專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及能改善臺階覆蓋和電阻率的半導(dǎo)體器件的制造方法。
一般來說，隨著半導(dǎo)體器件高度集成，半導(dǎo)體器件內(nèi)的連線寬度減小，必然導(dǎo)致連線的電阻增加，產(chǎn)生諸如操作速度下降等的問題。隨著連線寬度的減小，為防止連線薄層電阻率增加而形成較厚的連線，但由于連線的臺階覆蓋更大，產(chǎn)生器件的制造工藝變得更復(fù)雜并且產(chǎn)量更低的問題。為了解決這些問題，如硅化鎢(WSix)、硅化鈦(TiSi2)，或硅化鈷(CoSi2)等的難熔金屬硅化物形成在多晶硅層上，意在防止電阻率的增加。(以下將形成在多晶硅層上的難熔金屬硅化稱做“polycide”)。然而，雖然這可在某種程度上改善電阻率和臺階覆蓋，但仍需要一種可進(jìn)一步改善電阻率和臺階覆蓋的形成polycide的方法。
下面結(jié)合附圖介紹制造半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法。

圖1A～1C顯示了制造半導(dǎo)體器件的第一個常規(guī)方法的工藝步驟剖面圖，圖2A～2C顯示了制造半導(dǎo)體器件的第二個常規(guī)方法的工藝步驟剖面圖。用于減小半導(dǎo)體器件內(nèi)電阻率和臺階覆蓋的polycide制造工藝，適用于形成柵電極或位線的工藝。
下面介紹制造半導(dǎo)體器件的第一個常規(guī)方法的工藝步驟，其中使用polycide制造工藝形成柵電極。
參照圖1A，工藝開始于在半導(dǎo)體襯底1上淀積第一氧化膜2，和在第一氧化膜2上淀積多晶硅層3。多晶硅層3摻雜P型雜質(zhì)，其能溶于水。淀積多晶硅層3完成后，多晶硅層3的摻雜可通過離子注入，或淀積POCl3，或在淀積多晶硅層的同時(shí)連續(xù)注入如PH3的摻雜氣體進(jìn)行。為除去在圖1B所示的形成多晶硅層3的工藝期間留在多晶硅層3上的自然氧化膜(或玻璃)，將工藝所得結(jié)構(gòu)浸泡在HF溶液中進(jìn)行清洗。用具有六氟化鎢(WF6)氣體的SiH4或SiH2Cl2化學(xué)汽相淀積形成硅化鎢層4，以形成polycide層。如圖1C所示，對硅化鎢層4、多晶硅層3和第一氧化膜2進(jìn)行光刻，周形成柵電極使用的掩模各向異性腐蝕層2、3和4，最終形成柵蓋帽硅化物層4a、柵電極3a和柵氧化膜2a的疊層。輕摻雜的漏(LDD)區(qū)5形成在半導(dǎo)體襯底1上柵電極3a的兩側(cè)。第二氧化膜淀積在整個表面，并進(jìn)行各向異性腐蝕除去第二氧化膜，在柵蓋帽硅化物層4a、柵電極3a和柵氧化膜2a的兩側(cè)形成側(cè)壁絕緣膜6。除了柵電極3a下的部分，對在側(cè)壁絕緣膜6外側(cè)的那部分半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行重?fù)诫s，以在其中形成源/漏區(qū)7。
下面介紹制造半導(dǎo)體器件的第二個常規(guī)方法的工藝步驟，其中使用polycide制造工藝形成位線。
參見圖2A，工藝起始于在部分P型的半導(dǎo)體襯底1內(nèi)形成N型雜質(zhì)摻雜的層8。進(jìn)行化學(xué)汽相淀積在半導(dǎo)體襯底1上形成層間絕緣層9，選擇性除去層間絕緣層9形成接觸孔10，露出N型雜質(zhì)摻雜的層8。如圖2B所示，在整個表面上形成多晶硅層11。多晶硅層11摻雜P型雜質(zhì)其能溶于水。淀積多晶硅層11完成后，多晶硅層11的摻雜可通過離子注入，或淀積POCl3，或在淀積多晶硅層的同時(shí)連續(xù)注入如PH3的摻雜氣體進(jìn)行。為除去在圖2C所示的形成多晶硅層11的工藝期間留在多晶硅層11上的自然氧化膜(或玻璃)，將工藝所得結(jié)構(gòu)浸泡在HF溶液中進(jìn)行清洗。用具有六氟化鎢(WF6)氣體的SiH4或SiH2Cl2化學(xué)汽相淀積在多晶硅層11上形成硅化鎢層12，對硅化鎢層12進(jìn)行選擇性構(gòu)圖形成polycide層的位線。
在常規(guī)的制造polycide層的工藝中，摻雜的多晶硅層形成在襯底上，用HF溶液清洗多晶硅層以除去多晶硅層表面上存在的自然氧化膜，然后將襯底放置在反應(yīng)器中，并保持在500℃以上的溫度，同時(shí)向反應(yīng)器中注入SiH4或SiH2Cl2，和WF6氣體，在摻雜的多晶硅層上形成硅化鎢(WXix)。與2＜x≤3.2的硅化鎢(WSix)相比，以上提到的硅化鎢含有過量的硅。如果對含有過量硅的硅化鎢進(jìn)行熱處理，和未形成硅化鎢的情況相比，硅化鎢的電阻率降低，從而改善了器件的工作特性。
