專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法-其中在淀積金屬的過(guò)程中形成金屬硅化物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括一具有毗連著諸硅區(qū)和諸絕緣材料區(qū)的表面的半導(dǎo)體本體，各硅區(qū)設(shè)有一金屬硅化物的頂層，設(shè)置硅化物的方法是將金屬淀積在半導(dǎo)體本體的表面上，然后將半導(dǎo)體本體加熱到某一溫度，在該溫度下淀積的過(guò)程中，金屬與硅反應(yīng)，形成金屬硅化物。
各硅區(qū)既可以是單晶硅區(qū)也可以是多晶硅區(qū)。在第一種情況下，它們構(gòu)成例如各晶體管的半導(dǎo)體區(qū)，例如各場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。在第二種情況下，它們構(gòu)成例如導(dǎo)體軌道，例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極。當(dāng)然該兩種硅區(qū)也可以構(gòu)成雙極晶體管和其它半導(dǎo)體電路元件的一部分。各絕緣材料區(qū)可以彼此相互絕緣，如設(shè)在半導(dǎo)體本體中的場(chǎng)氧化物區(qū)電路元件。它們也可以構(gòu)成例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極與源區(qū)和漏區(qū)之間的絕緣。它們可以由不同的材料制成，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅，但也可以由例如氧化鋁制成。
通過(guò)給各硅區(qū)設(shè)置金屬硅化物頂層，尤其可以使各單晶半導(dǎo)體區(qū)更易于接觸，而且使多晶導(dǎo)體軌道獲得較低的電阻。各區(qū)是在與金屬硅化物的頂層自對(duì)準(zhǔn)的情況下按上述方法設(shè)置的。在淀積過(guò)程中，金屬與硅起反應(yīng)，但不會(huì)與絕緣材料起反應(yīng)。淀積之后，只是將金屬?gòu)母鹘^緣材料區(qū)蝕刻掉，留下金屬硅化物作為各硅區(qū)的頂層。
美國(guó)專利4，526，665公開(kāi)了本說(shuō)明書(shū)開(kāi)端所述的那種方法。該方法是以鈦、鉭、鉬、鈮或鎢作為金屬淀積在半導(dǎo)體本體的表面上。然后將半導(dǎo)體本體加熱到450℃與650℃之間的溫度。
該已知方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，在金屬淀積的過(guò)程中，不僅在各硅區(qū)上，而且在直接毗鄰各硅區(qū)的各絕緣材料區(qū)的一些部分上也形成有硅化物。絕緣材料區(qū)的一些部分生長(zhǎng)有金屬硅化物會(huì)引起短路，特別是當(dāng)各絕緣材料區(qū)的尺寸非常小(例如小于1微米)時(shí)，更是如此。
本發(fā)明的主要目的是提供一種在各硅區(qū)上形成金屬硅化物頂層，但實(shí)質(zhì)上避免了金屬硅化物在各絕緣材料區(qū)上生長(zhǎng)的方法。
因此，根據(jù)本發(fā)明，本說(shuō)明書(shū)開(kāi)端所述的方法的特征在于，將鈷或鎳作為金屬淀積在半導(dǎo)體本體的表面，然后將半導(dǎo)體本體加熱到某一溫度，在該溫度下形成二硅化鈷或二硅化鎳。
本發(fā)明是基于這樣的認(rèn)識(shí)提出的，采用金屬鈦、鉭、鉬、鈮或鎢(如所述已知方法所使用的那樣)中之一時(shí)之所以會(huì)在毗鄰各硅區(qū)的各絕緣材料區(qū)的一些部分上長(zhǎng)出金屬硅化物，有兩個(gè)原因。第一個(gè)原因是所述諸金屬的金屬硅化物其克分子體積大于硅的克分子體積。因此，該金屬硅化物能有效地從各硅區(qū)生長(zhǎng)，然后蔓延到整個(gè)絕緣材料區(qū)。第二個(gè)原因是，在金屬硅化物形成的過(guò)程中，硅原子以比所述諸金屬的原子更快的速度擴(kuò)散通過(guò)金屬硅化物。這就是說(shuō)，在金屬硅化物頂層成長(zhǎng)的過(guò)程中，硅原子擴(kuò)散通過(guò)金屬硅化物，然后和各金屬原子起反應(yīng)。由于這種擴(kuò)散特別是在橫向(即各絕緣材料區(qū)的方向)上進(jìn)行的，因而在這些區(qū)上也會(huì)形成金屬硅化物。
