[发明专利]在多晶硅层表面上的高熔点金属硅化物层的制造方法

说明书

本申请是申请日为1993年5月29日的、名称为“具双层硅化物结构的半导体器件”的中国申请案CN-93106512.7的分案申请。

本发明涉及一种MOS(金属氧化物半导体)存储器，更具体地说，涉及硅化钛的高温稳定性有所改善的一种半导体器件，而硅化钛在DRAM(动态随机存储器)中是用作多晶硅化物(polycide)的选通线的。

在半导体器件中，通常是利用如硅化钛之类的高熔点金属硅化物设计出电阻低的内部布线材料的。

硅化钛是将高熔点金属的钛(Ti)与硅(Si)结合起来制取的。硅化钛的导电性能优异，耐热性能突出，因此硅化钛有利于进行微结构处理，因而适宜用作高集成度的半导体存储器件。硅化钛电阻低，所以广泛应用于自对准硅化物(SALICIDE)(参看1990年12月的IEDM 9-12期，第249-252页)。

图1A、1B和1C举例说明了按传统方法制造硅化钛的一个例子。在图1A所示的工序中，在大约920℃温度下通过氧化在电阻率约为5-25欧厘米的单晶硅衬底1上生长出厚约1000埃的二氧化硅(SiO₂)层2。然后，在250毫乇大气、大约625℃温度下通过低压化学汽相淀积法(LPCVD)使硅烷(SiH₄)热分解，从而在二氧化硅层2的上部分淀积出厚约2500埃的多晶硅层3。淀积出多晶硅层3之后，用离子注入法将磷(P)注入多晶硅层3中。这时，离子注入能量约为30千电子伏特，注入剂量约有5×10¹⁵离子/平方厘米。为避免多晶硅层3的表面因离子注入而损伤，在大约900℃下在炉中进行热处理30分钟。热处理完毕之后，用溅射法在多晶硅3的上部分淀积厚约400-600埃的钛，再对得出的结构在大约800℃的氩(Ar)气氛中进行快速热处理，历时约20秒钟。快速热处理使多晶硅3与钛4相互进行反应，从而形成硅钛5，如图1B中所示。

硅化钛的熔点约为1540℃，即换算成绝对温度为1813°K，而在814℃下硅化钛开始出现高温不稳定性，这个温度为该绝对温度的0.6倍。本技术领域的行家们都知道，高熔点金属硅化物开始出现不稳定的既定温度是通过其熔点的绝对温度乘以0.6求出的。硅化钛的熔点随其处理条件的不同略有变异，但硅化钛通常是在900℃开始出现不稳定。

因此，在以后于900℃或更高温度下进行的热处理过程中，硅化钛中的晶粒生长，而且产生塑性变形。与此同时，由于硅外延生长，均质薄膜中产生凝聚现象，从而使薄膜不连续，形成半岛状的微结构。

换句话说，如图1C的结构6中所示，硅化钛成了呈半岛状的不连续薄膜，从而使多晶硅3的表面露出来。由于硅化钛的结构不连续，内部布线的电阻显著增加。上面说过，布线的电阻增加对半导体存储器件的工作特性有不利的影响，同时降低了工作的可靠性。

因此，本发明的目的是提供一种在以后的高温热处理过程中能均质维持硅化钛表面的半导体器件及其制造方法。

本发明的另一个目的是提供一种供改善硅化钛因传统方法所引起的高温不稳定性的半导体器件及其制造方法。

为达到本发明的上述目的，本发明提供一种具双层硅化物结构的半导体器件，该器件包括：单晶结构预定的硅衬底；氧化物层，形成在单晶硅衬底的整个表面上；多晶硅层，生长在氧化物层的整个表面上；第一金属硅化物层，通过在多晶硅层的上部分淀积金属而形成，该金属硅化物形成温度为预定的第一温度；和第二金属硅化物层，通过在硅化物形成温度为第一温度的金属的上部分淀积另一金属而形成，该另一金属硅化物形成温度为低于第一温度的第二温度。

为达到本发明的另一个目的，本发明提供了制造具有双层硅化物结构的半导体器件的一种在多晶硅层表面上带有预定薄层电阻的第一高熔点金属硅化物连续层的制造方法，其特征在于，该方法包括下列顺序步骤：

在所述单晶硅衬底上形成所述氧化层；

在所述氧化层上形成所述多晶硅层；

淀积一层熔点高于所述第一高熔点金属熔点的第二金属，所述第二金属能够形成第二金属硅化物，使其只在超过0.6倍的所述第二金属硅化物熔解的绝对温度下才呈现高温不稳定性，所述第二金属这样选择，使得在由所述第二金属硅化物呈现出高温不稳定性的温度高于半导体器件在制造或随后的工作期间应经历的温度；

在第二金属的所述层上淀积一层所述第一高熔点金属；以及

迅速将上述步骤所得结构退火，以使所述第一高熔点金属和所述多晶硅层起反应，以形成所述第一高熔点金属硅化物层，并使所述第二金属和所述多晶硅层起反应，以形成一层所述第二金属硅化物层。