然而，制造半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法存在以下問題。
首先，用HF溶液清洗多晶硅層以除去多晶硅層表面上存在的自然氧化膜會在摻雜的多晶硅層表面上留下未摻雜的多晶硅層。并且，在帶未摻雜的多晶硅表面的摻雜的多晶硅層上形成硅化鎢會導(dǎo)致形成含過量的硅的硅化鎢，盡管制造工藝已穩(wěn)定，既使熱處理之后，該硅化鎢的電阻率仍高于100μΩ.cm。因此，為了形成柵電極時(shí)降低多晶硅的200μΩ.cm的電阻率，雖然通過常規(guī)的polycide制造工藝將硅化鎢層形成在多晶硅層上，但硅化鎢層僅能將多晶硅層的電阻率降低約一半，對于線寬低于0.25μm的高度集成的器件，這遠(yuǎn)還不夠。
其次，根據(jù)第二常規(guī)方法由SiH4或SiH2Cl2還原的硅化鎢層形成的位線的臺階覆蓋大于由鎢金屬層形成的位線的臺階覆蓋。由于這個原因，在涉及有關(guān)的接觸孔尺寸小于0.25μm并且高寬比大于3的器件制造工藝中，產(chǎn)生位線不能完全填充接觸孔的問題，如圖2C所示。
因此，本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，可基本上避免由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和不足引起的幾個問題。
本發(fā)明的目的是提供一種形成可改善臺階覆蓋和電阻率的金屬硅化物的方法，和制造具有相同特性的半導(dǎo)體器件的方法。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的說明部分中進(jìn)行闡述，部分從說明部分中可明顯看出，或可通過本發(fā)明的實(shí)踐得到。在書面的說明書及權(quán)利要求書以及附圖中具體地指出的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)和得到本發(fā)明的目的及其它優(yōu)點(diǎn)。
為達(dá)到這些和其它優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，概要和概括所描述的，制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成絕緣層，在絕緣層上形成摻雜的硅層，在摻雜的硅層上形成含有過量金屬的硅化物層。
應(yīng)該理解以上的概述和以下的詳細(xì)說明均為示例性和解釋性的，意在為所要求的發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。
可進(jìn)一步理解本發(fā)明并構(gòu)成本說明書的一部分的附示了本發(fā)明的實(shí)施例，并和描述部分一起介紹了本發(fā)明的基本原則。
在圖中圖1A～1C顯示了制造半導(dǎo)體器件的第一個常規(guī)方法的工藝步驟剖面圖；圖2A～2C顯示了制造半導(dǎo)體器件的第二個常規(guī)方法的工藝步驟剖面圖；圖3A～3C顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的工藝步驟剖面圖；圖4A～4D顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的工藝步驟剖面圖；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例形成金屬硅化物的方法的剖面圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的方法，淀積多晶硅層時(shí)PH3的流速與硅化鎢層(WSix)的電阻率的關(guān)系圖；圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明淀積多晶層時(shí)，不同的PH3的流速下濺射時(shí)間與硅化鎢層(WSix)中硅原子/鎢原子的比例的關(guān)系圖；圖8顯示了本發(fā)明的硅化鎢層的成分與硅化鎢層(WSix)的淀積溫度的關(guān)系圖；圖9顯示了不同的源氣體注入到本發(fā)明的摻雜的多晶硅層中形成的硅化鎢層的反應(yīng)溫度與形成能量的關(guān)系圖。
