專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，更具體地說，涉及一種氧化硅化物的方法，該硅化物是用以減小半導(dǎo)體器件內(nèi)的互連電阻率的。
隨著半導(dǎo)體器件集成工藝技術(shù)的發(fā)展而實現(xiàn)了VLSI的特點，尤其是，隨設(shè)計規(guī)則繼續(xù)按比例縮小(至1μm或更小)，降低伴隨互連線而來的電阻和電容的需要就變得愈加迫切。這點對MOS器件尤為突出，其中因互連線產(chǎn)生的RC延遲會超過電路工作時門開關(guān)的延遲時間?；ミBR×C(電阻×電容)的乘積越高，這種延遲對電路的工作速度就會有更嚴重地限制。所以，為了制造高密度高性能的器件，低電阻率互連線是個關(guān)鍵。
近來，有許多種把互連線電阻率至小于多晶硅所顯示的15-30Ω/的方法。其中的一個方法是用低電阻率的鋁替換互連材料。然而，由于鋁的熔點和共熔點溫度低，所有的后繼工藝過程的溫度都必須保持低于500℃。由于幾種工藝過程(例如，源漏區(qū)注入退火、氧化以及玻璃塑流/回流)都要在高于500℃的溫度下進行，所以，鋁不宜用作互連材料。
降低互連線電阻率的另一種方法是用難熔金屬(如，W、Ta、Ti或MO)或由硅和一種難熔金屬組成的難熔金屬硅化物(如，WSi2、TiSi2、MoSi2或TaSi2)取代多晶硅，并直接用作互連材料。
還有將多硅化物(polycide)結(jié)構(gòu)用于互連以便減小電阻率，這種結(jié)構(gòu)是摻雜多晶硅層的頂面上的一種低阻材料(如難熔金屬硅化物)的一種多層結(jié)構(gòu)。
通常，難熔金屬都具有高熔化溫度，其氧化物往往性質(zhì)不良，而且在有些情況下是揮發(fā)性的(例如，Mo和W的氧化物)。此外，在采用難熔金屬作柵電極的MOS晶體管中，由于這些源中的雜質(zhì)，很難獲得一致的閾值電壓。單獨使用難熔金屬的硅化物作柵/互連層，則碰到與單獨使用難熔金屬時產(chǎn)生的類似問題。所以，多硅化物結(jié)構(gòu)已成為取代多晶硅的主要互連膜層，因為這種結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生這樣的問題。
在硅上形成硅化物有許多方法，各種方法都包括淀積并繼之以熱處理步驟1)硅上淀積純金屬;2)從兩個源同時蒸發(fā)硅和難熔金屬;以及3)從一個混合物靶或用共濺射法，濺射淀積硅化物。
與此同時，在VLSI加工過程中，常常要在多硅化物結(jié)構(gòu)的頂上形成絕緣層，使之與隨后淀積的多晶硅或金屬層隔開。汽相淀積的氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)可用于這種用途，但是，熱生長的氧化硅一般具有較好的材料性能，因此，主要把熱生長氧化硅用作隔離絕緣層。
通過在氧化氣氛中加熱多晶硅或單晶硅上的所有金屬硅化物薄膜，就會在硅化物的表面上形成氧化硅。因而，可以獲得電與物理的性能都好的絕緣層。


圖1表示一種多硅化物結(jié)構(gòu)的硅化物的常規(guī)熱氧化過程。
更具體地說，首先，在氮氣(N2)氣氛下將表面含有多硅化物結(jié)構(gòu)的晶片裝入低溫(例如，650±10℃)的反應(yīng)管中。接著，慢慢地直線升高反應(yīng)器的溫度。
反應(yīng)管的溫度到達一定程度(例如900±20℃)后，即能使硅化物氧化的溫度之后，在同樣的溫度下，將該晶片退火約30分鐘。
接著，在同樣的溫度下，使硅化物在氮與氧氣(N2與O2)氣氛中干法氧化30分鐘左右(即，Si+O2＝SiO2)。
隨后，在同樣的溫度下，關(guān)斷氮氣，在氧與氫氣(O2與H2)氣氛中濕法氧化該硅化物約5分鐘(即，Si+2H2O＝SiO2+2H2)。
繼之，在同樣的溫度下，關(guān)斷氧和氫氣，將該晶片在氮氣氣氛中退火一段時間，直線性降低溫度，再把晶片從反應(yīng)器中取出。
以上所描述的多硅化物結(jié)構(gòu)(參見SiliconprocessingfortheVLSIErabyS.WolfandR.N.Tauber，Vol.1，1986，pp395-396)，設(shè)想硅化物的氧化過程由以下四個不同步驟組成1)氧化類物質(zhì)擴散穿過SiO2;
2)在硅化物/氧化物界面處進行反應(yīng);
3)與硅化物中的金屬原子成比例地輸送硅原子;以及4)在多晶硅/硅化物的界面處進行從多晶硅襯底釋放硅原子的反應(yīng)。
