專利名稱：利用相變來制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更準(zhǔn)確地說，涉及在絕緣柵場效應(yīng)管(一種MOS晶體管)的柵極表面或者源或漏擴(kuò)散層表面形成硅化物層的方法。
具有精細(xì)的圖案尺寸和高密度的半導(dǎo)體器件的開發(fā)仍然在不斷地取得進(jìn)展。現(xiàn)在，非常高集成度的半導(dǎo)體器件，例如存儲(chǔ)器件和邏輯器件已經(jīng)開發(fā)達(dá)到基于0.15到0.25微米設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的程度。伴隨著半導(dǎo)體器件的高集成度，減小半導(dǎo)體器件的柵極的寬度和擴(kuò)散層寬度以及減小半導(dǎo)體器件的每個(gè)組成部分的薄膜厚度度變得非常重要。
當(dāng)形成擴(kuò)散層從而構(gòu)成淺結(jié)時(shí)，MOS晶體管的寄生電阻增加，從而減小了MOS晶體管的驅(qū)動(dòng)能力。還有，柵極的布線寬度或膜厚度的減小必然地增加布線電阻，從而大大地影響了電路工作的時(shí)延。
因此，在具有精細(xì)的圖案尺寸的半導(dǎo)體器件中，在擴(kuò)散層的表面或柵極的表面形成高熔點(diǎn)的或難熔金屬硅化物的技術(shù)變得很重要。特別是，在硅化物層形成技術(shù)和salicide層形成技術(shù)中，高熔點(diǎn)金屬例如鈷對(duì)于具有精細(xì)的圖案尺寸的MOS晶體管是必不可少的。在這情況下，因?yàn)殡y以保持硅化物層的電阻值恒定，所以研究和提出了各種方法。例如，在形成硅化鈷層的情況下，特別難以控制鈷與硅的熱反應(yīng)。
在公開讓公眾審查的日本專利申請(qǐng)(JP-A-Heisei2-45923，下文稱為第一傳統(tǒng)例子)中描述了形成硅化鈷層的傳統(tǒng)方法?；蛘?，已經(jīng)知道在公開讓公眾審查的日本專利申請(qǐng)中(JP-A-Heisei7-86559，下文稱為第二傳統(tǒng)例子)所描述的方法。
將要參考

圖1A到1C來描述第一傳統(tǒng)例子。圖1A到1C表示鈷的硅化物的形成過程。
如圖1A所示，在P型硅襯底101內(nèi)用熟悉的方法形成N阱102。隨后，在P型硅襯底101的表面上用選擇性氧化方法形成場氧化物膜103。在被場氧化物膜103包圍著的有源區(qū)內(nèi)按順序形成一層諸如氧化硅膜的柵氧化物膜104和一層多晶硅膜。把磷離子作為雜質(zhì)用眾所周知的技術(shù)摻雜在多晶硅膜內(nèi)。這樣來減小多晶硅膜的電阻。
隨后，用眾所周知的光刻法和干刻蝕法把上述的多晶硅膜形成圖案，以便形成柵極105。然后，用光刻法和離子注入法以低濃度形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散層107和以低濃度形成P型雜質(zhì)擴(kuò)散層108。跟著，用熟悉的化學(xué)氣相淀積(CVD)法和干刻蝕法在柵極105的側(cè)壁上形成由氧化硅膜或氮化硅膜構(gòu)成的側(cè)壁襯套106。
隨后，如圖1B所示，用光刻法和離子注入法以高濃度形成P型雜質(zhì)擴(kuò)散層和以高濃度形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散層。這樣，形成N型源和漏擴(kuò)散層109以及P型源和漏擴(kuò)散層110，以便構(gòu)成LDD(輕摻雜漏)結(jié)構(gòu)。隨后，去掉作為柵極的多晶硅的表面上的和在硅襯底的表面上的自然氧化膜，并在不加熱襯底的情況下濺射鈷膜111。然后，在真空裝置中在不把硅襯底的表面暴露于大氣的情況下，把襯底加熱到形成CoSi2膜的溫度。在本實(shí)施例中，加熱溫度在500℃到800℃范圍內(nèi)。
跟著，如圖1C所示，用硫酸溶液和過氧化氫溶液的混合溶液進(jìn)行濕法刻蝕，來有選擇地去掉場氧化膜103和側(cè)壁襯套106上的鈷膜111中不反應(yīng)部分。這樣，在MOS晶體管的柵極105的表面上、在MOS晶體管的N型源和漏擴(kuò)散層109以及P型源和漏擴(kuò)散層110的表面上有選擇地形成了CoSi2膜112，而不會(huì)在絕緣膜，即場氧化膜103和側(cè)壁襯套106的表面上形成任何硅化鈷層。
隨后，將參考圖2A到2C描述第二傳統(tǒng)例子。圖2A到2C表示利用金屬膜例如鈷膜的硅化物形成工藝。
如圖2A所示，在硅襯底201的表面上形成元件分隔區(qū)202。隨后，在元件分隔區(qū)202包圍著的有源區(qū)內(nèi)按順序形成諸如氧化硅膜的柵氧化物膜203和多晶硅膜。然后，把磷離子作為雜質(zhì)用熟悉的技術(shù)摻雜在氧化硅膜內(nèi)。這樣，減小了多晶硅膜的電阻。隨后，用熟悉的光刻法和干刻蝕法把上述的多晶硅膜形成圖案，以便形成多晶硅柵極204。跟著，用眾所周知的方法在多晶硅柵極204的側(cè)壁上形成側(cè)壁襯套205。
然后，用濺射方法連續(xù)地在整個(gè)表面上淀積鈷膜206和鈦膜207。在本實(shí)施例中，每層金屬膜的厚度設(shè)為大約10毫微米。隨后，在氮?dú)獾沫h(huán)境下在大約700℃中進(jìn)行象快速熱退火(RTA)方法的熱處理。這樣，如圖2B所示，在硅襯底201表面上和多晶硅柵204表面上形成硅化鈷膜208。這時(shí)，在元件分隔區(qū)202和側(cè)壁襯套205的氧化硅膜上的鈷膜206沒有被硅化，并保持著非硅化的狀態(tài)。還有，通過上述的熱處理，整個(gè)鈦膜207變成氮化鈦膜209。隨后，對(duì)上述的非硅化鈷膜206和氮化鈦膜209有選擇地進(jìn)行濕法刻蝕。這樣，如圖2C所示，在硅襯底201上形成的MOS晶體管的柵極、源和漏區(qū)上有選擇地形成硅化鈷層208。
