半导体装置的制造方法.pdf

一种半导体装置的制造方法，在形成具有LDD结构，且具有采用金属硅化物形成的硅化物层的晶体管时，不产生硅衬底消减或碳污染。在硅衬底1上形成栅极绝缘膜2，在栅极电极3上形成和栅极绝缘膜2的材料相同种类的绝缘膜4。然后，形成第一绝缘膜6和第二绝缘膜，其中，第一绝缘膜6是和所述栅极绝缘膜2及所述栅极电极3上的绝缘膜4的材料不同的绝缘膜，第二绝缘膜是和栅极绝缘膜2及栅极电极3上的绝缘膜4的材料相同的绝缘膜。然后，使用干蚀刻形成由第二绝缘膜构成的衬垫8，然后，使用湿蚀刻形成LDD结构，形成用于形成硅化物层的开口部。其结果是，可不产生硅衬底的消减或碳污染而制造具有LDD结构或金属硅化物层的晶体管。

1、  一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：在硅衬底上形成栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上形成栅极电极材料和绝缘膜；对所述栅极电极材料和所述绝缘膜进行构图形成栅极电极；以所述栅极电极为掩膜，注入低浓度杂质；在所述硅衬底上形成第一绝缘膜和第二绝缘膜；干蚀刻所述第二绝缘膜，介由所述第一绝缘膜，在所述栅极电极的侧部形成由所述第二绝缘膜形成的衬垫；注入和所述低浓度杂质相同导电型的高浓度杂质；通过湿蚀刻除去所述栅极电极上及所述栅极绝缘膜上的所述第一绝缘膜；湿蚀刻由所述第二绝缘膜形成的衬垫和所述栅极绝缘膜以及所述栅极电极上的绝缘膜；在整个面上形成过渡金属层后，通过使所述硅衬底及所述栅极电极上面的硅和过渡金属反应，在硅衬底和栅极电极上部的表层部形成硅化物层。

2、  如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述硅衬底具有SOI结构。

3、  如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述第一绝缘膜是氮化硅膜。

4、  如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述第二绝缘膜是氧化硅膜。

5、  如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述过渡金属是钛、钴或镍。

6、  一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：在含有于绝缘体上成长硅单晶的结构的硅衬底上形成由氧化硅膜构成的栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上形成由多晶硅膜构成的栅极电极材料膜和由氧化硅膜构成的绝缘膜；对所述栅极电极材料膜和所述绝缘膜进行构图，形成在上面具有所述绝缘膜的栅极电极；以所述栅极电极为掩膜，注入低浓度杂质；在所述硅衬底上形成由氮化硅膜构成的第一绝缘膜和由氧化硅膜构成的第二绝缘膜；干蚀刻所述第二绝缘膜，介由所述第一绝缘膜，在所述栅极电极的侧部形成由所述第二绝缘膜构成的衬垫；将和所述低浓度杂质区域相同导电型的高浓度杂质从所述硅衬底表面部注入到比所述低浓度杂质区域更深的区域；通过由磷酸进行的湿蚀刻除去所述栅极电极上及所述栅极绝缘膜上的所述第一绝缘膜；利用氟酸或缓冲氟酸湿蚀刻由所述第二绝缘膜构成的衬垫和所述栅极绝缘膜以及所述栅极电极上的绝缘膜；在整个面上形成过渡金属层后，通过使所述硅衬底及所述栅极电极上面的硅和由钛、钴、镍的任意一种构成的过渡金属反应，在所述硅衬底和所述栅极电极上部的表层部形成硅化物层。

