǎo)體)裝置發(fā)展中，為了提高晶體管的性能，必須降低構(gòu)成源極區(qū)和漏極區(qū)的擴散層和柵極的薄層電阻?；谶@個原因，為了降低
薄層電阻，使用了自對準(zhǔn)硅化物(salicide)技術(shù)，其中，在淀積之后，用金屬涂布柵極材料并對其進行退火處理，由此，僅硅化涂布在柵極材料上的金屬，然后通過選擇性蝕刻除去未反應(yīng)的金屬。
近來，由于由多晶硅(多晶Si)構(gòu)成的柵極損耗而存在驅(qū)動電流劣化的問題，并討論了通過應(yīng)用金屬柵極來避免柵極損耗的技術(shù)。作為用于金屬柵極的材料，討論了純金屬或金屬化合物如金屬氮化物、硅化物材料或鍺化合物，然而，在各情況下，必須能把N型MOSFET和 P型MOSFET的閥電壓(Vth)設(shè)定為適當(dāng)值。
因此，需要一種技術(shù)來形成具有關(guān)于源極/漏極區(qū)、N型MOSFET 柵極和P型MOSFET柵極的最佳電阻值和功函(work function)的硅化物層。此外，由于元件結(jié)構(gòu)變得更精細(xì)且更加復(fù)雜，因此需要一種形成在大面積內(nèi)平坦性和涂布性能優(yōu)異的硅化物層的方法。
常規(guī)地，已經(jīng)討論了形成硅化物層的方法。在非專利文獻1中，通過濺射法在多晶硅柵極圖案上形成Ni層之后，通過進行退火處理使
9得Ni層與多晶硅反應(yīng)，由此形成硅化物層。此時，根據(jù)描述，可以由
退火溫度控制硅化物的組成，以及通過在300。C 350。C的范圍內(nèi)的退火處理形成Ni2Si，通過在350'C 65(TC的范圍內(nèi)的退火處理形成NiSi，并通過在650'C以上的范圍內(nèi)的退火處理形成NiSi2。這種形成方法的特征在于，在形成硅化物層的區(qū)域中淀積金屬膜，然后通過調(diào)節(jié)退火溫度能夠形成具有期望特性的硅化物組成。
在非專利文獻2中，公開了一種MOSFET，其中使用HfSiON高介電常數(shù)膜作為柵絕緣膜，且使用完全被硅化的Ni硅化物電極作為柵極。在這種MOSFET中，通過在形成構(gòu)成柵極的Ni硅化物結(jié)晶相時控制Ni硅化物的組成，來控制有效的功函。例如，通過使用Ni3Si柵極用于P型MOSFET和使用NiSb柵極用于N型MOSFET，可以把由這些MOSFET構(gòu)成的CMOS晶體管的Vth設(shè)定為士0.3V。此外，如在非專利文獻1中，在通過濺射法在柵極上淀積Ni之后，在退火處理中由溫度等控制Ni硅化物的組成。
在非專利文獻3中，作為柵絕緣膜，使用Si02并通過濺射法在多晶Si(多晶硅)結(jié)構(gòu)上淀積鎳，把多晶Si結(jié)構(gòu)的柵極長度處理成70 nm 150nm且膜厚度為100 nm，其后，通過進行各種退火處理來形成硅化鎳。于是，其后，使用透射電子顯微鏡(TEM)、透射電子衍射(TED)和 X射線衍射(XRD)，完成硅化鎳組成與退火溫度和柵極長度的相關(guān)性評價。因此，非專利文獻3描述了硅化鎳的組成隨退火溫度和柵極長度變化。例如，描述了通過在700'C下的退火處理，在柵極長度長的結(jié)構(gòu) 中，形成具有NiSi、 Ni2Si、 Ni5Si2結(jié)晶相的硅化物層，并且在柵極長度為70nm的精細(xì)結(jié)構(gòu)中，形成具有Ni3Si結(jié)晶相的硅化物層。
在非專利文獻2和非專利文獻3中，描述了使用MBE或氣相淀積法，通過以低速率(低供應(yīng)速率)向硅襯底供應(yīng)Ni、 Co、 Fe而直接在硅襯底上形成NiSi2、 CoSi2、 FeSi2。在這些文獻中描述的形成方法的使用優(yōu)點為，能夠在低于非專利文獻1中所述方法的溫度的溫度下形成具有富Si組成的硅化物層。
在專利文獻1中，公開了一種使用高頻等離子體通過化學(xué)氣相淀
積法(CVD)在硅襯底上涂布鈦而形成具有C54結(jié)構(gòu)的硅化鈦(TiSi2)層的方法。這種技術(shù)的特征在于具有因能夠直接形成硅化物層而能夠減掉退火工序的優(yōu)點，如在非專利文獻2中。
專利文獻2和專利文獻3公開了一種通過如下操作而形成具有 C54結(jié)構(gòu)的硅化鈦(TiSi2)層的方法向硅襯底引入四氯化鈦氣體和氫氣，并采用使用等離子體激發(fā)的CVD法，所述等離子體激發(fā)利用電子回旋加速諧振、螺旋波和ECR。這種技術(shù)的特征在于具有因為能夠直接形成硅化物層而能夠減掉退火工序的優(yōu)點，如專利文獻1中。
專利文獻4公開了一種通過等離子體CVD法，使用(l)四氯化鈦和氫氣或(2)四氯化鈦、基于硅垸的氣體(silane-based)和氫氣，而在硅襯底上形成硅化鈦層的方法。專利文獻5公開了一種通過CVD法，使用四氯化鈦和硅烷氣體作為原料氣體，并通過向所述原料氣體添加氟化氫，而在硅襯底上形成硅化鈦(TiSi2)膜的方法。
專利文獻6、專利文獻7以及非專利文獻3公開了一種通過CVD 法，使用含Ni的材料和含Si的材料，而在硅襯底上形成硅化鎳膜的方法。非專利文獻4描述了通過CVD法，使用Ni(PFs)4作為含Ni原料氣體和Si3Hg作為含Si原料氣體來形成硅化鎳膜，以及能夠由形成時 Si3H8的供應(yīng)量來改變硅化鎳膜的組成的可能性。
專利文獻8公開了通過CVD法，使用Pt(PF3)4作為金屬原料氣體來淀積Pt的描述，并描述了通過向加熱至30(TC以下的溫度的硅襯底上供應(yīng)Pt(PF3)4而形成Pt膜且溫度在300°C以上的溫度下會增加Pt的淀積速率，然而，同時形成硅化鉑。
11非專利文獻1: J. Vac. Sci. Technol. B19(6)， 2001年11月/12月 L2026
非專利文獻2: International electron devices meeting technical digest (國際電子器件會議技術(shù)摘要)2004年，91頁
非專利文獻3:2006 MRS spring meeting ABSTRACT(2006年MRS 春季會議摘要)，113頁
非專利文獻4: Appl. Phys. Lett.(應(yīng)用物理快報)，74巻，21期， 1999年5月24日，3137頁
非專利文獻5: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1994年3月20日，221
頁
非專禾U文獻6: Extended Abstracts of International Conference on Solid State Devices and Materials(固態(tài)器件和材料國際會議擴充摘要)2005年，508頁
專利文獻1:未審日本專利申請?zhí)亻_(KOKAI)公布平10-144625號
公報
專利文獻2:未審日本專利申請?zhí)亻_公布平8-97249號公報專利文獻3:未審日本專利申請?zhí)亻_公布平7-297136號公報專利文獻4:未審日本專利申請?zhí)亻_公布2000-58484號公報專利文獻5:未審日本專利申請?zhí)亻_公布平8-283944號公報專利文獻6:未審日本專利申請?zhí)亻_公布2003-328130號公報專利文獻7:未審日本專利申請?zhí)亻_公布2005-93732號公報專利文獻8:美國專利5459099號說明書

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
然而，上述硅化物層形成技術(shù)具有如下問題。首先，如非專利文獻1中所述，通過濺射法形成Ni膜然后通過退火條件來控制硅化鎳的 Ni/Si組成比的技術(shù)，需要退火工序，引起了制造成本增加的問題。而且，因為通過濺射法來實現(xiàn)用于形成硅化物的金屬膜形成，所以可能存在發(fā)生元件的等離子體損傷以及損失元件特性的情況。另外，當(dāng)使用NiSi2作為柵極材料時，例如，需要65(TC以上的退火工序，因此，可能存在退火時提供在源極/漏極區(qū)上的硅化物層的電阻增加以及包含在柵極中的Ni擴散到柵絕緣膜中導(dǎo)致元件特性劣化的情況。此外，考慮到膜的涂布能力、擴展能力、嵌入能力等，可能存在硅化物層在具有高長寬比的三維結(jié)構(gòu)和溝槽結(jié)構(gòu)(trench stmcture)中的形成變得困難的情況。
非專利文獻1中的柵極具有NiSi2和NiSi的混合相，并且當(dāng)把這種具有混合相的柵極用于非專利文獻i中的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造時，可
能引起元件特性的變化。而且，非專利文獻1描述了當(dāng)在400'C以下的低溫下形成硅化物時，用于獲得NiSi結(jié)晶相的退火溫度隨襯底雜質(zhì)的種類/濃度變化。因此，根據(jù)該文獻的硅化物層形成方法的問題在于，因為需要根據(jù)襯底雜質(zhì)的種類/濃度來優(yōu)化退火溫度，所以增加了工序的數(shù)量。
其次，如在非專利文獻3中所述，通過非專利文獻1和非專利文獻2中所述的濺射法而進行的柵極硅化具有隨著柵極圖案而不同的Ni 的消耗量。因此，問題在于，即使在70(TC的高溫下進行退火處理，硅化物層的形成速率和組成/結(jié)晶相也會隨著柵極長度而變化。因此，使用濺射法的硅化物層組成控制技術(shù)不適用于精確控制硅化物的組成。
第三，就非專利文獻4和非專利文獻5中所述的通過利用MBE法、氣相淀積法等及以低速率供應(yīng)金屬而形成具有富Si組成的硅化物層的方法而言，難以在大面積內(nèi)形成平坦硅化物層。另外，考慮到膜的涂布性能、擴展性能、嵌入性能等，硅化物層在具有高長寬比的三維結(jié) 構(gòu)和溝槽結(jié)構(gòu)中的形成變得困難。此外，在這些文獻中，根本就沒有關(guān)于在寬范圍內(nèi)改變硅化物組成的方法的任何描述，且所述方法不適于形成用于N型MOSFET柵極和P型MOSFET柵極的具有最佳組成的硅化物層。
13第四，就在專利文獻l、專利文獻2、專利文獻3和專利文獻4中所述的利用等離子體CVD的硅化物層形成方法而言，可能存在在硅化物層形成時由于對元件的等離子體損傷而使元件特性劣化的情況。此外，就通過等離子體激發(fā)的氣相形成法而言，可能存在不需要的元素因等離子體激發(fā)而分解并被吸附到襯底表面，并且它們在襯底表面上充當(dāng)雜質(zhì)，由此阻礙硅化物層形成的情況。
因此，存在可以形成具有富Si組成的硅化物層(TiSi2)的情況，然而，難以形成具有富集金屬組成的硅化物層。而且，問題在于，由等離子體激發(fā)產(chǎn)生的氯化物自由基與襯底上的Si反應(yīng)，因此對襯底造成蝕刻。根據(jù)專利文獻3，控制TiCU的流速來抑制氯化物自由基的影響，然而，不能實現(xiàn)完全平坦而襯底未被蝕刻的硅化物層的形成。而且，根據(jù)相同文獻中使用TiCU和基于硅烷的氣體的硅化物層形成方法，能夠抑制上述蝕刻的影響，然而，例如在絕緣膜如柵極側(cè)壁上形成硅化物層，而不是在源極/漏極區(qū)和柵極上形成硅化物層，因此，變得難以在隨后的蝕刻工序中選擇性地除去柵極側(cè)壁上的硅化物層。
第五，根據(jù)專利文獻5、專利文獻6、專利文獻7以及非專利文獻 4中所述的通過CVD法，使用含金屬的原料氣體和含Si原料氣體的硅化物膜形成，也例如在絕緣膜如柵極側(cè)壁上形成硅化物層，而不是在源極/漏極區(qū)和柵極上形成硅化物層。因此，難以在隨后的蝕刻工序中選擇性地除去柵極側(cè)壁上的硅化物層。
第六，根據(jù)專利文獻8中所述的硅化物膜形成方法，同時在硅襯底上形成金屬膜和硅化物層，因此，難以控制硅化物層的組成。在這種情況下，為了控制硅化物層的組成，必須調(diào)節(jié)金屬膜形成后的溫度然后進行如非專利文獻1中的退火處理，因此不可能期望減少工序數(shù) 量。另外，專利文獻8中所述的方法不足以討論待形成硅化物層的組成/結(jié)晶相的結(jié)構(gòu)、組成/結(jié)晶相的控制方法以及硅化溫度降低的影響。因為這種原因，所以證明這種方法不適于形成分別與N型MOSFET柵極和P型MOSFET柵極相對應(yīng)的具有最佳組成的硅化物層。
第七，就專利文獻2中所述的利用NiSi2的N型MOSFET柵極的半導(dǎo)體裝置而言，在其制造工序中把NiSi2露出于表面上。這種NiSi2 溶于HF水溶液中，因此，引發(fā)了在隨后工序中使用HF水溶液進行濕法蝕刻處理期間NiSi2洗脫的問題。
如上所述，常規(guī)的制造方法不適于形成分別與N型MOSFET柵極和P型MOSFET柵極相對應(yīng)的具有最佳組成的硅化物層。也就是，在制造含N型MOSFET和P型MOSFET的半導(dǎo)體裝置時，可能存在至少需要四種工序(N型MOSFET柵極材料的淀積工序/用于柵極形成的退火工序、N型MOSFET柵極材料的淀積工序/用于柵極形成的退火工序)來形成兩種MOSFET的柵極的情況。因此，增加了成本，同時，在柵極形成時，向構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的元件(源極/漏極區(qū)、柵極材料等)所施加的熱負(fù)荷增加，導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的器件特性劣化。而且，就常規(guī) 的制造方法而言，難以把N型MOSFET和P型MOSFET柵極控制為期望的均勻硅化物組成。而且，當(dāng)通過濺射法等淀積金屬層時，可能存在發(fā)生元件的等離子體損傷且元件特性劣化的情況。
本發(fā)明的目的是當(dāng)制造N型MOSFET柵極和P型MOSFET柵極時，通過在供應(yīng)原料氣體時直接形成由硅化物層構(gòu)成的柵極而不用增加工序如退火。本發(fā)明的另一個目的是提供半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法能夠以高精度控制在形成柵極時硅化物層的組成/結(jié)晶相。本發(fā)明的又一個目的是提供具有對于隨后工序如蝕刻中HF水溶液的耐性及不劣化的元件特性的半導(dǎo)體裝置，且不會使得附加工序數(shù)量大量增加。
解決所述問題的手段
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體制造裝置的制造方法是一種含平面型N型MOSFET和P型MOSFET的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法包括
準(zhǔn)備硅襯底的工序在所述硅襯底中N型區(qū)域和P型區(qū)域借助于元件隔離區(qū)域而絕緣并隔離；
第一形成工序在P型區(qū)域上形成柵絕緣膜和由突起狀的多晶硅構(gòu)成的第一柵極圖案，及在N型區(qū)域上形成柵絕緣膜和由突起狀的多晶硅構(gòu)成的第二柵極圖案；
第二形成工序分別在P型區(qū)域中所述第一柵極圖案的兩側(cè)上和在N型區(qū)域中所述第二柵極圖案的兩側(cè)上形成源極/漏極區(qū)；
在所述整個表面上淀積層間絕緣膜的工序；
除去所述層間絕緣膜以露出所述第一柵極圖案和第二柵極圖案的
工序；
提供第二掩模以覆蓋在所述N型區(qū)域上提供的所述柵絕緣膜上的區(qū)域的工序；
第一硅化工序供應(yīng)含第一金屬的原料氣體，所述第一金屬能夠用于與構(gòu)成所述第一柵極圖案的多晶硅形成硅化物；加熱所述第一柵極圖案至所述原料氣體熱分解的溫度；在第一金屬層不在所述第一柵極圖案上淀積的條件下，使得第一金屬和構(gòu)成所述第一柵極圖案的多晶硅彼此反應(yīng)；由此把所述第一柵極圖案轉(zhuǎn)變成由所述第一金屬的硅化物(A)構(gòu)成的第一柵極；
除去淀積在除了所述第二掩模和所述第一柵極以外的部分上的所述第一金屬層的工序；
提供第一掩模以覆蓋在所述P型區(qū)域上提供的所述柵絕緣膜上的區(qū)域的工序；
