專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，尤其是涉及制造半導(dǎo)體器件的改進方法，以便能夠薄化柵電極、能夠處理該器件結(jié)構(gòu)的細(xì)化、以及能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件的高度集成。本發(fā)明還涉及通過這種方法獲得的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，為了電路元件的高速運行，使用這種技術(shù)以便通過硅化該元件區(qū)來減小布線電阻。
將描述一種制造常規(guī)半導(dǎo)體器件的方法。
參考圖14(A)，在半導(dǎo)體襯底1上，形成將元件區(qū)與其它的元件區(qū)分開的元件隔離區(qū)2，且在其上，累積柵極絕緣膜3和多晶硅層4。
參考圖14(B)，在位于多晶硅層4上且與其上形成了柵極布線相對應(yīng)的部分上通過光刻技術(shù)形成抗蝕劑圖案6。參考圖14(B)和14(C)，利用抗蝕劑圖案6作為掩模，蝕刻多晶硅層4和柵極絕緣膜3，由此形成了柵電極10。隨后，移除了抗蝕劑圖案6。
而且，參考圖14(D)，累積氧化硅膜作為絕緣層7以覆蓋柵電極10，其形成在半導(dǎo)體襯底1上方。
參考圖14(D)和15(E)，通過回蝕刻絕緣層7，在柵電極10的側(cè)壁上，留下了硅絕緣氧化膜的側(cè)壁間隔物11用于防止硅化。隨后，盡管未示出，利用側(cè)壁間隔物11作為掩模，注入雜質(zhì)離子，由此在半導(dǎo)體襯底1的表面上和柵電極10的兩側(cè)形成了一對源-漏區(qū)。
參考圖15(F)，在半導(dǎo)體襯底1的整個表面上，通過濺射法累積了高熔點金屬如Ti(鈦)、Co(鈷)和Ni(鎳)，由此形成了高熔點金屬膜8。參考圖15(G)，通過合適的熱處理進行硅化退火處理，使半導(dǎo)體襯底1和高熔點金屬膜8發(fā)生反應(yīng)，從而形成了硅化層9。參考圖15(G)和15(H)，如果通過選擇性蝕刻移除了高熔點金屬膜8中仍未反應(yīng)的高熔點金屬膜，則同時形成了硅化區(qū)和非硅化區(qū)。盡管未示出，但隨后，在半導(dǎo)體襯底1上，形成了層間絕緣膜，且在層間絕緣膜中，形成了通往硅化層9的接觸孔。形成布線后，完成了半導(dǎo)體器件。
根據(jù)這種方法，參考圖15(G)，在硅化退火處理時，即使在側(cè)壁間隔物11上的高熔點金屬膜8中出現(xiàn)了從源-漏區(qū)的硅擴散，只要在柵電極10和源-漏區(qū)之間的側(cè)壁間隔物11的表面上存在有足夠的距離，在柵電極10和源-漏區(qū)之間就不會出現(xiàn)由于硅化層引起的短路。
然而，隨著柵極布線制作得很細(xì)，柵電極的厚度也變薄。圖16(A)-(D)和圖17(E)-(H)示出了在柵電極的厚度制作得薄時應(yīng)用上述現(xiàn)有技術(shù)的情況下制造半導(dǎo)體器件的步驟。在這些圖中，與圖14(A)-(D)和圖15(E)-(H)中示出的那些相同或相應(yīng)的部分給出了相同的附圖標(biāo)記，且將不再重復(fù)其描述。
在這種情況下，參考圖16(A)，與上述現(xiàn)有技術(shù)相比，作為柵電極前體的多晶硅層4形成得很薄。在這種情況下，參考圖17(G)，由于柵電極10制作得很薄，所以在柵電極10的側(cè)表面部分上，側(cè)壁間隔物11的寬度很窄，且在側(cè)壁間隔物11的表面上，柵電極10和源-漏區(qū)之間的距離很短。由此，在硅化退火處理時，如果在側(cè)壁間隔物11上的高熔點金屬膜8中出現(xiàn)從源-漏區(qū)的硅擴散，則會在側(cè)壁間隔物11的表面上形成薄硅化層，表明在柵電極10和源-漏區(qū)之間出現(xiàn)了短路這樣的問題。
為了解決以上問題，作為使側(cè)壁間隔物上的柵電極10和源-漏區(qū)之間的距離長的方法，提出了如圖18中所示的現(xiàn)有技術(shù)(例如，日本專利申請公布No.08-204193和日本專利申請公布No.08-274043)。在這些圖中，與圖14(A)-(D)和圖15(E)-(H)中示出的那些相同或相應(yīng)的部分給出了相同的附圖標(biāo)記，且將不再重復(fù)其描述。
參考圖18(A)，在由柵極絕緣膜3、柵電極10和PSG膜圖案51構(gòu)成的突出圖案的側(cè)表面上，形成了氮化硅膜的側(cè)壁間隔物11。然后，參考圖18(B)，通過移除PSG膜圖案51，留下了突出高于柵電極10的高度的形狀的側(cè)壁間隔物11。參考圖18(C)，累積鈦膜8，并且在450至550℃的溫度下利用加熱爐進行熱處理5-10分鐘。然后，如果移除了仍未反應(yīng)的鈦膜，參考圖(D)，則會得到具有在柵電極10的表面上和源-漏區(qū)的表面上形成的硅化層9的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)這種方法，通過形成突出高于柵電極10的高度的形狀的側(cè)壁間隔物11，使柵電極10和源-漏區(qū)之間的側(cè)壁間隔物11表面上的距離很長，而且，在硅化步驟中防止了柵電極10和源-漏區(qū)之間的短路。