根據(jù)本發(fā)明，所形成的金屬硅化物是二硅化鈷或二硅化鎳。這些硅化物的克分子體積都比硅小。因此金屬硅化物能有效地生長(zhǎng)在各硅區(qū)中。此外半導(dǎo)體本體在金屬淀積過(guò)程中系加熱到能直接形成二硅化鈷或二硅化鎳的溫度。在此情況下，在金屬硅化物生長(zhǎng)的過(guò)程中，硅原子比金屬原子擴(kuò)散得甚至更慢。這也導(dǎo)致對(duì)金屬硅化物在各絕緣材料區(qū)的形成起了阻礙作用。
應(yīng)該指出的是，在形成單硅化鈷或單硅化鎳的過(guò)程中，硅原子較金屬原子以更快的速度擴(kuò)散通過(guò)金屬硅化物。但若在淀積過(guò)程中半導(dǎo)體本體的溫度足夠高則不能獲得這種形式的金屬硅化物。在這種情況下，直接形成二硅化物。在金屬淀積過(guò)程中，若半導(dǎo)體本體的溫度高于500℃，則直接形成二硅化鈷。若該溫度高于750℃，則直接形成二硅化鎳。
鑒于二硅化鈷的電阻率比二硅化鎳小得多，因此淀積在半導(dǎo)體本體表面上的金屬最好采用鈷。
在淀積鈷的過(guò)程中，最好是將半導(dǎo)體本體加熱到500℃與800℃之間的溫度。溫度低于500℃時(shí)，會(huì)有形成單硅化物而不形成二硅化物的風(fēng)險(xiǎn)。溫度高于800℃時(shí)，則會(huì)有這樣的風(fēng)險(xiǎn)，即在有鈷存在的情況下，各絕緣材料區(qū)的結(jié)構(gòu)會(huì)變化得在將鈷蝕刻掉之后留下表面粗糙的絕緣層。若鈷的淀積速度過(guò)快，則形成不希望有的單硅化物。若鈷的淀積速度適當(dāng)則就不會(huì)這樣。若半導(dǎo)體本體系加熱到580℃的溫度，且鈷的淀積速度約為1毫微米/秒，則正好沒(méi)有單硅化物形成;若溫度為620℃，淀積速度約為5毫微米/秒，和若溫度為650℃，淀積速度約為10毫微米/秒，則在兩種情況下都不會(huì)有上述情況。半導(dǎo)體本體最好是加熱到該溫度范圍內(nèi)，因?yàn)檫@時(shí)就可以選擇實(shí)用的淀積速度。事實(shí)上，二硅化鈷層需要有大約60毫微米的厚度(這時(shí)其電阻約為每平方3歐)，為此需要淀積約20毫微米的鈷。這一情況就需要大約2至20秒的時(shí)間來(lái)完成。
現(xiàn)在參照附圖更全面地說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容。附圖中，

圖1和圖2示出了按本發(fā)明得出的半導(dǎo)體器件制造過(guò)程的兩個(gè)階段。該半導(dǎo)體器件包括一具有表面2的半導(dǎo)體本體1，表面2毗連有硅區(qū)3、4、5和6以及絕緣材料區(qū)8和9。硅區(qū)3、4、5和6由單晶硅構(gòu)成。在本實(shí)施例中，硅區(qū)3和4構(gòu)成一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。半導(dǎo)體本體1可通過(guò)例如區(qū)5接觸。硅區(qū)6由多晶硅組成，且構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，一層?xùn)艠O氧化物層7將硅區(qū)6與半導(dǎo)體本體1位于源區(qū)3與漏區(qū)4之間的部分隔離起來(lái)。本實(shí)施例中的絕緣材料區(qū)8和9由氧化硅構(gòu)成，但也可由氮化硅、氮氧化硅或甚至氧化鋁構(gòu)成。絕緣區(qū)8作為場(chǎng)氧化區(qū)將源區(qū)3和漏區(qū)4與區(qū)5隔離開(kāi)來(lái)。絕緣區(qū)9在橫向?qū)艠O6與源區(qū)3和漏區(qū)4隔離開(kāi)來(lái)。
硅區(qū)3、4、5和6設(shè)有金屬硅化物制成的頂層10，設(shè)置的方法是將金屬淀積在表面2上，然后將半導(dǎo)體本體1加熱到某一溫度，在該溫度下淀積的過(guò)程中，金屬與硅3、4、5和6起反應(yīng)，形成金屬硅化物10。這樣就可以更令人滿意地接觸單晶硅區(qū)3、4和5，而且也因此使多晶硅區(qū)6具有較低的電阻。