第二硅化工序供應(yīng)含第一金屬的原料氣體，所述第一金屬能夠用于與構(gòu)成所述第二柵極圖案的多晶硅形成硅化物；加熱所述第二柵極圖案至所述原料氣體熱分解的溫度；在所述第一金屬層不在所述第二柵極圖案上淀積的條件下，使得所述第一金屬和構(gòu)成所述第二柵極圖案的多晶硅彼此反應(yīng)；由此把所述第二柵極圖案轉(zhuǎn)變成由所述第一金屬的硅化物(B)構(gòu)成的第二柵極；以及
除去淀積在除了所述第一掩模和所述第二柵極以外的部分上的所述第一金屬層的工序。
在所述第一形成工序中，可以形成氧化硅膜或氧氮化硅膜作為柵絕緣膜；
形成含至少一種選自N、 P、 As、 Sb和Bi的雜質(zhì)元素的多晶硅作為第一柵極圖案；以及
形成含至少一種選自B、 Al、 Ga、 In和Tl的雜質(zhì)元素的多晶硅作為第二柵極圖案。
可以進行第一硅化工序和第二硅化工序，使得硅化物(A)和硅化物 (B)具有彼此不同的第一金屬對硅的組成比。
還可以設(shè)置所述方法使得第一硅化工序和第二硅化工序中的至少
一個工序具有
第一硅化物層形成工序形成第一硅化物層；以及第二硅化物層形成工序通過在原料氣體的供應(yīng)量大于第一硅化
物層形成工序中的原料氣體的供應(yīng)量條件下供應(yīng)原料氣體，從而在所
述第一硅化物層上形成第二硅化物層，所述第二硅化物層的第一金屬
含量高于所述第一硅化物層的第一金屬含量。
還可設(shè)置所述方法使得第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序具有
第一硅化物層形成工序形成第一硅化物層，以及第二硅化物層形成工序通過把原料氣體熱分解的溫度降到低于第一硅化物層形成工序中的原料氣體熱分解的溫度，從而在所述第一硅化物層上形成第二硅化物層，所述第二硅化物層的第一金屬含量高于所述第一硅化物層的第一金屬含量。
還可設(shè)置所述方法使得第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序具有
17第一硅化物層形成工序形成第一硅化物層，以及第二硅化物層形成工序通過把第一金屬與多晶硅反應(yīng)時的氣壓降到低于第一硅化物層形成工序中的第一金屬與多晶硅反應(yīng)時的氣壓，從而在所述第一硅化物層上形成第二硅化物層，所述第二硅化物層的第一金屬含量高于所述第一硅化物層的第一金屬含量。
優(yōu)選地，第二硅化工序中的原料氣體供應(yīng)量大于第一硅化工序中的原料氣體供應(yīng)量。優(yōu)選地，構(gòu)成第二硅化工序中第二柵極圖案的多晶硅的加熱溫度低于構(gòu)成第一硅化工序中第一柵極圖案的多晶硅的加熱溫度。
優(yōu)選地，第二硅化工序中的第一金屬與多晶硅反應(yīng)時的氣壓低于第一硅化工序中的第一金屬與多晶硅反應(yīng)時的氣壓。所述第一金屬為
例如選自Ni、 Pt、 Co、 W和Ru中的至少一種金屬。
可以設(shè)置所述方法使得在第一硅化工序和第二硅化工序中的原料
氣體中不含c。而且，設(shè)置所述方法使得在第一硅化工序和第二硅化工序中，原料氣體包含選自Ni(PF3)4、 Ni(BF2)4、 Pt(PF3)4、 Pt(BF2)4、 Co(PF3)6、 Co(BF2)6、 W(PF3)6、 W(BF2)6、 Ru(PF3)5和Ru(BF2)5中的至
少一種氣體。
在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，優(yōu)選地，原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，且形成NiSi2結(jié)晶相作為硅化物(A) 和硅化物(B)中的至少一種硅化物。
此外，在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為第一金屬層不在柵極圖案上淀積的條件，能夠把第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案加熱至50(TC 60(TC作為原料氣體
熱分解溫度。此外，在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為第一金屬層不在柵極圖案上淀積的條件，能夠把當(dāng)構(gòu)成第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案的多晶硅與第一金屬反應(yīng)時的氣壓設(shè)定為1X10—4托 100托。
在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，優(yōu)選地，
原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，形成NiSi結(jié)晶相作為硅化物(A)和硅化物(B)中的至少一種硅化物。
此外，在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為第一金屬層不在柵極圖案上淀積的條件，能夠把第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案加熱至25(TC 60(TC作為原料氣體熱分解溫度。
此外，在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為第一金屬層不在柵極圖案上淀積的條件，能夠把當(dāng)構(gòu)成第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案的多晶硅與第一金屬反應(yīng)時的氣壓設(shè)定為1X1()4托 80托。
另外，在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，優(yōu) 選地，原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，且形成Ni3Si結(jié)晶相作為硅化物(A)和硅化物(B)中的至少一種硅化物。
此外，在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為第一金屬層不在柵極圖案上淀積的條件，優(yōu)選地，把第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案加熱至25(TC 50(TC作為原料氣體的熱分解溫度。
此外，在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為第一金屬層不在柵極圖案上淀積的條件，可以設(shè)置所述方法使得當(dāng)構(gòu)成第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案的多晶硅與
第一金屬反應(yīng)時的氣壓為ixio4托 io托。
另外，可以設(shè)置所述方法使得在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，且所述工序具有第一硅化物層形成工序形成含NiSi2結(jié)晶相的第一硅化物層，以
及，
第二硅化物層形成工序在第一硅化物層上形成含NiSi結(jié)晶相和
Ni3Si結(jié)晶相中的至少一種結(jié)晶相的第二硅化物層。
還可以設(shè)置所述方法使得在第一硅化工序中，原料氣體為Ni(PF3)4
或Ni(BF2)4，且形成NiSi2結(jié)晶相作為硅化物(A);以及在第二硅化工序
中，原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，且形成Ni3Si結(jié)晶相作為硅化物 (B)。
可以設(shè)置所述方法使得在第一硅化工序中，原料氣體為Ni(PF3)4 或Ni(BF。4，且所述工序具有
第一硅化物層形成工序形成由作為硅化物(A)的NiSi2結(jié)晶相構(gòu) 成的第一硅化物層，以及
第二硅化物層形成工序在所述第一硅化物層上形成利用作為硅化物(A)的NiSi結(jié)晶相構(gòu)成的第二硅化物層；
其中在所述第二硅化物形成工序中，原料氣體為Ni(PF3)4或 Ni(BF2)4，且形成Ni3Si結(jié)晶相作為硅化物(B)。
完成設(shè)置使得包含N型MOSFET和P型MOSFET，所述N型 MOSFET具有在硅襯底上提供的P型區(qū)域、在P型區(qū)域上提供的柵絕緣膜以及在柵絕緣膜上提供的突起狀的第一柵極，所述第一柵極從柵絕緣膜側(cè)依次具有由NiSi2結(jié)晶相構(gòu)成的第一硅化物層和由Ni3Si結(jié)晶相構(gòu)成的第二硅化物層；所述P型MOSFET具有在硅襯底中提供以與 P型區(qū)域絕緣并隔離的N型區(qū)域、在N型區(qū)域上提供的柵絕緣膜以及
20在柵絕緣膜上提供的突起狀的由Ni3Si結(jié)晶相構(gòu)成的第二柵極。
通過使用根據(jù)任何上述的半導(dǎo)體裝置制造方法的制造，能夠?qū)崿F(xiàn) 所述構(gòu)造。
發(fā)明效果
利用根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體裝置制造方法，可以在一
個階段的工序中形成各種MOSFET柵極作為硅化物層而不需要金屬膜
的淀積工序或退火處理工序。因此，通過兩種柵極的形成工序能夠減少大量工序。另外，能夠降低形成構(gòu)成柵極的硅化物層的溫度，因此，在形成一種柵極的同時，可以阻止過多的熱負(fù)荷施加到半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成部件如源極/漏極區(qū)上的硅化物層以及其它柵極圖案、或柵極上。
利用根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體裝置制造方法，可以形成具有期望均勻組成的硅化物層的柵極，而構(gòu)成柵極的硅化物層的組成/ 結(jié)晶相和形成速率不受多晶硅柵極圖案中雜質(zhì)的種類/濃度以及柵極長度影響。另外，可以形成平坦硅化物層的柵極，而不引起材料分解過程中由原料氣體產(chǎn)生的對元件的損傷以及對襯底的損傷。因此，可以
容易地把N型MOSFET和P型MOSFET的Vth控制為期望值。
容易改變硅化時的條件，并可以在柵極厚度方向(硅襯底的法線方向)上把柵極的組成控制為期望組成。因此，可以連續(xù)形成包含位于下側(cè)的具有富Si組成的硅化物層以及位于上側(cè)的具有富金屬組成的硅化物層的層壓結(jié)構(gòu)作為柵極。在這種層壓結(jié)構(gòu)中，位于上側(cè)的具有富Si 組成的硅化物層未露出，因此，可以阻止具有富Si組成的硅化物層在使用HF水溶液進行濕法蝕刻過程中洗脫。

圖1為顯示制造本發(fā)明半導(dǎo)體裝置的裝置的例子的圖。
圖2為顯示本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中的硅化物層形成機理的圖。圖3為顯示本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中原料氣體分解過程的圖。圖4為顯示本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中硅化機理的圖。圖5為表示本發(fā)明的硅化物層的形成條件和硅化物層的組成之間關(guān)系的圖。
圖6為表示本發(fā)明的硅化物層的形成條件和硅化物層的組成之間關(guān)系的圖。
圖7為表示本發(fā)明的硅化物層的形成條件和硅化物層的組成之間關(guān)系的圖。
圖8為表示當(dāng)以兩階段來進行本發(fā)明的硅化時硅化物組成的例子的圖。
圖9為表示當(dāng)以兩階段來進行本發(fā)明的硅化時硅化物組成的例子的圖。
圖10為表示當(dāng)以兩階段來進行本發(fā)明的硅化時硅化物組成的例子的圖。
圖11為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖12為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖13為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖14為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖15為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖16為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖17為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖18為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖19為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖20為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖21為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖22為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖23為表示本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中柵極長度和硅化物膜厚度之間關(guān)系的圖。
圖24為表示本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中雜質(zhì)的劑量和硅化物膜厚度之間關(guān)系的圖。
22圖25為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。
圖26為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖27為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖28為顯示本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的圖。圖29為顯示參考例2中由SEM確定的硅化物層的橫截面結(jié)構(gòu)和由XPS確定的組成的評價結(jié)果的圖。
附圖標(biāo)記說明101:原料氣體源
102:質(zhì)量流量控制器
103:閥門
104:載氣源
105:質(zhì)量流量控制器
106:閥門
107:溫度控制器
108:氣體引入進口
109:溫度控制器
110:噴淋頭
111:真空容器
112:溫度控制器
113:襯底
114:感受器(susceptor)
115:氧化處理氣體源
116:加熱器
117:排出泵
118:傳導(dǎo)閥(conductance valve)
119:阱(trap)
1 SO-排出泵
Ul:控制器
131:Ni原子(第一金屬)132:Si襯底
133:硅化物層
134:金屬層
141:Si襯底
142:硅化物層
201:硅襯底
202:元件隔離區(qū)域
203:柵絕緣膜
203a:Si。2膜
203b:HfSiON膜
204:多晶硅(多晶Si)
205:氧化硅膜
206:延伸區(qū)域
207:柵極側(cè)壁
208:源極/漏極區(qū)
209:硅化物層
210:金屬膜
211:層間絕緣膜
212:N型MOSFET區(qū)域多晶硅
213:P型MOSFET區(qū)域多晶硅
214:擴散阻止膜
215:N型MOSFET區(qū)域硅化物柵極
215a:N型MOSFET區(qū)域第一硅化物層
