形成半导体装置的折射-金属-硅化物层的方法制造方法及图纸

一种形成半导体的高熔点金属的硅化物的方法，包括在掺杂杂质形成杂质扩散区步骤和退火使扩散层折射－金属－硅化步骤之间去除起到抑制扩散层折射－金属－硅化作用的高密度杂质区。扩散区的折射－金属－硅化反应能顺利进行，从而防止起始栅极耐压值的降低而具有较低的薄层电阻值。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种形成半导体装置的高熔点金属的硅化物(在本文也被称为折射-金属-硅化物)的方法，更具体地说，涉及一种在硅片的源/漏区表面形成高熔点金属的硅化物的方法。随着半导体装置的高集成化发展，因为信道长度随栅电极的线宽减小而降低，就需要抑制在有较浅源/漏区的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的短信道效应，以确保所需的源/漏耐压值。在包括有较浅连接的源/漏区的MOSFET中，由于薄层电阻的增加，栅延迟时间易于扩大，晶体管的操作频率降低，增加了响应时间的长度。为了克服上述问题，杂质扩散区的电阻降低是非常重要的。为了降低杂质扩散区表面的电阻，常规发展了一种在杂质扩散区形成电阻较低的折射-金属硅化物层的方法。在扩散区形成金属-硅化物层的方法包括在硅薄层的整个表面沉积一薄层金属层，并热处理晶片(退火进行硅化)，在金属层和硅薄层之间的界面上继续进行硅化反应，以自动校准的方式形成金属硅化物。作为可使规表面经受折射-金属-硅化作用的较高熔点的金属，钛和钴等受到关注，并开发了一种新方法，其中硅表面经受钴硅化作用在扩散区形成CoSix层。在该方法中，将在硅片表面上形成的钴薄膜退火以使之硅化在晶片上形成CoSix。参照附图说明图1A到1C，将描述常规的在N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管的栅电极和源/漏区上形成CoSix薄膜的对扩散区进行钴硅化方法。如图1A所示，在被元件隔离区44分开的硅基片42的每个隔离区上形成栅氧化物薄膜46和多晶硅层，并使多晶硅层形成图案以形成栅电极48。沿栅电极48两侧形成侧壁(或侧壁垫片)50，在晶片的整个表面形成掩蔽氧化物薄膜52。然后，通过向杂质掺杂区54掺杂砷离子在栅电极48的两侧形成源/漏区。随后对杂质掺杂区54启动RTA退火，使掺杂的砷离子形成源/漏区54。然后，如图1B所示，去除掩蔽氧化物薄膜52。在整个晶片的表面经受O2-等离子体处理和清洗后，将晶片表面经受氟化氢(HF)处理，作为喷涂钴的预处理。在通过喷涂在整个晶片的表面上沉积了钴金属后，进行第一次退火使之钴硅化。然后，在钴硅化物层上进行可选的湿蚀以去除未反应的钴金属后，进行第二次退火使之钴硅化，以完成在栅电极48上形成CoSi2薄膜56的钴硅化反应，并以自我校准的方式完成源/漏区54。在上述方法中，当使用上述传统的方法形成CoSi2薄膜时会产生下列问题。首先，CoSi2薄膜56可能有如图2所示的陡坡和尖缘的不均匀表面或凹凸表面58，这会损伤源/漏区电阻的降低。如果不均匀的外形变得更明显，在基片上就形成部分CoSi2薄膜剥离产生的白云，或在整个表面上形成凹凸。因此，很难达到有所需低电阻的杂质扩散区。其二，栅电极的起始耐压值(或起始栅极氧化物薄膜击穿电压)低。尽管在这里以为CoSi2有较高熔点金属的硅化物例子，当形成其它类似的高熔点的金属硅化物例如TiSix时也会产生类似的问题。鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种在半导体中形成高熔点金属的硅化物或折射-金属-硅化物的方法，而不会造成上述问题。本专利技术第一方面提供了一种形成半导体装置的折射-金属-硅化物的方法，包括步骤把杂质离子掺杂进硅基片中以形成杂质掺杂区；热处理硅基片以在杂质掺杂区顶部上形成氧化物层；使用碱性氧化剂溶液蚀刻氧化物层把氧化物层去除；热处理杂质掺杂区来扩散杂质离子以使杂质掺杂区形成杂质扩散区；在杂质扩散区上沉积高熔点金属以形成金属层；和热处理金属层使杂质扩散区进行折射-金属-硅化。本专利技术第二方面提供了一种形成半导体装置的高熔点硅化物层的方法，包括步骤把杂质离子掺杂进硅基片中以形成杂质掺杂区；热处理杂质掺杂区来扩散杂质离子以使杂质掺杂区形成杂质扩散区；使用碱性氧化剂溶液蚀刻杂质扩散区顶部使其去除；沉积高熔点金属层形成金属杂质扩散区；和热处理金属层使杂质扩散区进行折射-金属-硅化。一般地，在扩散掺杂的杂质离子的退火工艺后，有较高杂质浓度的杂质掺杂区的顶部可以起到避免杂质扩散区折射-金属-硅化的作用。根据本专利技术的第一或第二方面，在形成杂质扩散区的折射-金属-硅化物层之前，在氧化(第一方面)后或直接在掺杂后(第二方面)顶部被去除。因此折射-金属-硅化顺利进行，从而对栅电极和MOSFET的源/漏区而言能经受较高的起始栅极耐压值和具有较低的薄层电阻。