專(zhuān)利名稱(chēng)：全硅化金屬柵極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件以及制造它的方法，尤其涉及一種包括先進(jìn)柵極結(jié)構(gòu)例如全硅化金屬柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件，以及制造該全硅化金屬柵極器件的方法。
背景技術(shù)：
遍及現(xiàn)有技術(shù)，金屬柵極集成已經(jīng)證實(shí)難以在MOS晶體管的常規(guī)工藝流程中實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)金屬柵極材料在源/漏(S/D)結(jié)激活退火所需的高溫處理期間與柵極電介質(zhì)相互作用。盡管現(xiàn)有技術(shù)的替換柵極制程增加金屬柵極的材料選擇數(shù)目，工藝復(fù)雜度和成本增加，阻止金屬柵極堆疊接收高溫退火的需求已經(jīng)導(dǎo)致“柵極最后形成”或“替換柵極”制程的研制，在這當(dāng)中柵極堆疊最后制造并且在隨后處理期間保持在500℃以下。
在現(xiàn)有技術(shù)中使用例如圖1A-1D中所示的處理步驟從多晶硅柵中形成自對(duì)準(zhǔn)硅化金屬柵極是已知的。特別地，現(xiàn)有技術(shù)制程從提供圖1A中所示的結(jié)構(gòu)開(kāi)始，該結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底12，隔離區(qū)15，柵極區(qū)16L和16R，柵極電介質(zhì)18，多晶硅柵極導(dǎo)體20和帽層22。隔件24位于每個(gè)柵極區(qū)上。如所示，源/漏極注入使用位于多晶硅導(dǎo)體20上的帽層22執(zhí)行。接下來(lái)，帽層22非選擇性地去除，如圖1B中所示，然后硅化物金屬105例如Ni沉積在整個(gè)結(jié)構(gòu)上，提供圖1C中所示的結(jié)構(gòu)?？蛇x的氧擴(kuò)散阻擋層可以在硅化物金屬上形成，然后執(zhí)行退火以引起多晶硅與硅化物金屬之間的反應(yīng)。取決于該金屬，低電阻率硅化物可以利用單次退火形成。在單次退火之后，任何未反應(yīng)的金屬和可選的氧擴(kuò)散阻擋層去除，如果需要的話(huà)，可以執(zhí)行二次退火。圖1D顯示硅化源/漏極區(qū)100和金屬硅化物柵極102形成的自對(duì)準(zhǔn)硅化工藝(salicide process)之后的結(jié)構(gòu)。在該現(xiàn)有技術(shù)制程中，柵極和源/漏極硅化同時(shí)發(fā)生。
如所示，該現(xiàn)有技術(shù)制程形成厚的金屬硅化物柵極和厚的源/漏極硅化物，每個(gè)具有大約100nm的厚度。這因?yàn)橐恍┰蚩赡苁浅蓡?wèn)題的。首先，硅化物可能在柵極下面延伸而使得器件短路。其次，假設(shè)由帽層從柵極的非選擇性去除而引起的器件隔離區(qū)的凹進(jìn)，這種厚的源/漏極硅化物也可能是成問(wèn)題的。特別地，該現(xiàn)有技術(shù)制程中的硅化物可能跨越由窄隔離區(qū)分隔的器件而短路。第三，厚的硅化物可能消耗隔件下面延伸區(qū)中的硅，導(dǎo)致差的器件性能。因此，需要產(chǎn)生厚的全硅化金屬柵極和薄得多的源/漏極硅化物的方法。另外，該現(xiàn)有技術(shù)制程中的硅化物也可能接觸器件的注入阱區(qū)，從而使器件短路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種先進(jìn)的柵極結(jié)構(gòu)，其包括全硅化金屬柵極以及與硅化金屬柵極相鄰的硅化源極和漏極區(qū)。特別地，就廣泛而言，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括由第一硅化物金屬形成的具有第一厚度的全硅化金屬柵極，以及由第二金屬形成的具有第二厚度的相鄰硅化源極和漏極區(qū)，其中所述第二厚度小于第一厚度并且所述硅化源極和漏極區(qū)與包括至少全硅化金屬柵極的柵極區(qū)的邊緣對(duì)準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明，厚的全硅化金屬柵極和較薄的硅化源極和漏極區(qū)可以包含相同或不同的金屬硅化物，例如Ti，Ta，W，Co，Ni，Pt，Pd及其合金的硅化物。在各種硅化物中，Co，Ni或Pt的硅化物在其最低電阻率相態(tài)特別優(yōu)選。在本發(fā)明的極優(yōu)選實(shí)施方案中，源極和漏極區(qū)包括CoSi2，而硅化金屬柵極包括NiSi和/或NiPtSi。在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方案中，源極和漏極硅化物包括NiSi，而硅化金屬柵極包括NiSi和/或NiPtSi。
提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件，其包括具有位于其表面上的硅化源極和漏極區(qū)的半導(dǎo)體襯底，所述硅化源極和漏極區(qū)具有小于500的厚度并且自對(duì)準(zhǔn)到包括具有大于500厚度的全硅化金屬柵極的柵極區(qū)的邊緣。
除了上述結(jié)構(gòu)之外，本發(fā)明也提供形成具有厚的全硅化金屬柵極以及與硅化金屬柵極相鄰的較薄硅化源極和漏極區(qū)的先進(jìn)柵極結(jié)構(gòu)的方法。在本發(fā)明的一種方法中，下面的處理步驟在制造本發(fā)明的結(jié)構(gòu)時(shí)使用提供包括至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊以及相鄰源極和漏極區(qū)的結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊包括多晶硅柵極導(dǎo)體，上覆的電介質(zhì)帽，所述多晶硅柵極導(dǎo)體的至少側(cè)壁上的電介質(zhì)襯墊，以及所述電介質(zhì)襯墊和至少多晶硅柵極導(dǎo)體的鄰接側(cè)壁上的隔件；在頂上包括至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊的結(jié)構(gòu)上沉積包括共形電介質(zhì)層和平面化電介質(zhì)層的材料堆疊；去除共形電介質(zhì)層和平面化電介質(zhì)層的部分以暴露所述電介質(zhì)帽；去除電介質(zhì)帽以暴露多晶硅柵極導(dǎo)體；將多晶硅柵極導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成全硅化金屬柵極；暴露所述源極和漏極區(qū)；以及自對(duì)準(zhǔn)硅化所述源極和漏極區(qū)以形成具有小于全硅化金屬柵極的厚度的硅化源極和漏極區(qū)。
在上述方法的一些實(shí)施方案中，硅化源/漏極區(qū)在形成材料堆疊之前在結(jié)構(gòu)上形成。特別地，當(dāng)硅化源/漏極區(qū)在硅化物金屬柵極之前形成時(shí)，它們?cè)谛纬筛艏笤谔峁┎襟E中獲得的結(jié)構(gòu)中形成。
同樣提供形成本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二方法。第二方法使用光刻膠(負(fù)性或正性)和干法刻蝕工藝選擇性地去除電介質(zhì)帽。特別地，就廣泛而言，本發(fā)明的第二方法包括步驟提供包括至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊以及相鄰源極和漏極區(qū)的結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊包括多晶硅柵極導(dǎo)體，上覆的電介質(zhì)帽，以及至少多晶硅柵極導(dǎo)體的鄰接側(cè)壁上的隔件；在包括所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊的結(jié)構(gòu)頂上構(gòu)成形成圖案的光刻膠，所述形成圖案的光刻膠包含暴露所述電介質(zhì)帽的開(kāi)口；利用干法刻蝕工藝選擇性地去除電介質(zhì)帽以暴露多晶硅柵極導(dǎo)體；去除形成圖案的光刻膠；將多晶硅柵極導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成全硅化金屬柵極；以及自對(duì)準(zhǔn)硅化所述源極和漏極區(qū)以形成具有小于全硅化金屬柵極的厚度的硅化源極和漏極區(qū)。