現(xiàn)在詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，例子顯示在附圖中。圖3A～3C顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件方法的工藝步驟剖面圖，圖4A～4D顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的工藝步驟剖面圖。減小半導(dǎo)體器件電阻率的polycide制造工藝可用于形成柵電極和位線。
參照圖3A，根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的方法起始于在半導(dǎo)體襯底21上淀積80厚的第一氧化膜22，隨后使用ICT(集成的工具組(Integrated Cluster Tool))，在80Torr和660℃下形成1000厚的摻雜的多晶硅層23。使用混有50％的SiH4和1％的PH3的H2作源氣淀積多晶硅層23。然后，將摻雜的多晶硅層23淀積其上的半導(dǎo)體襯底21轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器中，用于淀積第一硅化鎢層24，不暴露到大氣中(即，不泄露的真空)。然后，第一硅化鎢層24淀積在多晶硅層23上。使用WF6和SiH4或WF6和SiH2Cl2作源氣淀積第一硅化鎢層24；如果使用WF6和SiH4，流速分別為4和175sccm，淀積壓力固定在0.9Trr，同時(shí)淀積溫度在500～600℃范圍內(nèi)變化，最終淀積含過量鎢的硅化鎢層。即，淀積WSix滿足條件0.5≤x＜2的硅化鎢層。如果在低于555℃的溫度淀積第一硅化鎢層24，那么第一硅化鎢層24將轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)，如果在高于555℃的溫度淀積第一硅化鎢層24，那么第一硅化鎢層24為晶態(tài)和非晶態(tài)一起存在。并且，由于在形成第一硅化鎢層24期間摻雜的多晶硅層23未暴露到大氣，因此可免去用HF溶液清洗除去自然氧化膜的常規(guī)要求，在摻雜的多晶硅層表面上沒有未摻雜層，使得第一硅化鎢層24含的鎢原子比硅原子多。如圖3B所示，在含如氮?dú)?N2)、氬氣(Ar)、或NH3的含氮原子的氣體環(huán)境中，在400～1100℃(最優(yōu)選900～1000℃)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行30秒的RTA(快速熱退火)。在該例中，第一硅化鎢層24中的過量鎢原子和摻雜的多晶硅層23發(fā)生反應(yīng)，形成具有四方晶體結(jié)構(gòu)的第二硅化鎢層24a。具有四方晶體結(jié)構(gòu)的第二硅化鎢層24a的電阻率比常規(guī)熱處理的硅過量的硅化鎢的電阻率低。并且，在第一硅化鎢層24的熱處理工藝中，在含氮原子的氣體環(huán)境下，在第二硅化鎢層24a的表面上形成氮化硅膜25，不僅可防止N型或P型摻雜劑的擴(kuò)散，也可用做保護(hù)膜。如圖3C所示，形成柵電極的掩模用于各向異性腐蝕層疊的第二硅化鎢層24、多晶硅層23、第一氧化膜22中，形成柵蓋帽硅化物層24b、柵電極23a以及柵氧化膜22a。LDD(輕摻雜的漏)區(qū)26形成在柵電極23a兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底21內(nèi)，在整個表面上形成第二氧化膜并進(jìn)行各向異性腐蝕選擇性地除去第二氧化膜，以在柵蓋帽氮化膜25a、柵蓋帽硅化鎢層24b、柵電極23a以及柵氧化膜22a兩側(cè)形成側(cè)壁絕緣膜27。然后，除了柵電極23a，重?fù)诫s側(cè)壁絕緣膜27兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底21的部分，形成源/漏區(qū)28。
下面介紹根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例適用于形成位線的制造半導(dǎo)體器件的方法。
