[发明专利]半导体装置的制造方法及半导体装置

说明书

发明领域

本发明涉及对与硅半导体衬底和布线连接的触点和硅化物层、氮化硅膜等的在半导体衬底上形成的膜进行改进的半导体装置的制造方法，以及用该方法得到的半导体装置的结构。

背景技术

近年来，在计算机和通信装置中已大量应用把多个晶体管等的半导体元件、电阻、电容等以构成电路的方式集成在一个芯片上得到的大规模集成电路(LSI)。因此，整个装置的性能是把LSI单体即半导体装置的性能大量结合起来。通过提高集成度和元件的微细化实现半导体装置的性能提高。

元件的微细化很大地依赖于半导体装置的制造工艺中热处理工序及其影响的减少。现在的情况是由于热处理向在半导体衬底上形成的半导体元件施加预定之外的影响而使半导体元件的特性受损。半导体元件形成时的热处理，如为了提高在绝缘膜上形成的触点和在半导体衬底上形成的硅化物层的接合性而进行的热处理、为了形成栅极和源/漏区的表面上的硅化物层的热处理、构成EEPROM用栅极的金属硅化物层的热处理等，对元件特性有很大的影响。

现在，为了在向在层间绝缘膜上形成的接触孔中填埋的接触布线的底面上，得到与硅等的半导体衬底的良好接触，用溅射法在接触孔表面形成Ti，通过之后的热处理形成硅化物层。

在使用0.1μm级的长宽比大的微细触点的半导体装置中，用现有的溅射法难以把钨膜埋到接触孔底，且用热CVD法形成Ti膜的技术尚不能实现。但是，可以用热CVD法形成TiN膜，可以实现对微细接触孔内部覆盖良好的填埋。

但是，由于在现有的热处理工序中TiN膜不能还原基板表面的自然氧化膜，现在的情况是不能用TiN单层形成触点。

另外，由于这一代的源/漏区等的扩散层的接合深度非常浅，在触点部分上形成硅化物层的方法中，触点部分的硅化物层和接合深度的距离很近，导致接合泄漏增加。而且，在扩散层上贴附钴硅化物之类的低电阻的金属硅化物层，可以很好地还原触点部分和扩散层底上的硅化物间的自然氧化膜，且没有必要在接触布线的底部形成硅化物。

但是，为了借助于自然氧化膜使TiN膜和硅半导体衬底反应，必须进行900℃以上的高温加热处理，对扩散层的杂质分布施加影响。

近年来，由于MOS型晶体管的寄生电阻下降，向扩散层上形成金属硅化物。通常，金属硅化物层的形成方法包括：通过第一加热处理使金属膜和硅半导体衬底反应形成金属一硅化物层的工序，除去未反应金属的工序以及通过第二加热处理使金属一硅化物变成金属二硅化物的工序。

但是，在该第二加热处理中，已公知微量的Co原子扩散到硅半导体衬底侧。由于Co原子在Si中形成深的位错，Co原子扩散到CoSi₂层下的扩散层的接合处附近，使接合泄漏劣化。因此，CoSi₂层和位于其下层的扩散层的接合深度的距离必须为100～150nm左右。

但是，由于进行晶体管的微细化，扩散层的深度也变浅，难以确保硅化物层和接合深度的距离。

另外，在LSI等的半导体装置的制造工艺中，为了实现高集成化和高密度微细化，必须在迁移层上形成作为蚀刻停止层、阻挡层或绝缘膜的非常有用的氮化硅(SiN)膜。由四氯甲硅烷和氨的化学反应形成的SiN膜不含氢，但由二氯甲硅烷或六氯甲硅烷与氨的化学反应形成的SiN膜含氢。

这种含氢的SiN膜在高温的后热工序中脱氢。若在添加硼的PMOS上形成SiN膜，由于脱氢栅极中的硼加速扩散。即，借助于SiN膜形成后的高温后热工序(例如，用快速升降温退火(RTA)装置等在900℃以上进行的激活退火等)，栅极中的硼穿过栅绝缘膜扩散到基板侧。扩散到半导体衬底中的硼，大大改变了半导体衬底中的杂质分布，改变了晶体管的阈值电压。而且，由于在面内“穿过”带来偏差、晶体管的阈值电压在面内也有偏差。另外，在栅极侧引起耗尽(delete)化。即，若在添加了硼的PMOS元件上形成SiN膜，并经过高温的后热工序，导致硼的穿越，使晶体管的阈值电压显著劣化。即，存在以下问题：①基板的杂质分布变化，晶体管的阈值电压变化；②阈值在面内有偏差；③电极耗尽化。