可是，在上述的第一傳統(tǒng)例子中，在形成CoSi2膜的溫度下，在絕緣膜例如氧化膜103和側(cè)壁襯套106上鈷與硅的反應(yīng)形成了CoSiX。一旦以這樣的方式形成CoSiX膜時(shí)，就難以用濕刻蝕法去掉CoSiX膜。例如，當(dāng)要刻蝕掉在絕緣膜上形成的CoSiX膜時(shí)，就用硫酸溶液和過氧化氫溶液的混合溶液，在柵極或擴(kuò)散層上形成的CoSi2膜也被刻蝕掉。為此，源和漏擴(kuò)散層和柵極的電阻值，特別是它們的表面電阻值在具有精細(xì)的圖案尺寸的MOS晶體管的制造過程中增加。
還有，難以控制這樣形成的硅化鈷層的薄膜厚度度。結(jié)果，難以減小在半導(dǎo)體芯片或形成半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體晶片內(nèi)的MOS晶體管的柵極以及源和漏擴(kuò)散層的表面電阻值的偏差。為此，MOS晶體管特性的偏差增大。
還有，在上述第二傳統(tǒng)例子中，用濺射方法淀積鈷膜206和鈦膜207。根據(jù)熱處理的條件，會(huì)由于鈷膜和鈦膜的熱處理而形成鈷和鈦的混合結(jié)晶硅化物膜。結(jié)果，硅化處理的次數(shù)增加和制造過程變得復(fù)雜。
還有，在這情況下，也難以控制硅化鈷層的薄膜厚度度。因此，如上所述，在半導(dǎo)體芯片和半導(dǎo)體晶片內(nèi)的MOS晶體管特性的偏差增大。
隨著MOS晶體管的小型化和高集成度，柵極以及源和漏擴(kuò)散層的最小圖案尺寸變得等于或小于0.5微米。在這情況下，與CoSi2膜的表面電阻值相比，當(dāng)柵極寬度或擴(kuò)散層寬度寬時(shí)，柵極和擴(kuò)散層的表面電阻值變大。也就是，完成后的硅化物層的電阻值有圖案尺寸依賴性。結(jié)果，MOS晶體管或半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)變得困難了。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明以解決上述的問題。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，以這種方法能使在具有精細(xì)圖案結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件內(nèi)的柵極或擴(kuò)散層的電阻值小。
還有，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，以這種方法能抑制高熔點(diǎn)金屬例如鈷與絕緣膜的熱反應(yīng)，從而能在柵極和/或擴(kuò)散層上有選擇地形成CoSi2膜。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，以這種方法，即使硅化物層寬度變得小到大約0.1微米，也能形成高質(zhì)量的硅化物層。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，以這種方法，在MOS晶體管制造過程中能以簡單的工藝形成硅化物層，從而能使硅化形成工藝穩(wěn)定化，并且能降低制造成本。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)方面，在制造半導(dǎo)體器件的方法中，形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層，然后，進(jìn)行熱處理，以便把有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層改變成有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。
為了形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層，在半導(dǎo)體襯底處于加熱狀態(tài)下，在進(jìn)行難熔金屬淀積操作期間，形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。在這情況下，希望難熔金屬的淀積率小于難熔金屬轉(zhuǎn)變成難熔金屬硅化物的相變速率。更具體地說，希望難熔金屬的淀積率在0.05nm/sec到0.3nm/sec的范圍內(nèi)。
還有，為了形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層，可以在真空狀態(tài)淀積難熔金屬。然后，可以把半導(dǎo)體襯底在真空狀態(tài)加熱來把難熔金屬膜改變成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。
此外，為了形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層，可以在半導(dǎo)體襯底的含硅層上形成阻擋膜。這阻擋膜起著允許難熔金屬原子通過阻擋膜，而禁止在含硅層的硅原子通過阻擋膜的作用。然后，加熱半導(dǎo)體襯底，以便由淀積在阻擋膜上的難熔金屬原子與在含硅層的硅原子形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。在這情況下，希望阻擋膜是多孔的氧化硅膜。還希望在把半導(dǎo)體襯底加熱到400到500℃的范圍內(nèi)的溫度時(shí)，把難熔金屬淀積在阻擋膜上。