215bN型MOSFET區(qū)域第二硅化物層
216:金屬膜
217:擴散阻止膜
218:P型MOSFET區(qū)域硅化物柵極
219:金屬膜
220:氮化硅膜
251:N型區(qū)域252: P型區(qū)域 301:硅襯底 302:元件隔離區(qū)域 303:柵絕緣膜
304:多晶Si
305:氧化硅膜 306:延伸區(qū)域 307:柵極側(cè)壁 308:源極/漏極區(qū) 309:金屬膜 310:硅化物膜 311:層間絕緣膜
312: N型MOSFET區(qū)域中電極和絕緣膜之間界面處偏析的添加
313: N型MOSFET區(qū)域的硅化物柵極
314: P型MOSFET區(qū)域中電極和絕緣膜之間界面處偏析的添加元
315: P型MOSFET區(qū)域的硅化物柵極
316: N型MOSFET區(qū)域第一硅化物柵極層
317: N型MOSFET區(qū)域第二硅化物柵極層
318: P型MOSFET區(qū)域第一硅化物柵極層
319: P型MOSFET區(qū)域第二硅化物柵極層 320:氮化硅膜
351: N型區(qū)域
352: P型區(qū)域
401:硅襯底
402:元件隔離區(qū)域
403:柵絕緣膜
404:多晶硅(多晶Si)
405:柵極側(cè)壁406:源極/漏極區(qū)
407:硅化物層
408:層間絕緣膜
409:金屬膜
410:延伸區(qū)域
411:硅化物柵極
412:金屬膜
501:氧化硅膜
502:N型MOSFET區(qū)域第一硅化物柵極層
503:N型MOSFET區(qū)域第二硅化物柵極層
504:P型MOSFET區(qū)域硅化物柵極層
505:金屬膜
具體實施例方式
下面參考附圖對本發(fā)明的實施方案進行具體說明。
(半導(dǎo)體裝置)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法和半導(dǎo)體裝置，在所述半導(dǎo)體
裝置中平面型的N型MOSFET和P型MOSFET兩者都包含硅化物柵極。典型地，這些MOSFET構(gòu)成互補MOSFET(CMOSFET)。所述半導(dǎo) 體裝置分別在硅襯底的N型區(qū)域和P型區(qū)域上具有柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上突起的柵極(第一柵極、第二柵極)。所述N型MOSFET柵極(第一柵極)和P型MOSFET柵極(第二柵極)分別由第一金屬的硅化物 (A)和硅化物(B)構(gòu)成。
這些第一柵極和第二柵極通過在第一金屬層不在柵極圖案上淀積的條件下熱分解原料氣體而形成。因此，可以形成具有均勻組成的硅化物層?xùn)艠O，而不會由于高溫處理如退火處理以及在材料分解過程中，如濺射法中的高溫處理使得MOSFET的構(gòu)成部分遭受損傷。所述第一金屬可以由一種或多種金屬構(gòu)成，優(yōu)選為選自Ni、 Pt、
Co、 W和Ru中的至少一種金屬。例如，當(dāng)使用Ni作為第一金屬時，提及的是作為硅化物(A)和(B)的NiSi2結(jié)晶相、NiSi結(jié)晶相以及Ni3Si 結(jié)晶相。
在第一柵極和第二柵極中，所述硅化物(A)和(B)的組成可以相同或不同。當(dāng)所述硅化物(A)和(B)的組成不同時，通過使用具有期望功函的硅化物材料作為所述硅化物(A)和(B)可以有效地把N型MOSFET和P 型MOSFET的Vth控制為期望值。
當(dāng)使硅化物(A)的組成和硅化物(B)的組成相同時，優(yōu)選地，所述第一柵極和所述第二柵極包含彼此不同的雜質(zhì)元素。通過以這種方式向兩種柵極中添加不同種類的雜質(zhì)元素，在用于形成柵極的硅化時，所述雜質(zhì)元素在柵絕緣膜和柵極之間的界面上發(fā)生偏析。因此，通過向所述第一柵極和第二柵極中添加期望濃度/種類的雜質(zhì)元素并由此調(diào)節(jié) 第一柵極和第二柵極構(gòu)成材料的功函，可以有效地把N型MOSFET和 P型MOSFET的Vth控制為期望值。例如，在向?qū)⒆兂蒒型MOSFET 的第一柵極圖案中添加As并向?qū)⒆兂蒔型MOSFET的第二柵極圖案添加B以后，形成各種柵極圖案作為具有NiSi2結(jié)晶相的硅化物層的柵極。以此方式，可以把N型MOSFET的Vth設(shè)定為4.0 eV并將P型 MOSFET的Vth設(shè)定為5.2 eV。如上所述，即使當(dāng)N型MOSFET區(qū)域的第一柵極的硅化物組成與P型MOSFET的第二柵極的硅化物組成相同時，也可以通過在各種柵極和柵絕緣膜之間的界面上偏析不同雜質(zhì) 元素而調(diào)節(jié)各種柵極的功函。
關(guān)于N型MOSFET的第一柵極，優(yōu)選地，向柵極添加的雜質(zhì)元素為選自N、 P、 As、 Sb和Bi中的至少一種雜質(zhì)元素。關(guān)于P型MOSFET 的第二柵極，優(yōu)選選自B、 Al、 Ga、 In和Tl中的至少一種雜質(zhì)元素。另外，作為各種柵極的硅化物組成，為了獲得下述功函，優(yōu)選Ni3Si結(jié) 晶相、NiSi結(jié)晶相或NiSi2結(jié)晶相，更優(yōu)選NiSi2結(jié)晶相。
27如上所述，關(guān)于CMOSFET，優(yōu)選使得Vth小于或等于i0.5V，并且在這種情況下，關(guān)于N型MOSFET，優(yōu)選柵極的功函小于或等于Si 的帶隙中間值(mid-gap)(4.6 eV)，優(yōu)選小于或等于4.4 eV。關(guān)于P型 MOSFET，優(yōu)選柵極的功函大于或等于帶隙中間值(4.6 eV)，優(yōu)選大于或等于4.8 eV。
基于此，為了獲得這種Vth的CMOSFET，優(yōu)選形成NiSi2結(jié)晶相 (硅化物(A))的第一柵極和Ni3Si結(jié)晶相(硅化物(B))的第二柵極。
所述第一柵極和第二柵極可以包含或可以不包含一種或多種雜質(zhì) 元素。當(dāng)所述第一柵極包含雜質(zhì)元素時，作為雜質(zhì)元素，提及的是選自N、 P、 As、 Sb和Bi中的至少一種雜質(zhì)元素。當(dāng)?shù)诙艠O包含雜質(zhì) 元素時，作為雜質(zhì)元素，提及的是選自B、 Al、 Ga、 In和Tl中的至少一種雜質(zhì)元素。
此外，各種柵極可以由具有不同硅化物組成的兩層或多層構(gòu)成。在本說明書中，當(dāng)如上所述在一種柵極中存在多種硅化物組成時，把所有的多種組成定義為硅化物(A)或(B)。當(dāng)所述柵極由具有不同硅化物組成的兩層或多層構(gòu)成時，優(yōu)選在硅化物組成中，硅化物中的第一金屬含量在柵極的膜厚度方向上向柵絕緣膜側(cè)變小。
作為由兩層或多層構(gòu)成的柵極，提及的是從柵絕緣膜側(cè)具有由 NiSi2結(jié)晶相(硅化物(A))構(gòu)成的第一硅化物層和由NiSi結(jié)晶相(硅化物 (A))構(gòu)成的第二硅化物層的第一柵極。在此情況下，作為第二柵極，能夠使用由Ni3Si結(jié)晶相(硅化物(B))構(gòu)成的第二柵極。如上所述，通過由 NiSi結(jié)晶相構(gòu)成第一柵極的最上層，可以阻止作為所述柵極功能劣化，當(dāng)在形成柵極之后使用HF水溶液的濕法蝕刻工序中，NiSi2洗脫時會引起功能劣化。在本發(fā)明中，通過如下工序制造半導(dǎo)體裝置。
(1) 準(zhǔn)備硅襯底的工序，其中N型區(qū)域和P型區(qū)域借助于元件隔離區(qū)域來絕緣并隔離；
(2) 第一形成工序在P型區(qū)域上形成柵絕緣膜和由突起狀的多晶硅構(gòu)成的第一柵極圖案，以及在N型區(qū)域上形成柵絕緣膜和由突起狀的多晶硅構(gòu)成的第二柵極圖案；
(3) 第二形成工序在P型區(qū)域中的第一柵極圖案的兩側(cè)上及在N 型區(qū)域中第二柵極圖案的兩側(cè)上分別形成源極/漏極區(qū)；
(4) 在整個表面上淀積層間絕緣膜的工序；
(5) 除去層間絕緣膜以露出第一柵極圖案和第二柵極圖案的工序；
(6) 提供第二掩模以覆蓋在N型區(qū)域上所提供的柵絕緣膜上的露出區(qū)域(露出的第二柵極圖案或第二柵極)的工序；
(7) 第一硅化工序供應(yīng)含能夠?qū)⑵溆糜谂c構(gòu)成第一柵極圖案的多晶硅形成硅化物的第一金屬的原料氣體，把第一柵極圖案加熱至原料氣體熱分解的溫度，在第一金屬層不淀積到第一柵極圖案上的條件下使得第一金屬與構(gòu)成第一柵極圖案的多晶硅彼此反應(yīng)，由此把第一柵極圖案轉(zhuǎn)變成由第一金屬的硅化物(A)構(gòu)成的第一柵極；
(8) 除去第二掩模和第一金屬層的工序，所述第一金屬層已經(jīng)淀積在除了第一柵極以外的部分上；
(9) 提供第一掩模以覆蓋在P型區(qū)域上所提供的柵絕緣膜上的露出區(qū)域(露出的第一柵極圖案或第一柵極)的工序；
(10) 第二硅化工序供應(yīng)含能夠?qū)⑵溆糜谂c構(gòu)成第二柵極圖案的多晶硅形成硅化物的第一金屬的原料氣體，把第二柵極圖案加熱至原料氣體熱分解的溫度，在第一金屬層不淀積到第二柵極圖案上的條件下使得第一金屬與構(gòu)成第二柵極圖案的多晶硅彼此反應(yīng)，由此把第二柵極圖案轉(zhuǎn)變成由第一金屬的硅化物(B)構(gòu)成的第二柵極；
(11) 除去第一掩模和第一金屬層的工序，所述第一金屬層已經(jīng)淀積在除了第二柵極以外的部分上。
在本說明書中，設(shè)定"多晶硅"代表不含雜質(zhì)的多晶硅或含雜質(zhì)
29的多晶硅。所述第一硅化工序和第二硅化工序可以同時或單獨進行。當(dāng)所述第一硅化工序和第二硅化工序單獨進行時，未具體指定其順序。例如，當(dāng)在第二硅化工序之前進行第一硅化工序時，在上述工序(6)中，在露出的第二柵極圖案上提供第二掩模，以及在上述工序(9)中，在露出的第一柵極上提供第一掩模。另一方面，當(dāng)在第一硅化工序之前進
行第二硅化工序時，在上述工序(6)中，在露出的第二柵極上提供第二掩模，在上述工序(9)中，在露出的第一柵極圖案上提供第一掩模。
此處，在第一硅化工序和第二硅化工序中，分別從第一柵極圖案和第二柵極圖案的上表面供應(yīng)含至少一種能夠被用于形成硅化物層的第一金屬的原料氣體，所述第一柵極圖案和第二柵極圖案由形成為突起狀的多晶硅構(gòu)成并借助于柵絕緣膜露出。然后，把第一柵極圖案和第二柵極圖案加熱至原料氣體熱分解的溫度。此時，通過控制硅化條件如形成壓力、柵極圖案的溫度、原料氣體的流量(供應(yīng)量)等，把供應(yīng) 到柵極圖案表面上的原料氣體的供應(yīng)量設(shè)定為第一金屬在第一柵極圖案和第二柵極圖案上開始淀積的供應(yīng)量(供應(yīng)速率)以下。本發(fā)明是基于
可以僅通過以這種方式的熱分解反應(yīng)來選擇性地對第一柵極圖案和第二柵極圖案進行硅化的新發(fā)現(xiàn)。
也就是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法中，通過控制形成條件 (原料氣體的供應(yīng)量、柵極圖案的溫度、形成壓力等)來設(shè)定向柵極圖案表面上供應(yīng)的原料氣體的供應(yīng)量，以滿足下列關(guān)系。
向柵極圖案表面上供應(yīng)的原料氣體的供應(yīng)量<在原料氣體在露出的柵極圖案上熱分解且在其表面上開始淀積第一金屬時金屬原子的吸附速率。
因此，在露出的多晶硅的柵極圖案上吸附的所有金屬原子消耗用于形成硅化物層，且金屬層不在露出的柵極圖案上淀積。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以在一個階段中加速形成硅化物層，因此，通過控制形成條件(原料氣體的供應(yīng)量、柵極圖案的溫度、形成壓力等)可以控制構(gòu)成柵極的硅化物層的組成并可以設(shè)置低的硅化物層的形成溫度。下面將詳細(xì)描述用于構(gòu)成柵極的第一硅化和第二硅化的機理。
(第一硅化和第二硅化的機理)
對本發(fā)明硅化物層的形成機理進行了解釋。圖2顯示了一種如下
情況，其中第一金屬為Ni 131，在露出的柵極圖案的多晶硅襯底132 上供應(yīng)含Ni 131的原料氣體，并形成硅化物層133。圖2A和2B顯示了使用本發(fā)明的方法的硅化物層133的形成機理，并且圖2C和2D顯示了使用常規(guī)方法的硅化物層133的形成機理。
如圖2A中所示，原料氣體通過源于多晶硅襯底132的熱激發(fā)而在多晶硅襯底132的柵極圖案表面上分解，且Ni原子131被吸附到所述柵極圖案的表面。也就是，在所述柵極圖案的表面上，總是發(fā)生吸附和脫附，基本上，預(yù)定數(shù)量的Ni原子131吸附到柵極圖案的表面上作為平衡態(tài)。那么，吸附到柵極圖案表面的Ni原子的數(shù)量受原料氣體的供應(yīng)量、柵極圖案的溫度以及形成壓力(當(dāng)進行第一硅化和第二硅化時，在其中安裝了第一柵極圖案和第二柵極圖案的反應(yīng)容器中的總壓力當(dāng)使得原料氣體和載氣流經(jīng)反應(yīng)容器時的原料氣體和載氣的總壓力硅化時的氣壓)影響，且能夠由這些條件來控制。
例如，當(dāng)柵極圖案的溫度高時，Ni原子131的分子運動變得活躍，且從所述柵極圖案表面脫附的Ni原子131數(shù)增加并且平衡態(tài)時吸附到柵極圖案的Ni原子的數(shù)量減少。當(dāng)形成壓力高時，Ni原子131的分子運動速度加快，因此，從柵極圖案表面脫附的Ni原子131數(shù)增加且平衡態(tài)時吸附到柵極圖案的Ni原子的數(shù)量減少。如果原料氣體的供應(yīng)量增加，則提供到柵極圖案表面的Ni原子的數(shù)量增加，因此，更有可能平衡態(tài)時許多Ni原子131吸附到柵極圖案表面。
接下來，如圖2B中所示，通過已經(jīng)吸附到露出了柵極圖案上的硅襯底132的區(qū)域的Ni原子131與硅反應(yīng)和擴散，形成硅化物層133。此時，由在圖2A的過程中提前吸附到柵極圖案表面的Ni原子的數(shù)量來確定硅化物層133的組成/晶體結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)Ni原子的數(shù)量小時，形成富Si組成的NiSi2結(jié)晶相。此外，隨著吸附的Ni原子131數(shù)增加時，形成具有富Ni組成的NiSi、 Ni3Si結(jié)晶相的硅化物層133。因此，作為硅化物層133的形成條件，如果降低柵極圖案的溫度，則原料氣體的供應(yīng)量增加，然后降低形成壓力，能夠形成具有富Ni組成的硅化物層133。
接下來，圖2C和圖2D中顯示了硅化物層133的常規(guī)形成機理。在圖2C和圖2D中的硅化物層133的形成機理中，吸附到柵極圖案的多晶硅襯底132露出的表面上的Ni原子131數(shù)變得大于硅化中所消耗的Ni原子131數(shù)。另外，在把柵極圖案設(shè)定為原料氣體熱分解溫度以上的狀態(tài)下提供Ni131。因此，在最初階段中，預(yù)定數(shù)量的Ni原子131 被吸附到柵極圖案的表面且所述Ni原子131與硅反應(yīng)，由此開始形成硅化物層133。然而，以此方式在襯底132上連續(xù)供應(yīng)Ni原子131，所述Ni原子131的數(shù)量超過形成硅化物層所需要的Ni原子的數(shù)量，因此，未反應(yīng)的Ni原子131產(chǎn)生并淀積在硅上，由此形成金屬Ni層 134。
當(dāng)金屬Ni層134淀積在多晶硅襯底132上時，用于硅化的Ni 131 不是來自由在多晶硅襯底132上的熱分解而得到的Ni原子的Ni原子 131，而是從淀積的金屬Ni層134中得到的Ni原子?；谶@種原因，在形成硅化物層133中，固相反應(yīng)占優(yōu)勢。因此，難以通過Ni 131的供應(yīng)條件(原料氣體的供應(yīng)量、柵極圖案的溫度、形成壓力等)控制硅化物層133的膜厚度/組成。因此，為了控制硅化物層133的膜厚度/組成，在按現(xiàn)有技術(shù)淀積金屬Ni 131之后，需要根據(jù)組成/結(jié)晶相來進行退火處理。