然而，在如同圖18中所示的現(xiàn)有技術(shù)的方法，突出高于柵電極10的高度的形狀的側(cè)壁間隔物11的情況下，由于在將PSG膜51移離柵電極10的步驟和形成硅化層的步驟之間的清洗步驟中出現(xiàn)了物理損傷或類似情況，所以會出現(xiàn)側(cè)壁間隔物11的頂部部分丟失，表明可能存在顆粒。結(jié)果，存在以下問題，即由于出現(xiàn)顆粒而污染了制造設(shè)備，以及導(dǎo)致與顆粒粘附到半導(dǎo)體襯底有關(guān)的產(chǎn)量顯著減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的改進方法，以便即使柵電極的高度制作得很低，也能防止柵電極和源-漏區(qū)之間的短路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的改進方法，以便防止柵電極和源-漏區(qū)之間的短路，而不存在顆粒。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種由這種方法獲得的半導(dǎo)體器件。
在根據(jù)本發(fā)明的第一方面制造半導(dǎo)體器件的方法中，首先，在半導(dǎo)體襯底的表面上，形成將元件區(qū)與其它元件區(qū)分開的元件隔離區(qū)。接下來，經(jīng)由柵極絕緣膜在半導(dǎo)體襯底的上方形成柵電極，該柵電極具有形成于柵電極頂表面上的第一絕緣層。在半導(dǎo)體襯底上，以覆蓋柵電極的側(cè)壁和第一絕緣層頂表面這樣的方式形成了第二絕緣層。為了在柵電極的側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔物以及暴露出元件區(qū)的表面，回蝕刻第二絕緣層。利用柵電極和側(cè)壁間隔物作為掩模，將雜質(zhì)離子注入到元件區(qū)的表面中，以在半導(dǎo)體襯底的表面上和柵電極的兩側(cè)形成一對源-漏區(qū)。將第一絕緣層移離柵電極的表面。在半導(dǎo)體襯底的表面上，以覆蓋柵電極的頂表面和源-漏區(qū)表面這樣的方式形成高熔點金屬膜，且其后，進行退火由此硅化柵電極的頂表面和源-漏區(qū)的表面，以形成硅化層。移除仍未反應(yīng)的高熔點金屬膜。
根據(jù)本發(fā)明，由于在半導(dǎo)體襯底上，以覆蓋第一絕緣層頂表面這樣的方式形成其為側(cè)壁間隔物前體的第二絕緣層，所以即使柵電極的高度制作得低，在側(cè)壁間隔物的表面上，也確保了柵電極和源-漏區(qū)之間足夠的距離。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，將第一絕緣層移離柵電極頂表面的步驟通過濕法蝕刻處理進行。通過該處理，在蝕刻第一絕緣層時，不會過度地移除柵電極的頂表面。另外，在蝕刻第一絕緣層時，不會過度地移除側(cè)壁。
第一絕緣層優(yōu)選是氮化硅膜或氮氧化硅膜。第一絕緣層可以是具有氧化硅膜作為下層和氮化硅膜或氮氧化硅膜作為上層的疊層結(jié)構(gòu)。
第一絕緣層的厚度優(yōu)選是70至200nm。
當(dāng)?shù)谝唤^緣層是上述疊層結(jié)構(gòu)時，用作下層的氧化硅膜的厚度優(yōu)選是5至50nm，且用作上層的氮化硅膜或氮氧化硅膜優(yōu)選是70至190nm。
第二絕緣層優(yōu)選由氧化硅膜形成。
第二絕緣層的厚度優(yōu)選是70至190nm。
第二絕緣層可以是具有氧化硅膜作為下層和氮化硅膜或氮氧化硅膜作為上層的雙層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，在第二絕緣層中，用作下層的氧化硅膜的厚度優(yōu)選是5至25nm，且用作上層的氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度優(yōu)選是70至190nm。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，存在h＝5W、T≥h以及W≥20nm的關(guān)系，其中W代表與柵極絕緣膜接觸的附近中側(cè)壁間隔物的寬度，h代表側(cè)壁間隔物的高度，T代表柵電極的高度。
具有這種結(jié)構(gòu)，即使柵電極的高度制作得很低，在側(cè)壁間隔物的表面上，也確保了柵電極和源-漏區(qū)之間足夠的距離。
以上的硅化物層優(yōu)選Ti(鈦)、Co(鈷)或Ni(鎳)的硅化層。
在半導(dǎo)體襯底上方，可以存在形成單層或兩層層間絕緣膜的另一步驟。
在根據(jù)本發(fā)明的另一方面制造半導(dǎo)體器件的方法中，首先，在半導(dǎo)體襯底的表面上，形成用于將元件區(qū)與其它元件區(qū)分離的元件隔離區(qū)。接下來，經(jīng)由柵極絕緣膜在半導(dǎo)體襯底上方形成柵電極，該柵電極具有形成于柵電極頂表面上的第一絕緣層。在半導(dǎo)體襯底上，以覆蓋柵電極的側(cè)壁和第一絕緣層頂表面這樣的方式形成第二絕緣層。為了在柵電極的側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔物以及暴露出元件區(qū)的表面，回蝕刻第二絕緣層。利用柵電極和側(cè)壁間隔物作為掩模，將雜質(zhì)離子注入到元件區(qū)中，以在半導(dǎo)體襯底的表面上和柵電極的兩側(cè)形成一對源-漏區(qū)。以覆蓋該對源-漏區(qū)表面這樣的方式形成第一高熔點金屬膜，且進行熱處理以在源-漏區(qū)的表面上形成第一硅化層，且其后，移除仍未反應(yīng)的第一高熔點金屬膜。在半導(dǎo)體襯底的上方，以覆蓋提供有第一絕緣層的柵電極這樣的方式形成層間絕緣膜。拋光層間絕緣膜的表面以平坦化其表面，且暴露第一絕緣層的表面。移除暴露出的第一絕緣層以暴露柵電極的頂表面。在層間絕緣膜上，以覆蓋柵電極暴露出的頂表面這樣的方式形成第二高熔點金屬膜，且進行熱處理以在柵電極的頂表面上形成第二硅化層。在層間絕緣膜中形成接觸孔，并形成金屬布線。
根據(jù)本發(fā)明，由于以覆蓋側(cè)壁間隔物這樣的方式提供了層間絕緣膜，且在柵電極的表面上進行了硅化處理，所以防止了柵電極表面和源-漏區(qū)間出現(xiàn)短路。
