CN101197290A - 半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导体器件的制造方法：包括提供一半导体衬底，在所述衬底表面形成栅极；在所述栅极两侧形成侧壁间隔物；在所述侧壁间隔物两侧的衬底中形成源极和漏极；在所述衬底、侧壁间隔物和栅极表面形成第一介质层；在所述第一介质层表面形成第二介质层；在所述栅极、源极和漏极表面形成金属硅化物；干法刻蚀去除所述第二介质层；湿法去除所述第一介质层。所述第一介质层为富硅氧化物层，所述第二介质层为氮化硅、氮氧化硅或其组合。本发明的方法在去除自对准阻挡层的过程中，不但能避免破坏衬底有源区，而且可防止侧壁间隔物下方凹陷的产生。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种金属氧化物半导体(MOS)器件的制造方法。
背景技术
金属硅化物在VLSI/ULSI器件技术中起着非常重要的作用。自对准硅化物(Salicide)工艺已经成为近期在超高速CMOS逻辑大规模集成电路中形成金属硅化物的关键制造工艺之一。它给高性能逻辑器件的制造提供了诸多好处。该工艺同时减小了源/漏电极和栅电极的薄膜电阻，降低了接触电阻，并缩短了与栅相关的RC延迟。另外，它也允许通过增加电路封装密度来提高器件集成度。在自对准技术中，在由形成于半导体衬底上的杂质扩散层构成的MOSFET的源、漏区域和由多晶硅构成的栅极上，形成金属与半导体例如硅(Si)的反应生成物即金属硅化物。金属硅化物可以用来提供位于金属线和衬底接触区域之间的接触面，例如多晶硅栅极、硅衬底上的源极和漏极之间的连接。采用金属硅化物能够得到良好的低电阻接触，降低上层互连结构的接触孔与晶体管各极的接触电阻。
采用自对准工艺时需要在衬底表面、栅极外侧的侧壁间隔物(offsetspacer)的表面以及栅极顶部表面形成自对准阻挡层(Salicide Barrier，SAB)。侧壁间隔物为包括在栅极侧面形成的氧化硅和在该氧化硅表面形成的氮化硅的ON结构。申请号为200410076817.3的中国专利申请介绍了一种MOS器件的侧壁间隔物结构和金属硅化物的形成方法。图1至图6为MOS器件形成金属硅化物的剖面示意图。如图1所示，在衬底100具有栅极氧化层101和栅极106，在栅极侧面形成有一层很薄的氧化层105以修复刻蚀栅极时造成的栅极表面损伤。在氧化层105外表面形成由氮化硅105、氧化硅103和另一层氮化硅102组成的侧壁间隔物。其中氧化硅层103的材料为在较低的温度下淀积而成的低温氧化物(Low Temperature Oxide，LTO)。
然后，如图2所示，淀积形成自对准阻挡层107，该层覆盖衬底100表面、侧壁间隔物表面以及栅极顶部表面。通过光刻、刻蚀工艺图案化所述自对准阻挡层107，形成对应栅极、源极和漏极金属硅化物位置的开口110、120、和130，如图3所示。随后，如图4所示，在开口中沉积金属并经过热退火形成栅极、源极和漏极金属硅化物111、121和131。
接下来如图5所示，形成金属硅化物后，需要去除自对准阻挡层107。通常自对准阻挡层107的厚度在350
左右，去除自对准阻挡层107时首先采用干法刻蚀工艺刻蚀掉250
左右，剩下100
左右的自对准阻挡层107在利用氢氟酸HF进行湿法清洗。但是，由于在高端工艺中，特别是在90nm以下工艺节点，干法刻蚀易产生微加载效应(micro loading effect)，使得刻蚀速率下降。若加大刻蚀强度，则极易破坏衬底有源区(Active Area，AA)；若不加大刻蚀强度，则剩余的自对准阻挡层107会过厚，势必需要更长的湿法清洗时间。由于自对准阻挡层107的材料为密度较高的富硅氧化物(silicon Rich Oxide，SRO)，而侧壁间隔物中的氧化硅层103的材料为质地比较疏松的LTO，在利用氢氟酸腐蚀时，氢氟酸对上述两种材料LTO与SRO的腐蚀选择性较低，为1∶5左右。因此在利用氢氟酸长时间腐蚀自对准阻挡层107时极易对氧化硅层103造成侵蚀，导致在侧壁间隔物下方出现如图6所示的凹陷200和200’，影响器件的电学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体器件的制造方法，在去除自对准阻挡层的过程中，不但能避免破坏衬底有源区，而且可防止侧壁间隔物下方凹陷的产生。
为达到上述目的，本发明提供的半导体器件的制造方法：包括
提供一半导体衬底，在所述衬底表面形成栅极；
在所述栅极两侧形成侧壁间隔物；
在所述侧壁间隔物两侧的衬底中形成源极和漏极；
在所述衬底、侧壁间隔物和栅极表面形成第一介质层；
在所述第一介质层表面形成第二介质层；
在所述栅极、源极和漏极表面形成金属硅化物；
干法刻蚀去除所述第二介质层；
湿法去除所述第一介质层。
所述第一介质层为富硅氧化物层，采用化学气相淀积或热氧化工艺形成。
所述第二介质层为氮化硅、氮氧化硅或其组合。
所述第二介质层的厚度为300-350
所述第一介质层的厚度为50-70
所述干法刻蚀的刻蚀剂为三氟甲烷CHF3。
采用氢氟酸移除所述第一介质层。
本发明相应提供了一种自对准阻挡层结构，包括：
在所述衬底、侧壁间隔物和栅极表面形成的氧化层；