基于上述情況，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法中，重要的是
32(1)通過把柵極圖案加熱到原料氣體熱分解的溫度而使得原料氣體熱分解，以及(2)設(shè)定條件使得供應(yīng)到柵極圖案表面的原料氣體的供應(yīng)量等于或小于金屬開始在露出的多晶硅區(qū)域上淀積的供應(yīng)量。通過在這些條件下形成硅化物層，可以通過原料供應(yīng)條件控制由硅化物層構(gòu)成的柵極的組成/結(jié)晶相。而且，還可在低溫下形成具有富Si組成的硅化物層，而具有富Si組成的硅化物層的形成在現(xiàn)有技術(shù)中需要在高溫度下進行退火處理。
此外，如圖3A中所示，當(dāng)使用根據(jù)專利文獻1和專利文獻2中現(xiàn)
有技術(shù)的制造方法時，原料氣體通過等離子體激發(fā)在氣相中分解，因
此，不僅是硅化所需要的Ti，而且在氣相中分解的Cl也被吸附到多晶硅襯底141的柵極圖案表面上。吸附的Cl充當(dāng)了多晶硅襯底141表面上的雜質(zhì)并阻礙了 Ti的吸附，因此，引起了阻礙硅化反應(yīng)的問題且難以改變硅化物層142的組成。另外，在氣相中分解的C1作為氯自由基而供應(yīng)到硅襯底141上并蝕刻所述硅襯底141。如上所述，當(dāng)使用等離子體CVD法時，由于包含在原料氣體中的元素的影響，所以阻礙了硅化并損傷了襯底141，因此，形成如圖3A中所示的不平坦的硅化物層 142。與此相比，根據(jù)本發(fā)明，如圖3B中所示，原料氣體不在氣相中分解而是僅通過熱激發(fā)在襯底141的表面上分解。因此，僅有原料氣體中的金屬淀積到襯底141的表面上，并且除了金屬以外的元素被排出。因此，除了金屬以外的元素不易淀積到襯底141的表面上來阻礙硅化或損傷襯底141。
接下來，顯示了現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)如圖4A中所示利用濺射法把在其中多晶硅404露出出來的柵極圖案轉(zhuǎn)變成硅化物層407時的示意圖。在圖 4A、4B中，附圖標(biāo)記401為硅襯底，附圖標(biāo)記402為元件隔離區(qū)域，附圖標(biāo)記403為柵絕緣膜，附圖標(biāo)記404為多晶硅(多晶Si)，附圖標(biāo)記 405為柵極側(cè)壁，附圖標(biāo)記406為源極/漏極區(qū)，附圖標(biāo)記407為硅化物層，附圖標(biāo)記408為層間絕緣膜，附圖標(biāo)記410為延伸區(qū)域。首先，當(dāng)待形成硅化物層411的金屬層409淀積時，金屬膜409淀積在多晶硅404露出的區(qū)域和在其未露出的區(qū)域(例如，層間絕緣膜408)上。然后，在隨后的退火處理過程中，通過固相反應(yīng)形成硅化物層411。此時，不僅從在多晶硅404上淀積的金屬膜409部分而且從淀積到多晶硅404 未露出的區(qū)域(層間絕緣膜408等)上的金屬膜409部分供應(yīng)將構(gòu)成硅化物層411的金屬原子。
因此，如在非專利文獻3中所述，如果露出區(qū)域的長度(例如柵極長度)變短，則金屬元素從未露出區(qū)域中的擴散的影響幅度變大，因此，形成具有富金屬組成的硅化物層，并難以控制硅化物層的膜厚度和組成。
與此相比，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體制造方法，如圖4B中所示，僅由供應(yīng)到露出的多晶硅404的柵極圖案上的原料氣體中的金屬原子來形成硅化物層411。因此，可以形成具有均勻組成/結(jié)晶相的硅化物層411，而在硅化期間不受金屬元素從已經(jīng)淀積到層間絕緣膜408等(不考慮露出圖案的形狀或尺寸)上的金屬膜412中擴散影響。
(半導(dǎo)體裝置的制造方法)
圖11 15為分別顯示了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法的例子的截面圖。首先，制備具有N型區(qū)域251和P型區(qū)域252的硅襯底 201。其次，在所述硅襯底201的表面區(qū)域上，使用STI(淺溝槽隔離 (Shallow Trench Isolation))技術(shù)形成元件隔離區(qū)域202，使得N型區(qū)域 251和P型區(qū)域252絕緣并隔離。隨后，在其上元件被隔離的硅襯底 201的表面上，形成柵絕緣膜203(203a， 203b)。作為柵絕緣膜203，提及的是含高介電常數(shù)絕緣膜、氧化硅膜或氧氮化硅膜的層壓膜以及在其上層壓的高介電常數(shù)膜的層壓膜。
高介電常數(shù)膜由相對介電常數(shù)比二氧化硅(Si02)的相對介電常數(shù)
大的材料制成，作為材料，提及的是金屬氧化物、金屬硅酸鹽、向其中引入了氮的金屬氧化物以及向其中引入了氮的金屬硅酸鹽。作為高介電常數(shù)膜，考慮到抑制結(jié)晶并提高半導(dǎo)體裝置的可靠性，優(yōu)選向其中引入了氮的這類物質(zhì)。作為高介電常數(shù)膜中的金屬元素，考慮到膜
的耐熱性能并抑制膜中的固定電荷，優(yōu)選鉿(Hf)或鋯(Zr)，更優(yōu)選Hf。此外，優(yōu)選含Hf或Zr和Si的金屬氧化物或者作為進一步包含氮的金屬氧化物的金屬氧氮化物，更優(yōu)選HfSiO、 HfSiON，最優(yōu)選HfSiON。
接下來，在柵極上形成由多晶Si膜204和氧化硅膜205組成的層壓膜(圖IIA)。使用光刻技術(shù)和RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)技術(shù)把這種層壓膜加工成柵極圖案的形狀。以此方式，分別在N型區(qū)域251上形成突起狀的柵絕緣膜203a、 203b、由多晶硅層構(gòu)成的第二柵極圖案213和掩模205，并在P型區(qū)域252上形成突起狀的柵絕緣膜203a、 203b、由多晶硅層構(gòu)成的第一柵極圖案212和掩模205(第一形成工序)。
隨后，在N型區(qū)域251上提供掩模(未示出)，使用該掩模和掩模 205作為掩模植入離子，并且在P型區(qū)域252中以自對準(zhǔn)的方式形成延伸擴散層區(qū)域206。此時，可以把雜質(zhì)元素的離子植入到多晶Si膜(第一柵極圖案)中，而不提供上述掩模205。例如，為了實現(xiàn)N型MOSFET，建議向多晶硅中植入作為N型雜質(zhì)的N、 P、 As、 Sb、 Bi等的離子。
接下來，在把提供在N型區(qū)域251上的掩模除去以后，在P型區(qū) 域252上提供掩模(未示出)，使用該掩模和掩模205作為掩模植入離子，并且在N型區(qū)域251中以自對準(zhǔn)的方式形成延伸擴散層區(qū)域206(圖 IIB)。此時，可以把雜質(zhì)元素的離子植入到多晶Si膜(第二柵極圖案) 中，而不提供上述掩模205。例如，為了實現(xiàn)P型MOSFET，建議向多晶硅中植入作為P型雜質(zhì)的B、 Al、 In、 Ga、 Tl等的離子。
此外，先后淀積氮化硅膜和氧化硅膜，然后，通過進行深蝕刻 (etch-back)，分別在第一柵極圖案和第二柵極圖案212、 213的兩個側(cè) 面上形成柵極側(cè)壁207。在這種狀況下，再在N型區(qū)域251上提供掩模(未示出)，并使用該掩模、掩模205和柵極側(cè)壁207作為掩模，把N
35型雜質(zhì)離子植入到P型區(qū)域252中。
接下來，在把提供在N型區(qū)域251上的掩模除去之后，在P型區(qū) 域252上提供掩模(未示出)，并使用該掩模、掩模205和柵極側(cè)壁207 作為掩模，把P型雜質(zhì)離子植入到N型區(qū)域251中。其后，通過活化退火，分別在N型區(qū)域251中的第二柵極圖案213的兩側(cè)上和在P型區(qū)域252中的第一柵極圖案212的兩側(cè)上形成源極/漏極區(qū)208(圖11C: 第二形成工序)。
接下來，如圖12A中所示，在整個表面上淀積金屬膜210，并使用柵極、柵極側(cè)壁207以及STI作為掩模，通過自對準(zhǔn)硅化物技術(shù)僅在源極/漏極區(qū)208上形成硅化物層209。優(yōu)選將Co硅化物、Ni硅化物或Ti硅化物用于硅化物層209，最優(yōu)選使用Ni單一硅化物，其能夠使接觸電阻最低。作為金屬膜210的淀積方法，能夠使用濺射法和CVD 法。
此外，在把未反應(yīng)的金屬膜210除去之后(圖12B)，如圖12C中所示通過CVD法，在整個表面上形成氧化硅膜的層間絕緣膜211。接下來，通過CMP(化學(xué)機械研磨)技術(shù)把所述層間絕緣膜211變平，此外，通過對層間絕緣膜211和掩模205進行深蝕刻，使得構(gòu)成第一柵極圖案和第二柵極圖案的多晶Si212、 213露出(圖13A)。
接下來，在包括第一柵極圖案212和第二柵極圖案213的上表面的整個表面上淀積擴散阻止層(掩模)214。其后，使用光刻技術(shù)和RIE 技術(shù)，通過除去存在于至少第一柵極圖案212上的擴散阻止層來露出第一柵極圖案212。因此，形成擴散阻止層214(第二掩模)以覆蓋第二柵極圖案213(圖13B)。
形成擴散阻止層(第二掩模)214的目的是在通過使第一柵極圖案 212硅化而形成硅化物(A)的第一柵極時，阻止第二柵極圖案213和金屬原子彼此反應(yīng)以形成硅化物層。作為擴散阻止層214的材料，必需選擇在硅化過程中能夠阻止與硅化有關(guān)的金屬擴散且自身穩(wěn)定的材料。而且，擴散阻止層的材料優(yōu)選為能夠選擇性蝕刻待硅化的金屬和層間絕緣膜的材料。
接下來，把按如上所述形成的那些器件引入到半導(dǎo)體裝置的制造裝置中并向所述裝置供應(yīng)含第一金屬的原料氣體，所述第一金屬能夠與構(gòu)成第一柵極圖案212的多晶硅形成硅化物。然后，把第一柵極圖
案212加熱至原料氣體熱分解的溫度，并且在第一金屬層不淀積到第一柵極圖案212上的條件下，使得第一金屬與多晶硅反應(yīng)。因此，不用淀積金屬層，能夠把第一柵極圖案212轉(zhuǎn)變成由第一金屬硅化物(A) 構(gòu)成的第一柵極215(N型MOSFET柵極的形成工序第一硅化工序)。圖14A顯示了以此方式形成第一柵極的狀況。在這種狀況下，以使得金屬層不淀積到第一柵極圖案212表面上的方式來供應(yīng)原料氣體(因為所有供應(yīng)的金屬原子都消耗于形成硅化物)，因此，沒有金屬層淀積到形成的第一柵極215上。另一方面，關(guān)于除了第一柵極215表面以外的部分，金屬原子未消耗于形成硅化物，因此，結(jié)果形成供應(yīng)的金屬原子淀積而未消耗的金屬膜216。
接下來，如圖14B中所示，通過使用硫酸過氧化氫溶液的濕法蝕刻，除去了擴散阻止層(第二掩模)214和金屬層216。其后，在包括第二柵極圖案213露出部分的整個表面上淀積擴散阻止層217，并使用光刻技術(shù)和RIE技術(shù)，除去在第二柵極圖案213上淀積的至少擴散阻止層217，并由此露出第二柵極圖案213。因此，形成擴散阻止層217(第一掩模)以覆蓋第一柵極215(圖14C)。
其后，為了硅化所述第二柵極圖案213，把如圖14C中所示的器件引入到半導(dǎo)體裝置的制造裝置中。其后，供應(yīng)含第一金屬的原料氣體，所述第一金屬能夠用于與構(gòu)成第二柵極圖案213的多晶硅形成硅化物，把第二柵極圖案213加熱至原料氣體熱分解的溫度，在第一金屬層不淀積到第二柵極圖案213上的條件下，使得第一金屬和多晶硅
彼此反應(yīng)。然后，把第二柵極圖案213轉(zhuǎn)變成由第一金屬的硅化物(B) 構(gòu)成的第二柵極218(P型MOSFET柵極的形成工序第二硅化工序圖15A)。
接下來，如圖15B中所示，通過使用硫酸過氧化氫溶液的濕法蝕刻，除去了擴散阻止層(第一掩模)217和金屬層219。此處，就根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法而言，通過使得第一硅化工序形成條件與第二硅化工序的形成條件等同，可以形成具有與第一柵極和第二柵極的組成相同的硅化物(A)、 (B)。在這種情況下，可以同時進行第一硅化工序和第二硅化工序，而不是單獨進行它們。
還可以通過使得第一硅化工序形成條件與第二硅化工序的形成條件不同，來形成具有與第一柵極和第二柵極不同組成的硅化物(A)、(B)。
在上述說明中，以如下工序順序制造了半導(dǎo)體裝置在第一柵極
圖案和第二柵極圖案露出之后在第二柵極圖案上形成第二掩模；第一
硅化；除去第二掩模和金屬層；在第一柵極上形成第一掩模；第二硅化；以及除去第一掩模和金屬層。然而，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，未對第一硅化和第二硅化的順序進行特殊限制，可以首先進行所述第一硅化或可以首先進行所述第二硅化。例如，當(dāng)在本發(fā)明的制造方法中
首先進行第二硅化時，以如下工序順序來制造半導(dǎo)體裝置在第一柵
極圖案和第二柵極圖案露出之后在第一柵極圖案上形成第一掩模；第二硅化；除去第一掩模和金屬層；在第二柵極上形成第二掩模；第一硅化；以及除去第二掩模和金屬層。
此外，其后，如圖15C中所示，在通過蝕刻除去層間絕緣膜211 之后，能夠形成氮化硅膜220。關(guān)于層間絕緣膜211的蝕刻，能夠使用使用HF水溶液的濕法蝕刻或干法蝕刻，然而，為了抑制等離子體對柵極的損傷，優(yōu)選使用利用HF的濕法蝕刻。通過上述工序，可以以少量的工序并通過低溫處理而形成N型
MOSFET柵極(第一柵極)和P型MOSFET柵極(第二柵極)。此外，可以把第一電極和第二電極的組成控制為期望的均勻組成。而且，通過使得第一硅化工序的條件與第二硅化工序的條件不同，可以形成第一柵極的組成和第二電極的組成不同的半導(dǎo)體裝置。例如，作為第一柵極和第二柵極的硅化物層的形成條件，能夠分別從圖5、圖6、圖7中所示的原料氣體的供應(yīng)量、柵極圖案的溫度以及形成壓力條件中選擇和實施最佳條件。
(柵極的形成工序第一硅化工序和第二硅化工序) 可以同時或單獨進行第一硅化工序和第二硅化工序。此外，可以首先進行第一硅化工序和第二硅化工序中的任一種硅化工序。例如，當(dāng)制造半導(dǎo)體裝置時，其中第一柵極和第二柵極由具有相同構(gòu)造/結(jié)晶相的硅化物構(gòu)成，但是在硅化物中所包含的雜質(zhì)元素的種類不同，可以同時進行第一硅化工序和第二硅化工序。
另一方面，當(dāng)制造半導(dǎo)體裝置時，其中第一柵極和第二柵極由具有彼此不同組成/結(jié)晶相的硅化物構(gòu)成，作為第一硅化工序和第二硅化工序的條件，能夠設(shè)置為下列條件。
(1) 優(yōu)選地，在第二硅化工序的形成條件中原料氣體的供應(yīng)量大于第一硅化工序的形成條件中原料氣體的供應(yīng)量的條件下，形成硅化物層。通過在這些條件下形成第一柵極和第二柵極，作為第二柵極的硅化物(B)，可以形成具有比第一柵極的硅化物(A)中更高金屬元素含量比的硅化物層。
(2) 優(yōu)選地，在第二硅化工序的形成條件中柵極圖案的溫度低于第一硅化工序的形成條件中柵極圖案的溫度的條件下，形成硅化物層。通過在這些條件下形成第一柵極和第二柵極，作為第二柵極的硅化物(B)，可以形成具有比第一柵極的硅化物(A)中更高金屬元素含量比的硅化物層。
(3)優(yōu)選地，在第二硅化工序的形成條件中形成壓力低于第一硅化工序的形成條件中形成壓力的條件下，形成硅化物層。通過在這些條