這方法可以進(jìn)一步包括漂洗半導(dǎo)體襯底以去掉難熔金屬的非硅化部分的步驟。在這情況下，半導(dǎo)體襯底用硫酸溶液和過氧化氫溶液的混合溶液進(jìn)行漂洗，以便去掉難熔金屬的非硅化部分。
在這方法中，可以進(jìn)行熱處理，以便使有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成有第三相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層，然后，再把有第三相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。在這情況下，希望難熔金屬是鈷或鎳中的一種。還希望，有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層是Co2Si膜，有第三相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層是CoSi膜，而有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層是CoSi2膜。在這情況下，作為有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層的CoSi2膜是用外延方法生長的。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一方面，制造半導(dǎo)體器件的方法包括下面的步驟在半導(dǎo)體襯底被加熱的狀態(tài)下淀積難熔金屬；在進(jìn)行淀積操作的過程中，形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層；
控制要淀積的難熔金屬的量，以便使有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層有預(yù)先確定的膜厚度；和進(jìn)行熱處理，以便把有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。
此外，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的再另一方面，制造半導(dǎo)體器件的方法包括下面的步驟在半導(dǎo)體襯底的含硅層上形成阻擋膜。這阻擋膜起著允許難熔金屬原子通過阻擋膜，而禁止含硅層的硅原子通過阻擋膜的作用；加熱半導(dǎo)體襯底，以便由淀積在阻擋膜上的難熔金屬原子與含硅層的硅原子形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層；漂洗半導(dǎo)體襯底以去掉難熔金屬的非硅化部分；和進(jìn)行熱處理，以便把有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。
這樣進(jìn)行所述熱處理，使得有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成有第三相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層，然后，再把有第三相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層是Co2Si膜，有第三相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層是CoSi膜，而有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層是CoSi2膜。在這情況下，作為有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層的CoSi2膜是用外延方法生長的。
圖1A到1C是在第一傳統(tǒng)例子中，按形成過程順序的具有硅化物層的半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖2A到2C是在第二傳統(tǒng)例子中，按形成過程順序的具有硅化物層的半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖3A到3E是在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的按照形成工藝順序形成硅化物層的方法中具有硅化物層的半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖4A到4C是在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的按照形成工藝順序形成硅化物層的方法中具有硅化物層的半導(dǎo)體器件的剖視圖5是在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的形成硅化物層的方法中解釋在形成所述硅化物層時(shí)、表面電阻的偏差和結(jié)漏電電流對(duì)于濺射膜形成速率的關(guān)系的曲線；圖6A到6D是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的按照形成工藝順序形成硅化物層的方法中具有硅化物層的MOS晶體管的剖視圖；和圖7A到7B是解釋上述第三實(shí)施例的效果的曲線圖。
下面，將參考附圖來描述本發(fā)明的形成硅化物層的方法。