如上所述，該硅化物是通過反應(yīng)器中的氧化物質(zhì)與硅化物中的硅原子的反應(yīng)而被氧化的，所以，氧化硅形成在硅化物的表面。在這里，氧化時在硅化物中消耗的硅原子由多晶硅釋放出的硅原子來替換。隨著氧化反應(yīng)繼續(xù)下去，硅化物上形成的氧化硅繼續(xù)變厚。
其間，始終因氧化類物質(zhì)擴散穿過氧化硅而在硅化物/氧化硅界面處產(chǎn)生氧化反應(yīng)。
圖2是表示包括由常規(guī)工藝制造的多硅化物結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件剖面圖。
參看圖2，柵氧化物12上形成了由多晶硅13和硅化物層14構(gòu)成的多硅化物結(jié)構(gòu)，而柵氧化層12形成在半導(dǎo)體襯底11上。然后，按圖1所示的常規(guī)工藝，通過硅化物的氧化過程，在整個多硅化物和半導(dǎo)體襯底11的表面形成氧化硅層15。
可是，與干法氧化及濕法氧化相關(guān)連的常規(guī)過程，在濕法氧化期間，氧氣不斷地加速硅化物的氧化。結(jié)果如圖2所示，多晶硅層13的硅局部受到過份消耗，以致在多晶硅和硅化物中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的缺陷。由于這些缺陷，就不能保持MOS晶體管的閾值電壓值不變。因此，這種結(jié)構(gòu)缺陷使半導(dǎo)體器件的可靠性和成品率降低。
本發(fā)明的第一個目的在于解決常規(guī)工藝之不足處，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，這種半導(dǎo)體器件是通過無結(jié)構(gòu)缺陷地氧化硅化物而形成的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種氧化多硅化物結(jié)構(gòu)中的硅化物的方法。
為完成上述第一目的，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征是包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上通過依次形成柵絕緣層、第1含硅的導(dǎo)電層，以及硅化物層而形成多硅化物結(jié)構(gòu);再在氧和氯化氫氣體的氣氛中經(jīng)干法氧化，在所得結(jié)構(gòu)的整個表面上形成氧化硅層。
為完成其余目的，還提供一種多硅化物結(jié)構(gòu)的硅化物氧化方法，其特征在于包括下列步驟將具有通過依次形成柵絕緣層、第1含硅導(dǎo)電層，以及硅化物層而形成的多硅化物結(jié)構(gòu)的晶片裝在處于第1溫度狀態(tài)的反應(yīng)管中;在反應(yīng)管溫度直線上升至第2溫度狀態(tài)后，在氮氣氣氛中進行第1次退火;在氧和氯化氫氣體氣氛中，干法氧化該硅化物層，并在關(guān)斷氧和氯化氫氣體之后，在氮氣氣氛中進行第2次退火;當反應(yīng)管溫度直線下降至第3溫度狀態(tài)后，將所得的結(jié)構(gòu)從反應(yīng)管取出。
根據(jù)本發(fā)明，在硅化物氧化過程中，由于氧和氯化氫氣體能穩(wěn)定地氧化硅化物，因而保持一種均勻的耗硅量。所以，防止了往往引起的在第1導(dǎo)電層表面上形成的結(jié)構(gòu)缺陷。
通過最佳實施例及參照附圖所作的詳細描述，本發(fā)明的上述目的及其它優(yōu)點會變得更加清楚，其中，
圖1是表示按常規(guī)工藝的一種硅化物氧化過程的簡圖;
圖2是常規(guī)工藝制造的半導(dǎo)體器件剖面圖;
圖3是表示按照本發(fā)明的一種硅化物氧化過程的簡圖;以及圖4是按本發(fā)明制造的半導(dǎo)體器件剖面圖。
參看表示按本發(fā)明制造的半導(dǎo)體器件的圖4，一多硅化物結(jié)構(gòu)用作柵電極或互連層而形成在半導(dǎo)體襯底21上。該多硅化物結(jié)構(gòu)通過依次形成柵氧化層22、第1含硅導(dǎo)電層23，以及硅化物層24而構(gòu)成。然后，在所得結(jié)構(gòu)的整個表面上形成氧化硅層25。多晶硅或單晶硅均用作第1導(dǎo)電層23。
圖3是表示按本發(fā)明的硅化物氧化過程的示意圖。
下面將參看圖3和圖4，對本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件和硅化物氧化的方法作如下的描述如圖4所示，首先，依次在半導(dǎo)體襯底21上疊加?xùn)叛趸瘜?2與含多晶硅或單晶硅的第1導(dǎo)電層23。接著，按常規(guī)方法在第1導(dǎo)電層23上形成硅化物層24，該常規(guī)方法包括諸如直接的治金反應(yīng)、共蒸發(fā)、濺射淀積法(共濺射與從混合物靶濺射、化學(xué)汽相淀積硅化物)之類。而后，形成圖案，從而形成作為多硅化物結(jié)構(gòu)的柵電極或互連層。
