[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

本发明涉及一种半导体器件的制造方法，更具体地说，涉及一种氧化硅化物的方法，该硅化物是用以减小半导体器件内的互连电阻率的。

随着半导体器件集成工艺技术的发展而实现了VLSI的特点，尤其是，随设计规则继续按比例缩小（至1μm或更小），降低伴随互连线而来的电阻和电容的需要就变得愈加迫切。这点对MOS器件尤为突出，其中因互连线产生的RC延迟会超过电路工作时门开关的延迟时间。互连R×C（电阻×电容）的乘积越高，这种延迟对电路的工作速度就会有更严重地限制。所以，为了制造高密度高性能的器件，低电阻率互连线是个关键。

近来，有许多种把互连线电阻率至小于多晶硅所显示的15-30Ω/的方法。其中的一个方法是用低电阻率的铝替换互连材料。然而，由于铝的熔点和共熔点温度低，所有的后继工艺过程的温度都必须保持低于500℃。由于几种工艺过程（例如，源漏区注入退火、氧化以及玻璃塑流/回流）都要在高于500℃的温度下进行，所以，铝不宜用作互连材料。

降低互连线电阻率的另一种方法是用难熔金属（如，W、Ta、Ti或MO）或由硅和一种难熔金属组成的难熔金属硅化物（如，WSi₂、TiSi₂、MoSi₂或TaSi₂）取代多晶硅，并直接用作互连材料。

还有将多硅化物（polycide）结构用于互连以便减小电阻率，这种结构是掺杂多晶硅层的顶面上的一种低阻材料（如难熔金属硅化物）的一种多层结构。

通常，难熔金属都具有高熔化温度，其氧化物往往性质不良，而且在有些情况下是挥发性的（例如，Mo和W的氧化物）。此外，在采用难熔金属作栅电极的MOS晶体管中，由于这些源中的杂质，很难获得一致的阈值电压。单独使用难熔金属的硅化物作栅/互连层，则碰到与单独使用难熔金属时产生的类似问题。所以，多硅化物结构已成为取代多晶硅的主要互连膜层，因为这种结构不会产生这样的问题。

在硅上形成硅化物有许多方法，各种方法都包括淀积并继之以热处理步骤：1）硅上淀积纯金属;2）从两个源同时蒸发硅和难熔金属;以及3）从一个混合物靶或用共溅射法，溅射淀积硅化物。

与此同时，在VLSI加工过程中，常常要在多硅化物结构的顶上形成绝缘层，使之与随后淀积的多晶硅或金属层隔开。汽相淀积的氧化硅（SiO₂）和氮化硅（Si₃N₄）可用于这种用途，但是，热生长的氧化硅一般具有较好的材料性能，因此，主要把热生长氧化硅用作隔离绝缘层。

通过在氧化气氛中加热多晶硅或单晶硅上的所有金属硅化物薄膜，就会在硅化物的表面上形成氧化硅。因而，可以获得电与物理的性能都好的绝缘层。

图1表示一种多硅化物结构的硅化物的常规热氧化过程。

更具体地说，首先，在氮气（N₂）气氛下将表面含有多硅化物结构的晶片装入低温（例如，650±10℃）的反应管中。接着，慢慢地直线升高反应器的温度。

反应管的温度到达一定程度（例如900±20℃）后，即能使硅化物氧化的温度之后，在同样的温度下，将该晶片退火约30分钟。

接着，在同样的温度下，使硅化物在氮与氧气（N₂与O₂）气氛中干法氧化30分钟左右（即，Si+O₂＝SiO₂）。

随后，在同样的温度下，关断氮气，在氧与氢气（O₂与H₂）气氛中湿法氧化该硅化物约5分钟（即，Si+2H₂O＝SiO₂+2H₂）。

继之，在同样的温度下，关断氧和氢气，将该晶片在氮气气氛中退火一段时间，直线性降低温度，再把晶片从反应器中取出。

以上所描述的多硅化物结构（参见Silicon    processing    for    the    VLSI    Era    by    S.Wolf    and    R.N.Tauber，Vol.1，1986，pp395-396），设想硅化物的氧化过程由以下四个不同步骤组成：

1）氧化类物质扩散穿过SiO₂;

2）在硅化物/氧化物界面处进行反应;

3）与硅化物中的金属原子成比例地输送硅原子;以及

4）在多晶硅/硅化物的界面处进行从多晶硅衬底释放硅原子的反应。