專利名稱：制造半導體器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制造半導體器件的方法，更具體地，涉及 一種包括形成硅化金屬膜(silicide metal film )的制造半導體器件的 方法。
背景技術：
為了提高半導體器件的薄結構、大容量和高集成度，當前，在 形成半導體器件的晶體管、位線(bit line)和電容器之后，需要必 不可少的后續(xù)工藝，該后續(xù)工藝用于形成諸如金屬導線(metal wire ) 的多層導線，其中，金屬導線可以電連接各個器件。晶體管的性能 與晶體管的速度、驅動電流和漏電流密切相關，為了使晶體管的性 能最大化，晶體管的速度和驅動電流必須4艮大而漏電流必須4艮小。 為了增大晶體管的速度和驅動電流而減小晶體管的漏電流，晶體管 的源極和漏極的電阻、柵極電阻的電阻值以及晶體管的接觸電阻必 須很小。
為了減少晶體管的源4及和漏一及的電阻的電阻il、柵-4及的電阻以 及晶體管的接觸電阻，使用自對準硅化物(自對準金屬硅化物， self-aligned silicide (salicide))工藝，該自只于準石圭4匕物工藝用于在漏極和源極的界面以及柵極的界面上和/或上方產(chǎn)生硅化物。在近來 制造半導體器件的過程中，自對準硅化物工藝是 一 種很重要的工 藝。通常，硅化物的優(yōu)勢在于低電阻、高熱穩(wěn)定性以及容易應用于
當前的石圭工藝(current silicon process ),這4吏4尋石圭^4勿已纟至凈皮,只才及 i也應用于VLSI的布線工藝(wire process )中。此夕卜，在才冊電才及上 和/或上方以及在源極和漏極的結表面上和/或上方形成的硅化膜能 夠分別減小4冊電才及的電阻率(specific resistance )以及源才及和漏才及的 4妄觸電阻，^v而具有能夠才及大地減小導線電阻的優(yōu)勢。作為^5圭化物 的材料，例如硅化鎢(WSi2)、硅化鈦(TiSi2)、硅化鈷(CoSi2) 等，通常4吏用與石圭發(fā)生反應的稀土金屬(rare earth metals )。 4吏用氧 化膜等在沒有形成自對準硅化物的區(qū)域上和/或上方形成自對準硅 化物阻擋膜(salicide barrier film )。按下列工藝順序來形成自對準硅 化物在形成柵極之后形成自對準硅化物阻擋膜，使用光刻工藝 (photo process)形成光刻膠圖樣，通過去除位于將形成石圭化物的 區(qū)域上和/或上方的氧化膜來形成自對準石圭化物阻擋膜，去除光刻月交 圖樣，沉積金屬膜以及使用退火工藝來形成硅化物。然而，在這種 自對準硅化物工藝中，出現(xiàn)的問題在于工藝太復雜以致延長了處理 時間并降低了產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例涉及一種用于制造半導體器件的方法，該方法能 夠簡化自對準石圭化物工藝(自對準金屬石圭化物工藝，salicide process )。
根據(jù)本發(fā)明實施例， 一種用于制造半導體器件的方法可以包括 下述中的至少一個在包4舌石圭4b物形成區(qū)(silicide forming region ) 和非石圭4匕#勿形成區(qū)(non-silicide forming region )的半導體4于底上詳口 /或上方形成光刻膠膜；通過圖樣化該光刻膠膜來形成具有懸突結構 (overhang structure )的光刻膠圖才羊作為非自對準石圭化物圖沖羊，以
8便覆蓋非硅化物形成區(qū)而暴露硅化物形成區(qū)，其中該懸突結構的底
部相乂t于頂部^皮去除的更多；在光刻月交圖才羊上和/或上方以及在石圭4匕 物形成區(qū)中的半導體襯底上和/或上方形成金屬膜；剝離(strip )光 刻膠圖樣和光刻膠圖樣上的金屬膜；以及通過對殘留在半導體襯底 上和/或上方的金屬膜實施退火來形成硅化金屬膜(silicide metal film )。
根據(jù)本發(fā)明實施例， 一種用于制造半導體器件的方法可以包括 下述中的至少一個才是供具有硅化物形成區(qū)和非硅化物形成區(qū)的半 導體襯底；在硅化物形成區(qū)和非硅化物形成區(qū)上方形成光刻膠膜； 通過圖樣化非硅化物形成區(qū)上方的光刻膠膜并暴露硅化物形成區(qū) 來形成光刻膠圖樣，其中，光刻膠圖樣的底部具有懸突結構；在光 刻月交圖樣上方以及在石圭化物形成區(qū)中的半導體襯底上方形成金屬 膜；去除光刻膠圖樣以及去除在光刻膠圖樣上方形成的金屬膜；以 及然后通過在形成于半導體襯底上方的金屬膜上實施退火工藝來 形成硅化金屬膜(silicide metal film )。