隨后，將其上形成了多硅化物結(jié)構(gòu)的晶片裝入反應(yīng)管。
參看圖3，該反應(yīng)管內(nèi)為氮氣氣氛，處在一定溫度范圍，例如650±10℃之間。首先，在氮氣氣氛中將該反應(yīng)管的溫度慢慢地線性升高某一較高溫度(例如，900±20℃)，經(jīng)約20分鐘。接著，在同一溫度和氣氛條件下先將該晶片退火一定時間(例如，30分鐘)。
然后，在干氧和氯化氫氣體的氣氛和同樣溫度下對該晶片氧化一定時間(例如，62分鐘)，因而在硅化物層24上形成了氧化硅層25。這時，要關(guān)掉氮氣。此時，氧和氯化氫氣體作為氧化類物質(zhì)穩(wěn)定地使硅化物氧化，從而使硅的消耗數(shù)量保持均衡。當然，在氧化過程中，在多硅化物的側(cè)壁和半導(dǎo)體襯底21被露出的表面上也都形成氧化硅層25。
隨后，關(guān)斷氧和氯化氫氣體，在同樣溫度及氮氣中再次將晶片退火一段時間(如15分鐘)。接著，在慢慢線性降低反應(yīng)器溫度(例如，在90分鐘內(nèi)降至650±10℃)之后，從反應(yīng)器取出晶片。
按照上述實施例所示的本發(fā)明，在硅化物的氧化過程中，氧和氯化氫氣體(作為氧化類物質(zhì))使硅化物穩(wěn)定地氧化，從而保持一個均勻的耗硅量。所以，能防止往往會在第1導(dǎo)電層表面形成的結(jié)構(gòu)缺陷，即，使用常規(guī)工藝時發(fā)生的缺陷。
這樣，能夠使MOS晶體管的閾值電壓和互連的電阻率維持不變。因而，能夠改進半導(dǎo)體器件的可靠性和成品率。
雖然參照具體實施例詳細地展示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員都應(yīng)知道，可以作出許多形式上和具體的改變而不會脫離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列各步驟通過依次在半導(dǎo)體襯底上形成柵絕緣層、第1含硅導(dǎo)電層，和硅化物層而形成多硅化物結(jié)構(gòu)；以及通過在氧和氯化氫氣體的氣氛中干法氧化，在所得結(jié)構(gòu)的整個表面上形成氧化硅層。
2.如權(quán)利要求1所限定的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述第1導(dǎo)電層包括多晶硅。
3.一種氧化多硅化物結(jié)構(gòu)的硅化物層的方法，包括下列各步驟將通過依次形成柵絕緣層、第1含硅導(dǎo)電層和硅化層而形成了多硅化物的晶片裝入處于第1溫度狀態(tài)的反應(yīng)管中;在反應(yīng)管溫度線性上升至第2溫度狀態(tài)之后，在氮氣氣氛中進行第1次退火。在氧和氯化氫氣體氣氛中干法氧化該硅化物層;在關(guān)斷氧和氯化氫氣體后，在氮氣氣氛中進行第二次退火;在反應(yīng)管溫度線性下降至第3溫度狀態(tài)之后，將所得的結(jié)構(gòu)從反應(yīng)管取出。
4.如權(quán)利要求3所限定的氧化多硅化物結(jié)構(gòu)的硅化物的方法，其中，所述的第1溫度狀態(tài)的范圍是650±10℃。
5.如權(quán)利要求3所限定的氧化多硅化物結(jié)構(gòu)的硅化物的方法，其中，所述第2溫度狀態(tài)的范圍是900±20℃。
全文摘要
一種包括硅化物氧化過程的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列各步驟通過依次在半導(dǎo)體襯底上形成柵絕緣層、第1含硅導(dǎo)電層，和硅化物層而形成多硅化物結(jié)構(gòu)；在氧和氯化氫氣體的氣氛中進行干法氧化，在整個所得結(jié)構(gòu)的表面上形成氧化硅層?？色@得沒有結(jié)構(gòu)缺陷的多硅化物結(jié)構(gòu)的柵極連線或互連層，從而改進了半導(dǎo)體器件的可靠性和成品率。
文檔編號H01L21/316GK1087446SQ93118158
公開日1994年6月1日 申請日期1993年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月26日
發(fā)明者金守官 申請人:三星電子株式會社