在上述第二方法的一些實(shí)施方案中，硅化源/漏極區(qū)在形成光刻膠之前在結(jié)構(gòu)上形成。特別地，當(dāng)硅化源/漏極區(qū)在硅化物金屬柵極之前形成時(shí)，它們?cè)谛纬筛艏笤谔峁┎襟E中獲得的結(jié)構(gòu)中形成。在本發(fā)明的第二實(shí)施方案中，光刻膠可以是負(fù)性光刻膠或正性光刻膠。
在本發(fā)明第二方法的一些實(shí)施方案中，剝離層在柵極區(qū)周?chē)纬?，然后形成圖案的光刻膠形成。在去除電介質(zhì)帽之后，剝離層上形成圖案的光刻膠與剝離層一起從該結(jié)構(gòu)去除。
本發(fā)明的另一種方法包括光刻級(jí)的使用以提供到柵極級(jí)的精確對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明的該第三方法包括提供包括至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊以及相鄰源極和漏極區(qū)的結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊包括多晶硅柵極導(dǎo)體，上覆的電介質(zhì)帽，以及至少多晶硅柵極導(dǎo)體的鄰接側(cè)壁上的隔件；在頂上包括至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊的結(jié)構(gòu)上沉積包括平面化材料、掩蔽層和光刻膠的堆疊；對(duì)該堆疊形成圖案以暴露電介質(zhì)帽；利用干法刻蝕工藝選擇性地去除電介質(zhì)帽以暴露多晶硅柵極導(dǎo)體；去除堆疊；將多晶硅柵極導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成全硅化金屬柵極；以及自對(duì)準(zhǔn)硅化所述源極和漏極區(qū)以形成具有小于全硅化金屬柵極的厚度的硅化源極和漏極區(qū)。
在上述第三方法的一些實(shí)施方案中，硅化源/漏極區(qū)在形成堆疊之前在結(jié)構(gòu)上形成。特別地，當(dāng)硅化源/漏極區(qū)在硅化物金屬柵極之前形成時(shí)，它們?cè)谛纬筛艏笤谔峁┎襟E中獲得的結(jié)構(gòu)中形成。剝離層也可以在本發(fā)明的第三方法中使用。剝離層在對(duì)平面化材料、掩蔽層和光刻膠的堆疊形成圖案之前在形成圖案的柵極堆疊的暴露表面上形成。


圖1A-1D是(通過(guò)橫截面視圖)描繪由多晶硅柵極制造自對(duì)準(zhǔn)硅化金屬柵極的現(xiàn)有技術(shù)制程的圖示。
圖2A-2G是(通過(guò)橫截面視圖)說(shuō)明在本發(fā)明第一方法中使用的基本處理步驟的圖示。
圖3A-3E是(通過(guò)橫截面視圖)說(shuō)明在本發(fā)明第二方法中使用的基本處理步驟的圖示。
圖4A-4D是(通過(guò)橫截面視圖)說(shuō)明光刻膠與剝離層一起使用的本發(fā)明第二方法實(shí)施方案的圖示。
圖5A-5I是(通過(guò)橫截面視圖)說(shuō)明使用光刻級(jí)提供到柵極級(jí)的精確對(duì)準(zhǔn)的本發(fā)明第三方法的圖示。
圖6A-6D是(通過(guò)橫截面視圖)說(shuō)明平面化層如何保護(hù)底層材料并且防止光刻固有的臨界尺寸(CD)偏置和失對(duì)準(zhǔn)發(fā)生的圖示。
圖7A-7E是(通過(guò)橫截面視圖)說(shuō)明可以與平面化層一起使用的一種剝離方案的圖示。
圖8A-8F是(通過(guò)橫截面視圖)說(shuō)明可以與平面化層一起使用的另一種剝離方案的圖示。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將通過(guò)參考附隨本申請(qǐng)的附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其提供具有全硅化柵極以及(相對(duì)于柵極和現(xiàn)有技術(shù)硅化源/漏極區(qū))薄的硅化源極和漏極區(qū)的MOS器件以及制造它的方法。在附隨附圖中，未必按照比例繪制，類(lèi)似和/或相應(yīng)單元由類(lèi)似的附圖標(biāo)記指示。
應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中，兩個(gè)MOS器件區(qū)顯示在單個(gè)半導(dǎo)體襯底上形成。雖然對(duì)這種實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明，本發(fā)明并不局限于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面上任何特定數(shù)目的MOS器件的形成。而是，本發(fā)明的方法在半導(dǎo)體襯底的表面上形成至少一個(gè)全硅化MOS器件。
首先參考在圖2A中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)10。結(jié)構(gòu)10包括半導(dǎo)體襯底12，其具有位于半導(dǎo)體襯底12表面上的兩個(gè)柵極區(qū)16L和16R。每個(gè)柵極區(qū)，也就是16R和16L，包括柵極電介質(zhì)18，多晶硅導(dǎo)體20，電介質(zhì)帽22，電介質(zhì)襯墊23，隔件24和源/漏極區(qū)14。源/漏極區(qū)14位于半導(dǎo)體襯底12內(nèi)。
結(jié)構(gòu)10的半導(dǎo)體襯底12包括任何半導(dǎo)體材料，包括但不局限于Si，Ge，SiGe，SiC，SiGeC，Ga，GaAs，InAs，InP和所有其他III/V化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體襯底12也可以包括有機(jī)半導(dǎo)體或分層半導(dǎo)體例如Si/SiGe，絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上硅鍺(SGOI)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，優(yōu)選地，半導(dǎo)體襯底12由含硅半導(dǎo)體材料，也就是包含硅的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。半導(dǎo)體襯底12可能摻雜、無(wú)摻雜或者在其中包含摻雜和無(wú)摻雜區(qū)。
半導(dǎo)體襯底12也可以包括第一摻雜(n或p)區(qū)，和第二摻雜(n或p)區(qū)。為了清楚，摻雜區(qū)在本申請(qǐng)的附圖中不特別標(biāo)注。第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)可能相同，或者它們可能具有不同的導(dǎo)電性和/或摻雜濃度。這些摻雜區(qū)已知為“阱”。
溝槽隔離區(qū)(不特別顯示)典型地在本發(fā)明的此處已經(jīng)利用本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的常規(guī)制程在半導(dǎo)體襯底中形成。溝槽隔離區(qū)位于本發(fā)明附圖中所示區(qū)域的外圍，以及描繪的兩個(gè)柵極區(qū)之間。
柵極電介質(zhì)18在包括半導(dǎo)體襯底12的結(jié)構(gòu)10的整個(gè)表面上以及隔離區(qū)頂上(如果隔離區(qū)存在并且如果它是沉積電介質(zhì))形成。柵極電介質(zhì)18可以由熱生長(zhǎng)工藝?yán)缪趸?、氮化或氧氮化形成。作為選擇，柵極電介質(zhì)18可以由沉積工藝?yán)缁瘜W(xué)汽相沉積(CVD)、等離子輔助CVD、原子層沉積(ALD)、蒸發(fā)、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積和其他類(lèi)似沉積工藝來(lái)形成。柵極電介質(zhì)18也可以利用上面工藝的任何組合來(lái)形成。