根據(jù)本發(fā)明實施例， 一種用于制造半導體器件的方法可以包括 下述中的至少 一個^是供具有硅化物形成區(qū)和非石圭化物形成區(qū)的半 導體襯底；在硅化物形成區(qū)和非硅化形成區(qū)中形成柵極圖樣；在柵 極圖樣的側壁上方形成隔離體；在非硅化物形成區(qū)上方形成光刻膠 圖樣，其中，光刻膠圖樣的底部側壁部分相對于光刻膠圖樣的上部 側壁部分傾斜了 一定的角度；在石圭化物形成區(qū)和非石圭化物形成區(qū)中 的半導體襯底的上方形成金屬膜，其中，硅化物形成區(qū)包括柵極圖
樣和隔離體，非硅化物形成區(qū)包括光刻膠圖樣的最上表面和光刻膠 圖樣的上部側壁部分但不包括光刻膠圖樣的底部側壁部分；通過實 施第一退火工藝來在硅化物形成區(qū)中的金屬膜上形成預硅化膜 (pre-silicide film );去除形成在非石圭化物形成區(qū)中的包括金屬膜的 光刻力交圖樣；以及然后通過在預硅化膜上實施第二退火工藝來形成石圭化金屬膜，其中預石圭化膜形成在石圭化物形成區(qū)中的柵4及圖樣和半 導體4于底上方。
根據(jù)本發(fā)明實施例， 一種用于制造半導體器件的方法可以包括
下述中的至少一個4是供具有硅化物形成區(qū)和非硅化物形成區(qū)的半 導體襯底；在硅化物形成區(qū)和非硅化物形成區(qū)中形成晶體管；在非 石圭化物形成區(qū)上方形成光刻月交圖樣以1更光刻月交圖樣的底部側壁部 分相對于光刻膠圖樣的上部側壁部分傾斜了一定的角度；在硅化物 形成區(qū)和非硅化物形成區(qū)中的半導體村底上方形成金屬膜，其中， 硅化物形成區(qū)包括晶體管，非硅化物形成區(qū)包括除了底部側壁部分 之外的整個光刻膠圖樣；去除形成在非硅化物形成區(qū)中的包括金屬 膜的光刻月交圖樣；以及然后通過實施退火工藝來在晶體管上方形成 硅化金屬膜。


實例圖l到圖7示出了一種根據(jù)本發(fā)明實施的用于制造半導體 器件的方法。
具體實施例方式
實例圖1是解釋用于制造半導體器件的方法的流程圖，而實例
法的過程的橫截面圖。
參照實例圖1和圖2，在SIOO中，在包4舌石圭化物形成區(qū)B和 非石圭化物形成區(qū)A的半導體襯底100上和/或上方形成沖冊才及介電膜 110,并在柵-極介電膜110上和/或上方形成4冊電極120。在柵電極 120和柵極介電膜110兩者的側壁上和/或上方形成隔離體130以保 護才冊電才及120的側壁。還可以通過向4冊電4及120兩側的半導體襯底100中離子注入高濃度n型雜質(zhì)或p型雜質(zhì)，以在4冊電才及120兩側 的半導體4十底100中形成源才及區(qū)/漏才及區(qū)。
其后，如實例圖3和圖4中所示，在S110中，在包括「4冊電^L 120和隔離體130的整個半導體襯底100上和/或上方形成非自對準 硅化物(non-salicide, NASL)圖樣。如實例圖3中所示，在包括 柵電極120和隔離體130的半導體襯底100上方形成光刻膠膜150a。 光刻膠膜150a可以由正光刻月交膜或負光刻月交膜形成。
在下文中，將基于負光刻膠膜來描述本發(fā)明實施例，然而，同 才羊的原理可以應用于正光刻力交膜。正光刻月交力莫具有這樣的特性，即 在曝光部分中的交聯(lián)(cross-link);故顯影劑石皮壞而^皮去除，而負光 刻膠膜具有這樣的特性，即在曝光部分中的交聯(lián)牢固地耦合而不被 顯影劑去除。在光刻月交膜150a上實施專欠烘工藝(soft bake process ) 之后，通過使用掩膜的光刻膠膜150a來選4奪性地對非硅化物形成 區(qū)A進行曝光。換句話說，掩膜允許光透射到光刻月交膜150a的非 石圭化物形成區(qū)A上而不允許光透射到光刻力交膜150a的^圭化物形成 區(qū)B。此時，使用比在光刻工藝中通常使用的曝光能量大的曝光能 量來實施曝光。；t匕后，通過實施一氯苯( 一氯^苯，mono-chloro benzene ) ( MCB )工藝來l吏所曝光的非石圭化物形成區(qū)A中的光刻月交 膜150a的表面固化(cured)以便該表面不與顯影劑發(fā)生反應。MCB 工藝指的是一種將半導體村底浸在MCB溶液中的工藝，而處理時 間在大約5分鐘到IO分鐘之間的范圍內(nèi)。如果對上述處理過的光 刻膠膜150a進行顯影，就形成了如實例圖4中所示光刻膠圖樣150， 其中，,人光刻月交圖樣150處去除未曝光的石圭化物形成區(qū)B中的光刻 膠膜150a 。