半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及具有LDD结构和通过形成金属硅化物(サリサイド)得到的硅化物层，且在栅极电极侧壁具有氮化硅膜形成的衬垫的半导体装置及其制造方法。
背景技术
伴随半导体装置的细微化的发展，产生了由短沟道效应使MOS晶体管的特性劣化的问题。对此，开发利用了被称为LDD(Lightly Doped Drain)结构的技术。另外，由于栅极电极、源极、漏极区域的尺寸减小，也产生了栅极电极、源极、漏极区域的电阻增大的问题。作为对应该问题的方法采用了：在栅极电极或源极、漏极区域的表面附近，通过自对准形成使硅和过渡金属反应得到的硅化物层的被称作金属硅化物(サリサイド)的技术。近年来的半导体装置多组合使用这两种技术来制造。
以下，参照图8～图13说明组合LDD结构和金属硅化物技术，来制造半导体装置的步骤的概要。
参照图8，在硅衬底21上形成栅极绝缘膜22。通常，栅极绝缘膜22使用氧化硅膜。在栅极绝缘膜22上形成作为栅极电极材料的膜，并通过光刻和蚀刻构图形成栅极电极23。然后，以所述栅极电极23为掩膜，向所述硅衬底21的表层部注入低浓度杂质，形成低浓度杂质区域24。
参照图9，在所述硅衬底21上形成绝缘膜。以后，该绝缘膜被称为衬垫绝缘膜25。
参照图10，通过采用各向异性干蚀刻处理衬垫绝缘膜25、栅极氧化膜22，在栅极电极23的侧面形成由在所述干蚀刻时残留的衬垫绝缘膜25构成的衬垫26。
参照图11，在硅衬底21上形成由绝缘膜构成的缓冲膜27。在该状态下，进行高浓度杂质的注入，形成高浓度杂质区域28。在形成高浓度杂质区域28后，通过干蚀刻除去缓冲膜27。
参照图12、13，在硅衬底21的整个面上形成过渡金属膜29。然后，通过加热硅衬底21，使所述过渡金属膜29和硅衬底21、栅极电极23表层部的硅反应。然后，除去未反应的过渡金属膜，再次进行加热，在硅衬底21、栅极电极23的表层部形成硅化物层30。
然后，在形成层间绝缘膜后，通过在高浓度杂质区域等上开接触孔并形成金属配线，来完成半导体装置，这一点虽未图示，但在本行业中是众所周知的。
上述的技术被记载于以下的专利文献1、2、3中。
专利文献1  特开平11-68094号公报
专利文献2  特开2000-91564号公报
专利文献3  特开平11-186545号公报
发明内容
在由所述的方法制造具有LDD结构和金属硅化物层的半导体装置时，会产生如下问题。
(1)通常，为了蚀刻构成衬垫26的绝缘膜和构成缓冲膜27的绝缘膜，要使用CF4、CHF3等含碳的气体。其结果形成，在硅衬底21的表面或栅极电极23的表面附近，具体地说在自表面起深度4nm程度的区域，残留碳的状态。以下，将其称为碳污染。
(2)如图10中由虚线椭圆包围的区域a、图11中由虚线椭圆包围的区域b所示，在形成衬垫、除去缓冲膜时，由于要进行超量蚀刻，硅必然被消减，其结果是，杂质区域的深度及其后形成的硅化物层的深度减少。
由于一次超量蚀刻消减大约7～15nm的区域，故两次超量蚀刻就有14～30nm的硅衬底被腐蚀。
(3)如图13中虚线椭圆包围的区域c所示，由于在产生碳污染的部分阻碍了过渡金属和硅的反应，故不形成硅化物层，会产生未反应部分。针对该问题，在所述专利文献1、2、3中也记载有等离子处理产生了碳污染的区域或利用蚀刻处理将其除去的技术。
如(2)、(3)所述，通过进行超量蚀刻或产生碳污染部分的除去，最大会消减34nm程度的硅。在通常的硅衬底中，即使除去34nm程度的硅，由于衬底整体是由硅构成的，故也没有大的问题。
但是，如近年来开始使用的具有SOI(Silicon On Insulator)结构的晶片那样，在绝缘体上成长薄的硅膜的晶片中就成为非常大的问题。由于绝缘体上硅的厚度为50nm～100nm程度，非常薄，因此，如图14所示，消减34nm程度的硅，就会大幅度减少杂质区域或硅化物层的深度，且导致晶体管的特性劣化。有时，就不能得到使晶体管工作所必须深度的杂质区域或硅化物层，而使晶体管不动作。
另外，在干蚀刻时，由于在晶片面内的位置不同蚀刻速率或选择比等会产生偏差，故结果也具有如下问题，在晶片面内，源极、漏极区域或栅极电极的电阻产生偏差。
在本发明中，为解决这种问题，使用将衬垫形成用绝缘膜分为第一绝缘膜和第二绝缘膜而形成的制造方法，其中，第一绝缘膜是和所述栅极绝缘膜及栅极电极上的绝缘膜的材料不同种类的绝缘膜，第二绝缘膜是和所述栅极绝缘膜相同种类地绝缘膜。另外，为形成硅化物层的开口部，在除去这些绝缘膜时，要进行湿蚀刻。
在形成用于形成LDD结构的注入区域时，或在硅衬底或栅极电极上设置金属硅化物层的开口部时，不进行干蚀刻，而采用不含碳的药液进行湿蚀刻，可防止硅消减或碳污染的产生。其结果是，即使在如SOI结构那样，在绝缘体上成长薄的硅膜得到的硅衬底上，也可以得到必要深度的杂质区域或硅化物层。另外，由于在湿蚀刻时，和干蚀刻比较，通过选择药液，可确保非常大的选择比，故也可以抑制面内偏差。因此，可高成品率地制造具有稳定的特性的晶体管。
附图说明