柵極電介質(zhì)18包括絕緣材料，包括但不局限于氧化物、氮化物、氧氮化物和/或硅酸鹽(包括金屬硅酸鹽和氮化金屬硅酸鹽)。在一種實(shí)施方案中，優(yōu)選地，柵極電介質(zhì)18包括氧化物例如SiO2，HfO2，ZrO2，Al2O3，TiO2，La2O3，SrTiO3，LaAlO3及其混合物。
柵極電介質(zhì)18的物理厚度可能變化，但是典型地，柵極電介質(zhì)18具有大約0.5至大約10nm的厚度，大約0.5至大約3nm的厚度更典型。
在形成柵極電介質(zhì)18之后，變成圖2A中所示多晶硅柵極導(dǎo)體20的多晶硅(也就是PolySi)覆蓋層利用已知沉積工藝?yán)缥锢砥喑练e、CVD或蒸發(fā)在柵極電介質(zhì)18上形成。多晶硅覆蓋層可能摻雜或無(wú)摻雜。如果摻雜，現(xiàn)場(chǎng)摻雜沉積工藝可以在形成它時(shí)使用。作為選擇，摻雜的多晶硅層可以通過(guò)沉積、離子注入和退火來(lái)形成。多晶硅層的摻雜將偏移形成的硅化金屬柵極的功函數(shù)。摻雜物離子的說(shuō)明性實(shí)例包括As，P，B，Sb，Bi，In，Al，Ga，Tl或其混合物。離子注入的典型劑量是1E14(＝1×1014)至1E16(＝1×1016)原子/平方厘米或更典型地1E15至5E15原子/平方厘米。在本發(fā)明此處沉積的多晶硅層的厚度，也就是高度可能依賴(lài)于使用的沉積工藝而變化。典型地，多晶硅層具有大約20至大約180nm的垂直厚度，大約40至大約150nm的厚度更典型。
在多晶硅覆蓋層沉積之后，電介質(zhì)帽22利用沉積工藝?yán)缥锢砥喑练e或化學(xué)汽相沉積在多晶硅柵極導(dǎo)體20的覆蓋層上形成。電介質(zhì)帽22可以是氧化物、氮化物、氧氮化物或其任何組合。電介質(zhì)帽22可以由與這里下面將詳細(xì)定義的隔件24不同的電介質(zhì)材料構(gòu)成。在一種實(shí)施方案中，氮化物例如Si3N4用作電介質(zhì)帽22。在另一種優(yōu)選實(shí)施方案中，電介質(zhì)帽22是氧化物例如SiO2。電介質(zhì)帽22的厚度，也就是高度為大約20至大約180nm，大約30至大約140nm的厚度更典型。
覆蓋多晶硅層和電介質(zhì)帽層然后通過(guò)光刻和刻蝕形成圖案，以便提供形成圖案的柵極堆疊。形成圖案的柵極堆疊可能具有相同的尺寸，也就是長(zhǎng)度，或者它們可能具有變化的尺寸以提高器件性能。在本發(fā)明此處每個(gè)形成圖案的柵極堆疊包括多晶硅柵極導(dǎo)體20和電介質(zhì)帽22。光刻步驟包括將光刻膠涂敷到電介質(zhì)帽層的頂面，將光刻膠暴露于期望圖案的輻射，以及利用常規(guī)光刻膠顯影劑顯影暴露的光刻膠。光刻膠中的圖案然后利用一個(gè)或多個(gè)干法刻蝕步驟轉(zhuǎn)移到電介質(zhì)帽層和多晶硅覆蓋層。在一些實(shí)施方案中，形成圖案的光刻膠可以在圖案已經(jīng)轉(zhuǎn)移到電介質(zhì)帽層之后去除。在其他實(shí)施方案中，形成圖案的光刻膠在刻蝕已經(jīng)完成之后去除。
可以在本發(fā)明中構(gòu)成形成圖案的柵極堆疊時(shí)使用的適當(dāng)干法刻蝕工藝包括，但不局限于反應(yīng)離子刻蝕、離子束刻蝕、等離子刻蝕或激光燒蝕。使用的干法刻蝕工藝典型地對(duì)底層?xùn)艠O電介質(zhì)18具有選擇性，因此該刻蝕步驟典型地不去除柵極電介質(zhì)。但是，在一些實(shí)施方案中，該刻蝕步驟可能用來(lái)去除不受柵極堆疊保護(hù)的柵極電介質(zhì)18的部分。濕法刻蝕工藝也可以用來(lái)去除不受柵極堆疊保護(hù)的柵極電介質(zhì)18的部分。
接下來(lái)，電介質(zhì)襯墊23在包括至少多晶硅柵極導(dǎo)體20的所有包含硅的暴露表面上形成。電介質(zhì)襯墊23也可以延伸到半導(dǎo)體襯底12的水平表面上，如圖2A中所示。電介質(zhì)襯墊23可能包括任何電介質(zhì)材料，包含氧化物、氮化物、氧氮化物或其任何組合。電介質(zhì)襯墊23經(jīng)由熱生長(zhǎng)工藝?yán)缪趸⒌蜓醯纬?。根?jù)本發(fā)明，電介質(zhì)襯墊23是其厚度典型地為大約1至大約10nm的薄層。
至少一個(gè)隔件24在每個(gè)形成圖案的柵極堆疊的暴露側(cè)壁上以及電介質(zhì)襯墊頂上形成。該至少一個(gè)隔件24由絕緣體構(gòu)成，例如氧化物、氮化物、氧氮化物和/或其任何組合，并且它典型地由與電介質(zhì)襯墊23和電介質(zhì)帽22不同的材料構(gòu)成。優(yōu)選地，由氮化物隔件形成。該至少一個(gè)隔件24通過(guò)沉積和刻蝕形成。注意，在形成隔件24時(shí)使用的刻蝕步驟也可以從襯底頂部去除電介質(zhì)襯墊23，使得半導(dǎo)體襯底12的一部分暴露。半導(dǎo)體襯底12的暴露部分在圖2A中標(biāo)注為附圖標(biāo)記11。
該至少一個(gè)隔件24的寬度必須足夠?qū)?，使?隨后形成的)源極和漏極硅化物接觸不會(huì)侵占柵極堆疊邊緣的下面。典型地，當(dāng)該至少一個(gè)隔件具有在底部測(cè)量時(shí)大約15至大約80nm的厚度時(shí)，源/漏極硅化物不會(huì)侵占柵極堆疊邊緣的下面。
在隔件形成之后，源/漏極擴(kuò)散區(qū)14在暴露部分11上形成到襯底12中。源/漏極擴(kuò)散區(qū)14利用離子注入和退火步驟形成。退火步驟用來(lái)激活由先前注入步驟注入的摻雜物。離子注入和退火的條件對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知。
接下來(lái)，如圖2B中所示，包括共形電介質(zhì)層26和平面化電介質(zhì)28的材料堆疊在圖2A中所示的整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成。根據(jù)本發(fā)明，共形電介質(zhì)層26首先形成，之后是平面化電介質(zhì)層28。共形電介質(zhì)層26包括任何電介質(zhì)材料，包括氧化物、氮化物和/或氧氮化物。特別地，共形電介質(zhì)層26包括氮化物例如Si3N4。利用常規(guī)沉積工藝形成的共形電介質(zhì)層具有沉積之后大約15至80nm的厚度。
在圖2A中所示的結(jié)構(gòu)上形成共形電介質(zhì)層26之后，形成平面化電介質(zhì)層28。平面化電介質(zhì)層28包括氧化物，例如高密度氧化物或TEOS沉積的氧化物。作為選擇，平面化電介質(zhì)層28可能包括摻雜硅酸鹽玻璃，例如摻硼硅酸鹽玻璃(BSG)或摻磷硅酸鹽玻璃(PSG)，可旋涂聚合材料例如氫硅倍半氧烷(HSQ)或光刻膠。平面化電介質(zhì)層28通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的常規(guī)技術(shù)形成。在本發(fā)明此處形成的平面化電介質(zhì)層28的厚度可能依賴(lài)于使用的材料類(lèi)型而變化。典型地，平面化電介質(zhì)層28具有大約50至大約100nm的厚度。根據(jù)本發(fā)明，柵極堆疊頂上的平面化層小于其在源/漏極區(qū)和溝槽隔離區(qū)上的厚度。
圖2C和2D表示可以在本發(fā)明中使用以暴露電介質(zhì)帽22的各種實(shí)施方案。圖2C顯示使用內(nèi)刻蝕工藝的實(shí)施方案，而圖2D顯示使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝的實(shí)施方案。內(nèi)刻蝕工藝包括可以選擇性地去除在電介質(zhì)帽22的頂面上延伸的平面化電介質(zhì)層28和共形電介質(zhì)層26的部分的至少一個(gè)時(shí)控刻蝕工藝。在一些實(shí)施方案中，平面化電介質(zhì)層28的一部分首先內(nèi)刻蝕，然后共形電介質(zhì)層26的一部分使用不同的刻蝕工藝內(nèi)刻蝕?？梢栽谛纬蓤D2C中所示結(jié)構(gòu)時(shí)使用的刻蝕工藝的實(shí)例包括對(duì)氮化物具有選擇性的首先刻蝕氧化物的干法刻蝕工藝，之后是對(duì)氧化物具有選擇性的刻蝕氮化物的干法刻蝕工藝。在形成圖2D中所示結(jié)構(gòu)時(shí)使用的CMP工藝是常規(guī)的且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知。
