Brevet FR2752331A1 — publié le 19980213

PROCEDE DE FABRICATION DE SILICIURE AUTO-ALIGNE AMELIORE ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention Cette invention se rapporte en général à un procédé de fabrication de semi-conducteur, et plus particulièrement à un procédé de fabrication de siliciure (saliciure) auto-aligné. 2. Description de la technique concernée Conformément à l'augmentation du niveau d'intégration des composants semi-conducteurs, les dimensions des composants mises au point deviennent de plus en plus petites, ce qui augmente la résistance des bornes de source et de drain d'un composant MOS à un niveau comparable au canal MOS. Afin d'ajuster la résistance par carré à la fois du drain et de la source, et de conserver intacte une surface de contact peu profonde entre la couche métallique et la couche MOS, un procédé de fabrication appelé procédé de fabrication de siliciure (saliciure) auto-aligné est utilisé, et est progressivement devenu partie intégrante du procédé de fabrication VLSI à des largeurs de ligne de 0, 5 un, voire inférieures. Le titane est l'une des matières métalliques résistantes à la chaleur les plus communément employées pour une utilisation dans la fabrication de saliciure (d'autres comprennent des métaux tels que le platine et le cobalt). Le procédé de fabrication classique comprend la formation d'une mince couche de titane au- dessus de la puce de silicium définie par grille par un procédé de pulvérisation, et l'utilisation d'une haute température pour faire réagir le titane avec des couches de polysilicium au-dessus des bornes de grille et de source/drain, formant ainsi du siliciure de titane. Après que le titane non réagi est retiré par un procédé d'attaque par réactif liquide, une mince couche de siliciure de titane sur chacune des trois bornes MOS (grille, source, drain) est laissée de côté. Comme le procédé de fabrication de siliciure auto-aligné peut former un siliciure métallique à faible résistance (tel qu'un siliciure de titane) sur la surface de silicium et de polysilicium, qui est formé sans traitement par photogravure, le procédé de fabrication est plutôt simple, excepté que les conditions de fonctionnement pour un recuit au four rapide dans la fabrication de siliciure doivent nécessairement être étroitement surveillées. Un procédé de fabrication de siliciure auto-aligné classique est maintenant décrit sous la forme d'un exemple représentant le procédé de fabrication. En se référant à la figure 1A, un substrat de silicium semi- conducteur 10 est fourni, et une couche d'oxyde épais 12, un transistor avec une grille fabriquée à partir d'une couche d'oxyde 14 et une électrode de borne de grille de polysilicium 16 ainsi que des zones de diffusion source/drain 20 sont formés sur le substrat 10. Des pièces d'écartement de paroi 18 sont également formées sur deux parois de la grille. Ensuite, en se référant à la figure lB, une couche métallique résistante à la chaleur 22 (par exemple, de titane, de cobalt ou de platine) est formée au-dessus du substrat 10 par un procédé de pulvérisation à courant continu. Pour cet exemple et cette représentation, une couche de titane 22 est formée. Enfin, en se référant à la figure 1C, à une haute température et utilisant un traitement thermique rapide, le titane en contact avec la grille et les zones de diffusion source/drain réagit pour former de minces couches de siliciure de titane 24 et 26 sur la surface des bornes de grille et de source/drain. Dans d'autres zones, la couche de titane 22 demeure non réagie et est retirée par un procédé d'attaque par réactif liquide consécutif. Pour des dimensions de composant ayant une largeur de ligne inférieure à 0,4 im, l'utilisation de siliciure de titane auto- aligné est devenue une partie nécessaire dans le traitement car la résistance par carré et la résistance de contact inférieures fournies par le procédé sont très importantes pour obtenir des composants à grande vitesse/faible énergie. Dans des procédés de fabrication classiques, le plaquage d'une couche plus épaisse de titane métallique peut généralement former une meilleure couche de siliciure de titane accompagnée d'une meilleure résistance par carré et d'une meilleure résistance de contact, cependant la profondeur de la jonction qui en résulte est moins profonde, ce qui peut de manière défavorable avoir pour conséquence un plus grand courant de fuite. De plus, la haute température nécessaire dans l'étape de formation de siliciure est difficile à réguler. Bien que des techniques de traitement au four rapide (RTP) aient été couramment appliquées dans cette étape de traitement, la relative nouveauté du RTP, ainsi que d'autres facteurs de traitement rendent le rendement issu de la fabrication de siliciure autoaligné encore bien inférieur à celui dans la fabrication classique. RESUME DE L'INVENTION C'est par conséquent un objectif de cette invention que de proposer un procédé de fabrication de siliciure auto-aligné amélioré dans lequel, avant la formation de la couche métallique résistante à la chaleur audessus du substrat de silicium, un traitement des surfaces exposées