圖3A到3E是在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的制造方法來形成硅化鈷層時(shí)，MOS晶體管的剖視圖。
如圖3A所示，在P型硅襯底1的表面上有選擇地形成元件分隔絕緣膜2。在本實(shí)施例中，用通常的硅的局部氧化(LOCOS)法或溝道元件分隔法來形成元件分隔絕緣膜2。然后，在硅襯底1的表面上在不形成元件分隔絕緣膜2的區(qū)域處形成MOS晶體管的源和漏區(qū)的擴(kuò)散層3。在這情況下，擴(kuò)散層3是含有作為雜質(zhì)的砷離子的N型擴(kuò)散層。
跟著，用例如稀釋的氟酸溶液這樣的化學(xué)溶液去掉擴(kuò)散層3上的自然氧化膜。在擴(kuò)散層3上形成阻擋膜4。阻擋膜4起著防止硅原子擴(kuò)散的作用，這將在后面加以敘述。阻擋膜4有大約1nm的膜厚度，并且由多孔的氧化硅膜構(gòu)成。能夠通過把硅襯底1在硝酸溶液中加熱的方法來形成這種多孔的氧化硅膜。另一種辦法是，可以用把硅襯底1在氨溶液和過氧化氫溶液的混合溶液中加熱來形成這種多孔的氧化硅膜。
在硅襯底1的表面上形成阻擋膜4之后，在包括多個(gè)室的多室裝置中用濺射法形成鈷膜5。多室裝置能夠抽到大約10-9乇的高真空。在大約450℃的高溫下用濺射法來形成所述薄膜。把鈷膜5的膜厚度定為10nm。還有，把濺射薄膜形成速率定為0.5nm/sec。
在這樣的溫度下濺射時(shí)，只有擴(kuò)散層3的一部分表面被硅化。在所述硅化過程中，形成Co2Si膜。鈷膜5的鈷原子通過阻擋膜4移到硅襯底1的表面上?？墒?，硅襯底1表面上的硅原子不能擴(kuò)散到鈷膜5。這是因?yàn)樾纬闪俗钃跄?，從而防止硅原子擴(kuò)散。應(yīng)當(dāng)指出，濺射法的膜形成溫度在400到500℃的范圍內(nèi)是非常有效的。
跟著，硅襯底1在真空的狀態(tài)下，被轉(zhuǎn)移到上述多室裝置的另一個(gè)室，并且在大約10-9乇的高真空下進(jìn)行熱處理。鈷膜非常容易被氧化，并且氧化妨礙鈷的硅化?？墒?，因?yàn)樵诒景l(fā)明中硅襯底在真空的狀態(tài)下被轉(zhuǎn)移，而沒有暴露在大氣中，所以不存在這樣的問題。
在這情況下，熱處理溫度設(shè)為大約450℃，熱處理時(shí)間設(shè)為大約30秒。所述熱處理使得整個(gè)鈷膜5的鈷原子通過阻擋膜4擴(kuò)散到擴(kuò)散層3的表面，以便在擴(kuò)散層3上全部形成Co2Si膜6。Co2Si膜6是第一相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層。硅化物層有正交晶系多晶結(jié)構(gòu)。應(yīng)該指出，阻擋膜4禁止硅原子在熱處理期間從擴(kuò)散層3的表面移動(dòng)到鈷膜5。因此，在阻擋膜4或元件分隔絕緣膜2上完全不能形成任何Co2Si膜6。
隨后，把硅襯底1浸泡在硫酸溶液和過氧化氫溶液的混合溶液一段預(yù)先確定的時(shí)間，從而有選擇地刻蝕掉在元件分隔絕緣膜2上的鈷膜5。如圖3C所示，以這種方法，使Co2Si膜6只在已經(jīng)在硅襯底1上形成的擴(kuò)散層3上面形成。在作為絕緣膜的元件分隔絕緣膜2上完全不形成任何Co2Si膜6。還有，阻擋膜4仍然保留在擴(kuò)散層3上的Co2Si膜6的上面。
跟著，把硅襯底在鹽酸溶液和過氧化氫溶液的混合溶液以及氨溶液和過氧化氫溶液的混合溶液中漂洗。在這情況下，阻擋膜4防止Co2Si膜6被上述混合溶液腐蝕。通常，用鹽酸溶液和過氧化氫溶液的混合溶液來腐蝕Co2Si膜。
隨后，在氮的氣氛中進(jìn)行第一次RTA燒結(jié)。第一次燒結(jié)的條件是600℃的溫度和大約60秒的處理時(shí)間。
如圖3E所示，進(jìn)行從Co2Si膜6變成CoSi膜7的相變。以這種方法在擴(kuò)散層3的表面上形成CoSi膜7。CoSi膜7是第二相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)(難熔)金屬硅化物層。這硅化物層有立方晶系的多晶結(jié)構(gòu)。
其后，在氮?dú)夥障略龠M(jìn)行第二次RTA燒結(jié)。第二次燒結(jié)的條件是800℃的溫度和大約10秒的處理時(shí)間。
如圖3F所示，這次進(jìn)行從CoSi膜7到CoSi2膜8的相變。CoSi2膜8是第三相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)(難熔)金屬硅化物層。用外延生長法形成這層硅化物層，并且這硅化物層有立方晶系的單晶結(jié)構(gòu)。應(yīng)該指出，CoSi2結(jié)晶的晶格常數(shù)非常接近于硅晶體的晶格常數(shù)。此后，用濕刻蝕法去掉阻擋膜4。
如上所述，最后，用這種方法在硅襯底1上的擴(kuò)散層3的表面上有選擇地形成CoSi2膜。在元件隔離絕緣膜2上完全不形成CoSi2膜8。還有，因?yàn)樵谶@方法中，用外延生長的方法形成CoSi2膜8，所以CoSi2膜是低阻層。
在第一實(shí)施例中，阻擋膜4以多孔氧化硅膜的形式形成。有大約0.5nm的膜厚度的氮化硅膜也可作為阻擋膜使用。此外，阻擋膜4可以不只由絕緣膜形成，還可以由金屬膜形成。重要的是，在形成CoSi2膜的溫度下，阻擋膜4有讓鈷原子通過而不讓硅原子通過的特性。
在第一實(shí)施例的硅化物形成方法中，在要進(jìn)行硅化的材料例如硅襯底的表面上形成阻擋膜，然后在阻擋膜上形成鈷膜。如上所述，形成Co2Si膜，并進(jìn)行燒結(jié)。最后，用外延法生長CoSi2膜，并且只在擴(kuò)散層表面處有選擇地形成硅化物層。