不管使用哪種技術(shù)(例如內(nèi)刻蝕或CMP)，內(nèi)刻蝕或CMP之后作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)具有暴露的電介質(zhì)帽22。雖然兩種實(shí)施方案都可以在本發(fā)明中使用，下面的

已經(jīng)經(jīng)歷內(nèi)刻蝕工藝的結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)注意，已經(jīng)由CMP平面化的結(jié)構(gòu)也可以經(jīng)歷下面的過(guò)程。
暴露的電介質(zhì)帽22從每個(gè)柵極區(qū)16L和16R去除，使得底層多晶硅柵極導(dǎo)體20暴露。在該步驟已經(jīng)執(zhí)行之后形成的作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)在例如圖2E中顯示。電介質(zhì)帽22在本發(fā)明中通過(guò)利用從該結(jié)構(gòu)中去除電介質(zhì)帽材料的刻蝕工藝，濕法或干法而去除。雖然干法刻蝕工藝?yán)绶磻?yīng)離子刻蝕(RIE)、離子束刻蝕(IBE)和等離子刻蝕可以使用，濕法刻蝕工藝在去除電介質(zhì)帽22時(shí)使用是優(yōu)選的?？梢杂脕?lái)去除電介質(zhì)帽22的濕法刻蝕工藝的實(shí)例包括稀釋氫氟酸(DHF)。在電介質(zhì)帽22和平面化電介質(zhì)層28包含氧化物的實(shí)施方案中，該步驟也去除柵極區(qū)之間的剩余平面化電介質(zhì)層28。這同樣在圖2E中顯示。在該情況下，共形電介質(zhì)層26的剩余部分保護(hù)包含源/漏極區(qū)14的襯底的部分。
在從多晶硅柵極導(dǎo)體20頂部刻蝕帽層電介質(zhì)22之后，執(zhí)行第一自對(duì)準(zhǔn)硅化工藝以消耗形成全硅化金屬柵極30的多晶硅柵極導(dǎo)體20。第一自對(duì)準(zhǔn)硅化工藝在圖2F中示例。第一自對(duì)準(zhǔn)硅化工藝的第一步驟包括在圖2E中所示的結(jié)構(gòu)頂上沉積覆蓋硅化物金屬。該硅化物金屬可以使用任何常規(guī)沉積工藝，包括例如濺射、化學(xué)汽相沉積、蒸發(fā)、化學(xué)溶液沉積、電鍍等沉積。該硅化物金屬可以與形成(隨后形成和描述的)硅化源/漏極區(qū)時(shí)使用的金屬相同或不同。
硅化物金屬可以包含Ti，Hf，Ta，W，Co，Ni，Pt，Pd或其合金中至少一種。在一種實(shí)施方案中，硅化物金屬是Co；CoSi2使用兩步驟退火工藝形成。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，硅化物金屬是Ni或Pt；NiSi和PtSi使用單次退火步驟形成。
硅化物金屬厚度被選擇以便形成具有特定MOS器件的適當(dāng)功函數(shù)的硅化物相態(tài)，并且消耗全部多晶硅柵極導(dǎo)體20。例如，NiSi具有4.65eV的功函數(shù)，并且如果初始多晶硅高度是50nm，所需的Ni的量大約為27nm。CoSi2具有4．45eV的功函數(shù)，并且如果初始多晶硅高度是50nm，所需的Co的量是大約14nm。雖然給定的硅化物金屬厚度是僅消耗多晶硅所必需的量，如果厚度超出大約10％以保證消耗完成是優(yōu)選的。
在一些實(shí)施方案(沒(méi)有顯示)中，氧擴(kuò)散阻擋層例如TiN或W在退火之前在硅化物金屬頂上形成。
特別地，自對(duì)準(zhǔn)硅化物退火包括用來(lái)在結(jié)構(gòu)中形成第一硅化物相態(tài)的第一退火；該第一硅化物相態(tài)可能表示或可能不表示金屬硅化物的最低電阻率相態(tài)。第一退火典型地在低于第二退火步驟的溫度執(zhí)行。典型地，可能形成或可能不形成高電阻硅化物相態(tài)材料的第一退火步驟在大約300°至大約600℃的溫度使用連續(xù)加熱法或各種陡變和浸吸加熱循環(huán)執(zhí)行。更優(yōu)地，第一退火步驟在大約350°至大約550℃的溫度執(zhí)行。
自對(duì)準(zhǔn)硅化物退火(第一和第二)在一氣氛(例如He，Ar，N2或合成氣體)中執(zhí)行。柵極硅化物退火步驟可能使用不同的氣氛或者退火步驟可能在相同的氣氛中執(zhí)行。例如，He可能在兩個(gè)退火步驟中使用，或者He可能在第一退火步驟中使用而合成氣體可能在第二退火步驟中使用。
接下來(lái)，使用選擇性濕法刻蝕步驟以從結(jié)構(gòu)去除任何不起反應(yīng)的硅化物金屬。對(duì)于一些金屬硅化物，自對(duì)準(zhǔn)硅化工藝可以在此處停止，因?yàn)槎嗑Ч璞幌牟⑶业谝还杌锵鄳B(tài)的電阻率接近該相態(tài)的最小值。這是Ni和Pt的情況。在其他情況下，例如當(dāng)Co或Ti用作硅化物金屬時(shí)，需要第二更高溫度的退火以消耗剩余的多晶硅并且形成第二硅化物相態(tài)材料。在該實(shí)施方案中，第一硅化物相態(tài)是高電阻率相態(tài)硅化物材料，而第二硅化物相態(tài)材料是較低電阻率相態(tài)硅化物材料。
第二退火步驟在大約600℃至大約800℃的溫度使用連續(xù)加熱法或各種陡變和浸吸加熱循環(huán)執(zhí)行。更優(yōu)地，第二退火步驟在大約650℃至大約750℃的溫度執(zhí)行。
圖2F顯示全硅化金屬柵極30形成之后的結(jié)構(gòu)。全硅化金屬柵極30位于先前由多晶硅柵極導(dǎo)體20占據(jù)的區(qū)域中隔件24之間的柵極電介質(zhì)18頂上。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中并且如果先前沒(méi)有執(zhí)行，柵極區(qū)之間平面化電介質(zhì)層28的剩余部分使用選擇性刻蝕工藝去除。每個(gè)柵極區(qū)之間共形電介質(zhì)層26的剩余部分然后使用從該結(jié)構(gòu)選擇性地刻蝕共形電介質(zhì)材料的刻蝕工藝去除。本發(fā)明的該步驟暴露包含源/漏極區(qū)14的襯底12的部分。
然后源極和漏極硅化物接觸32(下文的源/漏極硅化物)使用自對(duì)準(zhǔn)硅化工藝形成，其包括步驟在包括源/漏極擴(kuò)散區(qū)11的襯底12的暴露表面上沉積硅化物金屬，在硅化物金屬上可選地沉積氧擴(kuò)散阻擋材料例如TiN，第一退火以形成硅化物，選擇性刻蝕任何不起反應(yīng)的材料，包括阻擋材料(如果使用的話(huà))，如果需要的話(huà)，執(zhí)行第二退火步驟。本發(fā)明的步驟在圖2G中顯示。
當(dāng)半導(dǎo)體襯底不包含硅時(shí)，一層硅(沒(méi)有顯示)可以在半導(dǎo)體襯底12的暴露表面上生長(zhǎng)，并且可以在形成源/漏極硅化物接觸時(shí)使用。
在形成源/漏極硅化物32時(shí)使用的硅化物金屬包括能夠與硅反應(yīng)以形成金屬硅化物的任何金屬。如果襯底不包含硅，那么金屬硅化物需要包括將與其他襯底材料形成硅化物的金屬，例如，Ni對(duì)于SiGe表面。這種金屬的實(shí)例包括，但不局限于Ti，Ta，W，Co，Ni，Pt，Pd及其合金。在一種實(shí)施方案中，Co是優(yōu)選金屬。在這種實(shí)施方案中，第二退火步驟是必需的。在另一種實(shí)施方案中，Ni或Pt是優(yōu)選的。在該實(shí)施方案中，第二退火步驟典型地不執(zhí)行。
硅化源/漏極區(qū)32可以利用上面形成硅化柵極時(shí)描述的條件形成。利用上述過(guò)程形成的源/漏極硅化物，也就是硅化源/漏極區(qū)32自對(duì)準(zhǔn)到柵極區(qū)16R或16L的邊緣。特別地，硅化源/漏極區(qū)32的外邊緣與電介質(zhì)襯墊23和隔件24的邊緣對(duì)準(zhǔn)。硅化源/漏極區(qū)32具有小于50nm的厚度(垂直測(cè)量)，大約15至大約30nm的厚度更典型。
在本發(fā)明的工藝中，在形成硅化源/漏極區(qū)和硅化金屬柵極時(shí)使用的硅化金屬可以包括可以增強(qiáng)金屬硅化物形成的合金添加劑?？梢栽诒景l(fā)明中使用的合金添加劑的實(shí)例包括，但不局限于C，Al，Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Ge，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，In，Sn，Hf，Ta，W，Re，Ir，Pt或其混合物，限制條件是合金添加劑與在形成硅化物時(shí)使用的材料不相同。當(dāng)存在時(shí)，合金添加劑以大約0.1至50原子百分比的量存在。合金添加劑可以作為摻雜材料引入到硅化物金屬層或者它可以是退火之前在硅化物金屬層上形成的一層。