de la borne de grille et des zones de diffusion source/drain est exécuté, pour augmenter la rugosité de surface, permettant ainsi une augmentation du nombre de noyaux de cristallisation, ainsi qu'une diminution de la température de cristallisation. Un tel traitement peut non seulement diminuer la résistance par carré et la résistance de contact, mais peut également réduire le courant de fuite. La fabrication dans un mode de réalisation de l'exemple comprend les étapes consistant à: (a) former un transistor qui comprend une borne de grille ayant deux parois, et des zones de diffusion source/drain, sur un substrat de silicium, et former des pièces d'écartement de paroi sur les deux parois de la borne de grille; (b) exécuter un traitement de surface de surfaces exposées de la borne de grille et des zones de diffusion source/drain, augmentant ainsi la rugosité de surface et augmentant le nombre de noyaux de cristallisation ainsi que diminuant la température de cristallisation; (c) former une couche métallique résistante à la chaleur au-dessus du substrat de silicium; (d) réaliser un premier recuit au four rapide, laissant la couche métallique résistante à la chaleur qui est en contact avec la borne de grille et les zones de diffusion source/drain réagir pour former une couche de siliciure métallique résistante à la chaleur, la couche métallique résistante à la chaleur en contact avec les pièces d'écartement de paroi demeurant non réagie; (e) retirer la couche métallique résistante à la chaleur non réagie; et (f) réaliser un second recuit au four rapide laissant la couche de siliciure métallique résistante à la chaleur recristalliser, diminuant ainsi la résistance par carré et la résistance de contact. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: les figures 1A à 1C sont des vues transversales montrant le procédé de fabrication dans un traitement de siliciure auto-aligné classique; les figures 2A à 2D sont des vues transversales montrant le procédé de fabrication dans un traitement de siliciure auto-aligné selon un mode de réalisation de l'exemple de cette invention. DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE Tout d'abord, en se référant à la figure 2A, un composant semiconducteur, tel que celui montré à la figure 1A, est fourni, des éléments similaires étant désignés de manière similaire. Le composant semi- conducteur comprend une zone d'oxyde épais 12, un transistor avec une grille fabriquée à partir d'une couche d'oxyde 14 et une borne d'électrode de grille de polysilicium 16 ainsi que des zones de diffusion source/drain 20, formés au-dessus du substrat de polysilicium 10. Des pièces d'écartement de paroi 18 sont formées sur les deux parois de la grille. Ensuite, en se référant à la figure 2B, un traitement de surface est réalisé sur les surfaces exposées de la borne de grille et des zones de diffusion source/drain pour former des surfaces rugueuses 23, comme on le voit dans la zone élargie pour augmenter le nombre de noyaux de cristallisation et pour diminuer la température de cristallisation. Des procédés à plasma d'argon ou d'attaque par réactif liquide, par exemple, peuvent être utilisés dans le procédé de traitement de surface, une ou deux fois de façon consécutive pour augmenter la rugosité des surfaces de polysilicium. La réaction du plasma d'argon peut être effectuée, par exemple, à un débit de gaz argon de 60 sccm et à une pression d'environ 13,33 Pa (100 mTorr), avec l'alimentation de plaque d'électrode fixée à environ 800 W; et la solution de réactif d'attaque utilisée dans le procédé d'attaque par réactif liquide est, par exemple, du MSDS-PME, qui est fabriqué par une compagnie américaine, et qui comprend du NH4F/NH4H2PO4/H20. Ensuite, en se référant à la figure 2C, une couche métallique résistante à la chaleur, par exemple, de platine, de cobalt ou de titane, est déposée au-dessus du substrat de silicium par un procédé de pulvérisation à courant continu, et dans ce mode de réalisation de l'exemple, une couche de titane 25 qui a une épaisseur d'environ 400 à 500 A est déposée. Ensuite, un premier recuit au four rapide est réalisé pour laisser la borne de grille et les zones de diffusion source/drain en contact avec la couche de titane réagir pour former du siliciure de titane. Le recuit est, par exemple, réalisé tout d'abord dans une atmosphère d'azote à une température d'environ 650 C durant environ 30 secondes, puis la température est fixée à environ 750 C pour réaliser un autre recuit durant 30 secondes. Enfin, en se référant à la figure 2D, après le premier recuit, des couches de siliciure de titane 27 et 29 sont formées dans la borne de grille et les zones de diffusion source/drain, et la couche de titane métallique non réagie autre part est retirée par un procédé d'attaque par réactif liquide sélective. Dans une attaque par réactif liquide sélective, de l'eau ammoniaquée/du peroxyde d'hydrogène/de l'eau à isolement électrique, ayant un rapport volumétrique de 1: 1: 5, par exemple, à une température d'environ 75 C, est tout d'abord utilisée durant 5 minutes pour retirer la couche de titane métallique non réagie, puis