TW447049B - Method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents

Description

447049 一五、發明說明（1) ' 發明之領域 本發明係關於一種例如在M0S(金氧半）電晶體之源極/汲 極擴散層等上形成有金屬矽化物層（silicide)的半導體裝 置之製造方法。 習知技術 隨著半導體積體電路之細微化，日漸要求開發一種M〇s 電晶體之閘極、源極/汲極擴散層皆可形成低電阻電極之 被稱為自動對準矽化物構造的電晶體形成技術。例如在使 用銘之銘自動對準矽化物構造中，係採用一種代表遠距離 濺鍍的指向性濺鍍法（例如1 997年發行之參考文獻「阿爾 巴技術期刊47卷第35頁」）’該遠距離濺鍍法係指將金屬 材料靶與半導體基板隔開距離以形成金屬膜者。當將此指 向性濺鍍法應用於CMOS邏輯元件製造中時亦可在夾於閘極 之細微擴散層區域中進行覆蓋範圍比較佳的鈷膜堆積，與 此同時亦可在較廣區域或較窄區域中堆積同膜厚的鈷，且 可在兩區域中形成具有片電阻值相同的低電阻始石夕化物 層。 在此’係使用圖2 A及圖2 B說明利用習知之指向性濺鎪法 堆積鈷膜的情況。如圖2 A所示’係在石夕基板1上設有依元 件隔離部2而隔離的源極/没極擴散層3，且在此擴散層3之 間介以閘極氧化膜4而形成有高度為〇. 2 # m之多晶矽閘極 5、6、7、8，而該多晶矽閘極5、6、7、8係夾於由絕緣膜 所構成的侧壁9之間。此例中閘極5與6之間的尺寸例如為 1.0；απι ’閘極7、8之間的尺寸為〇·5βιη。在此構造上使用

89104806.ptd 第6頁 1470 49 五、發明說明⑵ ~ 指向性濺鍍法堆積厚度為〗〇 nm的鈷膜丨〇 (參照圖2B )。此指 向性減:錢法’雖係將利用氬氣電漿從鈷乾撞擊出的鈷原子 對矽基板1大致垂直入射及堆積者，但是如圖2B所示，在 被閘極7、8夾住之較窄區域的中央部A上形成有9nra程度， 而在周邊部B上形成有8nm程度之厚度的鈷膜1〇。另外，圖 2 B係只顯示多晶石夕閘極7、8附近者。 藉由在後段製程進行熱處理以使使用此種指向性濺鑛法 所堆積的鈷膜10與矽基板丨起反應，以在矽基板丨上形成鈷 矽化物層。此金屬矽化物層，係在閘極之間隔為〇. 5以爪程 度中不依其間隔尺寸’而可形成具有大致一定之膜厚，且 至父在曰曰片内具有均等的片電阻之金屬梦化物層。 然而上述習知方法中，當多晶矽閘極7、8之間隔變得更 窄且為D.2_程度時，閘極7、8之間的深度就會變成約為 〇.2#m程度，間隔變成〇.2^m程度而深寬比 大。因此，即使使用指向性識鍍法且將10⑽ 之膜厚為目標而堆積鈷膜’ 可只在中央部之較厚 6二程度…’另一方面，可在間極之間隔較寬的部分 致與目標相同的"Μ之厚度。在熱處理此種試料 :使鈷膜矽化物化時，就會在多晶矽閘極間隔較廣 一較窄的部分（亦即較廣區域與細微區域）上，因 積厚度的不同而有形成膜厚及片電阻之 ' 化物層的問題。 片電阻之大不相同的金屬石夕 再者’當形成此種膜厚及片電阻之士 層時，在後段製程之形成於鈷矽化物眉目同的鈷矽化物 夕化物層上的層間絕緣膜上

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$接觸孔予以開口的蝕刻作業中，在多晶矽閘極間隔較窄 的部分上因過韻刻（over etching)，而貫穿鈷矽化物層並 到達銘梦化物潛之下方的擴散層中。結果無觸、電阻就會增 大。又，在多晶矽閘極間隔之較廣的部分與較窄的部分上 會因擴散層電阻之分佈不均而發生元件動作速度不均的現 象。如此，因多晶矽閘極間隔之較窄的部分之接觸電阻增 大，或元件動作速度之不均，而會在已完成的半導體裝^ 上發生不良，亦會造成製造良率之降低。 又，當欲將多晶矽閘極間隔之較窄的部分上之鈷堆積膜 厚增加至目標之膜厚時，因多晶矽閘極間隔之較廣的部分 之鈷堆積膜厚會變得比目標之膜厚還厚，且在談處所形成 = C〇Si2膜厚會變厚所以在此部分上的p —n接面洩漏電流 曰增加’而會在已完成的半導體裝置上發生不良， 成製造良率之降低。 另一方面’為了更提高此種較窄的閘極間之覆蓋範圍， 雖考慮依CVD法以進行鈷之堆積，但是目前已不存 姑之工業上的CVD法。