應(yīng)當(dāng)注意，雖然上面描述不包括凸起的源/漏極區(qū)的初始結(jié)構(gòu)，本發(fā)明也考慮凸起的源/漏極區(qū)在初始結(jié)構(gòu)中的存在。凸起的源/漏極區(qū)利用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的常規(guī)技術(shù)形成。特別地，凸起的源/漏極區(qū)通過(guò)在注入源/漏極區(qū)之前在襯底上沉積任何含硅層，例如外延硅、非晶硅、SiGe等形成。
除了硅化源/漏極區(qū)在硅化金屬柵極之后形成的上述實(shí)施方案之外，本發(fā)明也考慮硅化源/漏極區(qū)在硅化金屬柵極之前形成的實(shí)施方案。在這種實(shí)施方案中，硅化源/漏極區(qū)可以在隔件24形成之后，在形成共形電介質(zhì)層26之前在結(jié)構(gòu)上形成。
現(xiàn)在參考顯示本發(fā)明第二方法的圖3A-3E。在該第二方法中，使用光刻膠(負(fù)性或正性)和干法刻蝕來(lái)去除位于多晶硅柵極導(dǎo)體20頂上的電介質(zhì)帽22。特別地，第二方法從首先提供圖3A中所示的結(jié)構(gòu)50開(kāi)始。結(jié)構(gòu)50類(lèi)似于圖2A中所示的結(jié)構(gòu)10，除了電介質(zhì)襯墊23不存在。雖然，沒(méi)有顯示電介質(zhì)襯墊23，本發(fā)明考慮它存在的實(shí)施方案。圖3A中所示的結(jié)構(gòu)50包括襯底12，其具有位于半導(dǎo)體襯底12表面上的兩個(gè)柵極區(qū)16L和16R。每個(gè)柵極區(qū)，也就是16R和16L包括柵極電介質(zhì)18，多晶硅柵極導(dǎo)體20，電介質(zhì)帽22，隔件24和源/漏極區(qū)14。源/漏極區(qū)14位于半導(dǎo)體襯底12內(nèi)。
圖3A中所示的初始結(jié)構(gòu)使用上面用于制造圖2A中所示結(jié)構(gòu)10的第一實(shí)施方案中描述的技術(shù)制造。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案，負(fù)性光刻膠(或者作為選擇，正性光刻膠)52然后在整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成，提供圖3B中所示的結(jié)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)“負(fù)性光刻膠”表示在不由掩模的不透明區(qū)域保護(hù)以免受暴露的區(qū)域中保留，而由顯影劑在被保護(hù)的區(qū)域中去除的光刻膠。因此，光刻膠的未暴露區(qū)域在顯影之后保留，從而掩模的負(fù)像保留。在本發(fā)明中使用的負(fù)性光刻膠52因此包括當(dāng)曝光時(shí)從可溶解狀態(tài)變成不可溶解狀態(tài)的任何光刻膠材料。這種負(fù)性光刻膠是常規(guī)的并且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知。
除了負(fù)性光刻膠之外，本發(fā)明也考慮使用正性光刻膠。與負(fù)性光刻膠相比較，使用正性光刻膠的差別在于暴露的正性光刻膠當(dāng)暴露于輻射時(shí)變得可溶解。因此，暴露區(qū)域顯影并去除。這種正性光刻膠也對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知。正性光刻膠的使用不改變下面描述的處理步驟。使用的光刻膠的特定類(lèi)型取決于使用的掩模的極性，如對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的。
光刻膠52使用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的常規(guī)沉積工藝?yán)缧慷糠蟮綀D3A中所示的結(jié)構(gòu)。涂敷的光刻膠52的厚度可能變化，只要其頂面在電介質(zhì)帽22的頂面之上。
圖3C顯示將光刻膠暴露于輻射并且顯影在每個(gè)柵極區(qū)16L和16R上的光刻膠52的區(qū)域之后的結(jié)構(gòu)。暴露和顯影工藝包括對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的常規(guī)光刻技術(shù)。注意，在該結(jié)構(gòu)中，多晶硅柵極導(dǎo)體20頂上每個(gè)電介質(zhì)帽22的頂面被暴露。
接下來(lái)，如圖3D中所示，電介質(zhì)帽22從結(jié)構(gòu)去除使得底層的多晶硅柵極導(dǎo)體20被暴露。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方案，電介質(zhì)帽22利用與光刻膠相比較選擇性去除電介質(zhì)帽的干法刻蝕工藝去除。例如，反應(yīng)離子刻蝕或激光束刻蝕離子束刻蝕可以用來(lái)選擇性地去除電介質(zhì)帽22。
在電介質(zhì)帽22去除之后，剩余的光刻膠52從結(jié)構(gòu)去除，提供圖3E中所示的結(jié)構(gòu)。然后執(zhí)行上面形成硅化金屬柵極和硅化源/漏極區(qū)時(shí)描述的處理。作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于圖2G中描繪的結(jié)構(gòu)，除了電介質(zhì)襯墊23不一定存在。
另外，第二實(shí)施方案也考慮硅化源/漏極區(qū)在光刻膠(負(fù)性或正性)形成之前形成的情況。
現(xiàn)在參考圖4A-4D，其是說(shuō)明光刻膠與剝離層一起使用的本發(fā)明第二方法的實(shí)施方案的圖示。本發(fā)明的該方法通過(guò)提供圖4A中所示的結(jié)構(gòu)60開(kāi)始。該結(jié)構(gòu)包括襯底12，其具有位于半導(dǎo)體襯底12表面上的兩個(gè)柵極區(qū)16L和1 6R。每個(gè)柵極區(qū)，也就是16R和16L包括柵極電介質(zhì)18，多晶硅柵極導(dǎo)體20，電介質(zhì)帽22，隔件24和源/漏極區(qū)14。源/漏極區(qū)14位于半導(dǎo)體襯底12內(nèi)。光刻膠(負(fù)性或正性)52位于襯底12以及柵極區(qū)16L和16R頂上。剝離層62圍繞柵極區(qū)16L和16R。
特別地，剝離層62位于柵極堆疊周?chē)约肮饪棠z下面。剝離層62是能夠在化學(xué)溶劑中從襯底分離的弱粘附層。如本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的，剝離層上面的材料被去除。特別地，在本發(fā)明中，一旦電介質(zhì)帽被去除，硅化物金屬沉積在暴露的多晶硅柵極導(dǎo)體上，此后剩余的剝離層和光刻膠被去除。
圖4A中所示的初始結(jié)構(gòu)使用上面用于制造圖2A中所示結(jié)構(gòu)10的第一實(shí)施方案中描述的技術(shù)以及關(guān)于制造圖3B中所示結(jié)構(gòu)描述的處理技術(shù)來(lái)制造。圖4A中所示結(jié)構(gòu)的差別在于在涂敷光刻膠之前，剝離層62在每個(gè)柵極堆疊周?chē)纬伞冸x層62利用已知的沉積工藝?yán)缱孕に囆纬?。剝離層62的厚度可能依賴(lài)于使用的材料以及光刻膠52的厚度而變化。典型地，剝離層62具有大約50至大約200nm的厚度，大約100至大約150nm的厚度更典型。通常的剝離材料對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知。
然后涂敷光刻膠52，此后光刻膠52如上面在第二方法中描述地暴露和顯影，提供暴露位于每個(gè)電介質(zhì)帽22頂面層上的剝離層62的開(kāi)口。在暴露每個(gè)柵極區(qū)上的剝離層62之后，暴露的剝離層62被去除，暴露電介質(zhì)帽22的底層表面。參看圖4B。暴露的電介質(zhì)帽22然后利用本發(fā)明第二方法中描述的、與光刻膠52相比較選擇性地去除電介質(zhì)帽22的干法刻蝕工藝從結(jié)構(gòu)去除。該結(jié)構(gòu)在例如圖4C中顯示。