第一絕緣層優(yōu)選包含氮化硅膜或氮氧化硅膜。
第一絕緣層可以是具有氧化硅膜作為下層和氮化硅膜或氮氧化硅膜作為上層的疊層結(jié)構(gòu)。
第一絕緣層中的氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度優(yōu)選為100至250nm。
當(dāng)?shù)谝唤^緣層是上述的疊層結(jié)構(gòu)時，用作下層的氧化硅膜的厚度優(yōu)選為5至50nm，且用作上層的氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度優(yōu)選為70至190nm。
第二絕緣層優(yōu)選是氧化硅膜。
用作第二絕緣層的氧化硅膜的厚度優(yōu)選為70至190nm。
第二絕緣層可以是具有氧化硅膜作為下層和氮化硅膜或氮氧化硅膜作為上層的雙層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，用作下層的氧化硅膜的厚度優(yōu)選為5至25nm，且用作上層的氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度優(yōu)選為70至190nm。
如果層間絕緣膜表面的拋光量使得第一絕緣膜的厚度的5至80％也被拋光，則會消除側(cè)壁間隔物頂部的突起。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的半導(dǎo)體器件涉及一種半導(dǎo)體器件，其包括半導(dǎo)體襯底；經(jīng)由柵極絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上方的柵電極；形成在半導(dǎo)體襯底表面上和柵電極兩側(cè)的一對源-漏區(qū)；形成在柵電極側(cè)壁上的側(cè)壁間隔物；以及形成在柵電極頂表面上和源-漏區(qū)表面上的硅化層。存在關(guān)系h＝5W，T≥h，以及W≥20nm，這里的W代表與柵極絕緣膜接觸的附近中側(cè)壁間隔物的寬度，h代表側(cè)壁間隔物的高度，T代表柵電極的高度。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的半導(dǎo)體器件涉及一種半導(dǎo)體器件，其包括半導(dǎo)體襯底；經(jīng)由柵極絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上方的柵電極；形成在半導(dǎo)體襯底表面上和柵電極兩側(cè)的一對源-漏區(qū)；形成在柵電極側(cè)壁上的側(cè)壁間隔物；以及形成在柵電極頂表面上和源-漏區(qū)表面上的硅化層。形成在柵電極表面上的硅化層的厚度比形成在源-漏區(qū)表面上的硅化層的厚度厚。
每一個側(cè)壁間隔物都可以是包括下層和上層的雙層結(jié)構(gòu)，該下層與柵電極的側(cè)壁接觸且由氧化硅膜形成，該上層經(jīng)由該下層提供在柵電極側(cè)壁上且由氮化硅膜或氮氧化硅膜形成。
根據(jù)制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的方法，在同時形成硅化區(qū)和非硅化區(qū)時，在柵電極的側(cè)表面上，形成側(cè)壁間隔物確保超過預(yù)定的寬度。由于這個原因，在硅化退火處理時，即使在高熔點金屬膜中出現(xiàn)從源-漏區(qū)的硅擴散，由于足夠的側(cè)壁寬度，也能抑制由于硅化層引起的柵電極和源-漏區(qū)之間的短路。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)柵電極的薄化，能夠處理該器件結(jié)構(gòu)的細(xì)化，以及能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件的高度集成。


圖1是根據(jù)實施例1的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(A)-(D)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖2是根據(jù)實施例1的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(E)-(H)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖3是根據(jù)實施例1的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(I)-(K)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖4是根據(jù)實施例1的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(L)-(M)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖5是根據(jù)實施例2的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(A)-(D)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖6是根據(jù)實施例2的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(E)-(H)