[發明專利]形成半導體器件的方法

有效

• 申請號: 201210587517.6
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103187274B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 許晶植;李來寅;鄭舜文
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L21/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 弋桂芬

技術領域

本發明構思的實施例涉及半導體器件及其制造方法，更具體地，涉及具有金屬柵極的半導體器件及其制造方法。

背景技術

場效應晶體管（在下文，稱為“晶體管”）是半導體器件的重要元件。通常，晶體管具有在半導體基板中彼此間隔開地形成的源極區和漏極區，以及覆蓋源極區和漏極區之間的溝道區的柵電極。源極區和漏極區可以通過將摻雜劑注入到半導體基板中形成。柵電極可以通過半導體基板和柵電極之間的柵絕緣層而與溝道區電隔離。在半導體器件中，晶體管被廣泛用作開關裝置和/或邏輯電路的元件。

半導體器件的操作速度不斷增加。晶體管的尺寸不斷減小，提高了半導體器件的集成度，這會導致晶體管的導通電流減小，晶體管的導通電流減小會降低晶體管速度。另外，晶體管尺寸減小會導致源極區或漏極區與接觸插塞結構之間的接觸電阻增大，接觸電阻增大可能是降低晶體管速度的另一因素。由于這些因素，可能愈加難以滿足對半導體器件的快操作速度的不斷增加的需要。為了增大晶體管的速度，柵電極可以形成為具有減小的電阻。例如，柵電極可以形成為包括電阻率減小的金屬層。

發明內容

本發明構思的一些實施例可提供具有金屬柵極的高可靠的半導體器件。

本發明構思的其他實施例可提供制造具有金屬柵極的高可靠的半導體器件的方法。

根據本發明構思的示例實施例，半導體器件的制造方法可包括：在硅基板上形成柵絕緣層；在柵絕緣層上形成包括金屬氮化物層的柵極；在柵極的相對兩側的硅基板中形成源極區和漏極區；在柵極的側壁上形成側壁間隔物；以及在源極區和漏極區上形成金屬硅化物層。形成金屬硅化物層可包括：在源極區和漏極區上提供鎳；執行熱處理以使鎳與硅反應；以及利用電解的硫酸溶液以去除鎳的未反應的殘余物。

在示例實施方式中，側壁間隔物可以形成為暴露至少一部分的金屬氮化物層，暴露的金屬氮化物層可以是實質上關于電解的硫酸的抗蝕刻。

在示例實施方式中，該方法可還包括：形成層間絕緣層以覆蓋柵極和金屬硅化物層；蝕刻層間絕緣層以形成暴露金屬硅化物層的開口；以及使用電解的硫酸以從開口清潔殘余物。

在示例實施方式中，電解的硫酸的制備可包括氫分離工藝。

在示例實施方式中，電解的硫酸可以利用硫酸溶液制備，在其中實質上不包括過氧化氫。

根據本發明構思的示例實施例，半導體器件的制造方法可包括：在硅基板上形成柵絕緣層和柵極；形成層間絕緣層以覆蓋柵極；圖案化層間絕緣層以形成暴露硅基板的第一開口，第一開口形成在柵極的一側或更多側；和在第一開口中形成金屬硅化物層。形成金屬硅化物層可包括：在第一開口中提供第一金屬層；執行熱處理以使第一金屬層和硅反應；和利用電解的硫酸以去除第一金屬層的未反應的殘余物。

在示例實施方式中，形成柵極可包括：在硅基板上形成模制絕緣層，在該硅基板中具有柵極溝槽；和在柵極溝槽中形成柵極。柵極可包括可以順序層疊的金屬氮化物層和第二金屬層。

在示例實施方式中，柵極可包括金屬氮化物層和在金屬氮化物層上的多晶硅層，第一金屬層可包括鎳。

根據本發明構思的示例實施例，半導體器件的制造方法可包括：在包括NMOS區和PMOS區的硅基板中形成器件隔離層以限定有源區；在有源區上形成柵絕緣層；在柵絕緣層上形成包括第一金屬層的柵極；在柵極的側壁上形成側壁間隔物；和在柵極的相對兩側上的有源區上形成金屬硅化物層。形成金屬硅化物層可包括：在有源區上提供第二金屬層；執行熱處理以使第二金屬層與硅反應；和利用電解的硫酸以去除第二金屬層的未反應的殘余物同時第一金屬層實質上是關于電解的硫酸的抗蝕刻。

在示例實施方式中，第一金屬層可包括鎢、鉬、鈦氮化物、鎢氮化物和鉭氮化物中的至少之一。

在示例實施方式中，第二金屬層可包括鎳。

在示例實施方式中，該方法可還包括形成掩模圖案以暴露PMOS區的有源區的一部分以及在暴露的有源區上形成含鍺層。暴露有源區可包括使得靠近暴露有源區的器件隔離層的邊緣的一部分凹進以形成第一凹坑。第一金屬層的一部分可朝向第一凹坑延伸，側壁間隔物可以形成為暴露在第一凹坑上的一部分第一金屬層。另外，該方法可還包括使得靠近NMOS區的有源區的器件隔離層的邊緣的另一部分凹進以形成第二凹坑。第一凹坑的深度可以大于第二凹坑的深度。

在示例實施方式中，該方法可還包括使得靠近有源區的器件隔離層的邊緣的一部分凹進以形成凹坑。第一金屬層的一部分可朝向該凹坑延伸，側壁間隔物可以形成為暴露在凹坑上的一部分第一金屬層。