發明之概I 本發明之目的係在於提供一種即使在金屬之覆蓋範圍差 的細微區域中，亦可形成具有與覆蓋範圍佳之較廣區域相 同膜厚及片電随之金屬矽化物層的半導體裝置之製造方 法 本發明之半導體裝置之製造方法，其係包含有：在半導 體基板上形成氣化膜的步驟；在氧化膜上堆積金屬，以形

89104806.ptd 第8頁 4g 五、發明說明⑷ ---- C過氧化膜而與半導體基板之表面部分起反應之 層的步驟；以及在去除金屬及氡化膜之後，利用 二二處理使中間反應層變化成金屬矽化物層的步驟。 化it據本發明’則在半導體基板上形成氧化膜，且在氧 堆積金屬，藉由存在有氧化膜即可抑制金屬與半導 基，之反應速度，即使在金屬之覆蓋範圍差的細微區域 η二^可形成具有與覆蓋範圍佳之較廣區域相同膜厚之中 層，結果，可在細微區域與較廣區域中形成同臈厚 :2阻的金屬石夕化物層。藉由金屬堆積時之基板加熱條 =即可控制中間反應層之厚度’甚至於 物層之厚度。 〜 =，藉由在半導體基板上介以閘極絕緣膜而形成複數個 U，在夾於閘極之間的半導體基板表面上形成源極/汲 極擴散層，在該源極/汲極擴散層上形成氧化膜、中間反 應層及金屬矽化物層，則即使是夾於閘極之細微區域的源 極/汲極擴散層，或較廣區域之源極/汲極擴散層，亦可在 其上形成具有同膜厚及片電阻的金屬矽化物層，且不依該 C域之寬乍亦可均專地使源極/汲極擴散層低電阻化。 又，形成中間反應層的步驟，係以邊加熱半導體基而 邊堆積金屬者較佳。 土 又，氧化膜之厚度係以〇· 1〜lnffl較佳。 又，金屬之堆積係以利用指向性濺鍍法而進行者較佳。 又，金屬係以高熔點金屬者較佳，而高熔點金屬係可使 用鈷（Co)、鈕（Ta)、鎳（Ni)、鉬（Mo) ' 鍅（Zr)、或鈦

89104806.ptd 447049 五、發明說明（5) (Ti)。 較佳f施形態之說明 邊參照圖式而邊說明本發明之實施形態。圖〗A〜1 c係顯 示本發明之實施形態之半導體裝置之製造方法的步驟截面 圖。該等圖中’係顯示形成有複數個電晶體之中特別 是閘極間隔較窄的部分。 首先’如圖1A所示’在形成有由較厚之絕緣膜所構成的 元件隔離部1 2之矽基板（半導體基板）丨1上，形成閘極氧化 膜1 3、多晶矽閘極14、侧壁1 5之後，形成源極/汲極擴散 層16、17。源極/汲極擴散層16係寬度為〇, 2々^以下的細 微區域’而源極/汲極擴散層17係寬度為超過〇2 的較 寬區域，而矽基板11表面會露出。將此基板置於氟酸/水 之混合液（混合容積比1 : 1 〇 〇 )中以使源極/沒極擴散層 1 6、1 7表面清淨化。之後使之浸潰在8〇 〇c之氨水/過氧化 氫水/水之混合液（混合容積比1 : 1 : 8 )中1 〇分鐘，以在源 極/汲極擴散層16、17表面上及多晶矽閘極14表面上形成 厚度為0. 7nm的氧化膜18。 。其次，如圖1B.所示，利用指向性濺鍍法在基板溫度2 〇 〇 °C下將銘堆積膜厚2〇nm程度，以形成鈷膜19。堆積時之基 板加熱，係用以去除上述清淨化製程等令的基板表面之吸 附水分等以使界面清淨，且為了不使鈷和矽之反應不均勻 而在大部分的場合中皆需要此加熱作業者。但是，若吸附 水分可忽視的話，則在室溫附近堆積之後，雖可在2 〇 〇 t ' 程度的溫度下進行熱處理，但是以邊進行基板加熱而邊堆 447049 五、發明說明（6) ------ 積者較佳。 在上述之基板溫度200 t：下堆積鈷時’在堆積中膜厚約 5nm程度的鈷會穿過較薄的氧化膜18且與矽基板u之矽起 反應，而可形成臈厚约5ηπι之組成在加熱下成為非穩定之 中間的Co—Si層（中間反應層）20。又，與此同時氧“化膜“ 會與鈷起反應，以形成Co—Si —〇層21。又，在多晶矽閘 極14之表面上亦可起同樣的反應β另一方面，堆積在元件 隔離部12上及侧壁15上的鈷膜19，由於通常元件隔離部ί2 上及側壁15係由矽氧化膜所構成，所以在鈷膜19之堆積中 雖可與源極/汲極擴散層1 6、1 7表面上同樣地形成有由。 一 S i - 0所構成的層’但是應起反應的矽由於不存在所以 會殘留大部分未反應的鈷膜丨9。另外，在室溫附近堆積鈷 之後’在200 C程度之溫度下.進行熱處理時，於被熱處理 時就會起上述之反應。 之後’當使用氨水/過氧化氫水/水之混合液（混合容積 比1 : 1 : 8，8 0 C )而只選擇性地去除在未反應之狀態下所 殘留的鈷膜19及Co —Si —〇層21時，就會在源極/汲極擴散 層16、17上及多晶矽閘極14上殘留Co—Si層20。於此施予 例如800 °C ’30秒的熱處理，以形成膜厚約i〇nm之加熱下 成為穩定的最終生成物之C〇Si2層（金屬梦化物層）22(參照 圖1C)。在此’依此高溫熱處理即可於中間的c〇— Si層20 在CoS “層2 2上變化時使結晶結構變化，因此體積就會膨 脹且增加約5nm至約10nm的膜厚。 如以上之本實施形態中，在源極/汲極擴散層1 6、1 7表