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖7是根據(jù)實施例2的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(I)-(L)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖8是根據(jù)實施例2的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(M)-(O)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖9是根據(jù)實施例3的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖10是根據(jù)實施例4的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(A)-(B)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖11是根據(jù)實施例5的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(A)-(D)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖12是根據(jù)實施例5的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(E)-(G)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖13是根據(jù)實施例6的半導(dǎo)體器件的方法的步驟(A)-(D)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖14是半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的步驟(A)-(D)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖15是半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的步驟(E)-(H)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖16是半導(dǎo)體器件的另一種常規(guī)方法的步驟(A)-(D)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖17是半導(dǎo)體器件的另一種常規(guī)方法的步驟(E)-(H)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖18是半導(dǎo)體器件的又一種常規(guī)方法的步驟(A)-(D)中的半導(dǎo)體器件的截面圖。
在這些圖中，附圖標(biāo)記1表示半導(dǎo)體襯底，2表示元件隔離區(qū)，3表示柵極絕緣層，4表示多晶硅層，5表示第一絕緣層，6表示抗蝕劑圖案，7表示第二絕緣層，8表示高熔點金屬膜，9表示硅化層，10表示柵電極，11表示側(cè)壁間隔物，13表示第一層間絕緣膜，14表示金屬布線，15表示接觸孔，以及16表示第二層間絕緣膜。
具體實施例方式
下面將參考各圖描述本發(fā)明的實施例。下面在各圖中，相同或相應(yīng)的部分給出相同的附圖標(biāo)記。
實施例1是同時進行柵電極表面的硅化和源-漏區(qū)的硅化的情形。
參考圖1(A)，與現(xiàn)有技術(shù)相似，通過在作為半導(dǎo)體襯底1的硅襯底的表面上提供元件隔離區(qū)2，形成了多個分離的元件區(qū)。接下來，在半導(dǎo)體襯底1上方，累積柵極絕緣膜3和多晶硅層4。
參考圖1(B)，在多晶硅層4上，累積第一絕緣層5。作為第一絕緣層5，使用氮化硅膜。第一絕緣層5的厚度希望是1400。利用這種結(jié)構(gòu)，如下所述，在蝕刻多晶硅層4和柵極絕緣膜3時，并沒有蝕刻所有的第一絕緣層5。另外，在蝕刻下面將要描述的第二絕緣層7時，并沒有蝕刻所有的第一絕緣層5。另外，在硅化退火處理時，即使在側(cè)壁間隔物11表面上的高熔點金屬膜中出現(xiàn)了從源-漏區(qū)的硅擴散，對于側(cè)壁間隔物11也確保了足夠的寬度，以便引起柵電極10和源-漏區(qū)之間短路的硅化層不形成在側(cè)壁間隔物11的表面上。
參考圖1(C)和(D)，在與其上形成了柵電極的部分相對應(yīng)的第一絕緣層5的表面上，通過光刻技術(shù)形成抗蝕劑圖案6。接下來，利用抗蝕劑圖案6作為掩模，通過利用例如磁控管RIE(反應(yīng)離子蝕刻)設(shè)備和在下面的條件下，對第一絕緣層5進行各向異性蝕刻。
壓力50mTorr高頻功率500WCH2F2/Ar/O2＝40/30/15sccm參考圖1(D)和2(E)，通過使用灰化設(shè)備，移除抗蝕劑圖案6。
參考圖2(E)和2(F)，利用剩余的第一絕緣層5作為蝕刻掩模，蝕刻掩模處的部分以外的多晶硅層4和柵極絕緣膜3的部分，從而形成柵電極10。接下來，進行用于形成晶體管的LDD區(qū)1a的離子注入。
參考圖2(G)，作為第二絕緣層7，以覆蓋形成的柵電極10和剩余的第一絕緣層5這樣的方式在半導(dǎo)體襯底1上累積氧化硅膜。參考圖2(G)和2(H)，通過回蝕刻第二絕緣層7，在柵電極10的側(cè)壁上，留下了氧化硅膜的側(cè)壁間隔物11。在對于第二絕緣層7只使用氧化硅膜的情況下，通過回蝕刻獲得的側(cè)壁間隔物11的寬度(與被處理的柵極絕緣膜3接觸的附近中側(cè)壁間隔物11的寬度)大約是17至20nm。側(cè)壁間隔物11的高度約為側(cè)壁間隔物11寬度的五倍，且約等于柵電極10的高度(包括第一絕緣層5的厚度)。
