[发明专利]半导体装置制造方法以及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置及其制造方法的技术，更具体地，涉及在其中构成栅极的硅化物是在特殊工序中形成的半导体装置及其制造方法。 

背景技术

在因为其而使得晶体管小型化推进的最成熟的CMOS(互补金属氧化物半导体)装置发展中，为了提高晶体管的性能，必须降低构成源极区和漏极区的扩散层和栅极的薄层电阻。基于这个原因，为了降低薄层电阻，使用了自对准硅化物(salicide)技术，其中，在淀积之后，用金属涂布栅极材料并对其进行退火处理，由此，仅硅化涂布在栅极材料上的金属，然后通过选择性蚀刻除去未反应的金属。 

近来，由于由多晶硅(多晶Si)构成的栅极损耗而存在驱动电流劣化的问题，并讨论了通过应用金属栅极来避免栅极损耗的技术。作为用于金属栅极的材料，讨论了纯金属或金属化合物如金属氮化物、硅化物材料或锗化合物，然而，在各情况下，必须能把N型MOSFET和P型MOSFET的阀电压(Vth)设定为适当值。 

因此，需要一种技术来形成具有关于源极/漏极区、N型MOSFET栅极和P型MOSFET栅极的最佳电阻值和功函(work function)的硅化物层。此外，由于元件结构变得更精细且更加复杂，因此需要一种形成在大面积内平坦性和涂布性能优异的硅化物层的方法。 

常规地，已经讨论了形成硅化物层的方法。在非专利文献1中，通过溅射法在多晶硅栅极图案上形成Ni层之后，通过进行退火处理使 得Ni层与多晶硅反应，由此形成硅化物层。此时，根据描述，可以由退火温度控制硅化物的组成，以及通过在300℃～350℃的范围内的退火处理形成Ni₂Si，通过在350℃～650℃的范围内的退火处理形成NiSi，并通过在650℃以上的范围内的退火处理形成NiSi₂。这种形成方法的特征在于，在形成硅化物层的区域中淀积金属膜，然后通过调节退火温度能够形成具有期望特性的硅化物组成。 

在非专利文献2中，公开了一种MOSFET，其中使用HfSiON高介电常数膜作为栅绝缘膜，且使用完全被硅化的Ni硅化物电极作为栅极。在这种MOSFET中，通过在形成构成栅极的Ni硅化物结晶相时控制Ni硅化物的组成，来控制有效的功函。例如，通过使用Ni₃Si栅极用于P型MOSFET和使用NiSi₂栅极用于N型MOSFET，可以把由这些MOSFET构成的CMOS晶体管的Vth设定为±0.3V。此外，如在非专利文献1中，在通过溅射法在栅极上淀积Ni之后，在退火处理中由温度等控制Ni硅化物的组成。 

在非专利文献3中，作为栅绝缘膜，使用SiO₂并通过溅射法在多晶Si(多晶硅)结构上淀积镍，把多晶Si结构的栅极长度处理成70nm～150nm且膜厚度为100nm，其后，通过进行各种退火处理来形成硅化镍。于是，其后，使用透射电子显微镜(TEM)、透射电子衍射(TED)和X射线衍射(XRD)，完成硅化镍组成与退火温度和栅极长度的相关性评价。因此，非专利文献3描述了硅化镍的组成随退火温度和栅极长度变化。例如，描述了通过在700℃下的退火处理，在栅极长度长的结构中，形成具有NiSi、Ni₂Si、Ni₅Si₂结晶相的硅化物层，并且在栅极长度为70nm的精细结构中，形成具有Ni₃Si结晶相的硅化物层。 

在非专利文献2和非专利文献3中，描述了使用MBE或气相淀积法，通过以低速率(低供应速率)向硅衬底供应Ni、Co、Fe而直接在硅衬底上形成NiSi₂、CoSi₂、FeSi₂。在这些文献中描述的形成方法的使用优点为，能够在低于非专利文献1中所述方法的温度的温度下形成具 有富Si组成的硅化物层。 

在专利文献1中，公开了一种使用高频等离子体通过化学气相淀积法(CVD)在硅衬底上涂布钛而形成具有C54结构的硅化钛(TiSi₂)层的方法。这种技术的特征在于具有因能够直接形成硅化物层而能够减掉退火工序的优点，如在非专利文献2中。