从下面的描述本专利技术的上述和其它目的、特点和优点将更为明显。附图简述图1A到图1C是表示常规制作半导体装置的金属硅化物层的连续步骤的垂直剖面图。图2是在金属硅化物层可能形成的凹凸表面的垂直剖面图。图3A到图3E是表示根据本专利技术第一个实施例制作半导体装置的金属硅化物层的连续步骤的垂直剖面图。图4A到4D是是表示根据本专利技术第二个实施例制作半导体装置的金属硅化物层的连续步骤的垂直剖面图。图5A和5B是表明在第二实施例进行测定起始栅极耐压值的测试结果的晶片的平面俯视图。本专利技术的优选实施方案在描述本专利技术的优选实施方案之前，为了便于理解将描述本专利技术的基本原理。在考察了凹凸CoSi2层的第一个问题后，本专利技术人发现了一块包括较高浓度的作为杂质的砷离子的区域(高密度区)，该区域是在把砷离子掺杂进硅基片表面上的过程中形成的。该高密度区起到抑制扩散区折射-金属-硅化的作用。更具体地说来，在掺杂砷离子时，高密度区域通常形成于从基片上表面起深约10埃的基片最上部分。在激发砷离子的热处理期后将高密度区氧化以形成起到扩散区(硅化抑制层)折射-金属-硅化作用的薄层。甚至当热处理在该硅化抑制层的钴薄膜时，在钴薄膜和硅之间形成的硅化物不能提供充分的硅化物薄膜，该硅化物薄膜的耐腐蚀性降低，容易被选用的湿蚀方法剥离。结果，在硅化物表面上可能形成有陡坡和尖缘的凹凸表面。关于第二个问题本专利技术人已经证实由于O2等离子体的处理造成的栅电极的破坏降低了起始栅极耐压值。然而，只有HF而没有O2等离子体处理会引起形成的CoSi2薄膜薄层电阻较高这一问题。因此O2等离子体处理不能被忽略。本专利技术人设想在掺杂砷离子之后马上，或去除覆盖薄膜之后马上，将氧化基质的最上部分，例如从表面起深10到40埃氧化，并用碱性氧化剂溶液去除氧化部分，重复进行实验，从而完成了本专利技术。在本专利技术的第一个方面，将难以进行折射-金属-硅化并在杂质扩散区的最上层部分形成的高密度杂质区在低温下氧化，以转化成不定形混合氧化物层，不定形的混合氧化物层通常包括较大数量的杂质和氧之间的键合和硅与氧之间的键合较弱。可以通过把基片浸渍在碱性氧化剂溶液中容易去除混合的氧化物层。因此，高密度的杂质就被去除，不会引起与CoSi2薄膜外形缺陷有关的常规问题。要去除的氧化物层的厚度比高密度杂质区的通常更厚些。优选地，在把杂质最上部分转化成氧化物薄膜的步骤中在800℃或更低的温度下进行低温氧化处理形成厚度在1到4nm的热氧化层。因此，所有的较高密度杂质区都能被去除。在本专利技术的第一个方面中，当使用上敷硅基片的保护薄膜掺杂用来形成杂质扩散区的杂质离子时，在最上部分转变成氧化物薄膜之前去除保护膜。因为在本专利技术的第一个方面中通过热处理精确控制要转化成氧化物薄膜的杂质掺杂区的厚度很困难，使用碱性氧化剂溶液刮去的基片的量可能过度，或者在杂质扩散区形成凹凸，或者在杂质扩散区的杂质密度可能改变。鉴于本专利技术第一方面有关的可能问题本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成半导体装置的高熔点金属的硅化物的方法，包括步骤： 把杂质离子掺杂进硅基片中以形成杂质掺杂区； 热处理硅基片以在杂质掺杂区上形成氧化物层； 使用碱性氧化剂溶液蚀刻氧化物层把氧化物层去除； 热处理杂质掺杂区来扩散杂质离子以使杂质掺杂区形成杂质扩散区； 在杂质扩散区上沉积高熔点金属以形成金属层；和 热处理金属层使杂质扩散区折射－金属－硅化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1999-4-28 121410/19991.一种形成半导体装置的高熔点金属的硅化物的方法，包括步骤把杂质离子掺杂进硅基片中以形成杂质掺杂区；热处理硅基片以在杂质掺杂区上形成氧化物层；使用碱性氧化剂溶液蚀刻氧化物层把氧化物层去除；热处理杂质掺杂区来扩散杂质离子以使杂质掺杂区形成杂质扩散区；在杂质扩散区上沉积高熔点金属以形成金属层；和热处理金属层使杂质扩散区折射-金属-硅化。2.如权利要求1所述的方法，其中所述硅基片热处理步骤在800℃或更小的基片温度下进行，以形成厚度在1nm到4nm的氧化物层。3.如权利要求1所述的方法，还包括在硅基片上形成一层保护层并分别在所述掺杂步骤之前或之后去除保护层的步骤。4.如权利要求1所述的方法，其中碱性氧化溶液包括加热到60℃或更高温度的氨和过氧化氢的水溶液。5.如权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻步骤去除由所述掺杂步骤破坏的硅氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：滨中信秋，井上显，三木郁，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]