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2形成厚度例如為◦. 7nm之較薄的氧化膜18，且在氧化 =8上堆積钻膜19 ’巾該結膜19係堆積比堆帛中因反應所 消耗的鈷膜厚（5nm)還相當厚的膜厚（2〇1111〇。 在站之濺鍍堆積中雖然多晶⑪閘極14係成為阻礙始金屬 原子之源極/汲極擴散層16、17上之表面附著的壁，但是 ，由將鈷膜19堆積得較厚，則不僅可形成圍住多晶矽閘極 1之尺寸不同之比較廣的擴散層17 ,而且形成有只在非常 窄的擴散層16上亦可形成作為最終目標之厚度的c層 22之鈷膜。 然後，如習知般，在源極/汲極擴散層表面上以邊進行 基板加熱而邊直接接觸的方式堆積鈷膜的方法中，即使基 板加熱溫度為2 0 0 °C之低溫由於鈷和矽亦可極快速地起反 應所以已堆積的鈷大部分會起反應。因而，c〇 —Si層之厚 度就必須以最初堆積的鈷膜之厚度來加以控制。如此的方 法中即使較廣的源極/汲極擴散層和較窄的源極/汲極擴散 層形成不同的膜厚，結果，只能形成不同厚度的c〇s “層。 片相對於此，本實施形態中，首先雖係積極地形成較薄的 氧化膜1 8，但是此係在基板加熱堆積中發揮抑制鈷和矽之 反應速度的機制者。藉此就可以濺鍍堆積中之基板加熱的 時間來控制所形成的Co -Si層20。例如，只要對應氧化膜 18之厚度和所形成的c〇—Si層20之厚度而事先決定基板加 熱時間即可。如此由於可控制Co — Si層20之厚度，所以可 充分地加厚所堆積之鈷膜19的厚度，且可在寬窄度不同之 源極/>及極擴散層16、17之兩方上形成相同厚度的c〇—si

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4470 4 五、發明說明（8) 層20 ’最後在寬窄度不同之源極/汲極擴散層16、17之兩 方上可形成作為目標之相同厚度的CoS “層22。因而，可 形成在所有的區域上具有分佈不均較少之片電阻的擴散 層。因此，就可迴避因習知之擴散層電阻之不均而發生元 件之動作速度不均的問題。 又’如習知般’利用在後段製程中在形成於c〇si2層上 的層間絕緣膜上將接觸孔予以開口時的過飯刻，就不會發 生細微區域中之CoS“層變薄而穿過c〇S i2層的情形。 又，如習知般，為了增加細微區域中之鈷堆積膜厚，而 藉由加厚較廣區域中之鈷堆積膜厚，且加厚在該處所形 的Cosh層膜厚即可迴避在該部分上增加p — ^接面茂漏電 流的問題。以上之結果，可提高半導體裝置之製造良率。 另外，在本實施形態中，雖然氧化膜丨8之膜厚係舉 0」7nm為例而加以說明，但是控制例如浸潰至氨水/過氧 氫水/水之混合液内的浸潰時間，即可將氧化膜丨8形成 〇. lnm(浸潰時間約30秒）〜lnm(浸潰時間約2〇分），並 與石夕起反應的姑之量。又，除了在至—之間具有控 性之外，方法’例如亦可利用CVD法來形成氧化膜18。 L ΐίϊΐ18之膜厚為未滿〇.lnra時就無法控制姑之基 y &汉應逮度’而當超過lnm時抑制 鈷和矽之反應的能力會變得過高

