[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

0001

本发明涉及半导体装置的制造方法，特别涉及具有栅电极整个被硅化物化的全硅化(Fully Silicided：FUSI)栅极的半导体装置的制造方法。

背景技术

0002

在场效应晶体管即MOS晶体管中栅电极的耗尽化使栅绝缘膜的有效膜厚增加，所以为了提高晶体管的性能，希望具有可抑制栅极耗尽化的结构。

0003

特别地，在栅绝缘膜上淀积的多晶硅栅极完全硅化物化后的FUSI栅极，与传统的工艺流程的相容性良好，被认为是用作抑制栅极耗尽化的理想方法。

0004

在FUSI栅极形成时，在栅绝缘膜上形成多晶硅栅极，再在半导体衬底的表面内形成源-漏扩展层及源-漏层，然后，仅与多晶硅栅极的上面相接地形成例如镍膜。然后，通过在300℃下进行约数百秒的热处理，在多晶硅栅极内形成Ni₂Si层。

0005

然后，用磷酸和硝酸的混合液等以蚀刻方式除去未反应的镍膜，通过在500℃下进行约数十秒的热处理，使Ni₂Si变成NiSi，整个栅极被硅化物化，形成整个栅电极成为硅化物的晶体管。

0006

FUSI栅极的形成方法不限于上述方法，例如在专利文献1中公开的技术是：为了使硅化物化容易进行，将锗和硅以离子方式注入多晶硅栅极而非晶化，然后执行硅化物化工序。

0007

就具有这样形成的FUSI栅极的MOS晶体管而言，存在以下的课题：

0008

首先，第1课题是：难以使FUSI栅极中的硅化物成分保持一定，因此，具有FUSI栅极的MOS晶体管的晶体管特性不稳定。

0009

虽然在硅化镍中存在NiSi、Ni₂Si、Ni₃₁Si₁₂及Ni₃Si等各种成分，但为了使晶体管特性稳定，最好稳定地形成特定的成分。

0010

但是，这些成分有随栅长度而变化的情况，另外，同一栅长度而成分不同的情况也时有出现，所以，实际上难以使晶体管特性稳定。

0011

第2课题是：难以在1片晶圆内特意地改变硅化物的成分。

0012

例如，在非专利文献1中记载：在使用硅化镍作为硅化物，使用HfSiON(含氮的硅酸铪)等高电介质膜作为栅绝缘膜的情况下，晶体管的阈值(Vth)根据由NiSi、Ni₂Si、Ni₃₁Si₁₂及Ni₃Si中哪种成分来构成硅化镍而变化。

0013

即在P沟道MOS晶体管中镍含量越多，阈值越低，在N沟道MOS晶体管中镍含量越多，阈值越高，所以要求在形成N沟道MOS晶体管的NMOS区域中形成镍含量少的栅极，在形成P沟道MOS晶体管的PMOS区域中形成镍含量多的栅极。

0014

硅化物化是通过淀积在多晶硅栅极上的镍层经热处理，与多晶硅栅极的硅反应而产生的。实际上，栅极附近的镍通过扩散而转移到栅极中与硅反应，所以存在栅极体积越小、就会与相对地越多的镍进行反应的倾向。

0015

因此，非专利文献1中公开的技术是，通过使PMOS区域的多晶硅栅极的高度低于NMOS区域的多晶硅栅极的高度，从而减小体积，相对地提高镍含量。

0016

专利文献1：特开2006-140319号公报

非专利文献1：A.Lauwers et al.，「CMOS Integration of Dual WorkFunction Phase Controlled Ni FUSI with Simultaneous Silicidation ofNMOS(NiSi)and PMOS(Ni-rich silicide)Gates on HfSiON」IEDM2005，pp.661-664

发明内容

0017

如以上说明，在具有FUSI栅极的MOS晶体管中存在的问题是：难以使FUSI栅极中的硅化物成分保持一定，从而晶体管特性不稳定，同时存在的问题是：难以在1片晶圆内特意地改变硅化物成分。

0018