參考圖2(H)和3(I)，移除剩余的第一絕緣層5。接下來，為了形成構(gòu)成晶體管源-漏區(qū)1b的高密集N區(qū)，進行砷等的離子注入，且進行熱處理以激活所注入的砷離子。
參考圖3(J)，通過濺射法、電鍍法或CVD法而累積高熔點金屬，如Ti(鈦)、Co(鈷)和Ni(鎳)，從而在半導(dǎo)體襯底1的整個表面上形成高熔點金屬8。接下來，參考圖3(K)，通過用適當(dāng)?shù)臒崽幚磉M行硅化退火處理，使柵電極10的表面、源-漏區(qū)1b的表面、和高熔點金屬膜8發(fā)生反應(yīng)，由此，形成了硅化層9。
參考圖3(K)和4(L)，通過選擇性蝕刻移除高熔點金屬膜8中仍未反應(yīng)的高熔點金屬膜。通過上面的步驟，同時形成硅化區(qū)和非硅化區(qū)。
參考圖4(M)，在半導(dǎo)體襯底1上方，形成第一層間絕緣膜13和第二層間絕緣膜16，且在第一和第二層間絕緣膜13和16中，形成暴露出硅化層9的表面的接觸孔15，且通過提供金屬布線14，完成了半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本實施例，在圖3(K)的步驟中的硅化退火處理時，即使在側(cè)壁間隔物11上的高熔點金屬膜8中出現(xiàn)了從源-漏區(qū)的硅擴散，由于側(cè)壁間隔物11具有足夠的寬度，因此控制了由于硅化層引起的柵電極10和源-漏區(qū)1b之間的短路。
本實施例是在不同的步驟中進行柵電極表面的硅化和源-漏區(qū)的硅化的情形。
參考圖5(A)，與實施例1相似，通過在半導(dǎo)體襯底1的表面上提供元件隔離區(qū)2，形成了多個分離的元件區(qū)。在半導(dǎo)體襯底1上方，累積柵極絕緣膜3和多晶硅層4。
參考圖5(B)，在多晶硅層4上，累積第一絕緣層5。作為第一絕緣層5，使用氧化硅膜、氮化硅膜或氧氮化硅膜。而且，第一絕緣層5可以是疊層結(jié)構(gòu)，以便在多晶硅層4上生長5至50nm的氧化硅膜，并且在其上生長70至190nm的氮化硅膜或氧氮化硅膜。
接下來，參考圖5(C)和5(D)，在與其上形成了柵電極的部分相對應(yīng)的第一絕緣層5上，通過光刻技術(shù)形成抗蝕劑圖案6。接下來，利用抗蝕劑6作為掩模，通過利用例如磁控管RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)設(shè)備對第一絕緣層5進行各向異性蝕刻。
然后，參考圖5(D)和6(E)，通過使用灰化設(shè)備和清洗設(shè)備，移除抗蝕劑圖案6。
接下來，參考圖6(E)和6(F)，利用剩余的第一絕緣層5作為蝕刻掩模，蝕刻該掩模處的部分以外的多晶硅層4和柵極絕緣膜3的部分，由此形成柵電極10。接下來，進行用于形成晶體管的LDD區(qū)1a的離子注入。
而且，參考圖6(G)，作為第二絕緣層7，以覆蓋柵電極1 0和剩余的第一絕緣層5這樣的方式，在半導(dǎo)體襯底1上累積氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜。
參考圖6(G)和6(H)，通過回蝕刻第二絕緣層7，在柵電極10的側(cè)壁上，形成了氧化硅膜的側(cè)壁間隔物11。由于第二絕緣層7包括氮氧化硅膜或氮化硅膜，所以即使進行了回蝕刻，側(cè)壁間隔物11的寬度(與被處理的柵極絕緣膜3接觸的附近中側(cè)壁間隔物的寬度)也要比當(dāng)對于第二絕緣層7只使用氧化硅膜時形成得更寬。
接下來，如圖6(H)所示，為了形成晶體管源-漏區(qū)1b的高密集N區(qū)，進行砷等的離子注入，并且為了激活所注入的砷離子進行熱處理。
然后，如圖7(I)所示，利用高熔點金屬如Ti(鈦)、鈷(Co)和Ni(鎳)，通過濺射法、電鍍法或CVD法在半導(dǎo)體襯底1的整個表面上累積10至100nm的高熔點金屬8。接下來，通過450至650℃的熱處理步驟進行第一硅化退火處理，使半導(dǎo)體襯底1和高熔點金屬膜8發(fā)生反應(yīng)，由此，在源-漏區(qū)1b上形成硅化層9。然后，通過選擇性蝕刻移除高熔點金屬膜8中仍未反應(yīng)的高熔點金屬膜。
接下來，參考圖7(J)，在半導(dǎo)體襯底1上，形成約300至800nm的第一層間絕緣膜13。參考圖7(K)，通過拋光第一層間絕緣膜13進行平坦化處理。作為拋光的停止膜，在元件形成區(qū)中，形成于柵電極10上的第一絕緣層5顯示出該膜的效果。該停止膜具有與第一絕緣層5相似的材料，并且也形成于半導(dǎo)體襯底1的外圍部分上和元件隔離區(qū)上。在該情形中，第一絕緣層5的拋光量被控制為第一絕緣層5厚度的約2至20％。
隨后，參考圖7(K)至7(L)，移除第一絕緣層5。結(jié)果，形成了其中留下了高度比柵電極10更高的側(cè)壁間隔物11的半導(dǎo)體器件。注意到如果第一絕緣層5僅由氧化硅膜形成，則形成高度比柵電極10矮的側(cè)壁間隔物11。然后，為了在柵電極10中形成高密集N區(qū)，進行砷等的離子注入，且為了激活所注入的砷離子進行熱處理。
接下來，如圖8(M)所示，如果通過濺射法、電鍍法或CVD法累積高熔點金屬，如Ti(鈦)、Co(鈷)和Ni(鎳)，則在半導(dǎo)體襯底1的整個表面上形成高熔點金屬8。接下來，通過450至650℃的熱處理步驟進行硅化退火處理，使作為柵電極10的多晶硅層和高熔點金屬膜8發(fā)生反應(yīng)，由此，在柵電極10的表面上形成硅化層9。接下來，通過選擇性蝕刻移除高熔點金屬膜8中仍未反應(yīng)的高熔點金屬膜。