參照圖4A，將N型雜質(zhì)離子注入到P型半導(dǎo)體襯底21中，在P型半導(dǎo)體襯底21的某個部分中形成N型雜質(zhì)注入層29。將氮化膜或氧化膜的層間絕緣層31淀積在整個表面上，并進(jìn)行各向異性腐蝕露出N型雜質(zhì)注入層29，在N型雜質(zhì)注入層29上形成接觸孔30。如圖4B所示，在接觸孔30中的表面和在層間絕緣層31上淀積多晶硅層32。此時(shí)，使用混有50％的SiH4和1％的PH3的H2作源氣淀積多晶硅層32。然后，如圖4C所示，將摻雜的多晶硅層32淀積其上的半導(dǎo)體襯底21轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器中，用于淀積第一硅化鎢層33，且不暴露到大氣中。然后，第一硅化鎢層33淀積在多晶硅層32上。如圖3A所介紹的，使用WF6和SiH4或WF6和SiH2Cl2作源氣淀積第一硅化鎢層33；如果使用WF6和SiH4，流速分別為4和175sccm，淀積壓力固定在0.9Torr，同時(shí)淀積溫度在500～600℃范圍內(nèi)變化，最終淀積含過量鎢的硅化鎢層。即，淀積WSix滿足條件0.5≤x＜2的硅化鎢層。如果低于555℃的溫度淀積第一硅化鎢層33，那么第一硅化鎢層33將轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)，如果在高于555℃的溫度淀積第一硅化鎢層33，那么第一硅化鎢層33為晶態(tài)和非晶態(tài)一起存在。并且，由于在形成第一硅化鎢層33期間摻雜的多晶硅層32未暴露到大氣，因此可免去用HF溶液清洗除去自然氧化膜的常規(guī)要求，在摻雜的多晶硅層表面上沒有未摻雜層，使得第一硅化鎢層33含的鎢原子比硅原子多。如圖4D所示，在含如氮?dú)?N2)、氬氣(Ar)、或NH3的含氮原子的氣體環(huán)境中，在400～1100℃(最優(yōu)選900～1000℃)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行30秒的RTA(快速熱退火)。此時(shí)，第一硅化鎢層33中的過量鎢原子和摻雜的多晶層32發(fā)生反應(yīng)，形成具有四方晶體結(jié)構(gòu)的第二硅化鎢層33a。具有四方晶體結(jié)構(gòu)的第二硅化鎢層33a的電阻率比常規(guī)熱處理的硅過量的硅化鎢的電阻率低，是由于第二硅化鎢層33a的晶粒尺寸大于常規(guī)的硅化鎢層的晶粒尺寸。并且，在含氮原子的氣體環(huán)境中熱處理第一硅化鎢層33時(shí)，隨著晶粒尺寸變大，存在于第一硅化鎢層33中的硅原子分離到第一硅化鎢層33的表面，在第二硅化鎢層33a的表面上形成氮化硅膜34，消耗了多晶硅層32，使其厚度變得更薄。氮化硅膜34可防止N型或P型摻雜劑在多晶硅層32中擴(kuò)散。并且，在RTA工藝之前對第一硅化鎢層33進(jìn)行離子注入，將第一硅化鎢層33轉(zhuǎn)換成非晶態(tài)。即，由于第一硅化鎢層33在非晶層上有晶體層，將劑量為1E15～5E15cm-3的磷(P)、硼(B)、或砷(As)的離子注入到晶體層中，對于磷(P)，注入能量為45～55KeV，對于硼(B)，注入能量為10～20KeV，對于砷(As)，注入能量為55～65KeV。
本發(fā)明的第二硅化鎢層33a好于由熱處理鎢形成的常規(guī)硅化鎢(WSi2)層，這是由于在熱處理期間，在用半導(dǎo)體襯底21形成第二硅化鎢層33a之前，本發(fā)明的第二硅化鎢層33a不存在制造期間由半導(dǎo)體襯底21上的硅原子的過量反應(yīng)造成的缺陷。這樣，就完成了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的方法。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，在形成柵電極或數(shù)據(jù)線的方法中，硅層形成在金屬硅化物層的上側(cè)和下側(cè)。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例形成金屬硅化物的方法的剖面圖。