件下形成第一柵極和第二柵極，作為第二柵極的硅化物(B)，可以形成具有比第一柵極的硅化物(A)中更高金屬元素含量比的硅化物層。
當(dāng)通過在最后工序(與圖15C中的工序相對應(yīng))中使用HF水溶液的濕法蝕刻來除去層間絕緣膜211時，所述柵極必需具有對HF水溶液的蝕刻耐性。在這種情況下，優(yōu)選具有富Ni組成的硅化物層露出在柵極的頂部。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法，可以通過改變硅化工序中間的硅化條件來改變在柵極膜厚度方向上的金屬組成。因此，可以在柵極頂部形成具有HF耐性的硅化物層。
例如，當(dāng)形成由NiSi2結(jié)晶相構(gòu)成的硅化物層作為第一柵極時， NiSi2在上述使用HF水溶液的濕法蝕刻工序中洗脫，并劣化了作為柵極的功能。與此相比，通過采用其中形成NiSi2結(jié)晶相作為第一硅化物層并在第一硅化物層上形成NiSi結(jié)晶相作為第二硅化物層的層壓結(jié) 構(gòu)，能夠保留對使用HF水溶液的濕法蝕刻的耐性。關(guān)于在硅化工序中間的硅化條件的改變，可以僅改變第一硅化工序的條件，或者可以僅改變第二硅化工序的條件，或者可以改變第一硅化工序和第二硅化工序兩者的條件。
(柵極組成和形成條件之間的關(guān)系)
本發(fā)明的柵極組成和形成條件之間的關(guān)系顯示如下。圖5大致顯示了當(dāng)形成壓力(在形成柵極時放置待處理物體的反應(yīng)容器中的總壓力當(dāng)向反應(yīng)容器中供應(yīng)的氣體為原料氣體和載氣時，原料氣體和載氣的總壓力硅化時的氣壓)固定時，硅化物層的組成、Ni原料(原料氣體，Ni(PF3)4)的供應(yīng)量與柵極圖案溫度之間的關(guān)系。此處，把載氣(N2)
流量設(shè)定為100 sccm且把壓力固定為2.5托。例如，在圖5中，當(dāng)柵極圖案的溫度為30(TC時，隨著Ni原料氣體供應(yīng)量增加，形成具有Ni 原子的數(shù)量增加的組成/結(jié)晶相的硅化物層，也就是，硅化物層的結(jié)晶相從NiSi2結(jié)晶相依次變成NiSi結(jié)晶相和Ni3Si結(jié)晶相(與圖5中縱軸平行的線上的組成)。硅化物層的組成隨著Ni原料氣體供應(yīng)量增加而向富Ni側(cè)變化的原因在于吸附到柵極圖案上的Ni原子的數(shù)量增加了。
類似地，當(dāng)固定原料氣體的供應(yīng)量時，也可形成具有Si原子的數(shù) 量隨著柵極圖案的溫度升高而增加的組成/結(jié)晶相的硅化物層，也就是，硅化物的組成從Ni3Si結(jié)晶相依次變成NiSi結(jié)晶相和NiSi2結(jié)晶相(與圖5中橫軸平行的線上的組成)。硅化物層的組成隨著柵極圖案溫度升高而向富Si側(cè)變化的原因在于吸附到柵極圖案表面上的Ni原子的分子運動隨著柵極圖案溫度升高而變得更加活躍，且Ni原子更易于從柵極圖案表面脫附。
此外，在圖5中，在柵極圖案的溫度為200'C 30(TC的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)原料氣體的供應(yīng)量增加時，在多晶Si的柵極圖案上形成金屬Ni層的淀積層，且存在難以控制硅化物層的組成/結(jié)晶相的區(qū)域。金屬Ni層以此方式淀積在多晶Si上，因為在多晶Si上吸附的M原子的數(shù)量大于在多晶Si上吸附并消耗用于形成硅化物層所的Ni原子的數(shù)量。
基于上述，當(dāng)柵極圖案的溫度低于原料氣體在柵極圖案表面上熱分解的溫度時，不供應(yīng)用作硅化物原料的金屬原子，因此，不發(fā)生硅化。如果柵極圖案的溫度高，已經(jīng)吸附到柵極圖案表面上的金屬從所述表面脫附，因此降低了硅化物層的形成速率。因此，必需把柵極圖案的溫度設(shè)定為高于或等于原料氣體熱分解的溫度且低于或等于在露出的柵極圖案表面上吸附的金屬原子的數(shù)量和從其上脫附的金屬原子的數(shù)量相等時的溫度。具體地，優(yōu)選柵極圖案的加熱溫度為不低于150'C 不高于600°C。而且，優(yōu)選把所述溫度設(shè)定為在源極/漏極擴散層區(qū)域上已經(jīng)形成的硅化物層的電阻值將不再增加的溫度以下。具體地，
更優(yōu)選把柵極圖案的溫度設(shè)定為不低于150'C且不高于500°C。
圖6顯示了硅化物層的組成、Ni原料氣體(Ni(PF3)4)供應(yīng)量與形成壓力(半導(dǎo)體裝置的制造裝置的反應(yīng)容器中的壓力硅化時容器內(nèi)的氣壓)之間的關(guān)系。此處，把載氣(N2)的流量設(shè)定為100sccm且溫度固定為300°C?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)原料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的流量來改變原料氣體的供應(yīng)量。還可以通過調(diào)節(jié)制造裝置的排放系統(tǒng)中待排放的原料氣體或原料氣體和載氣的流量(反應(yīng)容器的排出閥的開口程度等)來改變形成壓力。圖6顯示了當(dāng)柵極圖案的溫度和Ni原料氣體的供應(yīng)量固定且如果形成壓力升高時，形成具有Si原子的數(shù)量增加的組成/結(jié)晶相的硅化物層，也就是，結(jié)晶相從Ni3Si結(jié)晶相依次變成NiSi結(jié)晶相和NiSi2結(jié)晶相(與圖6中橫軸平行的線上的組成)。這是因為形成壓力升高時在多晶 Si柵極圖案上的Ni原子的運動速度加快且Ni原子更難以吸附到柵極圖案的表面上。
如果形成壓力很高，可能會存在加快氣相中原料分解且除了構(gòu)成原料氣體的Ni以外的元素被吸附到柵極圖案上的情況，由此，抑制了硅化反應(yīng)且降低了硅化物層的形成速率。因此，形成壓力越低，這種影響越小，因此，促進了 Ni在多晶Si柵極圖案上的吸附和硅化反應(yīng)。基于此，優(yōu)選形成壓力為IOO托以下，而且，更優(yōu)選在10托以下，通過僅以熱激發(fā)使得在襯底表面上發(fā)生分解反應(yīng)而不引起原料氣體在氣相中分解來形成硅化物層。
另一方面，在圖6中，當(dāng)柵極圖案的溫度和形成壓力固定時，如果增加Ni原料氣體的供應(yīng)量，則可以形成具有Ni量升高的組成/結(jié)晶相的硅化物層，也就是，結(jié)晶相從NiSi2結(jié)晶相依次變成NiSi結(jié)晶相和 Ni3Si結(jié)晶相(與圖6中縱軸平行的線上的組成)。這是因為，隨著Ni原料氣體供應(yīng)量的增加，吸附到多晶Si柵極圖案上且參與硅化的Ni原子的數(shù)量增加。
圖7顯示了當(dāng)Ni原料氣體(Ni(PF3)4)的供應(yīng)量固定時，硅化物層組成、柵極圖案的溫度和形成壓力之間的關(guān)系。此處，把載氣(N2)的流量設(shè)定為100 sccm并把Ni原料的供應(yīng)量固定為20 sccm。如圖6中所示對形成壓力進行調(diào)節(jié)。根據(jù)圖7，當(dāng)Ni原料氣體的供應(yīng)量和形成壓力保持固定且柵極圖案的溫度升高時，組成從Ni3Si結(jié)晶相變成NiSi結(jié) 晶相和NiSi2結(jié)晶相，也就是，Si的量增加(與圖7中縱軸平行的線上的組成)。在圖7中，當(dāng)柵極圖案的溫度和Ni原料氣體的供應(yīng)量固定時且如果形成壓力升高時，可以形成具有Si量增大的組成/結(jié)晶相的硅化物層，也就是，結(jié)晶相從Ni3Si結(jié)晶相依次變成NiSi結(jié)晶相和NiSi3結(jié) 晶相(與圖7中橫軸平行的線上的組成)。
如圖5 7中所示，通過優(yōu)化柵極圖案的溫度、形成壓力以及原料氣體的供應(yīng)量，可以制造分別具有均勻NiSi2、 NiSi和Ni3Si結(jié)晶相的柵極來作為N型MOSFET和P型MOSFET的柵極。因此，通過調(diào)節(jié) 這些制造條件(柵極圖案的溫度、形成壓力以及原料氣體的供應(yīng)量)可以制造各種MOSFET的柵極為具有期望組成的硅化物層的半導(dǎo)體裝置。這是因為，吸附到多晶Si表面上的Ni的量與柵極圖案的溫度、形成壓力和原料氣體的供應(yīng)量有關(guān)。
(在柵極膜厚度方向上的組成的控制)
此外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法，在第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個硅化工序進行期間，通過改變硅化物層的形成條件可以由組成和性能不同的多種硅化物層來形成柵極。把在硅化工序中間的硅化物層形成條件變化的方面描述如下。
(1)如圖8A中所示，通過如下操作也可形成柵極在第一形成條件下形成第一硅化物層，然后當(dāng)?shù)谝还杌飳舆_(dá)到預(yù)定膜厚度時在第二形成條件下于第一硅化物層頂部形成第二硅化物層。此時，在第二
43形成條件中至少原料氣體(含能夠用于形成硅化物層的金屬的原料氣體) 的供應(yīng)量大于第一形成條件中原料氣體的供應(yīng)量的條件下，形成硅化物層。就這種安排而言，如圖8B中所示，可以改變在柵極膜厚度方向上的硅化物層中所包含的金屬元素的量(在膜厚度方向上(在柵極的法線方向上)向柵絕緣膜側(cè)降低金屬含量)。
(2) 如圖9A中所示，還可以通過如下操作形成柵極在第一形成條件下形成第一硅化物層，然后當(dāng)?shù)谝还杌飳舆_(dá)到預(yù)定膜厚度時在第二形成條件下于第一硅化物層頂部形成第二硅化物層。此時，在第
二形成條件中至少柵極圖案的溫度低于第一形成條件中柵極圖案的溫
度的條件下，形成硅化物層。就這種安排而言，如圖9(b)中所示，可以
改變在柵極膜厚度方向上的硅化物層中所包含的金屬元素的量(在膜厚度方向上(在柵極的法線方向上)向柵絕緣膜側(cè)降低金屬含量)。
(3) 如圖10A中所示，還可以通過如下操作形成柵極在第一形
成條件下形成第一硅化物層，然后當(dāng)?shù)谝还杌飳舆_(dá)到預(yù)定膜厚度時在第二形成條件下于第一硅化物層頂部形成第二硅化物層。此時，在第二形成條件中至少形成壓力低于第一形成條件中形成壓力的條件
下，形成硅化物層。就這種安排而言，如圖10(b)中所示，可以改變在
柵極膜厚度方向上的硅化物層中所包含的金屬元素的量(在膜厚度方向上(在柵極的法線方向上)向柵絕緣膜側(cè)降低金屬含量)。
如上所述，通過連續(xù)改變硅化物層的形成條件，可以形成在柵極膜厚度方向上具有組成/結(jié)晶相不同的第一硅化物層和第二硅化物層的
結(jié)構(gòu)。考慮到對蝕刻工序的工序耐性等，優(yōu)選在第二形成條件下形成的第二硅化物層中的金屬元素含量大于在第一形成條件下形成的第一硅化物層中的金屬元素含量。
例如，能夠從圖5、圖6、圖7中所示的最佳條件中選擇并實施第一硅化物層形成條件和第二硅化物層形成條件的原料氣體供應(yīng)量、柵極圖案的溫度和形成壓力。
如上述(1) (3)中(圖8 10)中分成兩階段的硅化可以在第一硅化工序和第二硅化工序兩者中進行，或者可以在任何一個工序中進行。此外，當(dāng)在第一硅化工序和第二硅化工序兩者中進行分成兩階段的硅化時，可以進行硅化使得第一柵極和第二柵極的組成/膜厚度分布相同或者使得它們不同。
(原料氣體)
考慮到電阻值和功函，優(yōu)選包含在原料氣體中的第一金屬為選自
Ni、 Pt、 Co、 W和Ru中的至少一種金屬。如果原料氣體中包含C，則 C會吸附到柵極圖案的表面上并且硅化反應(yīng)受到抑制。因此，優(yōu)選原料氣體中不含C。
此外，優(yōu)選原料氣體包含選自Ni(PF3)4、 Ni(BF2)4、 Pt(PF3)4、 Pt(BF2)4、 Co(PF3)6、 Co(BF2)6、 W(PF3)6、 W(BF2)6、 Ru(PF3)s和Ru(BF2)5
中的至少一種氣體。
(柵極的硅化條件)
當(dāng)把Ni(PF3)4或Ni(BF2)4用作原料氣體時，柵極硅化條件(柵極圖案的溫度、形成壓力、原料氣體的供應(yīng)量)和待形成的硅化物的組成之間的關(guān)系顯示如下。當(dāng)原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4時，通過改變硅化條件可以形成具有NiSi2結(jié)晶相、NiSi結(jié)晶相和Ni3Si結(jié)晶相中任何一種結(jié)晶相的硅化物層。
(1)當(dāng)原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4時，如圖5、圖6和圖7中所示，為了形成具有NiSi2結(jié)晶相的硅化物層，優(yōu)選柵極圖案的溫度為不低于15(TC且不高于600°C。另一方面，在柵極圖案的溫度低于250 t:的區(qū)域中，因為在柵極圖案表面上的原料氣體的熱分解反應(yīng)受到抑制，所以可能存在硅化物層的形成速率降低的情況。此外，在柵極圖案的溫度超過40(TC的區(qū)域中，因為從柵極圖案頂部脫附的金屬成分的數(shù)量增加，所以存在硅化物層的形成速率降低的情況。因此，優(yōu)選柵
極圖案的溫度不低于25(TC且不高于400°C 。
此外，為了抑制原料氣體的氣相分解成分，優(yōu)選形成壓力為100 托以下，而且為了使得原料氣體僅在柵極圖案表面上分解和由原料氣體供應(yīng)量對硅化物結(jié)晶相的可控性共存，更優(yōu)選形成壓力為不低于 1X1(^托且不超過IO托。特別地，在本發(fā)明中，通過設(shè)定這類形成條件，在30(TC以下的溫度下形成NiSi2結(jié)晶相，所述溫度遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)中的溫度，由此表明，本發(fā)明適于降低硅化物的形成溫度。
(2) 當(dāng)原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4時，如圖5、圖6和圖7中所示，為了形成具有NiSi組成/結(jié)晶相的硅化物層，優(yōu)選柵極圖案的溫度為不低于25(TC且不高于60(TC。另一方面，在柵極圖案的溫度超過 40(TC的區(qū)域中，因為從柵極圖案脫附的Ni成分的數(shù)量增加，所以可能存在硅化物層的形成速率降低的情況。因此，更優(yōu)選柵極圖案的溫度不低于250'C且不高于400°C。
此外，為了抑制原料氣體的氣相分解成分，優(yōu)選形成壓力為80托以下，而且為了使得原料氣體僅在柵極圖案表面上分解和由原料氣體供應(yīng)量對硅化物結(jié)晶相的可控性共存，更優(yōu)選形成壓力為不低于 1X1()4托且不超過10托。
(3) 當(dāng)原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4時，如圖5、圖6和圖7中所示，為了形成具有Ni3Si結(jié)晶相的硅化物層，優(yōu)選柵極圖案的溫度為不低于25(TC且不高于50(TC。另一方面，在柵極圖案的溫度超過400 "C的區(qū)域中，因為從柵極圖案脫附的Ni成分的數(shù)量增加，所以可能存在硅化物層的形成速率降低的情況。因此，更優(yōu)選柵極圖案的溫度不低于25(TC且不高于4t)(TC。此外，為了抑制原料氣體的氣相分解成分，優(yōu)選形成壓力為10托以下，而且為了使得原料氣體僅在柵極圖案表面上分解和由原料氣體供應(yīng)量對硅化物結(jié)晶相的可控性共存，更優(yōu)選形成壓力為不低于
1X10"托且不超過5托。
(4) 當(dāng)原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4時，可以在第一形成條件下形成具有NiSi2結(jié)晶相的第一硅化物層并在第二形成條件下形成具有 NiSi和Ni3Si結(jié)晶相中的至少一種結(jié)晶相的第二硅化物層。通過形成具有這種組成的柵極，能夠形成耐蝕刻性優(yōu)異的柵極。