接下來(lái)，如圖4D中所示，光刻膠52利用本領(lǐng)域中眾所周知的常規(guī)剝離工藝從結(jié)構(gòu)去除。例如，剝離工藝可以包括分離先前沒(méi)有去除的剩余剝離層62的濕法刻蝕工藝。如上所述的處理，也就是柵極的硅化現(xiàn)在發(fā)生。作為選擇，金屬硅化物可以在剝離工藝之前在暴露的多晶硅柵極導(dǎo)體上形成。這避免在硅化步驟期間使用選擇性濕法刻蝕工藝的需求，因?yàn)槌硕嗑Ч钖艠O導(dǎo)體之外，沒(méi)有金屬硅化物在該結(jié)構(gòu)的其他區(qū)域上存在。在剝離之前不需要硅化，因?yàn)樵趧冸x工藝之后，硅化物金屬僅存在于多晶硅柵極頂上。
硅化源極和漏極區(qū)可以在結(jié)構(gòu)上形成剝離層62和光刻膠52之前或者硅化物金屬柵極形成之后形成。
本發(fā)明的第三方法在圖5A-5I中顯示。在本發(fā)明的該優(yōu)選方法中，使用光刻級(jí)來(lái)提供到柵極級(jí)的精確對(duì)準(zhǔn)。圖5A顯示在本發(fā)明的該實(shí)施方案中使用的初始結(jié)構(gòu)70。初始結(jié)構(gòu)70包括襯底12，其具有位于半導(dǎo)體襯底12表面上的兩個(gè)柵極區(qū)16L和16R。每個(gè)柵極區(qū)，也就是16R和16L包括柵極電介質(zhì)18，多晶硅柵極導(dǎo)體20，電介質(zhì)帽22，隔件24和源/漏極區(qū)14。源/漏極區(qū)14位于半導(dǎo)體襯底12內(nèi)。圖5A中所示的初始結(jié)構(gòu)使用上面用于制造圖2A中所示結(jié)構(gòu)10的第一方法中描述的技術(shù)制造，除了電介質(zhì)襯墊23不存在。
接下來(lái)，如圖5B中所示，平面化材料72例如BSG，PSG或氧化物涂敷到初始結(jié)構(gòu)70。優(yōu)選地，本發(fā)明的該實(shí)施方案中的平面化材料70是有機(jī)材料。平面化材料72如本發(fā)明第一方法中描述地形成。
掩蔽層74例如氧化物然后利用常規(guī)沉積工藝在平面化材料72上形成。掩蔽層74典型地具有沉積之后大約25至大約75nm的厚度。掩蔽層74然后通過(guò)光刻和刻蝕形成圖案。這些步驟在圖5D-5F中顯示。特別地，圖5D顯示光刻膠76在掩蔽層頂上形成之后的結(jié)構(gòu)。圖5E顯示光刻膠76已經(jīng)經(jīng)由曝光和顯影形成圖案之后的結(jié)構(gòu)，并且圖5F顯示圖案已經(jīng)從光刻膠76轉(zhuǎn)移到掩蔽層74中之后的結(jié)構(gòu)。圖案的轉(zhuǎn)移由刻蝕工藝?yán)绶磻?yīng)離子刻蝕或另一種類(lèi)似干法刻蝕工藝而發(fā)生。
接下來(lái)，如圖5G中所示，圖案由同樣消耗光刻膠76的干法刻蝕工藝轉(zhuǎn)移到平面化材料72中。例如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)可以用來(lái)將圖案轉(zhuǎn)移到平面化材料中并且消耗光刻膠。注意，該步驟暴露電介質(zhì)帽22的頂面。
電介質(zhì)帽22和剩余的掩蔽層74然后利用上面本發(fā)明第二方法中描述的干法刻蝕工藝去除，提供圖5H中所示的結(jié)構(gòu)。在電介質(zhì)帽22的去除期間，底層多晶硅柵極導(dǎo)體20被暴露。剩余的平面化材料72然后被剝離，并且可以如上所述執(zhí)行全硅化金屬柵極和硅化源/漏極區(qū)的處理。作為選擇，硅化源/漏極區(qū)可以在結(jié)構(gòu)上形成平面化材料72之前形成。如上所述的剝離層也可以在該方法中使用。
圖5I顯示平面化材料72已經(jīng)去除之后的結(jié)構(gòu)。
圖6A-6D顯示平面化材料72如何保護(hù)底層材料并且防止如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的光刻和干法刻蝕方法固有的CD偏置和失對(duì)準(zhǔn)。注意，這些附圖中的單元與圖5A-5I中所示的相同。圖6A-6D中所示過(guò)程的意義在于即使在增加的CD或覆蓋不匹配的情況下，源極和漏極區(qū)以及溝槽隔離區(qū)仍然被保護(hù)。注意，圖6D中所示的結(jié)構(gòu)可以如上所述處理，使得全硅化金屬柵極和硅化源/漏極區(qū)在那里形成。
圖7A-7E和圖8A-8F顯示剝離層78結(jié)合平面化材料72使用的實(shí)施方案。在這些實(shí)施方案中使用的基本處理步驟和材料已經(jīng)在上面更詳細(xì)地描述。因此，不需要在這里重復(fù)處理步驟。層78是剝離層。注意，剝離層78與先前附圖中描繪的剝離層62是相同的材料。
圖7A-7E說(shuō)明例如圖5A-5I中所示的平面化有機(jī)方案如何可以結(jié)合剝離層使用。在這些附圖中，剝離層78，平面化有機(jī)層72，包含第一硬掩模73和第二硬掩模74的堆疊被使用并且以指示的次序沉積。光刻膠76然后涂敷并形成圖案。光刻膠圖案首先轉(zhuǎn)移到硬掩模中，此后轉(zhuǎn)移到平面化有機(jī)層72中，同時(shí)消耗光刻膠76。然后電介質(zhì)帽上的剝離層78以及底層電介質(zhì)帽22如上所述去除。然后附圖中標(biāo)注為90的金屬硅化物涂敷在電介質(zhì)帽的暴露表面上，然后剩余的剝離層以及剝離層上的材料層被去除。然后執(zhí)行至少一次硅化物退火。
圖8A-8F描述電介質(zhì)帽22已經(jīng)去除之后，平面化有機(jī)層72可以通過(guò)各向同性刻蝕輕微底切的不同實(shí)施方案。該實(shí)施方案將使得剝離處理更加穩(wěn)健。
應(yīng)當(dāng)注意，在上述各種實(shí)施方案中，襯墊23可以使用。而且，在使用光刻膠的實(shí)施方案中，剝離技術(shù)可以使用。
如上所述，本發(fā)明的各種方法提供具有全硅化金屬柵極和相鄰硅化源/漏極區(qū)的MOS結(jié)構(gòu)，其中硅化源漏極區(qū)具有比全硅化金屬柵極薄的厚度。特別地，硅化金屬柵極的厚度大于500，而硅化源/漏極區(qū)的厚度小于500，優(yōu)選地小于300，甚至更優(yōu)地小于200。
雖然本發(fā)明已經(jīng)關(guān)于其優(yōu)選實(shí)施方案特別地顯示并描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的前述和其他改變而不背離本發(fā)明的本質(zhì)和范圍。因此本發(fā)明打算并不局限于描述和說(shuō)明的確切形式和細(xì)節(jié)，但是在附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括由第一硅化物金屬形成的具有第一厚度的全硅化金屬柵極，以及由第二金屬形成的具有第二厚度的相鄰硅化源極和漏極區(qū)，其中所述第二厚度小于第一厚度，并且所述硅化源極和漏極區(qū)與至少包括該全硅化金屬柵極的柵極區(qū)的邊緣對(duì)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一厚度大于500，并且第二厚度小于500。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第二厚度小于300。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第二厚度小于200。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第一和第二硅化物金屬包括相同的硅化物金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第一和第二硅化物金屬包括不同的硅化物金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中相同的硅化物金屬包括Ti，Ta，W，Co，Ni，Pt，Pd或其合金中的至少一種的硅化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中相同的金屬硅化物包括Co，Ni或Pt中的至少一種的硅化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中不同的硅化物金屬包括Ti，Ta，W，Co，Ni，Pt，Pd或其合金中的至少兩種的硅化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中不同的硅化物金屬包括Co，Ni或Pt中的至少兩種的硅化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一硅化物金屬包括NiSi，NiPtSi或其組合，并且所述第二硅化物金屬包括NiSi。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一硅化物金屬包括NiSi，NiPtSi或其組合，并且所述第二硅化物金屬包括CoSi2。