ICT(集成的工具組(Integrated Cluster Tool))，在80Torr和660℃下形成1000厚的第一多晶硅層41并摻雜第一多晶硅層41?；蛘撸蛇x擇地，使用混有50％的SiH4和1％的PH3的H2作源氣淀積多晶硅層得到摻雜的多晶硅層41。將第一多晶硅淀積其上的襯底轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器中，用于淀積第一硅化鎢層42，且不暴露到大氣中(即，真空無泄露)。然后，第一硅化鎢層42形成在摻雜的多晶硅層41上。此時(shí)，根據(jù)與第一或第二實(shí)施例相同的方法形成的第一硅化鎢層42為非晶態(tài)或非晶和晶體共存，并含有過量的鎢。第二多晶硅層43形成在第一硅化鎢層42上，厚度為硅化鎢層42的0.05～0.4倍，并在400～1100℃的范圍內(nèi)進(jìn)行30秒的RTC(快速熱退火)，在第一硅化鎢層42和摻雜的第一和第二多晶硅層41和43中的過量的鎢原子之間產(chǎn)生反應(yīng)，從而形成四方晶體結(jié)構(gòu)的第二硅化鎢層。該四方晶體結(jié)構(gòu)的第二硅化鎢層顯示出，不僅電阻率比常規(guī)的低，而且性質(zhì)優(yōu)于由第一和第二實(shí)施例形成的四方晶體結(jié)構(gòu)的第二硅化鎢層。即，在第一和第二實(shí)施例中熱處理期間，硅原子由下層多晶硅層擴(kuò)散到上層的第一硅化鎢層，使第一硅化鎢層中的晶粒尺寸變得更大，使第二硅化鎢層彎曲。然而，在第三實(shí)施例中，在熱處理期間，由于整個第一和第二多晶硅層的硅原子都流入第一硅化鎢層中，所以沒有彎曲。與第一和第二實(shí)施例類似，第三實(shí)施例中的金屬和摻雜劑也發(fā)生變化。
下面結(jié)合附圖介紹根據(jù)以上提到的方法形成的本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上的分析數(shù)據(jù)。圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的方法，淀積多晶硅層時(shí)PH3的流速與硅化鎢層(WSix)的電阻率的關(guān)系。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明淀積多晶硅層時(shí)，不同的PH3的流速下濺射時(shí)間與硅化鎢層(WSix)中硅原子/鎢原子的比例的關(guān)系圖。圖8顯示了本發(fā)明的硅化鎢層的成分與硅化鎢層(WSix)的淀積溫度的關(guān)系圖。圖9顯示了不同的源氣注入到本發(fā)明的摻雜的晶硅層中形成的硅化鎢層的反應(yīng)溫度與形成能量的關(guān)系圖。
首先，討論淀積多晶硅層時(shí)，PH3的流速變化引起的硅化鎢層(WSix)的電阻率和厚度的變化。
參照圖6，在摻雜的多晶硅層中，隨著磷(P)濃度的增加，即，PH3流速的增加，硅化鎢層的厚度(即淀積速率)減小，與常規(guī)情況相比，硅化鎢層的電阻率基本上降低。例如，當(dāng)不存在PH3氣體時(shí)，電阻率為905μΩ.cm，當(dāng)PH3的流速分別為120sccm和240sccm時(shí)，電阻率為412μΩ.cm和310μΩ.cm。
其次，討論淀積多晶硅時(shí)，由PH3的流速變化引起的硅原子與鎢原子成分比的變化。下面介紹AES(俄歇電子能譜)分析數(shù)據(jù)，其中含過量鎢的硅化鎢層(WSix)形成在摻雜的多晶硅層和硅化鎢層之間的界面，硅化鎢層是通過在摻雜的多晶硅層上淀積鎢形成的。
參照圖7，隨著PH3加到多晶硅層，多晶硅層中的摻雜劑濃度增加，在硅化鎢層和多晶硅層之間的界面出現(xiàn)鎢過量層；如果濺射到周期相同，當(dāng)PH3流速較低時(shí)，形成含更多鎢原子的硅化鎢層。例如，當(dāng)PH3流速為60sccm而不是240sccm時(shí)，硅化鎢層含更多鎢原子。淀積硅化鎢層后，硅原子與鎢原子成分比為0.5～2。
下面討論硅化鎢層的淀積溫度的變化引起的硅化鎢層成分比的變化。圖8為其它條件相同時(shí)，在不同的溫度下淀積硅化鎢層(WSix)的XRD(X射線衍射)分析結(jié)果。
參見圖8，分別在510℃、525℃、540℃、555℃、570℃、585℃、和600℃的不同溫度下淀積硅化鎢層時(shí)，溫度低于555℃淀積的硅化鎢層為非晶態(tài)，溫度高于555℃淀積的硅化鎢層為非晶態(tài)和晶態(tài)共存的狀態(tài)。當(dāng)硅化鎢層的2θ(角)為30℃和約40℃時(shí)，X射線很強(qiáng)，可以得出X射線衍射的這些角度處硅化鎢層的晶向?yàn)?111)。
此外，下面結(jié)合圖8從熱動力學(xué)的角度介紹本發(fā)明具有較好的電阻率和臺階覆蓋的原因。圖9顯示了通過WF6和SiH2Cl2氣體與摻雜的多晶硅層發(fā)生反應(yīng)形成硅化鎢層的情況下，反應(yīng)溫度與形成能量(△G)的關(guān)系。