图1是显示本发明实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图2是显示本发明实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图3是显示本发明实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图4是显示本发明实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图5是显示本发明实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图6是显示本发明实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图7是显示本发明实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图8是显示现有的实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图9是显示现有的实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图10是显示现有的实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图11是显示现有的实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图12是显示现有的实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图13是显示现有的实施例的半导体装置制造方法的剖面图；
图14是显示采用现有的实施例的半导体装置制造方法的问题点的剖面图；
具体实施方式
参照图1～图7说明本发明的半导体装置的制造方法。
参照图1，利用热氧化法，在硅衬底1上形成膜厚5nm程度的氧化硅膜。将其作为栅极绝缘膜2。进一步在所述栅极绝缘膜2上形成膜厚200nm程度的多晶硅膜和氧化硅膜等绝缘膜。通过由光刻、蚀刻将其加工，在多晶硅膜上构图形成堆积有绝缘膜4的栅极电极3。另外，在本实施例中，使用在多晶硅上层积了绝缘膜的栅极电极，但不在栅极电极上形成所述绝缘膜的方法也被包含在本发明中。
然后，以栅极电极3为掩膜，注入低浓度杂质，此时，以1～5×10¹⁴(离子数/cm²)程度的剂量将杂质例如磷离子注入距硅衬底1的表面10nm程度的区域。然后，通过进行N₂(氮)退火等加热处理，使杂质扩散，形成低浓度杂质区域5。
参照图2，在硅衬底1的整体上作为第一绝缘膜6形成膜厚10nm程度的氮化硅膜。进一步在所述第一绝缘膜上，作为第二绝缘膜7形成15～25nm程度的由HTO(高温氧化物High Temperature Oxide)膜、TEOS(四乙基原硅酸盐Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜、NSG(非掺杂硅酸盐玻璃Non DopeSilicate Glass)膜等构成的氧化硅膜。
参照图3，干蚀刻第二绝缘膜7即氧化硅膜。此时，如图3所示，在栅极电极3的侧壁部分介由第一绝缘膜6形成由第二绝缘膜7构成的衬垫8。
然后，注入和所述低浓度杂质区域4相同导电型的高浓度杂质，并通过N₂退火等加热处理，形成高浓度杂质区域9。注入时的剂量例如在使用砷时为1～5×10¹⁵(离子个数/cm²)程度，退火前的高浓度杂质层深度为自晶片表面5～45nm程度，形成在比所述低浓度杂质层4更深的部分。此时，由于第一绝缘膜6、衬垫8存在于栅极电极3的侧面部，故和所述低浓度杂质区域比较，高浓度杂质区域被形成于远离所述栅极电极3的位置。由此，形成LDD结构。
参照图4，使用以磷酸为主成分的药液湿蚀刻作为第一绝缘膜6的氮化硅膜。另外，如前所述，药液也可以仅是磷酸，但为了调整蚀刻速率或改善润湿性，也可以混合纯水或界面活性剂。
此时，由于衬垫8和栅极电极、栅极绝缘膜2被夹持的区域的第一绝缘膜6不被蚀刻，因此，仅栅极电极3上的氮化硅膜和栅极绝缘膜2上的氮化硅膜被除去。另外，在该湿蚀刻使用的磷酸中，作为栅极电极3上的绝缘膜4或栅极绝缘膜2材料的氧化硅膜几乎不被消减，也不产生碳污染。
参照图5，使用以氟酸或缓冲氟酸为主成分的药液，除去栅极电极3上的氧化硅膜4和栅极电极3或第一绝缘膜6不存在的部分的栅极绝缘膜2和衬垫8。如前所述，由于氟酸或缓冲氟酸几乎没有蚀刻硅的能力且不含碳，故不会产生硅消减或碳污染等问题。
参照图6，在硅衬底1整个面上形成由钛、钴、镍等中的任意一种构成的过渡金属膜10。使用钛时，膜厚为约30～40nm，使用钴时，膜厚为约6～10nm。
参照图7(a)，加热硅衬底1直至过渡金属和硅反应的温度。一般地说，在使用钛时为约700℃，在使用钴时为约500℃。然后，由使用硫酸等的湿蚀刻除去未反应的过渡金属，然后，通过再次加热硅衬底，在硅衬底1或栅极电极3的表层部形成硅化物层11。
然后，形成层间膜，开设触点口，设置金属配线形成半导体装置，这和
现有技术相同。
例如，在将钴以8nm程度成膜，形成硅化物层时，硅化物层的深度为约32nm程度。因此，如图7(b)，当在具有绝缘体31上的硅膜厚度为50nm程度的SOI结构的硅衬底中，利用现有的方法消减30nm程度的硅时，不但不能得到必要的硅化物层厚度，而且形成没有杂质层的状态，晶体管不动作。但是，采用本发明的制造方法，可防止这样的问题产生。