在所述氧化层表面形成的氮化层。
所述氧化层为富硅氧化物层。
所述氮化层为氮化硅、氮氧化硅或其组合。
所述氮化层的厚度为300-350
所述氧化层的厚度为50-70
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的半导体器件制造方法将自对准阻挡层由现有的单层富硅氧化物(SRO)结构改进为由富硅氧化物和氮化硅(SRO+SIN)组成的叠层结构，其中，较厚(约300～350
)的SIN层覆盖较薄(约50)的SRO层。采用本发明的叠层自对准阻挡层结构，在干法刻蚀去除自对准阻挡层时，由于刻蚀剂(例如CHF3)对SIN层和SRO层具有很高的刻蚀选择比(大于20)，因此在刻蚀完较厚的SIN层之后刻蚀进程会基本停止在SRO层表面，不会继续向下刻蚀，从而避免了刻蚀过程对衬底AA的破坏。这种由材料本身决定的高刻蚀选择比降低了对刻蚀过程的工艺控制要求，因而简化了工艺。此外，在采用HF去除剩下的SRO层时，由于SRO层较薄，仅有约50～70
因此只需很短的时间便可将SRO层去除，从而有效地避免了因长时间腐蚀而在侧壁间隔物下方产生的凹陷。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚明了，放大了层和区域的厚度。
图1至图6为现有MOS器件形成金属硅化物过程的器件剖面示意图；
图7至图11为说明根据本发明实施例的MOS器件金属硅化物形成过程的器件剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明提供的半导体器件及其制造方法特别适用于特征尺寸在65nm及以下的半导体器件及其制造。所述半导体器件不仅是MOS晶体管，还可以是CMOS(互补金属氧化物半导体器件)中的PMOS晶体管和NMOS晶体管。
图7至图11为根据本发明优选实施例的MOS器件形成金属硅化物过程的器件剖面示意图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。首先如图7所示，本发明的半导体器件制造方法在半导体衬底100表面形成栅极结构，栅极结构包括在半导体衬底100表面形成的栅极氧化层101和栅极106。衬底100可以是单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是绝缘体上硅(SOI)。或者还可以包括其它的材料，例如锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓。虽然在此描述了可以形成衬底100的材料的几个示例，但是可以作为半导体衬底的任何材料均落入本发明的精神和范围。
上述栅极氧化层101可以是氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiNO)。在65nm以下工艺节点，栅极氧化层110的材料优选为高介电常数材料，例如氧化铪、氧化铪硅、氮氧化铪硅、氧化镧、氧化锆、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛、氧化铝等。特别优选的是氧化铪、氧化锆和氧化铝。虽然在此描述了可以用来形成栅极氧化层101的材料的少数示例，但是该层可以由减小栅极漏电流的其它材料形成。栅极氧化层101的生长方法可以是任何常规真空镀膜技术，比如原子层沉积(ALD)、物理气相淀积(PVD)、化学气相淀积(CVD)、等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)工艺，优选为ALD工艺。在这样的工艺中，衬底100和栅极氧化层101之间会形成光滑的原子界面，可以形成理想厚度的栅极介质层。
栅极106的材料优选为多晶硅，可以利用PECVD或高密度等离子化学气相淀积(HDP-CVD)工艺在衬底表面沉积，在沉积的多晶硅层表面还需形成一硬掩膜层，例如氮化硅，通常采用PECVD工艺淀积形成上述氮化硅。然后涂布光刻胶并图案化光刻胶以定义栅极的位置，随后利用光刻胶和氮化硅作为掩膜刻蚀所述多晶硅层形成栅极106。此外还要去除剩余的光刻胶和硬掩膜氮化硅，光刻胶的去除采用灰化工艺，硬掩膜氮化硅采用磷酸湿法去除。
刻蚀多晶硅形成栅极106时会在栅极106侧壁产生一定程度的损伤，为修复这种损伤需要在栅极106侧壁表面生长一层氧化硅105。通常利用热氧化或ISSG(原位蒸气产生)形成上述氧化硅层105；再于上述氧化硅105表面沉积一层7～10nm厚的氮化硅层104作为氧化硅105与侧壁间隔物之间的过度层。接着，在所述栅极150的两侧形成ON(氧化硅-氮化硅)结构的侧壁隔离物。本实施例中，侧壁隔离物包括低温氧化硅(LTO)层103和氮化硅层102。侧壁隔离物的形成首先在所述衬底100和栅极106表面利用CVD工艺沉积LTO层103；随后利用高密度等离子化学气相淀积工艺(PECVD)在所述LTO表面沉积氮化硅层102；采用等离子刻蚀工艺刻蚀所述氧化层和氮化硅层形成侧壁间隔物。在接下来的工艺步骤中，通过离子注入工艺，向位于侧壁隔离物两侧的衬底中注入杂质离子形成源极和漏极(为简便起见，图中未示出)。