WF6氣體與P離子形成鎢(W)和PF5的反應(yīng)方程顯示如下。
(1)形成硅化鎢層(WSi2)的反應(yīng)方程顯示如下。
(2)在形成本發(fā)明的硅化鎢的方法中，由于形成鎢和PF5的反應(yīng)(方程1)發(fā)生在形成硅化鎢的反應(yīng)(方程2)之前，含過量鎢的硅化鎢層(WSix)最后形成。此時(shí)，WSi2、PF5和WF6的形成焓(△Hf)分別為-31.0、-265.73和62.48[kJ/gram.atom]。由于與WSi2或WF6形成焓相比，PF5的形成焓基本上很穩(wěn)定，最先產(chǎn)生PF5。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻雜的多晶硅層暴露到大氣時(shí)，在摻雜的多晶硅層表面產(chǎn)生的自然氧化膜(P2O5)內(nèi)的磷原子(P)引起的反應(yīng)也可以形成鎢，這就是形成含過量鎢的硅化鎢層的一個原因。在涉及摻硼(B)或砷(As)的多晶硅層的工藝中也形成含過量鎢的硅化鎢層；BF3和AsF3作為反應(yīng)產(chǎn)物形成在摻硼(B)或砷(As)的多晶硅層上，形成焓分別為-279.97和-196.44[kJ/gram.atom]。由于在硅化鎢層之前由形成焓產(chǎn)生鎢，所以形成含過量鎢的硅化鎢層。根據(jù)這種熱動力學(xué)原則，除了鎢，即使使用鈦(Ti)或鉭(Ta)也可以形成polycide層。當(dāng)使用鈦時(shí)，使用TiCl4、TiI2、SiH4、SiH2Cl2或類似氣體做源氣可以形成TiSi2，當(dāng)使用鉭時(shí)，使用TaCl5、SiH4、SiH2Cl2或類似氣體做源氣可以形成TaSi2。
本發(fā)明形成半導(dǎo)體器件的方法具有下述優(yōu)點(diǎn)。
首先，在形成硅化鎢層之后，含過量鎢的硅化鎢層和在熱處理(特別是在RTA在NH3的環(huán)境中)形成的氮化硅膜減小了硅化鎢層的電阻率，隨后改善了器件性能。
第二，摻磷(P)、硼(B)、或砷(As)的多晶硅層具有很大的形成焓，由于它們的熱動力學(xué)性質(zhì)，在多晶硅層上形成硅化鎢層時(shí)首先形成鎢，這導(dǎo)致填充在接觸孔中的硅化鎢層的厚度增加，器件的封裝密度變得更大，因此改善了臺階覆蓋。
第三，當(dāng)多晶硅形成在硅化鎢層的上側(cè)和下側(cè)時(shí)，可以得到更平坦的硅化鎢層，在淀積第二多晶硅層之后熱處理之前，在大氣中保存期間，可完全防止如氧氣的雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入硅化鎢層的內(nèi)部，這樣可保留硅化鎢層的性質(zhì)。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很顯然在本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法中做出不同的修改和變化并不脫離本發(fā)明的精神或范圍。因此，本發(fā)明意在由權(quán)利要求及其等同物的范圍覆蓋本發(fā)明的修改和變形。
權(quán)利要求
1．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底上形成摻雜的硅層；以及在摻雜的硅層上形成含過量金屬的硅化物層。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中摻雜的硅層摻雜劑為硼(B)、磷(P)、或砷(As)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)摻雜的硅層的摻雜劑為磷(P)時(shí)，使用含SiH4和PH3作源氣形成摻雜的硅層。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在硅化物層中含有選自鎢(W)、鈦(Ti)、或鉭(Ta)中之一的過量的金屬。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中使用WF6和SiH4或WF6和SiH2Cl2作源氣使硅化物層含有過量的鎢。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中使用TiCl4、TiI2、SiH4、或SiH2Cl2做源氣使硅化物層含有過量的鈦(Ti)。
