[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

本发明涉及一种半导体装置的制造方法，特别涉及在半导体衬底的扩散层或者多晶硅电极等表面上自己整合形成高熔点金属的硅化物膜的方法。

随着半导体元件的微小化和高密度，现在已经提供以0.15～0.25微米的尺寸基准设计的存储器器件或者逻辑器件等高集成度的半导体装置。伴随这样的半导体装置的高集成度，开始要求增长栅极、缩小扩散层或者减低这些膜的厚度。但是，增长栅极、缩小扩散层或者低减这些膜的厚度势必引起这些电阻的增加，对电路的延迟有很大的影响。为此，在微小化的元件中，在多晶硅形成的栅极或者单晶硅衬底的扩散层的表面区域上形成硅化物层以企图降低阻抗。

该硅化物层，特别是通过自己整合形成采用高熔点金属膜的硅化物层的硅化物化技术所形成。图8以及图9为按工艺顺序表示这样的硅化物膜的制造方法的一例的截面图。首先如图8(a)所示，在硅衬底101的规定区域上用LOCOS法形成元件分离绝缘膜102。并在硅衬底101的元件区域上为提高耐压而离子注入杂质，用热氧化法形成栅极绝缘层103。然后，用CVD法在全区域形成膜厚为150nm程度的多晶硅膜，掺入磷等杂质降低阻抗。之后，用光刻技术形成模样，形成栅极104。在这之后，用CVD法全区域上堆积硅氧化物膜，并且用各向异性蚀刻将该硅氧膜蚀刻，在栅极104的侧面形成衬垫105。然后再对硅衬底101离子注入砷或硼等杂质，通过800至1000℃的热处理形成作为源、漏极区域的扩散层106。然后如图8(b)所示，用溅射法在全区域形成膜厚为50nm程度的钛膜107。之后，在常压的氮气环境中用灯退火装置在600～650℃的温度下进行30～60秒的热处理。这样，钛膜107由于氮的扩散变为氮化钛膜112，并且在栅极104及扩散层106等与硅接触的区域进行硅化反应，如图8(c)所示，在该界面形成钛硅化物109。该钛硅化物层109为电阻率60μΩ·cm程度的高结晶构造的C49构造钛硅化物膜。在之后，如图9(a)所示，用氨水溶液和过氧化氢水溶液的混合化学药液将没有硅化的氮化钛膜108蚀刻去除。这样，在硅表面上仅留下上述钛硅化物层109。接下来，如果再在常压的氮气环境中在850℃程度的温度下进行60秒的第二热处理，如图9(b)所示，上述C49构造的钛硅化物层109变为电阻率20μΩ·cm程度的低结晶构造的C54构造钛硅化物膜111。

上述钛硅化物层109的形成在氮气环境中进行有如下的理由。在钛和硅的硅化反应中，扩散源为硅。在此，硅由于扩散也扩散到元件分离绝缘层膜102等氧化膜上，扩散到该氧化膜上的硅如果与钛反应，在氧化膜上也形成钛硅化物层，对氧化膜的绝缘不利，发生所谓的过火现象。为了防止出现这种情况，通过在氮气环境中进行热处理，钛和氮气发生反应形成氮化钛。由于该氮化钛的反应温度比硅化物要低，氧化膜上的钛消耗在成膜氮化钛上，不和硅进行反应，因而不形成上述钛硅化物层。这样，就可以仅在硅区域自己整合形成钛硅化物层。

作为为了防止这样的过火现象形成钛硅化物层的制造方法，例如可以利用特願平7-303928号或者特願平8-263906号所述的技术。该制造方法和图8(a)所说明的工序一样，如图10(a)所示，在硅衬底101上形成元件分离绝缘膜102、栅极氧化膜103、栅极104、衬垫105以后，如图10(b)所示用溅射法在全区域形成20nm程度的钛膜107和氮化钛膜113。然后，在氩气环境下进行热处理，如图10(c)所示，在硅和钛膜107之间的界面上形成钛硅化物层109。这时，钛膜107和氮化钛膜113进行反应变为含有氮的钛膜114。之后，如图11(a)所示，用氨水溶液和过氧化氢水溶液的混合化学药液将含有氮的钛膜114蚀刻去除。这样在栅极104或者扩散层106等硅表面上仅留下上述钛硅化物层109。之后，如果在氩气环境中在800℃程度下进行10秒的第二次热处理，如图11(b)所示，C49构造的钛硅化物层109变为C54构造钛硅化物层111。

但是，现有的这种制造方法自己整合形成钛硅化物层虽然有效，随着半导体装置的微小化而要求钛硅化物层薄膜化时，有时候不能形成好钛硅化物层。即，随着半导体装置的微小化，有必要将为形成钛硅化物层的钛膜薄膜化，这时在钛中将发生氮化反应和硅化反应的竞争。因此，出现硅化膜的厚度极端减少，有时候会将钛全部氮化，不能形成硅化物层。特别是当在硅中存在砷杂质时，硅化反应速度低下，而相对还会促进氮化反应，这种问题很显著。