最后，如實例圖4中所示，從半導體襯底100的硅化物形成區(qū) B處去除了光刻膠膜150a,而保留了非硅化物形成區(qū)A中的光刻膠 圖樣150 。殘留的光刻月交圖樣150對應于非自對準石圭化物(non-salicide ) (NSAL )圖樣。并且，光刻膠圖樣150具有懸突結 構(overhang structure)以致光刻月交圖才羊150的底部部分凈皮去除。 意味著，光刻膠圖樣150的上部的臨界尺寸(critical dimension X CD ) 比光刻膠150的底部的臨界尺寸(CD )大。在選擇性地對非硅化物 形成區(qū)A中的光刻膠膜150a進行曝光以及在所曝光的光刻月交膜 150a的表面上和/或上方實施MCB工藝的情況下，懸突結構是4艮重 要的，其中，上述曝光所使用的曝光能量比在通常光刻工藝中使用 的曝光能量大。因此，在曝光的非硅化物形成區(qū)A中的光刻膠膜 150a的上部具有牢固耦合的交聯(lián)，而其底部并不具有這樣的交聯(lián)。
其后，如實例圖1和圖5中所示，在S120中，在非石圭化物形 成區(qū)A和石圭化物形成區(qū)B中的半導體襯底100上和/或上方沉積金 屬膜160，其中，非石圭化物區(qū)A包括具有懸突結構的光刻膠圖樣150。 金屬月莫160可以包4舌鈷(Co)、 4太(Ti)和氮4匕4太(TiN)中的至少 一種，并且可以通過在Co力莫上和/或上方形成Ti膜以及然后在Ti 膜上和/或上方形成TiN膜來形成作為多層結構的金屬膜160?？梢?分別以在大約10nm到20nm之間范圍內(nèi)的厚度來形成Co膜、Ti 膜和TiN膜。Ti膜和TiN膜具有兩個作用。如果在硅襯底100的表 面上和/或上方形成氧化膜Si02,則不形成硅化物。因此，Ti膜通
過與在石圭4t底100的表面上和/或上方形成的IU匕力莫中的氧4b物發(fā)
生反應來去除在硅襯底100的表面上和/或上方形成的氧化膜，并通 過將Co膜與硅襯底100發(fā)生反應來促使硅化物充分均勻地形成。 同樣，Ti膜起到覆蓋層(capping layer)的作用，其中為了在沉積 多層Co/Ti/TiN膜之后實施退火工藝，當硅襯底100暴露在空氣中 時，該覆蓋層用來防止區(qū)域表面的氧化，其中在該區(qū)域中將要形成 硅化物。金屬膜160的沉積溫度可以在大約100 °C到200。C之間 的范圍內(nèi)。金屬膜160形成在光刻月交圖樣150上和/或上方并且同樣形成在 石圭4匕物形成區(qū)B中的半導體^)"底100上和/或上方，例如，形成在 源極區(qū)/漏極區(qū)、隔離體130以及4冊電極120三者的最上表面上和/ 或上方。如實例圖5中所示，由于形成了具有懸突結構的光刻膠圖 樣150，所以部分金屬膜160在光刻膠圖樣150的底部側壁上被切 斷。意口未著，在光刻月交圖樣150的下部、角形部分上和/或上方不形 成金屬力莫160。在S130中，然后可以在其上形成有金屬力莫160的半 導體村底100上實施第一退火工藝。第一退火溫度在大約400°C到 500。C之間的范圍內(nèi)，并且從而，由于第一退火工藝形成了例如CoSi 的預石圭4匕膜(pre-silicide film )。
其后，如實例圖1和圖6中所示，在S140中，剝離光刻月交圖 樣150。由于部分金屬膜160沒有形成在光刻膠圖樣150的底部側 壁上和/或上方，所以剝離劑材料(stripper material )滲透到間隙(斷 口， gap)內(nèi)以便可以去除光刻膠圖樣150。同樣，還可以分離和去 除在光刻膠圖樣150上和/或上方形成的部分金屬膜160。從而，只 在隔離體130和4冊電才及120上和/或上方以及在石圭化物形成區(qū)B中 的半導體^)"底100上和/或上方保留金屬膜160。