13.一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件，包括半導(dǎo)體襯底，半導(dǎo)體襯底具有位于其表面上的硅化源極和漏極區(qū)，所述硅化源極和漏極區(qū)具有小于500的厚度，并且自對(duì)準(zhǔn)到包括具有大于500厚度的全硅化金屬柵極的柵極區(qū)的邊緣。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的MOS器件，其中所述硅化源極/和漏極區(qū)的所述厚度小于300。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的MOS器件半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述硅化源極和漏極區(qū)的所述厚度小于200。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的MOS器件，其中硅化源極和漏極區(qū)以及硅化金屬柵極包括相同的硅化物金屬。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的MOS器件，其中硅化源極和漏極區(qū)以及硅化金屬柵極包括不同的硅化物金屬。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的MOS器件，其中相同的硅化物金屬包括Ti，Ta，W，Co，Ni，Pt，Pd或其合金中的至少一種的硅化物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的MOS器件，其中相同的金屬硅化物包括Co，Ni或Pt中的至少一種的硅化物。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的MOS器件，其中不同的硅化物金屬包括Ti，Ta，W，Co，Ni，Pt，Pd或其合金中的至少兩種的硅化物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的MOS器件，其中不同的硅化物金屬包括Co，Ni或Pt中的至少兩種的硅化物。
22.根據(jù)權(quán)利要求13的MOS器件，其中所述硅化金屬柵極包括NiSi，NiPtSi或其組合，并且所述硅化源極和漏極區(qū)包括NiSi。
23.根據(jù)權(quán)利要求13的MOS器件，其中所述硅化金屬柵極包括NiSi，NiPtSi或其組合，并且所述硅化源極和漏極區(qū)包括CoSi2。
24.一種形成先進(jìn)金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟提供包括至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊以及相鄰源極和漏極區(qū)的結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊包括多晶硅柵極導(dǎo)體、上覆的電介質(zhì)帽、所述多晶硅柵極導(dǎo)體的至少側(cè)壁上的電介質(zhì)襯墊、以及在所述電介質(zhì)襯墊和至少該多晶硅柵極導(dǎo)體的鄰接側(cè)壁上的隔件；在頂上至少包括一個(gè)形成圖案的柵極堆疊的該結(jié)構(gòu)上沉積包括共形電介質(zhì)層和平面化電介質(zhì)層的材料堆疊；去除共形電介質(zhì)層和平面化電介質(zhì)層的部分以暴露所述電介質(zhì)帽；去除暴露的電介質(zhì)帽以暴露多晶硅柵極導(dǎo)體；將多晶硅柵極導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成全硅化金屬柵極；暴露所述源極和漏極區(qū)；以及自對(duì)準(zhǔn)硅化所述源極和漏極區(qū)以便形成具有小于全硅化金屬柵極的厚度的硅化源極和漏極區(qū)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中步驟被修改使得硅化源極和漏極區(qū)在提供步驟中形成。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述去除共形電介質(zhì)層和平面化電介質(zhì)層的所述部分包括內(nèi)刻蝕工藝。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述去除共形電介質(zhì)層和平面化電介質(zhì)層的所述部分包括化學(xué)機(jī)械拋光。
28.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述去除暴露的電介質(zhì)帽包括刻蝕工藝。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述刻蝕工藝包括采用稀釋氫氟酸的濕法刻蝕。
30.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述轉(zhuǎn)變多晶硅柵極導(dǎo)體包括自對(duì)準(zhǔn)硅化工藝。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中所述自對(duì)準(zhǔn)硅化工藝包括形成可以與多晶硅反應(yīng)以在暴露的多晶硅柵極導(dǎo)體上形成金屬硅化物的至少一種金屬、第一退火以形成第一硅化物相態(tài)、去除任何未反應(yīng)的金屬、以及可選的第二退火以將第一硅化物相態(tài)轉(zhuǎn)變成第二硅化物相態(tài)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中所述第一退火在大約300°至大約600℃的溫度執(zhí)行。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中所述可選的第二退火在大約600°至大約800℃的溫度執(zhí)行。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中所述第一退火和所述可選的第二退火在包括He，Ar，N2或合成氣體的氣氛中進(jìn)行。
35.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述全硅化金屬柵極包括NiSi或NiSiPt，并且所述硅化源極漏極包括CoSi2。
36.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述全硅化金屬柵極包括NiSi或NiSiPt，并且所述硅化源極漏極包括NiSi。
37.一種形成先進(jìn)金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟提供包括至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊以及相鄰源極和漏極區(qū)的結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊包括多晶硅柵極導(dǎo)體、上覆的電介質(zhì)帽、以及至少多晶硅柵極導(dǎo)體的鄰接側(cè)壁上的隔件；在包括所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊的結(jié)構(gòu)的頂上構(gòu)成形成圖案的光刻膠，所述形成圖案的光刻膠包含暴露所述電介質(zhì)帽的開(kāi)口；利用干法刻蝕工藝選擇性地去除暴露的電介質(zhì)帽以暴露多晶硅柵極導(dǎo)體；去除形成圖案的光刻膠；將多晶硅柵極導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成全硅化金屬柵極；以及自對(duì)準(zhǔn)硅化所述源極和漏極區(qū)以便形成具有小于全硅化金屬柵極的厚度的硅化源極和漏極區(qū)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中步驟被修改使得硅化源極和漏極區(qū)在提供步驟中形成。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述形成圖案的光刻膠包括負(fù)性光刻膠。