(5) 當(dāng)原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4時，在形成具有NiSi結(jié)晶相的硅化物層作為一種柵極之后，可以形成具有NiSi和Ni3Si結(jié)晶相中的至少一種結(jié)晶相的硅化物以作為另一種柵極。通過形成具有這種組成的柵極，可以有效控制具有這些柵極的MOSFET的Vth。
(6) 當(dāng)原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4時，可以形成具有NiSb結(jié) 晶相的第一硅化物層作為一種柵極，然后在其上形成具有NiSi結(jié)晶相的第二硅化物層。此外，可以形成具有Ni3Si結(jié)晶相的硅化物層作為另一種柵極。通過形成具有這種組成的柵極，可以形成耐蝕刻性優(yōu)異的柵極，同時有效控制具有這些柵極的MOSFET的Vth。
(半導(dǎo)體裝置的制造裝置)
圖1中顯示了用于本發(fā)明實施方案中制造裝置的例子的構(gòu)造。在該裝置中，首先，借助于質(zhì)量流量控制器102，通過原料氣體源101把含能夠用于形成硅化物層的第一金屬的原料氣體的流量(供應(yīng)量)調(diào)節(jié) 為預(yù)定流量，并且借助于閥門103、氣體引入進口 108和噴淋頭110向真空容器111內(nèi)供應(yīng)原料氣體。
借助于質(zhì)量流量控制器105，通過載氣源104把載氣的流量調(diào)節(jié) 為預(yù)定流量，并且通過閥門106、氣體引入進口 108和噴淋頭110向真
47空容器111內(nèi)供應(yīng)載氣。
可以單獨或與載氣一起向真空容器111內(nèi)供應(yīng)原料氣體。此外，當(dāng)不向真空容器111內(nèi)供應(yīng)原料氣體時，可以使用載氣作為置換氣體。作為載氣，優(yōu)選使用不與原料氣體反應(yīng)的惰性氣體并優(yōu)選包含至少一
種選自N2、 Ar和He中的氣體。
在這種裝置中，通過恒溫室107把載氣源104、質(zhì)量流量控制器 105和閥門106控制為與金屬原料氣體的溫度相同的溫度，使得它們在與原料氣體接觸時不影響原料氣體的溫度。
優(yōu)選受控恒溫室107的溫度為不低于0'C且不高于150°C。通過加熱器109和加熱器120，將原料引入進口 108、噴淋頭110和真空容器 111控制為高于或等于原料氣體具有足夠蒸氣壓的溫度且低于或等于原料氣體分解的溫度的溫度。優(yōu)選該溫度不低于O'C且不高于150°C。
在真空容器lll內(nèi)，提供襯底(除去了層間絕緣膜且第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案露出的結(jié)構(gòu)，例如圖13(b)中的結(jié)構(gòu)等)113并借助于感受器114通過加熱器116將其加熱至預(yù)定溫度 (原料氣體在襯底表面上熱分解的溫度)。利用傳導(dǎo)閥118的開度來控制真空容器111內(nèi)的壓力。
在半導(dǎo)體裝置的制造裝置中，把恒溫室107，質(zhì)量流量控制器102 和105，加熱器109、 112和116，以及傳導(dǎo)閥118分別連接到控制部件121,并在金屬層不淀積到襯底上的露出柵極圖案上的條件下由控制部分進行控制。
更具體地，設(shè)計所述控制部件來提前輸入金屬層不在柵極圖案上淀積的條件以作為上述各部件的特征值，并向各部件發(fā)出指令，使得在操作上述裝置期間，當(dāng)各部件的特征值偏離提前輸入的值時恢復(fù)到提前輸入的特征值。由于控制部件的指令，所以把各部件的特征值保持為預(yù)定的特征值。
此外，在操作所述裝置期間，各部件的特征值能夠改動兩次或多次。在這種情況下，控制部件通過提前輸入向各部件發(fā)出指令以改變在形成硅化物層時的形成條件，使得在操作所述裝置期間，控制部件改變了硅化物層的形成條件。然后，通過在操作期間改變硅化物層的形成條件，可以形成具有多種組成和不同特性的硅化物層。
實施例
實施例1
圖11 圖15為顯示本實施例中半導(dǎo)體裝置制造方法的截面圖。
首先，制備具有N型區(qū)域(N型有源區(qū)域；N阱)251和P型區(qū)域(P型有源區(qū)域；P阱)252的硅襯底201。其次，使用STI(淺溝槽隔離)技術(shù)在所述硅襯底201的表面區(qū)域上形成元件隔離區(qū)域202，使得N型區(qū)域 251和P型區(qū)域252絕緣并隔離(元件隔離)。隨后，在其上元件已經(jīng)隔離的硅襯底201的表面上形成1.9 nm厚度的氧化硅膜203a(柵絕緣膜) 和1.5 nm厚度的HfSiON膜203b(柵絕緣膜)。通過硅的熱氧化形成所述氧化硅膜203a。使用CVD法，然后通過在NH3氣氛中于900°C下用氮氣退火10分鐘，來制造所述HfSiON膜203b。
接下來，在如上所述(圖IIA)形成的柵絕緣膜上形成由60 nm膜厚度的多晶Si膜(多晶硅膜)204和150 nm膜厚度的氧化硅膜205組成的層壓膜。通過把光刻技術(shù)和RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)技術(shù)用于如圖ll(b) 中所示的層壓膜，分別在P型區(qū)域252上提供第一柵極圖案212和掩模205，在N型區(qū)域251上提供第二柵極圖案213和掩模205(第一形成工序)。
隨后，在P型區(qū)域252上提供了掩模(未示出)，使用該掩模和掩模 205作為掩模植入離子，在N型區(qū)域251中以自對準(zhǔn)的方式形成延伸擴散層區(qū)域206。然后，在除去在P型區(qū)域252上提供的掩模之后，在 N型區(qū)域251上提供掩模(未示出)，使用該掩模和掩模205作為掩模植入離子，并在P型區(qū)域252中以自對準(zhǔn)的方式形成延伸擴散層區(qū)域206。
此外，先后淀積氮化硅膜和氧化硅膜，然后，通過進行深蝕刻，在柵絕緣膜203a和203b、第二柵極圖案213和掩模205的兩個側(cè)面上，以及在絕緣膜203a和203b、第一柵極圖案212和掩模205的兩個側(cè)面上分別形成柵極側(cè)壁207。接下來，在P型區(qū)域252上提供掩模(未示出)，并且使用該掩模、掩模205和柵極側(cè)壁207作為掩模來植入離子。
然后，在把在P型區(qū)域252上提供的掩模除去之后，在N型區(qū)域 251上提供掩模(未示出)，并使用該掩模、掩模205和柵極側(cè)壁207作為掩模來植入離子。其后，通過活化退火，分別在N型區(qū)域251和P 型區(qū)域252中形成源極/漏極區(qū)208(圖11C:第二形成工序)。
接下來，如圖12A中所示，在整個表面上淀積20nm膜厚度的Ni 金屬膜210，并使用柵極、柵極側(cè)壁和STI作為掩模，通過自對準(zhǔn)硅化物技術(shù)僅在源極/漏極區(qū)208上形成40 nm膜厚度的Ni硅化物層209。其后，如圖12(b)中所示，除去未反應(yīng)的金屬膜210。
此外，如圖12C中所示，通過CVD法來形成氧化硅膜的層間絕緣膜211 。然后，通過CMP(化學(xué)機械研磨)法并進一步通過進行深蝕刻，使得層間絕緣膜211變平，除去層間絕緣膜211和掩模205，由此使得第二柵極圖案213和第一柵極圖案212露出(圖13A)。
接下來，在通過反應(yīng)性濺射法來淀積20 nm厚度的TiN以覆蓋露出的第二柵極圖案213之后，通過使用光刻技術(shù)和RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)技術(shù)來除去在第一柵極圖案212上淀積的TiN，由此提供第二掩模 214以保持在第二柵極圖案213上(圖13(b))。接下來，在圖1中的制造裝置中設(shè)定圖13(b)中的結(jié)構(gòu)。然后，以
2 sccm向制造裝置的反應(yīng)容器中供應(yīng)含Ni(第一金屬)的Ni(PF3)4，并且作為載氣，以100 sccm供應(yīng)N2 45分鐘。然后，把用于硅化的反應(yīng)容器中原料氣體和載氣的總氣體壓力控制為2.5托。在這種狀況下，把構(gòu) 成第一柵極圖案212的多晶硅加熱至原料氣體熱分解的30(TC的溫度下。
然后，使第一金屬和多晶硅彼此反應(yīng)，由此把第一柵極圖案212 轉(zhuǎn)變成由NiSi2(硅化物(A))構(gòu)成的第一柵極215(第一硅化工序；圖 14A)。此時，未證實在第一柵極圖案212上淀積了 Ni膜。其后，通過使用硫酸過氧化氫溶液的濕法蝕刻除去在除了第二掩模214和第一柵極215以外的部分上淀積的未反應(yīng)金屬層216(圖14(b))。
接下來，在通過反應(yīng)性濺射法在整個表面上淀積20 nm厚度的TiN 之后，通過使用光刻技術(shù)和RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)技術(shù)來除去在第二柵極圖案213上淀積的TiN而形成第一掩模217以保持在第一柵極215 上(圖14C)。
然后，以80 sccm供應(yīng)含Ni(第一金屬)的Ni(PF3)4，并且作為載氣，以100 sccm供應(yīng)N2 20分鐘。然后，把用于硅化的反應(yīng)容器中原料氣體和載氣的總氣體壓力控制為2.5托。在這種狀況下，把構(gòu)成第二柵極圖案213的多晶硅加熱至原料氣體熱分解的30(TC的溫度。
然后，使第一金屬和多晶硅彼此反應(yīng)，由此把第二柵極圖案213 轉(zhuǎn)變成由Ni3Si(硅化物(B))構(gòu)成的第二柵極218(第二硅化工序；圖 15A)。此時，未證實在第二柵極圖案213上淀積了Ni膜。其后，除去在除了第一掩模217和第二柵極218以外的部分上淀積的未反應(yīng)金屬層219(圖15(b))。
作為以此方式制造的半導(dǎo)體裝置的CV特性的評價結(jié)果，已經(jīng)證實，反轉(zhuǎn)容量(reversed capacitance)禾口累禾只容量(cumulative capacitance) 相等，且通過應(yīng)用金屬柵極，能夠抑制柵極的耗盡層。還已經(jīng)證實，制造的半導(dǎo)體裝置的有效功函，對于N型MOSFET而言為4.4 eV且對于P型MOSFET而言為4.8 eV，并且可以在0.4 eV處對有效功函進行調(diào)整。此外，作為制造的半導(dǎo)體裝置泄漏特性(leak characteristic)的評價結(jié)果，在任何MOSFET中未發(fā)現(xiàn)源極/漏極區(qū)中結(jié)漏(junction leak)的劣化。這表明，通過本發(fā)明的制造方法，在硅化時為了形成柵極將溫度加熱至300'C下，未改變在源極/漏極區(qū)上形成的硅化物層的電阻或組成/結(jié)晶相。實施例2除了把第一硅化工序和第二硅化工序中的形成條件設(shè)置如下以外，以與實施例1中相同的方式制造了半導(dǎo)體裝置。第一硅化工序第一柵極圖案的加熱溫度450°C 真空容器中的壓力2.5托原料氣體的供應(yīng)量80sccm 反應(yīng)時間45分鐘第二硅化工序第二柵極圖案的加熱溫度300°C真空容器中的壓力2.5托原料氣體的供應(yīng)量80 sccm反應(yīng)時間20分鐘上述的第一柵極圖案和第二柵極圖案的加熱溫度為原料氣體Ni(PF3)4熱分解的溫度。在第一硅化工序和第二硅化工序時，未證實在第一柵極圖案和第二柵極圖案上淀積了 Ni膜。以此方式，能夠得到包含作為用于N型MOSFET的第一柵極的 NiSi2(硅化物(A))的組成/結(jié)晶相以及作為用于P型MOSFET的第二柵極的Ni3Si(硅化物(B))的組成/結(jié)晶相的互補MOSFET。作為以此方式制造的半導(dǎo)體裝置的CV特性的評價結(jié)果，已經(jīng)證實，反轉(zhuǎn)容量和累積容量相等，且通過應(yīng)用金屬柵極，能夠抑制柵極的耗盡層。還己經(jīng)證實，制造的半導(dǎo)體裝置的有效功函，對于N型 MOSFET而言為4.4 eV且對于P型MOSFET而言為4.8 eV，并且可以在0.4 eV處對有效功函進行調(diào)整。此外，作為制造的半導(dǎo)體裝置泄漏特性的評價結(jié)果，在任何 MOSFET中未發(fā)現(xiàn)源極/漏極區(qū)中結(jié)漏的劣化。這表明，通過本發(fā)明的制造方法，在硅化時為了形成柵極將溫度加熱至的30(TC和450'C下，未改變在源極/漏極區(qū)上形成的硅化物層的電阻或組成/結(jié)晶相。實施例3除了把第一硅化工序和第二硅化工序中的形成條件設(shè)置如下以外，以與實施例1中相同的方式制造了半導(dǎo)體裝置。第一硅化工序第一柵極圖案的加熱溫度36(TC 真空容器中的壓力2.5托原料氣體的供應(yīng)量20sccm 反應(yīng)時間45分鐘第二硅化工序第二柵極圖案的加熱溫度36(TC真空容器中的壓力0.01托原料氣體的供應(yīng)量20sccm反應(yīng)時間20分鐘上述的第一柵極圖案和第二柵極圖案的加熱溫度為原料氣體 Ni(PF3)4熱分解的溫度。在第一硅化工序和第二硅化工序時，未證實在第一柵極圖案和第二柵極圖案上淀積了 Ni膜。以此方式，能夠得到包含作為用于N型MOSFET的第一柵極的 NiSi2(硅化物(A))的組成/結(jié)晶相以及作為用于P型MOSFET的第二柵極的Ni3Si(硅化物(B))的組成/結(jié)晶相的互補MOSFET。作為以此方式制造的半導(dǎo)體裝置的CV特性的評價結(jié)果，已經(jīng)證實，反轉(zhuǎn)容量和累積容量相等，且通過應(yīng)用金屬柵極，能夠抑制柵極的耗盡層。還已經(jīng)證實，制造的半導(dǎo)體裝置的有效功函，對于N型 MOSFET而言為4.4 eV且對于P型MOSFET而言為4.8 eV，可以在 0.4 eV處對有效功函進行調(diào)整。此外，作為制造的半導(dǎo)體裝置泄漏特性的評價結(jié)果，在任何 MOSFET中未發(fā)現(xiàn)源極/漏極區(qū)中結(jié)漏的劣化。這表明，通過本發(fā)明的制造方法，在硅化時為了形成柵極將溫度加熱至36(TC下，未改變在源極/漏極區(qū)上形成的硅化物層的電阻或組成/結(jié)晶相。實施例4圖16 圖18為顯示本發(fā)明中半導(dǎo)體裝置制造方法的截面圖。首先，如圖11 13中的實施例1中，在硅襯底上形成柵絕緣膜203a和 203b、第一柵極圖案212、第二柵極圖案213以及柵極側(cè)壁207，并在硅襯底中形成延伸擴散層區(qū)域206和源極/漏極區(qū)208，然后，使得第一柵極圖案和第二柵極圖案212、 213露出。圖16A顯示了第一柵極圖案212和第二柵極圖案213露出的狀況。作為第一柵極圖案和第二柵極圖案212、 213，形成60nm膜厚度的未摻雜多晶硅。接下來，在通過反應(yīng)性濺射法在整個表面上淀積20 nm膜厚度的TiN作為擴散阻止層214。其后，通過使用光刻技術(shù)和RIE技術(shù)而除去在第一柵極圖案212上提供的擴散阻止層214使得第一柵極圖案212 露出。圖16(b)顯示了通過由此除去第一柵極圖案212上的擴散阻止層 214而在第二柵極圖案213上提供第二掩模214的狀況。接下來，為了通過使第一柵極圖案212硅化(第一硅化工序)而形成第一柵極，把圖16(b)中的結(jié)構(gòu)引入到圖1中所示的制造裝置中。此處，第一硅化在兩個階段中進行。也就是，作為第一形成條件，把第一柵極圖案212加熱至作為原料氣體熱分解溫度的30(TC，真空容器中的壓力設(shè)定為2.5托，Ni(PF3)4(原料氣體)的供應(yīng)量設(shè)定為2 sccm，并且作為載氣，以100sccm(供應(yīng)量)引入N2 45分鐘，由此形成第一硅化物層 215a。其后，作為第二形成條件，僅把原料氣體的供應(yīng)量變?yōu)?0sccm 且引入200秒，由此形成第二硅化物層215b(圖17A;第一硅化工序)。其后，通過使用硫酸過氧化氫溶液的濕法蝕刻來除去淀積在除了第二掩模214和第一柵極以外的部分上的未反應(yīng)金屬層216(圖17(b))。接下來，在通過反應(yīng)性濺射法在整個表面上淀積20 nm膜厚度的TiN 膜作為擴散阻止層之后，使用光刻技術(shù)和RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)技術(shù)來除去淀積在第二柵極圖案213上TiN膜。由此，在第一柵極上形成第一掩模217(圖17C)。其后，把圖17C中所示的結(jié)構(gòu)引入到制造裝置中，并把第二柵極圖案213加熱至作為原料氣體熱分解溫度的30(TC，把真空容器中的壓力設(shè)定為2.5托，把Ni(PFs)4(原料氣體)的供應(yīng)量設(shè)定為80sccm，并且作為載氣，以100 sccm引入N2 20分鐘，由此形成硅化物層218的第二柵極(第二硅化工序；圖18A)。在第一硅化工序和第二硅化工序時，證實在第一柵極圖案和第二柵極圖案上未淀積了 Ni膜。其后，通過使用硫酸過氧化氫溶液的濕法蝕刻，除去淀積在除了第一掩模217和第二柵極218以外的部分上的未反應(yīng)金屬層219(圖18(b))。然后，在通過使用HF水溶液的濕法蝕刻除去層間絕緣膜211之后，形成氮化硅膜200以覆蓋整個半導(dǎo)體裝置。