7．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中使用TaCl5、SiH4、或SiH2Cl2做源氣使硅化物層含有過量的鉭(Ta)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括熱處理含有過量金屬的硅化物層的步驟。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在400℃～1100℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中熱處理在含氮原子的氣體環(huán)境中進(jìn)行，以在含有過量金屬的硅化物層上形成保護(hù)膜。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成的硅化物層為非晶態(tài)。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中通過在低于555℃的溫度下淀積硅化物層形成硅化物層，以使硅化物層為非晶態(tài)。
13．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在摻雜的硅層上形成含過量金屬的硅化物層的步驟中，在沒有泄露的真空中形成硅化物層，以防止摻雜的硅層暴露到大氣中。
14．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中摻雜的硅層用多晶硅層形成。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成含過量金屬的硅化物層，使MSix中金屬原子(M)與硅原子(Si)的比例滿足條件0.5≤x＜2。
16．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中硅化物層由化學(xué)汽相淀積形成。
17．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底上形成摻雜的硅層；以及在摻雜的硅層上形成含過量金屬的硅化物層，硅化層為非晶態(tài)和晶態(tài)共存。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中通過在低于555℃的溫度下淀積硅化物層形成硅化物層，以使形成的硅化物層含過量的金屬，并且非晶態(tài)和晶態(tài)共存。
19．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括將離子注入到含過量的金屬的硅化物層中，并且使非晶態(tài)和晶態(tài)共存，以將晶態(tài)的硅化物層轉(zhuǎn)化成非晶態(tài)。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中離子為磷(P)、硼(B)、或砷(As)。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，離子的注入劑量為1×1015cm-3，對于磷(P)，注入能量為45～55KeV，對于硼(B)，注入能量為10～20KeV，對于砷(As)，注入能量為55～65KeV。
22．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成摻雜的第一硅層；在摻雜的第一硅層上形成含過量金屬的金屬硅化物層；以及在含過量金屬的金屬硅化物層上形成第二硅層。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中摻雜的第一硅層的摻雜劑為硼(B)、磷(P)、或砷(As)。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中當(dāng)摻雜的第一硅層的摻雜劑為磷(P)、時(shí)，使用含SiH4和PH3作源氣形成摻雜的第一硅層。
25．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中在硅化物層中含有選自鎢(W)、鈦(Ti)、或鉭(Ta)之一的過量的金屬。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中使用WF6和SiH4或WF6和SiH2Cl2作源氣使硅化物層含有過量的鎢。