常規(guī)地，晶體管柵電極表面的硅化與源-漏區(qū)的硅化同時進行，且由于源-漏區(qū)的深度制作得淺，所以不能進行充分的硅化。因此，用于柵電極的多晶硅電阻的減小是不充分的。根據(jù)本實施例，由于可以獨立地選擇高熔點金屬膜的厚度，且可以將熱處理溫度選擇在一個高的值，所以能夠容易地完成在即將進行的細(xì)化中所涉及的多晶硅柵電極電阻的減小。
另外，常規(guī)的硅化處理使得在側(cè)壁間隔物表面上的高熔點金屬膜中，在熱處理時，硅從源-漏擴散和遷移，由此生成硅化層，結(jié)果，利用側(cè)壁間隔物的表面作為電流通路，在柵電極的表面和源-漏區(qū)之間造成了短路。然而，根據(jù)實施例2，由于側(cè)壁間隔物11的表面被第一層間絕緣膜13覆蓋，且然后進行柵電極頂表面的硅化處理，所以實現(xiàn)了有效地防止柵電極表面和源-漏區(qū)之間出現(xiàn)短路的效應(yīng)。
接下來，參考圖8(N)，在半導(dǎo)體襯底1的上方形成50至250nm厚度的第二層間絕緣膜16。
接下來，參考圖8(O)，在第一層間絕緣膜13和第二層間絕緣膜16中形成接觸孔15后，形成金屬布線14，由此形成了晶體管。隨后，可以形成另外的層間絕緣膜，或者可以形成表面保護膜來完成半導(dǎo)體器件。
實施例3涉及實施例2的變型實例。雖然在實施例2中已經(jīng)描述了對于層間絕緣膜使用兩層結(jié)構(gòu)的情形，但可如圖9所示使用單層化結(jié)構(gòu)。這種半導(dǎo)體器件形成為使得在圖8(M)的步驟中，在移除了仍未反應(yīng)的高熔點金屬膜之后，在第一層間絕緣膜13中直接形成接觸孔15和金屬布線14。
實施例4涉及實施例2的另一變型實例。首先，進行與圖5(A)-(D)、圖6(E)-(H)和圖7(I)-(J)的步驟相同的步驟。接下來，參考圖7(J)和10(A)，進行平坦化處理，以便以拋光第一絕緣層5的20至80％厚度這樣的方式來拋光第一層間絕緣膜13。
根據(jù)本實施例，在第一層間絕緣膜13的平坦化處理時，移除側(cè)壁間隔物11頂部處的突起，并且在第一硅化退火處理時，移除留在側(cè)壁間隔物11的上表面上的硅化物粉末和高熔點金屬膜8的導(dǎo)電片。結(jié)果，防止了由前述的在柵電極表面部分上的硅化層9和晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之間引起的短路。
然后，進行與圖7(L)、8(M)和8(N)的步驟相同的步驟。參考圖10(B)，在半導(dǎo)體襯底1的上方形成50至250nm厚度的第二層間絕緣膜16。接下來，在第一層間絕緣膜13和第二層間絕緣膜16中形成接觸孔15后，形成金屬布線14，由此完成了晶體管。
本實施例涉及實施例2的另一變型實例。在本實施例中，每個側(cè)壁間隔物都是兩層結(jié)構(gòu)。首先，進行與圖5(A)-(D)和圖6(E)-(F)的步驟相同的步驟。
接下來，參考圖11(A)，以覆蓋柵電極10和剩余的第一絕緣層5這樣的方式，在半導(dǎo)體襯底1上形成氧化硅膜7a，而且在其上，累積氮氧化硅膜(或氮化硅膜)7b。作為下層的氧化硅膜7a的厚度為5至25nm，且作為上層的氮氧化硅膜(或氮化硅膜)7b的厚度為70至190nm。
參考圖11(A)和11(B)，通過回蝕刻氮氧化硅膜(或氮化硅膜)7b和氧化硅膜7a，在柵電極10的側(cè)壁上，形成側(cè)壁間隔物11。由于側(cè)壁間隔物11包括氮氧化硅膜(或氮化硅膜)，所以即使進行了回蝕刻，側(cè)壁間隔物11的寬度(與被處理的柵絕緣膜3接觸的附近中側(cè)壁間隔物11的寬度)形成得也比當(dāng)對于第二絕緣層7僅使用氧化硅膜時更寬，如圖6(G)所示。接下來，為了形成晶體管源-漏區(qū)1b的高密集N區(qū)，進行砷等的離子注入，并且為了激活所注入的砷離子進行熱處理。
然后，如圖11(C)所示，利用高熔點金屬如鈦(Ti)、Co(鈷)和Ni(鎳)，通過濺射法、電鍍法或CVD法在半導(dǎo)體襯底1的整個表面上方累積10至100nm的高熔點金屬8。接下來，通過450至650℃的熱處理步驟進行第一硅化退火處理，使半導(dǎo)體襯底1和高熔點金屬膜8發(fā)生反應(yīng)，由此，在源-漏區(qū)1b上形成硅化層9。然后，通過選擇性蝕刻移除高熔點金屬膜8中仍未反應(yīng)的高熔點金屬膜。
接下來，參考圖11(D)，在半導(dǎo)體襯底1上，形成了約300至800nm的第一層間絕緣膜13。參考圖12(E)，通過拋光第一層間絕緣膜13進行平坦化處理。作為用于拋光的停止膜，在元件形成區(qū)中，形成于柵電極10上的第一絕緣層5顯示出該膜的效果。盡管未示出，但停止膜具有與第一絕緣層5相似的材料，且還形成于元件隔離區(qū)和半導(dǎo)體襯底1的周圍部分上。在該情形中，第一絕緣層5的拋光量被控制為第一絕緣層5厚度的約2至20％。
隨后，參考圖12(E)和12(F)，移除第一絕緣層5。結(jié)果，形成了其中側(cè)壁間隔物11具有比柵電極10更高的高度的半導(dǎo)體器件。然后，進行與圖7(L)、8(M)和8(N)的步驟相同的步驟，且在柵電極2上形成硅化層9。接下來，參考圖12(G)，在第一層間絕緣膜13和第二層間絕緣膜16中形成接觸孔15后，形成了金屬布線14，由此形成了晶體管。
本實施例涉及實施例5的變型實例。圖13(A)對應(yīng)于圖11(D)。參考圖13(A)和13(B)，進行平坦化處理，以便以拋光第一絕緣層5的20至80％厚度這樣的方式來拋光第一層間絕緣膜13。然后，參考圖13(B)和13(C)，移除第一絕緣層5。