因此，能夠得到具有層壓結(jié)構(gòu)的柵極，其中第一柵極具有作為第一硅化物層的NiSi2結(jié)晶相215a(硅化物(A))和作為第一硅化物層上的第二硅化物層的NiSi結(jié)晶相215b(硅化物(A))。另外，能夠形成具有Ni3Si結(jié)晶相的第二電極218(硅化物(B))。然后，能夠制造含如上所述的第一柵極和第二柵極的互補MOSFET(CMOSFET)。通過SEM對橫截面的觀察結(jié)果已經(jīng)證實，HF水溶液未蝕刻第一柵極。
如上所述，已經(jīng)證明，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法具有的優(yōu)點在于，能夠連續(xù)形成具有對HF水溶液蝕刻的耐性并具有在NiSi2結(jié)晶相上的NiSi結(jié)晶相的層壓結(jié)構(gòu)。
實施例5
圖19 圖22為顯示本實施例中MOSFET制造方法的截面圖。首先，制備具有N型區(qū)域(N型有源區(qū)域；N阱)351和P型區(qū)域(P型有源區(qū)域；P阱)352的硅襯底301。其次，使用STI技術(shù)在所述硅襯底301中形成元件隔離區(qū)域302，使得N型區(qū)域351和P型區(qū)域352絕緣并
隔離。隨后，在元件已經(jīng)隔離的硅表面上形成柵絕緣膜303。作為柵絕緣膜，使用3nm膜厚度的氧氮化硅膜。
接下來，在如上所述形成的柵絕緣膜上形成80 nm膜厚度的多晶Si膜304(圖19A)。通過組合使用用于多晶Si的抗蝕劑的普通PR工序和離子植入，分別在N型MOSFET區(qū)域中的多晶Si區(qū)域304a和P型MOSFET區(qū)域中的多晶Si區(qū)域304b中植入不同種類的離子雜質(zhì)。
也就是，在N型區(qū)域351上的多晶Si 304上提供掩模(未示出)，并通過向P型區(qū)域352上的多晶Si 304植入As而得到含雜質(zhì)元素的多晶Si 304a(圖19(b))。然后，在除去在N型區(qū)域351上的多晶Si 304上提供的掩模之后，在P型區(qū)域上提供了掩模(未示出)并通過把B植入到
N型區(qū)域351上的多晶Si 304中而得到含雜質(zhì)元素的多晶Si 304b。各種植入能量和劑量，對于植入As而言，設(shè)定為5 KeV和lX1015cm—2 5X1015cm'2，對于植入B而言，設(shè)定為2KeV和1 X 1015 cm-2 6 X 1015cm. 0
其后，如圖19C中所示，形成由150 nm膜厚度的氧化硅膜305構(gòu)成的層壓膜。使用光刻技術(shù)和RIE技術(shù)加工所述層壓膜，以在P型區(qū)域352上形成突起狀的柵絕緣膜303、第一柵極圖案304a和掩模305;以及在N型區(qū)域351上形成突起狀的柵絕緣膜303、第二柵極圖案304b和掩模305。隨后，向N型區(qū)域351和P型區(qū)域352中植入離子，并在N型區(qū)域351和P型區(qū)域352中以自對準(zhǔn)的方式形成延伸擴散區(qū)域306(圖20A)。
此外，先后淀積氮化硅膜和氧化硅膜，然后，通過進行深蝕刻，分別在突起狀的柵絕緣膜303、第一柵極圖案304a和掩模305的兩側(cè)上，以及在突起狀的絕緣膜303、第二柵極圖案304b和掩模305的兩側(cè)上形成柵極側(cè)壁307。以此狀況，分別向N型區(qū)域351和P型區(qū)域352再次植入離子，由此通過活化退火而形成源極/漏極擴散層308(圖20(b》。
接下來，通過濺射法在整個表面上淀積20 nm膜厚度的金屬膜309，并通過自對準(zhǔn)硅化物技術(shù)，使用柵極、柵極側(cè)壁膜和STI作為掩膜，僅在源極/漏極擴散層308上形成約40 nm膜厚度的硅化物層310(圖20C)。形成硅化物層使其成為具有能夠使接觸電阻最小的NiSi結(jié)晶相的層(圖21A)。
此外，如圖21(b)中所示，通過CVD法形成由氧化硅膜構(gòu)成的層間絕緣膜311。如圖21C中所示，通過CMP技術(shù)使層間絕緣膜31變平，并進一步進行深蝕刻，使得第一柵極圖案304a和第二柵極圖案304b露出。
其后，把該結(jié)構(gòu)引入到圖1中所示的制造裝置中，并把第一柵極
圖案和第二柵極圖案304a、 304b同時加熱至作為原料氣體熱分解溫度的30(TC，真空容器中的壓力設(shè)定為2.5托，Ni(PF3)4(原料氣體)的供應(yīng)量設(shè)定為2sccm，并且作為載氣，以100 sccm引入N2 45分鐘，由此形成具有NiSi2(硅化物(A)、 (B))的組成/結(jié)晶相的硅化物層(第一硅化工序和第二硅化工序)。在第一硅化工序和第二硅化工序時，未證實在第一柵極圖案和第二柵極圖案上淀積Ni膜。其后，通過使用硫酸過氧化氫溶液的濕法蝕刻來除去用于硅化中的未反應(yīng)的過多Ni膜。
通過上述工序，形成如圖22中所示的互補MOSFET，其中第一柵極和第二柵極具有相同的硅化物組成，然而，不同的添加元素在柵極和柵絕緣膜之間的界面處偏析。由此制造的半導(dǎo)體裝置的有效功函，對于N型MOSFET而言為4.0 eV，對于P型MOSFET而言為5.2 eV。
根據(jù)半導(dǎo)體裝置泄漏特性的評價，在任何MOSFET中未發(fā)現(xiàn)源極/漏極區(qū)中結(jié)漏的劣化。這表明通過本發(fā)明的制造方法，在硅化時為了形成柵極將溫度加熱至30(TC下，未改變在源極/漏極區(qū)上形成的硅化物層的電阻或組成/結(jié)晶相。
如上所述，已經(jīng)證明，通過使用根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法，能夠減少常規(guī)上所必需的退火處理工序且能夠在不影響源極/漏極區(qū)上的NiSi層的電阻和結(jié)晶相的低溫下形成具有NiSi2結(jié)晶相的硅化物層，這在常規(guī)上是困難的。
圖23顯示了本實施例中構(gòu)成柵極的硅化物層的膜厚度、多晶硅摻雜離子種類和柵極長度之間的關(guān)系。作為比較例，把通過濺射法形成Ni金屬膜并進行退火處理，由此形成構(gòu)成柵極的硅化物層的情況的結(jié)果顯示在圖23中。由圖23能夠證實，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，隨著柵極長度變窄，硅化物層的膜厚度增加。這是因為不僅多晶硅與多晶硅上的Ni金屬膜反應(yīng)，而且Ni還由層間絕緣膜上的Ni金屬膜供應(yīng)且通過其反
應(yīng)形成硅化物層，如圖4中所示。
與此相比，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法中，能夠證實，不考慮柵極長度和摻雜離子種類，硅化物層的膜厚度基本上相同。能夠認(rèn)為造成這種情況的原因為，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法中，僅通過原料氣體的熱分解來形成硅化物層而沒有在多晶硅上淀積
Ni金屬膜(未進行退火工序)。
圖24顯示了本實施例中構(gòu)成柵極的硅化物層的膜厚度與柵極中摻雜離子的劑量之間的關(guān)系。此外，圖24中顯示了通過濺射法形成Ni金屬膜，然后進行退火處理，由此形成硅化物層的情況，作為比較例。由圖24能夠證實，在現(xiàn)有技術(shù)中，隨著摻雜離子劑量增加，硅化物層的膜厚度降低。
與此相比，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法中能夠證實，不考慮摻雜離子的劑量，硅化物層的膜厚度基本上相同。能夠認(rèn)為造成這種情況的原因為，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法中，僅通過原料氣體的熱分解反應(yīng)來形成硅化物層，而沒有在多晶硅上淀積Ni金屬膜，且在通過控制原料氣體以限制供應(yīng)速率的狀態(tài)下形成硅化物層，而在現(xiàn)有技術(shù)中則通過固相反應(yīng)來形成硅化物層。
由這些結(jié)果，就根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法而言，不考慮柵極中雜質(zhì)的種類、雜質(zhì)的量以及露出區(qū)域的大小，可以使形成速率和組成/結(jié)晶相固定。
實施例6
圖25為顯示了根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的截面圖。首先，如第五實施例中，露出了用于柵極的多晶Si膜304的上表面(與圖21C中的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu))。接下來，把第一柵極圖案和第二柵極圖案
304a、 304b引入到圖1中所示的制造裝置中，并在兩階段中同時進行第一硅化工序和第二硅化工序。此處，作為第一條件，把柵極圖案加熱至作為原料氣體熱分解溫度的30(TC，形成壓力設(shè)定為2.5托，Ni(PF3)4(原料氣體)的供應(yīng)量設(shè)定為2 sccm,并且作為載氣，以100 sccm引入N2 45分鐘，由此分別在P型區(qū)域和N型區(qū)域上形成第一硅化物層316和318。其后，作為第二形成條件，僅把原料氣體的供應(yīng)量變?yōu)?0sccm，且向反應(yīng)容器中引入原料氣體200秒，由此分別在第一硅化物層316和318上形成第二硅化物層317和319(圖25A)。在第一硅化工序和第二硅化工序時，未證實在第一柵極圖案和第二柵極圖案上淀積了 Ni膜。
其后，通過使用硫酸過氧化氫溶液的濕法蝕刻，除去未進行硅化反應(yīng)的過多的Ni膜。然后，通過使用HF水溶液的濕法蝕刻來除去層間絕緣膜311并形成氮化硅膜320以覆蓋柵極圖案(圖25(b))。
因此，能夠得到具有層壓結(jié)構(gòu)硅化物層，其中第一柵極和第二柵極包括作為第一硅化物層的NiSi2結(jié)晶相和作為在第一硅化物層上的第二硅化物層的NiSi結(jié)晶相。另外，由SEM對橫截面進行觀察的結(jié)果證實，第一柵極和第二柵極未被HF水溶液蝕刻。
如上所述，已經(jīng)證明，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法能夠連續(xù)形成具有對HF水溶液蝕刻的耐性的NiSi2結(jié)晶相和NiSi結(jié)晶相的層壓結(jié)構(gòu)。
實施例7
圖26 圖28為顯示本實施例中半導(dǎo)體裝置制造方法的截面圖。首先，如實施例1中的圖11 圖13A，形成圖26A中的結(jié)構(gòu)。此處，作為第一柵極圖案和第二柵極圖案212和213，形成具有60 nm膜厚度的未摻雜多晶硅。接下來，通過CVD法在整個表面上淀積了 150nm膜厚度的氧化硅膜501。其后，使用光刻技術(shù)和RIE技術(shù)除去在第二柵極圖案213 上提供的氧化硅膜501，然后，蝕刻第二柵極圖案213使得膜厚度為 30nm(圖26(b))。接下來，除去第一柵極圖案212上的氧化硅膜501 ，由此使得第一柵極圖案和第二柵極圖案露出(圖27A)。
接下來，把該結(jié)構(gòu)引入到圖1中所示的制造裝置中并在兩階段中同時進行第一硅化工序和第二硅化工序。此處，作為第一條件，把第一柵極圖案和第二柵極圖案212和213加熱至作為原料氣體熱分解溫度的30(TC，形成壓力設(shè)定為2.5托，Ni(PF3)4(原料氣體)的供應(yīng)量設(shè)定為2sccm，并且作為載氣，以100sccm(供應(yīng)量)引入N2 45分鐘，由此形成第一硅化物層502和504。其后，作為第二形成條件，僅把原料氣體的供應(yīng)量變?yōu)?0sccm，且引入原料氣體200秒，由此在第一硅化物層502上形成第二硅化物層503，同時，在N型區(qū)域上單獨形成硅化物層504。
此處，在由于上述硅化條件形成第一硅化物層和第二硅化物層的層壓結(jié)構(gòu)以用于第一柵極圖案212的同時，因為第二柵極圖案213的膜薄，所以當(dāng)形成第一和第二硅化物層時可以形成具有全部單一硅化物組成的硅化物層。而且，構(gòu)成第二柵極的硅化物層的Ni含量可以高于構(gòu)成第一柵極的硅化物層的Ni含量。在第一硅化工序和第二硅化工序時，未證實有Ni膜淀積在第一柵極圖案和第二柵極圖案上。
其后，通過使用硫酸過氧化氫溶液的濕法蝕刻除去淀積在除了第一柵極和第二柵極以外的部分上的未反應(yīng)金屬層505(圖28A)。然后，在通過使用HF水溶液的濕法蝕刻除去層間絕緣膜211之后，形成氮化硅膜220以覆蓋整個半導(dǎo)體裝置(圖28(b))。
因此，能夠得到具有層壓結(jié)構(gòu)的柵極，其中第一柵極具有作為第一硅化物層的NiSi2結(jié)晶相(硅化物(A))和作為第一硅化物層上的第二硅化物層的NiSi3結(jié)晶相(硅化物(A))。另外，能夠形成具有Ni3Si結(jié)晶相(硅化物(B))的第二電極。以如下方式發(fā)生了這種情況在形成第一柵極的第一硅化物層時第二柵極圖案轉(zhuǎn)變成NiSi結(jié)晶相，而且，在形成第一柵極的第二硅化物層時NiSi結(jié)晶相轉(zhuǎn)變成Ni3Si結(jié)晶相(硅化物 (B))。然后，能夠制造包括如上所述的第一柵極和第二柵極的互補 MOSFET(CMOSFET)。由SEM對橫截面觀察的結(jié)果證實，HF水溶液未蝕刻第一柵極。
如上所述，已經(jīng)證明，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法能夠連續(xù)形成具有對HF水溶液蝕刻的耐性的NbSi結(jié)晶相和NiSi結(jié)晶相的層壓結(jié) 構(gòu)，作為柵極。此外，通過改變構(gòu)成第一柵極圖案和第二柵極圖案的多晶Si的膜厚度，而不必明顯增加附加工序的數(shù)量，就可以一次在N 型MOSFET和P型MOSFET中形成不同組成的硅化物層。
參考例1