在這種方法中，在要進(jìn)行硅化的材料的表面上的整片鈷膜被改變成硅化鈷層。因此，CoSi2膜的最后膜厚度取決于濺射過程所形成的鈷膜的膜厚度。因此，硅化鈷層的膜厚度控制變得非常容易。在半導(dǎo)體芯片或形成半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體晶片中，能很容易地把MOS晶體管的柵極以及源和漏擴(kuò)散層的表面電阻的偏差減小。進(jìn)而能減小MOS晶體管的特性的偏差。
此外，在這方法中，用外延生長法形成硅化鈷層。這樣，就有柵極以及源和漏擴(kuò)散層圖案的最小圖案尺寸隨著MOS晶體管的小型化和高集成度而變小的情況。在這情況下，在有窄圖案寬度的區(qū)域上所形成的硅化鈷層，能夠有與在有寬圖案寬度的區(qū)域上所形成的硅化鈷層相同的厚度。即，完成后的硅化鈷層的電阻值沒有圖案尺寸依賴關(guān)系。因此，MOS晶體管或半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)變得非常容易。
還有，上述的阻擋膜6有防止Co2Si膜在酸漂洗過程中被刻蝕的功能。還有，用外延生長法形成的硅化鈷層改進(jìn)了對(duì)熱處理的忍耐力。也就是，硅化鈷層變得有高抗熱能力，從而在這種方法中，永遠(yuǎn)不會(huì)產(chǎn)生在通常情況下會(huì)產(chǎn)生的結(jié)塊現(xiàn)象。因此，在制造MOS晶體管的過程中，能容易地和穩(wěn)定地進(jìn)行形成硅化物層的過程，從而減少了制造成本。
下面，將參考圖4A到4C和圖5來詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的形成硅化物層的方法。圖4A到4C表示形成硅化鈷層時(shí)的另一種制造工藝。圖5是在這情況下的說明鈷膜形成條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線。在下面的解釋中，以相同的標(biāo)號(hào)代表與第一實(shí)施例中相同的組成部分。
如在第一實(shí)施例中所述，在P型硅襯底1的表面上有選擇地形成元件分隔絕緣膜2。在硅襯底1上的不形成元件分隔絕緣層膜2的區(qū)域處形成擴(kuò)散層3。擴(kuò)散層3是N型擴(kuò)散層。
跟著，在濺射裝置中，在硅襯底1的表面上用濺射法形成鈷膜，使得它有10nm的膜厚度。濺射裝置能夠抽到大約10-9乇的高真空。在大約400℃的高溫下用濺射法來形成所述薄膜。
在用濺射法形成薄膜的過程中重要的是，把鈷膜的形成速率，即濺射膜的形成速率設(shè)置為小于轉(zhuǎn)變成Co2Si膜的硅化速率。在這情況下，在濺射薄膜形成過程中到達(dá)擴(kuò)散層3表面的所有鈷原子都在擴(kuò)散層3表面與硅原子進(jìn)行熱反應(yīng)。也就是，在進(jìn)行濺射薄膜形成工藝的同時(shí)，形成Co2Si膜6。還有，鈷膜5在濺射薄膜形成過程中，被淀積在本身就是絕緣膜的元件分隔絕緣層膜2上。在擴(kuò)散層3的表面上有選擇地生長Co2Si膜6。把Co2Si膜6設(shè)置成有大約14nm的膜厚度。應(yīng)該指出，濺射薄膜形成率在這本實(shí)施例中變成小于在第一實(shí)施例的。
在第二實(shí)施例的方法中，需要把濺射薄膜形成率設(shè)置到適當(dāng)?shù)闹?。將參考圖5描述這一點(diǎn)。
在圖5中，水平軸是濺射薄膜形成率，左垂直軸是在完成后的CoSi2膜中的表面電阻的偏差，而右垂直軸是硅化鈷擴(kuò)散層內(nèi)的結(jié)漏電電流。
如從圖5所看到的那樣，當(dāng)濺射薄膜形成率是0.3nm/sec或更小時(shí)，晶片的表面電阻的偏差是3％，并且這偏差基本上保持不變。另一方面，當(dāng)濺射薄膜形成率大于0.3nm/sec時(shí)，偏差迅速增大。
可是，當(dāng)濺射薄膜形成率變小時(shí)，擴(kuò)散層的結(jié)漏電電流逐漸增加。當(dāng)濺射薄膜形成率小于0.05nm/sec時(shí)，擴(kuò)散層的結(jié)漏電電流迅速增加。這是因?yàn)楫?dāng)濺射薄膜形成率變得太小時(shí)，處理時(shí)間變長，從而在元件分隔絕緣層膜2上的鈷膜5的鈷原子大量進(jìn)入擴(kuò)散層3，如圖5所示。這時(shí)，在元件分隔絕緣層膜2的端部進(jìn)入了過硅化程度使得結(jié)平面退化。如上所述，在第二實(shí)施例中的鈷濺射薄膜形成率是0.05nm/sec或更大，并且應(yīng)該把它設(shè)為3nm/sec或以下的值。
隨后，如在第一實(shí)施例中所描述的那樣，在氮?dú)夥障逻M(jìn)行第一次燒結(jié)。如圖4B所示，以這種方式，進(jìn)行擴(kuò)散層3上的Co2Si膜6到CoSi膜7的相變。在這情況下，鈷膜5保留在元件分隔絕緣層膜2上。應(yīng)該指出，鈷膜5的表面會(huì)稍微被氧化。
跟著，把硅襯底1浸泡在硫酸溶液和過氧化氫溶液的混合溶液一段預(yù)先確定的時(shí)間，從而有選擇地刻蝕掉在元件分隔絕緣膜2上的鈷膜5。
其后，進(jìn)行第二次燒結(jié)。第二次燒結(jié)的條件是800℃的溫度和10秒的處理時(shí)間。如圖4C所示，進(jìn)行在擴(kuò)散層3上的CoSi膜7到CoSi2膜8的相變。
以這種方法，最后在硅襯底1上的擴(kuò)散層3的表面上形成了CoSi2膜8。在元件分隔絕緣膜2上沒有CoSi2膜8生成。
在第二實(shí)施例的情況下，要被硅化的薄膜表面的整個(gè)鈷膜變成硅化鈷層。因此，硅化鈷層的膜厚度控制變得非常容易。能夠容易地減小半導(dǎo)體晶片內(nèi)的MOS晶體管的柵極以及源和漏擴(kuò)散層的表面電阻的偏差，從而能夠減小MOS晶體管的特性的偏差。