une solution d'acide sulfurique/eau, ayant un rapport volumétrique de 1: 4, par exemple, est utilisée pour retirer la couche de titane métallique résiduelle. Ensuite, un second recuit au four rapide est réalisé pour laisser la couche de siliciure de titane recristalliser (transformation de phase) pour diminuer sa résistance par carré et sa résistance de contact. Le second recuit est réalisé, par exemple, dans une atmosphère d'azote avec une température d'environ 825 C, et est continu durant 20 secondes. Une couche de siliciure de titane auto-aligné à faible résistance par carré et à faible résistance de contact fabriquée selon cette invention est ainsi formée. Elle surmonte le défaut d'un fort courant de fuite dans le procédé de fabrication classique, et est appropriée pour des conceptions de composants ayant de petites dimensions et/ou une caractéristique de grande vitesse/faible énergie. Bien que l'invention ait été décrite au moyen d'un exemple et en termes d'un mode de réalisation préféré de l'exemple, il doit être compris que l'invention ne s'y limite pas. Au contraire, l'invention est conçue comme couvrant divers modifications et agencements similaires compris dans le champ d'application de l'invention, qui doivent recevoir la plus large interprétation de manière à englober toutes ces modifications et tous ces agencements similaires. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de siliciure métallique auto-aligné amélioré, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (a) former un transistor qui comprend une grille ayant deux parois, et des zones de diffusion source/drain (20), sur un substrat de silicium (10), et former des pièces d'écartement (18) de paroi sur les deux parois de la grille; (b) exécuter un traitement de surface de surfaces exposées de la grille et des zones de diffusion source/drain (20), augmentant ainsi la rugosité de surface et augmentant le nombre de noyaux de cristallisation ainsi que diminuant la température de cristallisation; (c) former une couche métallique résistante à la chaleur (22) au-dessus du substrat de silicium (10); (d) réaliser un premier recuit au four rapide, laissant la couche métallique résistante à la chaleur (22) qui est en contact avec la grille et les zones de diffusion source/drain (20) réagir pour former une couche de siliciure métallique résistante à la chaleur, la couche métallique résistante à la chaleur en contact avec les pièces d'écartement de paroi (18) demeurant non réagie; (e) retirer la couche métallique résistante à la chaleur non réagie; et (f) réaliser un second recuit au four rapide laissant la couche de siliciure métallique résistante à la chaleur recristalliser, diminuant ainsi la résistance par carré et la résistance de contact. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de surface de l'étape (b) comprend l'utilisation d'un plasma d'argon et en ce que les conditions de réaction comprennent un débit de gaz argon d'environ 60 sccm, une pression d'environ 13,33 P (10 mTorr) et une alimentation de plaque d'électrode d'environ 800 W. 3. Procédé selon la revendication 1,' caractérisé en ce que le traitement de surface de l'étape (b) comprend un procédé d'attaque par réactif liquide avec une solution d'attaque par réactif liquide comprenant du MSDS-PME. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le traitement de surface de l'étape (b), un plasma d'argon et un procédé d'attaque par réactif liquide sont réalisés deux fois; et en ce que les conditions de réaction utilisant un plasma d'argon comprennent un débit de gaz argon d'environ 60 sccm, une pression d'environ 13,33 Pa (100 mTorr), et une alimentation de plaque d'électrode d'environ 800 W; et dans lequel la solution d'attaque pour le procédé d'attaque par réactif liquide comprend une solution de MSDS-PME. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière pour la couche métallique résistante à la chaleur comprend du titane. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le siliciure métallique résistant à la chaleur comprend du siliciure de titane. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première étape de recuit au four rapide (d) comprend un recuit dans une atmosphère d'azote à une température d'environ 650 C durant 30 secondes et un recuit consécutif à une température d'environ 750 C durant 30 secondes. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde étape de recuit au four rapide (f) comprend un recuit continu dans une atmosphère d'azote à une température d'environ 825 C durant 30 secondes. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (e) comprend l'attaque de la couche métallique résistante à la chaleur non réagie avec une solution d'eau ammoniaquée/de peroxyde d'hydrogène/d'eau à isolement électrique, ayant un rapport volumétrique de 1: 1: 5 à une température d'environ 75 C, et une attaque consécutive de la couche métallique résistante à la chaleur demeurant avec une solution d'acide sulfurique/eau ayant un rapport volumétrique de 1: 4. 10. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de titane métallique est formée dans une gamme d'environ 400 à 500 A.