根據(jù)本實施例，在平坦化處理第一層間絕緣膜13時，移除側(cè)壁間隔物11頂部處的突起，且在第一硅化退火處理時，移除了留在側(cè)壁間隔物11頂部部分上的硅化物粉末和高熔點金屬膜8的導(dǎo)電片。結(jié)果，防止了由前述的在柵電極表面部分上的硅化層9和晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之間引起的短路。
然后，進行與圖7(L)、8(M)和8(N)的步驟相同的步驟。參考圖13(D)，在半導(dǎo)體襯底1的上方形成50至250nm厚度的第二層間絕緣膜16。接下來，在第一層間絕緣膜13和第二層間絕緣膜16中形成接觸孔15后，形成金屬布線14，由此形成了晶體管。
通過本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)柵電極的薄化，能夠處理該器件結(jié)構(gòu)的細(xì)化，以及能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件的高度集成。
在此描述的實施例從所有方面來看都認(rèn)為是示例性的且不起限制作用。本發(fā)明的范圍不僅應(yīng)當(dāng)由所示例的實施例確定，而且應(yīng)由所附的權(quán)利要求確定，且因此落入所附權(quán)利要求的等價意義和范圍內(nèi)的所有變化都意指包含于其中。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的表面上，形成用于將元件區(qū)與其它元件區(qū)分離的元件隔離區(qū)；經(jīng)由柵極絕緣膜在半導(dǎo)體襯底的上方形成柵電極，該柵電極具有形成于柵電極頂表面上的第一絕緣層；在半導(dǎo)體襯底上，以覆蓋柵電極的側(cè)壁和第一絕緣層的頂表面這樣的方式來形成第二絕緣層；為了在柵電極的側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔物以及暴露出元件區(qū)的表面，回蝕刻第二絕緣層；利用柵電極和側(cè)壁間隔物作為掩模，將雜質(zhì)離子注入到元件區(qū)的表面中，以在半導(dǎo)體襯底的表面上和柵電極的兩側(cè)形成一對源-漏區(qū)；將第一絕緣層移離柵電極的表面；在半導(dǎo)體襯底的表面上，以覆蓋柵電極的頂表面和源-漏區(qū)表面這樣的方式來形成高熔點金屬膜，且其后，進行退火從而硅化柵電極的頂表面和源-漏區(qū)的表面，以形成硅化層；以及移除仍未反應(yīng)的高熔點金屬膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第一絕緣層是氮化硅膜或氮氧化硅膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第一絕緣層是具有氧化硅膜作為下層和氮化硅膜或氮氧化硅膜作為上層的疊層結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第一絕緣層的厚度為70至200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在第一絕緣層中，用作下層的氧化硅膜的厚度為5至50nm，且用作上層的氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度為70至190nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第二絕緣層由氧化硅膜形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第二絕緣層的厚度為70至190nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在第二絕緣層中，下層是氧化硅膜，且上層是氮化硅膜或氮氧化硅膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在第二絕緣層中，用作下層的氧化硅膜的厚度為5至25nm，且用作上層的氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度為70至190nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，存在h＝5W、T≥h以及W≥20nm的關(guān)系，其中W代表與柵極絕緣膜接觸的附近中側(cè)壁間隔物的寬度，h代表側(cè)壁間隔物的高度，以及T代表柵電極的高度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中硅化物層是Ti(鈦)、Co(鈷)或Ni(鎳)的硅化物層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，進一步包括在半導(dǎo)體襯底的上方，形成單層或兩層的層間絕緣膜的步驟。