下面，將參考圖6A到6D和圖7A和7B描述根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的硅化物形成方法。圖6A到6D表示在CMOS晶體管內(nèi)形成硅化物層時(shí)的制造工藝。還有，圖7A和7B是擴(kuò)散層的表面電阻的曲線，用以說明當(dāng)用本發(fā)明的方法來形成硅化物層時(shí)的效果。
如圖6A所示，通過離子注入和熱處理在P型硅襯底1上形成P溝道MOS晶體管的區(qū)域形成N阱22。隨后，在硅襯底1的表面上形成元件分隔絕緣層膜23，使其膜厚度大約為350nm。然后，在元件分隔絕緣層膜23包圍的有源區(qū)形成柵氧化物膜24，其膜厚度為10nm。生長多晶硅作為柵極材料，其膜厚度為150nm。在這情況下，多晶硅膜含有高濃度的磷離子雜質(zhì)。
跟著，用熟悉的光刻技術(shù)和離子注入技術(shù)把上述的多晶硅膜形成圖案，以便形成柵極25。用離子注入技術(shù)按順序形成低濃度的N型擴(kuò)散層26和低濃度的P型擴(kuò)散層27。隨后，在整個(gè)表面上淀積氧化硅膜，使其膜厚度為70nm。然后，通過使用各向異性的干刻蝕法的一種反刻蝕法(etching back method)，在柵極25的側(cè)面上形成側(cè)壁襯套28。
隨后，如圖6B所示，用光刻技術(shù)和離子注入技術(shù)形成高濃度的P型擴(kuò)散層和高濃度的N型擴(kuò)散層。用這種方法來形成N型的源和漏擴(kuò)散層29和P型的源和漏擴(kuò)散層30，以便完成輕摻雜源/漏(LDD)結(jié)構(gòu)。
然后，以稀釋的氟酸溶液進(jìn)行刻蝕，以去掉在多晶硅構(gòu)成的柵極25的表面上的和硅襯底21表面上的自然氧化物膜。
隨后，如在第一實(shí)施例那樣，在N型的源和漏擴(kuò)散層29、P型的源和漏擴(kuò)散層30和柵極25的表面形成阻擋膜31。
其后，以與第一實(shí)施例相同的方法，在多室裝置中通過濺射形成鈷膜32。在這情況下，在大約450℃的高溫下進(jìn)行濺射薄膜形成工藝。把鈷膜32的膜厚度設(shè)為大約15nm。在相同的真空狀態(tài)下把硅襯底21轉(zhuǎn)移到上述多室裝置中的另一室，并在大約10-9乇的高真空狀態(tài)下進(jìn)行熱處理。在這情況下，熱處理溫度設(shè)為大約450℃，而熱處理時(shí)間設(shè)為大約30sec。通過熱處理，鈷膜32的鈷原子通過阻擋膜31擴(kuò)散到N型的源和漏擴(kuò)散層29的表面、P型的源和漏擴(kuò)散層30的表面和柵極25的表面，從而在這些表面上形成Co2Si膜33。
跟著，把硅襯底21浸泡在硫酸溶液和過氧化氫溶液的混合溶液，從而有選擇地用濕刻蝕法刻蝕掉在元件分隔絕緣膜23和側(cè)壁襯套28上的鈷膜32。以這種方法，使Co2Si膜33只保留在N型的源和漏擴(kuò)散層29、P型的源和漏擴(kuò)散層30和柵極25的表面上。在這情況下，在作為絕緣膜的元件分隔絕緣膜23和側(cè)壁襯套28上不形成任何Co2Si膜。
跟著，進(jìn)行漂洗工藝。然后，如在第一實(shí)施例那樣，在氮的氣氛中進(jìn)行第一次燒結(jié)。結(jié)果，如圖6C所示，實(shí)現(xiàn)了從Co2Si膜33變成CoSi膜34的相變。以這種方法在N型的源和漏擴(kuò)散層29的表面、P型的源和漏擴(kuò)散層30的表面以及柵極25的表面上形成CoSi膜34。
其后，如在第一實(shí)施例中所描述的那樣，進(jìn)行第二次燒結(jié)。在本實(shí)施例中，第二次燒結(jié)在800℃的溫度和大約10秒的處理時(shí)間下進(jìn)行。如圖6D所示，跟著，CoSi膜34相變成CoSi2膜35。
以這種方式，最后在CMOS晶體管的N型的源和漏擴(kuò)散層29、P型的源和漏擴(kuò)散層30以及柵極25的表面上有選擇地形成CoSi2膜。也就是說，在MOS晶體管內(nèi)實(shí)現(xiàn)了利用硅化鈷的硅化作用。
在其圖案寬度等于或小于0.5微米的N型的源和漏擴(kuò)散層和P型的源和漏擴(kuò)散層以及圖案寬度為0.2微米的柵極25的有CoSi2膜的表面上獲得了低表面電阻值，上述的CoSi2膜是通過在上述的CMOS晶體管內(nèi)的硅化作用而形成的。
將參考圖7A和7B描述本發(fā)明所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖7A表示N型的源和漏擴(kuò)散層圖案寬度與硅化鈷層的表面電阻的關(guān)系，此硅化物層用本發(fā)明的制造方法形成，而圖7B表示P型的源和漏擴(kuò)散層圖案寬度與硅化鈷層的表面電阻的關(guān)系，此硅化物層用本發(fā)明的制造方法形成。圖7A和7B中，水平軸表示源和漏擴(kuò)散層寬度，而垂直軸表示在晶片內(nèi)最后完成的硅化的源和漏擴(kuò)散層的表面電阻。圖7A和7B中，符號(hào)Δ表示用在第一傳統(tǒng)例子中的方法來形成硅化鈷層時(shí)的表面電阻值，而符號(hào)○表示用在第三實(shí)施例中的方法來形成硅化鈷層時(shí)的表面電阻值。
如從圖7A和7B所看到的那樣，在傳統(tǒng)例子中，當(dāng)源和漏擴(kuò)散層寬度變成等于或小于0.3微米時(shí)，表面電阻值逐漸增加。還有，在晶片內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大約70％的表面電阻值的偏差。