在本實施例中，使用Ni(BF2)4、 Pt(PF3)4、 Pt(BF2)4、 Co(PF3)6、 Co(BF2)6、 W(PF3)6、 W(BF2)6、 Ru(PF3)5和Ru(BF2)5作為原料氣體制造了半導(dǎo)體裝置。此外，根據(jù)原料氣體的種類，把原料氣體的供應(yīng)量設(shè) 定為2 100 sccm的范圍，第一柵極圖案和第二柵極圖案的加熱溫度設(shè) 定為15(TC 60(TC的范圍，形成壓力設(shè)定為1X1()4托 100托的范圍。
在該參考例中，進行與實施例1中相同的評價，結(jié)果證實，在分別使得Ni、 Pt、 Co、 W、 Ru的金屬層不淀積到露出的多晶硅上的條件下，能夠形成硅化物層的柵極。還證實，能夠形成具有層壓結(jié)構(gòu)的硅化物層的柵極，其中通過優(yōu)化硅化物層的形成分布(profile)使得在上部硅化物層的金屬含量增加。另外，能夠得到其中第一柵極的組成比例與第一柵極的組成比例不同的互補MOSFET。
參考例2在本實施例中，除了在原料氣體中使用含C的CpAllylPt(環(huán)戊二烯基烯丙基-鉑)形成硅化物層的柵極以外，設(shè)定與實施例1中的條件相同的條件。圖29A和圖29(b)顯示了本實施例中形成的硅化物層的由 SEM觀察橫截面的結(jié)果和由XPS得到的組成分析結(jié)果。由圖29能夠發(fā)現(xiàn)，僅在局部加快了硅化物層的形成且在襯底上形成金屬Pt層。還能由XPS的組成分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在金屬Pt層中包含許多C。由這些情況能夠發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成原料氣體的C附著到襯底表面上并阻礙了硅化。因此，能夠發(fā)現(xiàn)優(yōu)選不包含C作為原料氣體的構(gòu)成元素。
本申請是以2006年9月29日提交的日本專利申請2006-268017 為基礎(chǔ)并要求其優(yōu)先權(quán)，其公開整體并入到本文中。
工業(yè)實用性
本發(fā)明是涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法的技術(shù)，更具體地，涉及其中構(gòu)成柵極的其硅化物層是在特殊工序中形成的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
權(quán)利要求
1. 含平面型N型MOSFET和P型MOSFET的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法包括準(zhǔn)備硅襯底的工序在所述襯底上N型區(qū)域和P型區(qū)域借助于元件隔離區(qū)域而絕緣并隔離；第一形成工序在所述P型區(qū)域上形成柵絕緣膜和由突起狀的多晶硅構(gòu)成的第一柵極圖案，以及在所述N型區(qū)域上形成柵絕緣膜和由突起狀的多晶硅構(gòu)成的第二柵極圖案；第二形成工序分別在P型區(qū)域中所述第一柵極圖案的兩側(cè)上和N型區(qū)域中所述第二柵極圖案的兩側(cè)上形成源極/漏極區(qū)；在所述整個表面上淀積層間絕緣膜的工序；除去所述層間絕緣膜以露出所述第一柵極圖案和第二柵極圖案的工序；提供第二掩模以覆蓋在所述N型區(qū)域上提供的所述柵絕緣膜上的區(qū)域的工序；第一硅化工序供應(yīng)含第一金屬的原料氣體，所述第一金屬能夠用于與構(gòu)成所述第一柵極圖案的多晶硅形成硅化物；加熱所述第一柵極圖案至所述原料氣體熱分解的溫度；在第一金屬層不在所述第一柵極圖案上淀積的條件下，使得第一金屬和構(gòu)成所述第一柵極圖案的多晶硅彼此反應(yīng)；由此把所述第一柵極圖案轉(zhuǎn)變成由所述第一金屬的硅化物(A)構(gòu)成的第一柵極；除去淀積在除了所述第二掩模和所述第一柵極以外的部分上的所述第一金屬層的工序；提供第一掩模以覆蓋在所述P型區(qū)域上提供的所述柵絕緣膜上的區(qū)域的工序；第二硅化工序供應(yīng)含第一金屬的原料氣體，所述第一金屬能夠用于與構(gòu)成所述第二柵極圖案的多晶硅形成硅化物；加熱所述第二柵極圖案至所述原料氣體熱分解的溫度；在第一金屬層不在所述第二柵極圖案上淀積的條件下，使得所述第一金屬和構(gòu)成所述第二柵極圖案的多晶硅彼此反應(yīng)；由此把所述第二柵極圖案轉(zhuǎn)變成由所述第一金屬的硅化物(B)構(gòu)成的第二柵極；以及除去淀積在除了所述第一掩模和所述第二柵極以外的部分上的所述第一金屬層的工序。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一形成工序中，形成氧化硅膜或氧氮化硅膜作為柵絕緣膜；形成含至少一種選自N、 P、 As、 Sb和Bi中的雜質(zhì)元素的多晶硅作為第一柵極圖案；及形成含至少一種選自B、 Al、 Ga、 In和Tl中的雜質(zhì)元素的多晶硅作為第二柵極圖案。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中進行所述第一硅化工序和第二硅化工序，使得所述硅化物(A)和所述硅化物(B)具有彼此不同的所述第一金屬對硅的組成比。
4. 如權(quán)利要求l或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序具有第一硅化物層形成工序形成第一硅化物層；和第二硅化物層形成工序通過在原料氣體的供應(yīng)量大于所述第一硅化物層形成工序中的原料氣體的供應(yīng)量的條件下供應(yīng)原料氣體，從而在所述第一硅化物層上形成第二硅化物層，所述第二硅化物層的第一金屬含量高于所述第一硅化物層的第一金屬含量。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序具有第一硅化物層形成工序形成第一硅化物層；和第二硅化物層形成工序通過降低所述原料氣體熱分解的溫度至低于所述第一硅化物層形成工序中的所述原料氣體熱分解的溫度，從而在所述第一硅化物層上形成第二硅化物層，所述第二硅化物層的第一金屬含量高于所述第一硅化物層的第一金屬含量。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序具有第一硅化物層形成工序形成第一硅化物層；和第二硅化物層形成工序通過降低所述第一金屬與多晶硅反應(yīng)時的氣壓至低于所述第一硅化物層形成工序中的所述第一金屬與多晶硅反應(yīng)時的氣壓，從而在所述第一硅化物層上形成第二硅化物層，所述第二硅化物層的第一金屬含量高于所述第一硅化物層的第一金屬含量。
7. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第二硅化工序中所述原料氣體的供應(yīng)量大于所述第一硅化工序中所述原料氣體的供應(yīng)量。
8. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第二硅化工序中構(gòu)成所述第二柵極圖案的多晶硅的加熱溫度低于在所述第一硅化工序中構(gòu)成所述第一柵極圖案的多晶硅的加熱溫度。
9. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第二硅化工序中所述第一金屬與所述多晶硅反應(yīng)時的氣壓低于在所述第一硅化工序中所述第一金屬與所述多晶硅反應(yīng)時的氣壓。
10. 如權(quán)利要求1 9中任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述第一金屬為選自Ni、 Pt、 Co、 W和Ru中的至少一種金屬。
11. 如權(quán)利要求1 10中任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的所述原料氣體不含C。
12. 如權(quán)利要求1 9中任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述原料氣體包含選自Ni(PF3)4、 Ni(BF2)4、 Pt(PF3)4、 Pt(BF2)4、 Co(PF3)6、 Co(BF2)6、 W(PF3)6、 W(BF2)6、 Ru(PF3)5禾卩Ru(BF2)s中的至少一種氣體。
13. 如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，所述原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，且形成NiSi2結(jié)晶相作為所述硅化物 (A)和所述硅化物(B)中的至少一種硅化物。
14. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為所述第一金屬層不在所述柵極圖案上淀積的條件，把所述第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案加熱至作為所述原料氣體熱分解溫度的150°C 600°C。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為所述第一金屬層不在所述柵極圖案上淀積的條件，把構(gòu)成所述第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案的多晶硅與所述第一金屬反應(yīng)時的氣壓設(shè)定為1X10"托 100托。
16. 如權(quán)利要求l或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，所述原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，且形成NiSi結(jié)晶相作為所述硅化物(A) 和所述硅化物(B)中的至少一種硅化物。
17. 如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為所述第一金屬層不在所述柵極圖案上淀積的條件，把所述第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案加熱至作為所述原料氣體熱分解溫度的250。C 60(TC。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為所述第一金屬層不在所述柵極圖案上淀積的條件，把構(gòu)成所述第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案的多晶硅與所述第一金屬反應(yīng)時的氣壓設(shè)定為1X1()4托 80托。
19. 如權(quán)利要求l或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，所述原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，且形成Ni3Si結(jié)晶相作為所述硅化物 (A)和所述硅化物(B)中的至少一種硅化物。
20. 如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為所述第一金屬層不在所述柵極圖案上淀積的條件，把所述第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案加熱至作為所述原料氣體熱分解溫度的250°C 500°C。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，作為所述第一金屬層不在所述柵極圖案上淀積的條件，把構(gòu)成所述第一柵極圖案和第二柵極圖案中的至少一種柵極圖案的多晶硅與所述第一金屬反應(yīng)時的氣壓設(shè)定為1X104托 10托。
22. 如權(quán)利要求1、 2以及4 6中任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序和第二硅化工序中的至少一個工序中，所述原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，并且所述工序具有第一硅化物層形成工序形成含所述NiSi2結(jié)晶相的第一硅化物層，和第二硅化物層形成工序在所述第一硅化物層上形成第二硅化物層，所述第二硅化物層包含NiSi結(jié)晶相和Ni3Si結(jié)晶相中的至少一種結(jié)晶相。
23. 如權(quán)利要求1、 3以及7 9中任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序中，所述原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2》，且形成所述NiSi2結(jié)晶相作為所述硅化物(A);以及在所述第二硅化工序中，所述原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，且形成所述Ni3Si結(jié)晶相作為所述硅化物(B)。
24. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第一硅化工序中，所述原料氣體為Ni(PF3)4或Ni(BF2)4，且所述工序具有第一硅化物層形成工序形成由作為所述硅化物(A)的NiSi2 結(jié)晶相構(gòu)成的所述第一硅化物層，和第二硅化物層形成工序在所述第一硅化物層上形成由作為所述硅化物(A)的NiSi結(jié)晶相構(gòu)成的所述第二硅化物層；在所述第二硅化物形成工序中，所述原料氣體為Ni(PF3)4或 Ni(BF2)4，且形成所述Ni3Si結(jié)晶相作為所述硅化物(B)。
25. —種半導(dǎo)體裝置，其包括N型MOSFET，其具有在硅襯底中提供的P型區(qū)域、在所述P型區(qū)域上提供的柵絕緣膜以及在所述柵絕緣膜上提供的突起狀的第一柵極，所述第一柵極從所述柵絕緣膜側(cè)依次具有由NiSb結(jié)晶相構(gòu)成的第一硅化物層和由Ni3Si結(jié)晶相構(gòu)成的第二硅化物層；以及P型MOSFET，其具有在所述硅襯底中提供以與P型區(qū)域絕緣并隔離的N型區(qū)域、在所述N型區(qū)域上提供的柵絕緣膜以及在所述柵絕緣膜上提供的由突起狀的Ni3Si結(jié)晶相構(gòu)成的第二柵極。
26. —種半導(dǎo)體裝置，其通過根據(jù)權(quán)利要求1 24中任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造。
全文摘要
設(shè)置第二掩模以覆蓋第二柵極圖案，并把第一柵極圖案加熱至含第一金屬的原料氣體熱分解的溫度。在第一金屬層不淀積的條件下，使構(gòu)成所述第一柵極圖案的多晶硅與用于形成硅化物的所述第一金屬反應(yīng)，并且允許所述第一柵極圖案為由所述第一金屬的硅化物構(gòu)成的第一柵極。在除去所述第二掩模之后，設(shè)置第一掩模以覆蓋所述第一柵極，并把所述第二柵極圖案加熱至所述原料氣體熱分解的溫度。在所述第一金屬層不淀積的條件下，使構(gòu)成所述第二柵極圖案的多晶硅與用于形成硅化物的第一金屬反應(yīng)，并且允許所述第二柵極圖案為由所述第一金屬的硅化物構(gòu)成的第二柵極。然后，除去所述第一掩模。在所述制造方法中，形成硅化物層而不用添加退火步驟。
文檔編號H01L21/8238GK101523593SQ20078003636
公開日2009年9月2日申請日期2007年9月27日優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者中川隆史, 忍田真希子, 辰巳徹, 間部謙三, 高橋健介申請人:日本電氣株式會社

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