27．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中使用TiCl4、TiI2、SiH4、或SiH2Cl2做源氣使硅化物層含有過量的鈦(Ti)。
28．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中使用TaCl5、SiH4、或SiH2Cl2做源氣使硅化物層含有過量的鉭(Ta)。
29．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，還包括熱處理含有過量金屬的硅化物層的步驟。
30．根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中在400℃～1100℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理。
31．根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中熱處理在含氮原子的氣體環(huán)境中進(jìn)行，以在含有過量金屬的硅化物層上形成保護(hù)膜。
32．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中形成的硅化物層為非晶態(tài)。
33．根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中通過在低于555℃的溫度下淀積硅化物層形成硅化物層，以使硅化物層為非晶態(tài)。
34．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中在摻雜的第一硅層上形成含過量金屬的硅化物層的步驟中，在沒有泄露的真空中形成硅化物層，以防止摻雜的硅層暴露到大氣中。
35．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中第一和第二硅層由多晶硅層形成。
36．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中形成含過量金屬的硅化物層，使MSix中金屬原子(M)與硅原子(Si)的比例滿足條件0.5≤x＜2。
37．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中形成的含過量金屬的硅化物層為非晶態(tài)和晶態(tài)共存。
38．根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中通過在高于555℃的溫度下淀積硅化物層形成硅化物層，以使形成的硅化物層含過量的金屬，并且非晶態(tài)和晶態(tài)共存。
39一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底上形成雜質(zhì)摻雜的硅層；以及使雜質(zhì)摻雜的硅層中的雜質(zhì)和輸入的源氣發(fā)生反應(yīng)，在雜質(zhì)摻雜的硅層上形成硅化物層。
40．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中輸入的源氣包括第一氣體和第二氣體，通過第一氣體和雜質(zhì)摻雜的硅層中的雜質(zhì)之間的金屬分離反應(yīng)和第一和第二氣體之間的硅化反應(yīng)形成含過量金屬的硅化物層。
41．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中雜質(zhì)摻雜的硅層中的雜質(zhì)為磷(P)、硼(B)、或砷(As)。
42．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中第一氣體為WF6，第二氣體為SiH4或SiH2Cl2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造能改善臺階覆蓋和電阻率的半導(dǎo)體器件的方法,包括以下步驟:在襯底上形成摻雜的硅層,以及在摻雜的硅層上形成含過量金屬的硅化物層。
文檔編號H01L29/40GK1213168SQ9712636
公開日1999年4月7日 申請日期1997年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月29日
發(fā)明者卞正洙, 李炳學(xué) 申請人:Lg半導(dǎo)體株式會社