另一方面，在本發(fā)明的方法中，表面電阻值的絕對(duì)值大為減小。并且，源和漏擴(kuò)散層寬度與表面電阻值的依賴關(guān)系消失，而且直到源和漏擴(kuò)散層寬度變成大約0.1微米，表面電阻值基本上保持恒定。在晶片內(nèi)表面電阻值的偏差等于或小于3％。
不管MOS晶體管的源和漏擴(kuò)散層是N型擴(kuò)散層還是P型擴(kuò)散層，都能獲得上面的效果。在硅化之后，柵極的表面電阻值也有與上述相同的效果。
在上述的實(shí)施例中，描述了硅襯底為P型的情況?？墒?，本發(fā)明不限于此，而是能應(yīng)用到N型硅襯底。在這情況下，在描述中，P型和N型應(yīng)該相互更換。
還有，在第三實(shí)施例中，當(dāng)要形成硅化鈷層時(shí)，可以用第二實(shí)施例中所描述的方法?；蛘?，可以把第一實(shí)施例中所描述的方法與第二實(shí)施例中所描述的方法一起使用。
還有，在本發(fā)明的方法中，可以用鎳代替鈷。在這情況下，最后形成的硅化物層由NiSi膜構(gòu)成。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法，高熔點(diǎn)(難熔)金屬硅化物層可以有選擇地在半導(dǎo)體襯底上的預(yù)先確定的區(qū)域內(nèi)形成。因此，在加熱半導(dǎo)體襯底的同時(shí)，形成高熔點(diǎn)金屬膜和形成有第一相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層。通過熱處理，有第一相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層被轉(zhuǎn)變成有第二相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層，并且，有第二相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層被轉(zhuǎn)變成有第三相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層。在這情況下，在高熔點(diǎn)金屬硅化物層與上述高熔點(diǎn)金屬膜之間形成由多孔氧化硅膜構(gòu)成的阻擋膜。
另一種辦法是，在加熱半導(dǎo)體襯底的同時(shí)，在半導(dǎo)體襯底表面上淀積高熔點(diǎn)金屬。在這同時(shí)，所淀積的高熔點(diǎn)金屬通過熱處理被轉(zhuǎn)變成有第一相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層。在這情況下，將高熔點(diǎn)金屬膜的膜形成率設(shè)置為小于形成有第一相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層的相變率。然后，進(jìn)行熱處理，以便使上述有第一相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成有第二相結(jié)構(gòu)或第三相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層。這樣，就能夠用外延方法生長有第三相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層。
MOS晶體管中的源和漏擴(kuò)散層或柵極的電阻大大減小。此外，最后完成的硅化鈷層的電阻值沒有圖案尺寸的依賴關(guān)系，使得能夠非常容易地進(jìn)行MOS晶體管或半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)。
另外，高熔點(diǎn)金屬膜被相變成有第一相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層，這一層由Co2Si膜構(gòu)成。因此，由CoSi2膜構(gòu)成的最后完成的有第三相結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)金屬硅化物層的膜厚度取決于在高熔點(diǎn)金屬膜的薄層形成過程中的高熔點(diǎn)金屬膜的膜厚度本身。因此，對(duì)高熔點(diǎn)金屬硅化物層的膜厚度控制變得非常容易。還有，能容易地減小在半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體晶片上的MOS晶體管的柵極以及源和漏擴(kuò)散層的表面電阻值。
根據(jù)本發(fā)明，能夠使硅化物層的形成過程簡化和穩(wěn)定化，從而減少制造成本。即使把硅化區(qū)域的尺寸做到非常小，達(dá)到大約0.1微米，也能形成高質(zhì)量的硅化物層。結(jié)果，就能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件的高集成度、高速加工和高功能。
權(quán)利要求
1．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于包括下面的步驟形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層；和進(jìn)行熱處理，以便把有所述第一相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層改變成有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層的步驟包括在半導(dǎo)體襯底被加熱的狀態(tài)下，在進(jìn)行難熔金屬淀積操作期間，形成有所述第一相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層。