13.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底的表面上，形成用于將元件區(qū)與其它元件區(qū)分離的元件間隔區(qū)；經(jīng)由柵極絕緣膜在半導(dǎo)體襯底的上方形成柵電極，該柵電極具有形成于柵電極頂表面上的第一絕緣層；在半導(dǎo)體襯底上，以覆蓋柵電極的側(cè)壁和第一絕緣層的頂表面這樣的方式形成第二絕緣層；為了在柵電極的側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔物以及暴露出元件區(qū)的表面，回蝕刻第二絕緣層；利用柵電極和側(cè)壁間隔物作為掩模，將雜質(zhì)離子注入到元件區(qū)中，以在半導(dǎo)體襯底的表面上和柵電極的兩側(cè)形成一對源-漏區(qū)；以覆蓋該對源-漏區(qū)的表面這樣的方式形成第一高熔點金屬膜，并進行熱處理以在源-漏區(qū)的表面上形成第一硅化層，且其后，移除仍未反應(yīng)的第一高熔點金屬膜；在半導(dǎo)體襯底的上方，以覆蓋提供有第一絕緣層的柵電極這樣的方式形成層間絕緣膜；拋光層間絕緣膜的表面以便平坦化其表面，且暴露出第一絕緣層的表面；移除暴露出的第一絕緣膜以便暴露柵電極的頂表面；在層間絕緣膜上，以覆蓋柵電極的暴露的頂表面這樣的方式形成第二高熔點金屬膜，并且進行熱處理以在柵電極的頂表面上形成第二硅化層；以及在層間絕緣膜中形成接觸孔，并形成金屬布線。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第一絕緣層包含氮化硅膜或氮氧化硅膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第一絕緣層是具有氧化硅膜作為下層和氮化硅膜或氮氧化硅膜作為上層的疊層結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第一絕緣層中的氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度為100至250nm。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在第一絕緣層中，用作下層的氧化硅膜的厚度為5至50nm，且用作上層的氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度為70至190nm。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第二絕緣層是氧化硅膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中用作第二絕緣層的氧化硅膜的厚度為70至190nm。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第二絕緣層是具有氧化硅膜作為下層和氮化硅膜或氮氧化硅膜作為上層的兩層結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在第二絕緣層中，用作下層的氧化硅膜的厚度為5至25nm，且用作上層的氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度為70至190nm。
22.根據(jù)權(quán)利要求13的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中層間絕緣膜表面的拋光量是使得第一絕緣膜厚度的5至80％也被拋光。
23.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；經(jīng)由柵極絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上方的柵電極；形成在半導(dǎo)體襯底表面上和柵電極兩側(cè)處的一對源-漏區(qū)；形成在柵電極側(cè)壁上的側(cè)壁間隔物；以及形成在柵電極頂表面上和源-漏區(qū)表面上的硅化層，其中存在關(guān)系h＝5W，T≥h，以及W≥20nm，其中W代表與柵極絕緣膜接觸的附近中側(cè)壁間隔物的寬度，h代表側(cè)壁間隔物的高度，T代表柵電極的高度。
24.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；經(jīng)由柵極絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上方的柵電極；形成在半導(dǎo)體襯底表面上和柵電極兩側(cè)處的一對源-漏區(qū)；形成在柵電極側(cè)壁上的側(cè)壁間隔物；以及形成在柵電極頂表面上和源-漏區(qū)表面上的硅化層，其中形成在柵電極表面上的硅化層的厚度比形成在源-漏區(qū)表面上的硅化層的厚度更厚。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的半導(dǎo)體器件，其中每一個側(cè)壁間隔物都是包括下層和上層的雙層結(jié)構(gòu)，該下層與柵電極的側(cè)壁接觸且由氧化硅膜形成，該上層經(jīng)由該下層提供在柵電極的側(cè)壁處且由氮化硅膜或氮氧化硅膜形成。
全文摘要
經(jīng)由柵極絕緣膜3在半導(dǎo)體襯底1的上方形成柵電極10，該柵電極10具有形成于柵電極10頂表面上的第一絕緣層5。在半導(dǎo)體襯底1上，以覆蓋柵電極10的側(cè)壁和第一絕緣層5頂表面這樣的方式形成第二絕緣層7。為了在柵電極10的側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔物11以及暴露出元件區(qū)的表面，回蝕刻第二絕緣層7。將第一絕緣層5移離柵電極10的表面。在半導(dǎo)體襯底1的表面上，以覆蓋柵電極10的頂表面和源－漏區(qū)1b表面這樣的方式形成高熔點金屬膜8，且其后，進行退火由此硅化柵電極10的頂表面和源－漏區(qū)1b的表面，以形成硅化層9。根據(jù)本發(fā)明，即使柵電極的高度制作得低，也能防止柵電極和源－漏區(qū)之間的短路。
文檔編號H01L29/66GK1848392SQ20061007521
公開日2006年10月18日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者瀨良田剛, 榎本修治 申請人:夏普株式會社