其后，如實例圖1和圖7中所示，在S150中，在半導體4十底 100上實施第二退火工藝。第二退火溫度高于800°C。然后，除了 形成在隔離體130的上部表面上和/或上方的金屬月莫160外，形成在 半導體襯底100和柵電極120上和/或上方的金屬膜160經(jīng)受硅化反 應(silicide reaction )以開》成硅化金屬膜(silicide metal film ) 160a。 例如，在第一退火工藝之后形成的CoSi變成CoSi2以使其形成為硅 4匕金屬月莫160a 。其后，如實例圖7中所示，可以實施刻蝕工藝以 去除在隔離體130的上部表面上和/或上方形成的且沒有^皮自對準 硅化(salicided)的金屬膜160。從而，可以在半導體襯底100的硅 4匕物形成區(qū)B中的4冊電4及120和源4及區(qū)/漏4及區(qū)的最上表面上和/或上方選擇性地形成硅化金屬膜160a。其后，可以在半導體襯底IOO 上實施清;先工藝以完成自乂十準石圭4匕物工藝(salicide process )。
根據(jù)本發(fā)明實施例， 一種用于制造半導體器件的方法簡化了半 導體器件的自對準硅化物工藝，從而使得最大化產(chǎn)量成為可能。例 如根據(jù)本發(fā)明實施例的制造半導體器件的方法可以使用光刻膠圖 樣作為自對準硅化物阻擋圖樣來簡單地形成硅化物，這使得縮短工 藝時間成為可能。
盡管本文中描述了多個實施例，^f旦是應該理解，本領域才支術人 員可以想到多種其他修改和實施例，它們都將落入本公開的原則的 精神和范圍內(nèi)。更特別地，在本7>開、附圖、以及所附權利要求的 范圍內(nèi)，可以在主題結合4非列的4非列方式和/或組成部分方面進4亍各 種修改和改變。除了組成部分和/或排列方面的修改和改變以外，可 選的4吏用對本領域」技術人員來i兌也是顯而易見的選4奪。
權利要求
1. 一種方法，包括提供具有硅化物形成區(qū)和非硅化物形成區(qū)的半導體襯底；在所述硅化物形成區(qū)和所述非硅化物形成區(qū)上方形成光刻膠膜；通過圖樣化所述非硅化物形成區(qū)上方的所述光刻膠膜并暴露所述硅化物形成區(qū)來形成光刻膠圖樣，其中，所述光刻膠圖樣的底部具有懸突結構；在所述光刻膠圖樣上方以及在所述硅化物形成區(qū)中的所述半導體襯底上方形成金屬膜；去除所述光刻膠圖樣以及去除在所述光刻膠圖樣上方形成的所述金屬膜；以及然后通過在形成于所述半導體襯底上方的所述金屬膜上實施退火工藝來形成硅化金屬膜。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，形成所述光刻膠圖樣包括對所述非硅化物形成區(qū)中的所述光刻膠膜進行曝光；以 及然后通過對所述光刻膠膜進行顯影來形成所述光刻膠圖樣以 便所述光刻膠圖樣上部的臨界尺寸(CD)比所述光刻膠圖樣 底部的臨界尺寸(CD)大。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，形成所述光刻膠圖樣進一 步包括對部分所述光刻月交膜進行曝光；以及然后在對所述光刻膠膜的所述部分進行曝光之后，在所述曝 光的光刻膠膜的表面上實施一氯苯(MCB)工藝。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述金屬膜包括鈷、鈦和 氮化4i^中的至少一種。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述金屬膜包括多層結構， 所述多層結構包括順序層疊的鈷層、鈥層以及氮化鈦層。
6. 才艮據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述金屬膜具有形成在所 述光刻膠圖樣底部側壁處的間隙。
7. 4艮據(jù)權利要求1所述的方法，在去除所述金屬膜之前，進一步 包括通過在所述金屬膜形成的地方實施第二退火工藝來形成 預硅化膜。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，在大約400°C到500°C 之間范圍內(nèi)的溫度下實施所述第二退火工藝。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在高于800°C的溫度下實 施所述第一退火工藝。
10. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述金屬膜的厚度在大約 10nm到60nm之間的范圍內(nèi)。