Si層20的情況。 兩無去屯成圖1B之Co — 又，藉由控制鈷堆積溫度當然可控制矽和鈷之反應量。 例如在上述實施形態中雖俜將螘 ’’、 T雖係將堆積溫度（基板溫度）設為 89104806,ptd 第13頁 4470 4 9 五、發明說明（9) 200 °C而形成約5nm厚的Co—Si層20，但是當將堆積溫度設 為300 °C時就可在堆積中形成約7nm厚的Co—Si層20。 又，雖係將鈷堆積2 0nm的膜厚，但是只要堆積比堆積中 之反應所消耗的鈷膜厚（前述之堆積溫度2〇〇下約為 還厚的量即可。 再者，在本實施形態中，在金屬矽化物層之形成時所使 用的金屬雖係舉銘為例而加以說明，但是即使使用组 (Ta)、鎳（Νι)、鉬（M〇)、銼（zr)、或鈦（Ti)等，自動對準 矽化物製程中所使用的其他之高熔點金屬當然亦可獲得相 同的效果。 元件編號之說明 1 :矽基板 2 :元件隔離部 3 :源極/汲極擴散層 4 :閘極氧化膜 5 ·多晶妙閘極 6 .多晶妙閘極 7 .多晶妙閑極 8 :多晶矽閘極 9 :側壁 1 0 :鈷膜 11 :矽基板（半導體基板） 12 :元件隔離部 13 :閘極氡化膜

第14頁 447049 五、發明說明GO) 14 *多晶石夕閉極 15 :側壁 1 6 :源極/汲極擴散層 1 7 :源極/没極擴散層 18 :氧化膜 19 :鈷膜 20 : Co-Si層（中間反應層） 21 : Co-Si-0 層 22 : CoSi2層（金屬矽化物層）

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Claims (1)

1. 447049 六、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置之製造方法，其 在：導體基板上形成氧化膘的步驟； 在刖述氧化膜上堆積金屬， 义 氧化膜而與前述半導體基板形成别述金屬因牙過前述 層的步驟；以及 表面部分起反應之令間反應 在去除前述金屬及前述氣朴 前2述中：反應層變化成金屬發化：層的：：高溫熱處理使 二巧體裝置之製造方法，其 金屬者。 ’、邊加熱半導體基板而邊堆積 3. 如申請專利範圍第丨項之半 中氧化膜之厚度係為。體f置之^方法，其 4. 如申請專利範圍第2項之半導體 中氧化膜之厚度係為〇 . i〜j nm。 製k方法，其 5. 一種半導體裝置之製造方法，其係包含有. 在半導體基板上介以閘極絕緣 驟； 吧緣膘而形成複數個閘極的步 在夾於前述閘極之間的前述半導 /汲極擴散層的步驟； 土板表面上形成源極 在前述源極/汲極擴散屉μ 在前述氧化膜上堆積金屬，^的步驟； 氧化膜而與前述源極/沒極擴 ^成刖述金屬因穿過前述 間反應層的步驟；以及 表面部分起反應之中 在去除前述金屬及前述童仆搜 (氧化臈之後，利用高溫熱處理使 11 S9104806.ptd 第17頁 ^4 70 4 9 六、申請專利範圍 前述中間反應層變化成金屬石夕化物層的步驟。 6. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置之製造方法，其 中形成中間反應層的步驟，係邊加熱半導體基板而邊堆積 金屬者。 7. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置之製造方法，其 中氧化膜之厚度係為0.1〜lnm。 8. 如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方法，其 中氧化膜之厚度係為0. 1〜1 nm。 9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之半導體裝置之製 造方法，其中金屬之堆積係利用指向性濺鍍法而進行者。 1 0.如申請專利範圍第1至8項中任一項之半導體裝置之 製造方法，其中金屬係高熔點金屬者。 11.如申請專利範圍第1 0項之半導體裝置之製造方法， 其中高熔點金屬係為鈷（Co)、钽（Ta)、鎳（Ni)、鉬（Mo)、 銼（Zr)、或鈦（Ti)者。

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