接下来，在衬底100、栅极106和侧壁间隔物表面形成介质层107。该介质层107覆盖衬底100、栅极106、氧化硅层105、氮化硅层104、以及包括氧化硅层103和氮化硅层102的侧壁间隔物表面。介质层107的材料优选为富硅氧化物(SRO)，采用化学气相淀积或热氧化工艺形成，厚度为50～70
随后，在介质层107表面利用PECVD工艺沉积另一介质层108，该介质层108为氮化硅、氮氧化硅或其组合，优选为氮化硅，厚度为300-350
在本发明实施例中，上述SRO介质层107和氮化硅层108共同构成了自对准阻挡层。在接下来的工艺步骤中，在自对准阻挡层表面涂布光刻胶并通过显影、定影等光刻工艺图案化所述光刻胶层。接着，以图案化的光刻胶作为掩膜刻蚀所述自对准阻挡层，在自对准阻挡层上形成开口110、120和130，如图8所示。开口110、120和130分别对应栅极、源极和漏极的位置。
接着，在自对准阻挡层107和108和栅极150表面，利用物理溅射的方法沉积金属镍或钴，本领域技术人员可以按照常规工艺进行控制所述金属的淀积。由于自对准阻挡层起到掩膜的作用，因此所述金属会沉积在开口170、180和190中并与栅极、源极和漏极表面接触，其余的金属仅覆盖于自对准阻挡层的表面。随后进行热退火处理，优选快速热退火(RTP)工艺，典型退火温度在500～550℃之间，以使与栅极、源极和漏极表面接触的金属与下方的硅发生硅化反应，形成镍或钴的硅化物111、121和131，如图9所示。接下来刻蚀掉剩余的金属并对衬底表面进行清洗。
然后，去除上述自对准阻挡层。本发明以SRO层107和氮化硅层108共同作为自对准阻挡层。在去除的过程中，首先以干法刻蚀，例如等离子刻蚀或反应离子刻蚀(RIE)工艺刻蚀所述厚度较厚的氮化硅层108。本发明实施例采用三氟甲烷CHF3作为刻蚀剂，CHF3对氮化硅层108和SRO层107具有很高的刻蚀选择比(20～25)，因此在刻蚀完SIN层108之后刻蚀进程会基本停止在SRO层107表面，不会继续向下刻蚀，如图10所示，从而避免了刻蚀过程对衬底AA的破坏。
去除氮化硅层108后，仅剩余了SRO层107，本发明实施例利用湿法清洗去除所述SRO层107，腐蚀剂采用氢氟酸HF，由于该SRO层107厚度较薄，只有50～70
因此可以使氢氟酸HF的腐蚀时间大大缩短，从而有效地避免了因长时间腐蚀而在侧壁间隔物下方产生的凹陷，如图11所示。
本发明将以往单层自对准阻挡层结构改进为由富硅氧化物和氮化硅(SRO+SIN)组成的叠层结构，其包括在所述衬底100、侧壁间隔物和栅极106表面形成的富硅氧化物层107和在所述氧化层107表面形成的氮化硅层108。其中所述氮化硅层108的厚度为300-350所述富硅氧化物层107的厚度为50-70
在去除自对准阻挡层的过程中，利用三氟甲烷CHF3刻蚀所述氮化硅层108，利用氢氟酸HF湿法清洗富硅氧化物层107，不但能避免破坏衬底有源区，而且可防止侧壁间隔物下方凹陷的产生。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (12)
1.一种半导体器件的制造方法：包括
提供一半导体衬底，在所述衬底表面形成栅极；
在所述栅极两侧形成侧壁间隔物；
在所述侧壁间隔物两侧的衬底中形成源极和漏极；
在所述衬底、侧壁间隔物和栅极表面形成第一介质层；
在所述第一介质层表面形成第二介质层；
在所述栅极、源极和漏极表面形成金属硅化物；
干法刻蚀去除所述第二介质层；
湿法去除所述第一介质层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一介质层为富硅氧化物层，采用化学气相淀积或热氧化工艺形成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二介质层为氮化硅、氮氧化硅或其组合。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述第二介质层的厚度为300-350。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第一介质层的厚度为50-70。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述干法刻蚀的刻蚀剂为三氟甲烷CHF3。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：采用氢氟酸移除所述第一介质层。
8.一种自对准阻挡层结构，包括：
在半导体衬底、侧壁间隔物和栅极表面形成的氧化层；
在所述氧化层表面形成的氮化层。
9.如权利要求8所述的自对准阻挡层结构，其特征在于：所述氧化层为富硅氧化物层。
10.如权利要求8所述的自对准阻挡层结构，其特征在于：所述氮化层为氮化硅、氮氧化硅或其组合。
11.如权利要求10所述的自对准阻挡层结构，其特征在于：所述氮化层的厚度为300-350
12.如权利要求9所述的自对准阻挡层，其特征在于：所述氧化层的厚度为50-70
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20080611 |