11. 根據(jù)權利要求1所述的方法，在形成所述光刻膠膜之前，進一 步包括在所述硅化物形成區(qū)中的所述半導體襯底上方順序形成 沖冊才及介電力莫和4冊電才及；在所述柵極介電膜和所述柵電才及兩者的側壁處形成隔離體；以及然后在所述才冊電4及兩側的所述半導體4于底中形成源4及區(qū)/漏扭_區(qū)，其中，所述金屬膜形成在所述斥冊電極、所述隔離體和所述 源才及區(qū)/漏才及區(qū)三者的最上表面上方。
12.—種方法，包4"舌提供具有硅化物形成區(qū)和非硅化物形成區(qū)的半導體襯底；在所述石圭4匕物形成區(qū)和所述非石圭4匕物形成區(qū)中形成棚-才及 圖樣；在所述柵極圖樣的側壁上方形成隔離體；在所述非硅化物形成區(qū)上方形成光刻膠圖樣，其中，所 述光刻月交圖樣的底部側壁部分相對于所述光刻月交圖樣的上部 側壁部分傾4斗了 一定的角度；在所述石圭化物形成區(qū)和所述非石圭化物形成區(qū)中的半導體 襯底上方形成金屬膜，其中，所述石圭化物形成區(qū)包括所述柵-才及 圖樣和所述隔離體，所述非硅化物形成區(qū)包括所述光刻膠圖樣 的最上表面和所述光刻膠圖樣的所述上部側壁部分但不包括 所述光刻膠圖樣的所述底部側壁部分；通過實施第一退火工藝，在所述石圭化物形成區(qū)中的所述 金屬膜上形成預硅化膜；去除形成在所述非硅化物形成區(qū)中的包括所述金屬膜的 所述光刻月交圖樣；以及然后通過在所述硅化物形成區(qū)中的所述柵極圖樣和所述半導 體襯底上方形成的所述預硅化膜上實施第二退火工藝來形成 硅化金屬膜。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，所述預硅化膜包括CoSi。
14. 根據(jù)權利要求12所述的方法，在形成所述硅化金屬膜之后， 進一步包括去除形成在所述隔離體上方的所述預硅化膜；以及然后 在所述整個半導體襯底上實施清洗工藝。
15. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，在大約400°C到500°C 之間范圍內(nèi)的溫度下實施所迷第一退火工藝。
16. 根據(jù)權利要求12所述的方法， 實施所述第二退火工藝。
17. 根據(jù)權利要求12所述的方法， 和氮化鈥中的至少一種。其中，在高于800。C的溫度下 其中，所述金屬膜包括鈷、鈦
18. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，所述金屬膜包括多層結 構，所述多層結構包括順序層疊的鈷層、鈦層和氮化鈦層。
19. 一種方法，包4舌才是供具有石圭化物形成區(qū)和非石圭化物形成區(qū)的半導體襯底；在所述石圭化物形成區(qū)和所述非石圭化物形成區(qū)中形成晶體芬.在所述非硅化物形成區(qū)上方形成光刻膠圖樣，以便所述 光刻月交的底部側壁部分相乂十于所述光刻月交圖才羊的上部側壁部分傾斜了一定的角度；在所述石圭4匕物形成區(qū)和所述非石圭^匕物形成區(qū)中的半導體 襯底上方形成金屬膜，其中，所述硅化物形成區(qū)包括所述晶體 管，所述非硅化物形成區(qū)包括除了所述底部側壁部分之外的所 述整個光刻膠圖樣；去除形成在所述非硅化物形成區(qū)中的包括所述金屬膜的 所述光刻l交圖樣；以及然后通過實施退火工藝在所述晶體管上方形成硅化金屬膜。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于制造半導體器件的方法。該方法包括在包括硅化物形成區(qū)和非硅化物形成區(qū)的半導體襯底上形成光刻膠膜；通過圖樣化光刻膠膜形成具有懸突結構的光刻膠圖樣作為非自對準硅化物圖樣，以便覆蓋非硅化物形成區(qū)而敞開硅化物區(qū)，其中該懸突結構的底部相對于頂部被去除的更多；在光刻膠圖樣的頂部上以及在硅化物形成區(qū)中的整個半導體襯底上形成金屬膜；剝離光刻膠圖樣和光刻膠圖樣上的金屬膜；以及通過對保留在半導體襯底上的金屬膜進行退火來來形成硅化金屬膜。因此，本發(fā)明簡化了半導體器件的自對準硅化物工藝，這使得提高產(chǎn)量成為可能。
文檔編號H01L21/8234GK101447456SQ200810178479
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權日2007年11月30日
發(fā)明者白寅喆 申請人:東部高科股份有限公司