3．權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述難熔金屬的淀積率小于所述難熔金屬轉(zhuǎn)變成難熔金屬硅化物的相變速率。
4．權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述難熔金屬的所述淀積率在0.05nm/sec到0.3nm/sec的范圍內(nèi)。
5．權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層的步驟包括在真空狀態(tài)下淀積難熔金屬膜；和在真空狀態(tài)下加熱半導(dǎo)體襯底，以便把所述難熔金屬膜改變成有第一相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層。
6．權(quán)利要求1到5中的任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于所述形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層的步驟包括在半導(dǎo)體襯底的含硅層上形成阻擋膜，所述阻擋膜起著允許難熔金屬原子通過所述阻擋膜，而禁止所述含硅層的硅原子通過所述阻擋膜的作用；和加熱所述半導(dǎo)體襯底，以便由淀積在所述阻擋膜上的所述難熔金屬的所述原子與在所述含硅層的所述硅原子形成有所述第一相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層。
7．權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述阻擋膜是多孔的氧化硅膜。
8．權(quán)利要求6的方法，其特征在于把所述半導(dǎo)體襯底加熱到400到500℃的范圍內(nèi)的溫度的同時(shí)，把所述難熔金屬淀積在所述阻擋膜上。
9．權(quán)利要求1到5中的任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于還包括漂洗半導(dǎo)體襯底以便去掉難熔金屬的非硅化部分的步驟。
10．權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述漂洗步驟包括用硫酸溶液和過氧化氫溶液的混合溶液對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行漂洗，以便去掉難熔金屬的非硅化部分。
11．權(quán)利要求1到5中的任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于所述進(jìn)行熱處理的步驟包括進(jìn)行熱處理，以便使有所述第一相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成有第三相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層，然后，再把有所述第三相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層轉(zhuǎn)變成有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。
12．權(quán)利要求11的方法，其特征在于所述難熔金屬是鈷或鎳中的一種。
13．權(quán)利要求11的方法，其特征在于有所述第一相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層是Co2Si膜，有所述第三相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層是CoSi膜，而有所述第二相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層是CoSi2膜。
14．權(quán)利要求13的方法，其特征在于作為具有所述第二相結(jié)構(gòu)的所述難熔金屬硅化物層的所述CoSi2膜是用外延方法生長的。
全文摘要
在制造半導(dǎo)體器件過程中,形成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。在這情況下,在半導(dǎo)體襯底被加熱的狀態(tài)下,在進(jìn)行難熔金屬淀積操作期間,可形成有第一相結(jié)構(gòu)難熔金屬硅化物層。另一種辦法是,首先在真空狀態(tài)下淀積難熔金屬膜,然后,在真空狀態(tài)下加熱半導(dǎo)體襯底,以便把難熔金屬膜轉(zhuǎn)變成有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。此后,進(jìn)行熱處理,以便把有第一相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層改變成有第二相結(jié)構(gòu)的難熔金屬硅化物層。
文檔編號(hào)H01L21/28GK1213846SQ9812132
公開日1999年4月14日 申請(qǐng)日期1998年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月7日
發(fā)明者井上顯 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社