[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

在此通过参考引入2007年6月15日提交的日本专利申请No.2007-158238的全部公开内容，包括说明书、附图和摘要。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造技术，特别地涉及一种在应用于半导体器件的以下制造步骤时有效的技术，其中该制造步骤用于经由阻挡金属膜在绝缘膜中打开的连接孔中填充金属膜。

背景技术

日本专利公开No.2004-363402公开了一种方法，其中至少在穿透绝缘层的接触孔的内壁和底部上形成Ti层，利用N基氮化该Ti层以在Ti层上形成TiN层，以及在接触孔中填充导电层(参见日本专利公开No.2004-363402，第0026-0028段，图4和图5)。

日本专利公开No.2006-179645公开了一种方法，其中在层间绝缘膜中形成接触孔，形成Ti膜使之覆盖该接触孔，以及使Ti膜经受等离子体氮化处理以在接触孔的底表面上形成TiN膜(参见日本专利公开No.2006-179645，第0038-0040段，图2)。

日本专利公开No.2005-79543公开了一种方法，其中通过CVD在衬底之上形成Ti膜，使Ti膜的表面氧化，以及使Ti膜的表面氮化以形成TiN膜(参见日本专利公开No.2005-79543，第0044-0048段，图5)。

发明内容

在半导体器件中，半导体衬底和互连经由在穿透位于它们之间的绝缘膜的连接孔中填充的导电部件例如钨或铜制成的插塞而彼此耦合。在与连接孔的底部邻接的半导体衬底的表面上，形成允许形成浅结的低电阻硅化物层。在硅化物层中，硅化镍(NiSi)层具有低至14-20Ω/cm的电阻，并且可以通过硅化技术在相对较低的温度下例如在400-600℃下形成，所以近来已经对针对需要变小的半导体器件采用硅化镍层进行了研究。

通常的实践是在连接孔中填充的插塞与在半导体衬底的表面之上形成的硅化镍层之间形成阻挡金属膜，该阻挡金属膜是通过在钛膜上沉积氮化钛膜并从而具有膜层叠结构来得到的。钛膜用作硅化镍层的表面的还原材料，因为在其固体溶液中可以包含原子百分比高达25％的氧原子。钛膜具有降低与硅化镍层的接触电阻的功能。另一方面，氮化钛膜具有抑制或者防止插塞的构成原子扩散的功能。

然而，通过在钛膜上沉积氮化钛膜并从而具有膜层叠结构来得到的阻挡金属膜存在如下所述的各种技术问题。

一般而言，通过使用TiCl₄气体和H₂气体的PECVD(等离子体增强化学气相沉积)或CVD来形成钛膜，而通过使用TiCl₄气体和NH₃气体的CVD来形成氮化钛膜。考虑到硅化镍层的热电阻，这些膜的形成温度必须设定在550℃或更低。当在550℃或更低的这种低温下形成钛膜和氮化钛膜时，氯气即原材料气体留在具有膜层叠结构的阻挡金属膜中并且增加了阻挡金属膜的电阻率。这导致插塞和硅化镍层之间的接触电阻增加。除了这种问题之外，还有另外的问题发生，例如，由于留在阻挡金属膜中的氯气所引起的钛膜和氮化钛膜之间的剥离，或者由于留在阻挡金属膜中的氯气释放到空气中所导致的氮化钛膜中的微裂纹。

当在连接孔中填充将作为插塞的钨膜时，在形成阻挡金属膜上部的氮化钛膜上沉积钨膜。在利用H₂气体还原WF₆气体的同时，通过CVD形成钨膜，而包含在WF₆气体中的氟甚至经由氮化钛膜的晶界穿透钛膜并可能引起钛膜的起泡或剥离。氮化钛膜形成在钛膜和钨膜之间，并且通过加厚氮化钛膜可以防止氟的穿透。然而，阻挡金属膜的电阻随着氮化钛膜的加厚而增大，所以必须将氮化钛膜的厚度制成薄至10nm或更小。因此无法容易地防止包含在WF₆气体中的氟的穿透。

由于阻挡金属膜的形成，在硅化镍层的表面上形成氧化物膜，并出现了一些妨碍形成阻挡金属膜下部的硅化镍膜与钛膜之间导电的部分。本发明人已证实：例如在彼此相邻形成并且具有由多晶硅膜制成的栅电极和在栅电极之上形成的硅化镍层的第一和第二场效应晶体管中，这种不导电部分往往出现在共享接触处，该共享接触由与第一场效应晶体管的栅电极相接触形成的连接孔和与第二场效应晶体管的漏极(或源极)相接触形成的连接孔共同保持；以及当形成第一场效应晶体管的栅电极的多晶硅膜或硅化镍层的端部由于过刻蚀而暴露时也经常出现这种不导电部分。