40.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述形成圖案的光刻膠包括正性光刻膠。
41.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，還包括這樣涂敷剝離層，使得圍繞所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中在形成圖案的柵極堆疊的頂上的剝離層的一部分在去除所述電介質(zhì)帽之前被去除。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述剝離層上形成圖案的光刻膠在選擇性地去除電介質(zhì)帽之后但是在將多晶硅柵極導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成全硅化金屬柵極之前使用剝離工藝去除。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中所述轉(zhuǎn)變包括第一退火以及可選地包括第二退火，其間不使用選擇性刻蝕。
45.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述選擇性地去除所述暴露的電介質(zhì)帽包括干法刻蝕工藝。
46.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述轉(zhuǎn)變步驟包括形成可以與多晶硅反應(yīng)以在所述暴露的多晶硅柵極導(dǎo)體上形成金屬硅化物的至少一種金屬、第一退火以形成第一硅化物相態(tài)、去除任何未反應(yīng)的金屬、以及可選的第二退火以將第一硅化物相態(tài)轉(zhuǎn)變成第二硅化物相態(tài)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中所述第一退火在大約300°至大約600℃的溫度執(zhí)行。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中所述可選的第二退火在大約600°至大約800℃的溫度執(zhí)行。
49.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中所述第一退火和所述可選的第二退火在包括He，Ar，N2或合成氣體的氣氛中進(jìn)行。
50.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述全硅化金屬柵極包括NiSi或NiSiPt，并且所述硅化源極漏極包括CoSi2。
51.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述全硅化金屬柵極包括NiSi或NiSiPt，并且所述硅化源極漏極包括NiSi。
52.一種形成先進(jìn)金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟提供包括至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊以及相鄰源極和漏極區(qū)的結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊包括多晶硅柵極導(dǎo)體、上覆的電介質(zhì)帽、以及至少多晶硅柵極導(dǎo)體的鄰接側(cè)壁上的隔件；在頂上包括至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊的該結(jié)構(gòu)上沉積包括平面化材料、掩蔽層和光刻膠的堆疊；對(duì)該堆疊形成圖案以暴露電介質(zhì)帽；利用干法刻蝕工藝選擇性地去除暴露的電介質(zhì)帽以暴露多晶硅柵極導(dǎo)體；去除形成圖案的堆疊；將多晶硅柵極導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成全硅化金屬柵極；以及自對(duì)準(zhǔn)硅化所述源極和漏極區(qū)以便形成具有小于全硅化金屬柵極的厚度的硅化源極和漏極區(qū)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中步驟被修改使得硅化源極和漏極區(qū)在提供步驟中形成。
54.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中所述光刻膠包括負(fù)性光刻膠。
55.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中所述光刻膠包括正性光刻膠。
56.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，還包括這樣涂敷剝離層使得圍繞所述至少一個(gè)形成圖案的柵極堆疊。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的方法，其中在形成圖案的柵極堆疊的頂上的剝離層的一部分在去除所述電介質(zhì)帽之前被去除。
58.根據(jù)權(quán)利要求56的方法，其中剝離層上形成圖案的光刻膠在選擇性地去除電介質(zhì)帽之后但是在將多晶硅柵極導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成全硅化金屬柵極之前使用剝離工藝去除。
59.根據(jù)權(quán)利要求58的方法，其中所述轉(zhuǎn)變包括第一退火以及可選地包括第二退火，其間不使用選擇性刻蝕。
60.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中所述選擇性地去除所述暴露的電介質(zhì)帽包括干法刻蝕工藝。
61.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中所述轉(zhuǎn)變步驟包括形成可以與多晶硅反應(yīng)以在暴露的多晶硅柵極導(dǎo)體上形成金屬硅化物的至少一種金屬、第一退火以形成第一硅化物相態(tài)、去除任何未反應(yīng)的金屬、以及可選的第二退火以將第一硅化物相態(tài)轉(zhuǎn)變成第二硅化物相態(tài)。
62.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中所述第一退火在大約300°至大約600℃的溫度執(zhí)行。
63.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中所述可選的第二退火在大約600°至大約800℃的溫度執(zhí)行。
64.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中所述第一退火和所述可選的第二退火在包括He，Ar，N2或合成氣體的氣氛中進(jìn)行。
65.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中所述全硅化金屬柵極包括NiSi或NiSiPt，并且所述硅化源極漏極包括CoSi2。
66.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中所述全硅化金屬柵極包括NiSi或NiSiPt，并且所述硅化源極漏極包括NiSi。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包括全硅化金屬柵極以及硅化源極和漏極區(qū)的先進(jìn)柵極結(jié)構(gòu)，其中全硅化金屬柵極具有大于硅化源/漏極區(qū)厚度的厚度。本發(fā)明也提供形成該先進(jìn)柵極結(jié)構(gòu)的方法。
文檔編號(hào)H01L31/119GK1981386SQ200580022861
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月6日
發(fā)明者格倫·A·比利, 米切爾·L·斯廷 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司