硅區(qū)3、4、5和6與以自對(duì)準(zhǔn)的方法提供以頂層10的。在淀積過(guò)程中，金屬與硅起反應(yīng)，但不會(huì)與區(qū)8和9的絕緣材料起反應(yīng)。頂層10形成之后，已淀積在絕緣區(qū)8和9上的金屬就不難按一般方法對(duì)所形成的金屬硅化物有選擇地蝕刻掉。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)金屬鈷或鎳淀積在表面2上，然后將半導(dǎo)體本體1加熱到某一溫度，在該溫度下形成二硅化鈷或二硅化鎳。由于本發(fā)明所采取的措施，因而實(shí)際上避免了在毗鄰硅區(qū)3、4、5和6的絕緣材料區(qū)8和9的各部分上形成金屬硅化物。由于二硅化鈷和二硅化鎳的克分子體積(分別為38.6·10-3立方毫微米和39.3·10-3立方毫微米)都小于兩個(gè)硅原子的克分子體積(40.0·10-3立方毫微米)，因而金屬硅化物有效地長(zhǎng)入硅區(qū)3、4、5和6。此外，在金屬淀積過(guò)程中，半導(dǎo)體本體1系加熱到某一溫度，在該溫度下形成二硅化鈷或二硅化鎳。在形成金屬硅化物的過(guò)程中，硅原子以較金屬原子為慢的速度擴(kuò)散通過(guò)金屬硅化物。因此金屬硅化物的生長(zhǎng)主要是在硅與金屬硅化物之間的過(guò)渡段附近發(fā)生。因此，也阻礙了金屬硅化物在絕緣材料區(qū)8和9上的形成。事實(shí)上，我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在絕緣材料區(qū)8和9上形成二硅化鈷或二硅化鎳。
鈷和鎳可按一般方法，例如磁控管濺射或蒸發(fā)法，淀積在半導(dǎo)體本體上。在第二種情況下，金屬最好隨后用電子束加熱。
在淀積鈷的過(guò)程中，最好將半導(dǎo)體本體1加熱到500℃與800℃之間的溫度。低于500℃，會(huì)形成單硅化物，高于800℃，則會(huì)有這樣的風(fēng)險(xiǎn)，即在鈷存在的情況下，絕緣材料區(qū)8、9會(huì)劣化到這樣的程度，即在將鈷蝕刻掉之后留下表面粗糙的絕緣層。基于同樣的理由，在淀積鎳的過(guò)程中，最好將半導(dǎo)體本體加熱到750℃與900℃之間的溫度。
在二硅化鈷和二硅化鎳生長(zhǎng)的過(guò)程中，金屬原子擴(kuò)散通過(guò)已形成的硅化物起著重要的作用。若金屬原子的淀積速度過(guò)快，會(huì)形成不希望有的單硅化物。硅原子以較金屬原子快的速度擴(kuò)散通過(guò)單硅化物，以致產(chǎn)生硅化物在絕緣材料上蔓延生長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。若在形成的二硅化鈷之前將半導(dǎo)體本體加熱到580℃、620℃和660℃的溫度，且若將鈷接著分別以1毫微米/秒、5毫微米/秒和10毫微米/秒的速度進(jìn)行淀積，則不會(huì)有上述風(fēng)險(xiǎn)。這是在2至20秒的時(shí)間能淀積出大約20毫微米的鈷的實(shí)用淀積速度。這樣就可形成電阻約為每平方3歐的大約60毫微米的二硅化鈷層。要獲得同樣低的電阻，二硅化鎳層應(yīng)約3歐倍那么厚。為使這樣的薄層也能在2至20秒內(nèi)淀積成而不致同樣形成不希望有的單硅化鎳，半導(dǎo)體本體就必須隨后加熱到800與880℃之間的溫度。在800℃下，鎳則可以大約2毫微米/秒的淀積速度淀積，在840℃下，淀積速度約為10毫微米/秒，在880℃下，淀積速度約為20毫微米/秒。
淀積在半導(dǎo)體表面上的金屬最好采用鈷，因?yàn)槎杌挼碾娮杪实陀诙杌?分別為18和50微歐-厘米)，因此，為獲取每平方的電阻值合乎要求的金屬硅化物層，應(yīng)淀積的鈷量要小于鎳。
若在淀積金屬之前將表面2徹底清理干凈清理的方法最好是用普通的濺射蝕刻處理法，然后將鈷或鎳直接在同一設(shè)備中進(jìn)行淀積，不使該表面暴露在空氣中，則薄層以外延方式生長(zhǎng)，且單晶硅區(qū)3、4、5和6上形成有單晶的二硅化物層。這種單晶二硅化物層可用以例如制造所謂金屬基區(qū)晶體管。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括一具有毗連著諸硅區(qū)和諸絕緣材料區(qū)的表面的半導(dǎo)體本體，諸硅區(qū)設(shè)有一金屬硅區(qū)物的頂層，設(shè)置硅化物的方法是將金屬淀積在半導(dǎo)體本體的表面上，然后將半導(dǎo)體本體加熱到某一溫度，在該溫度下淀積的過(guò)程中，金屬與硅反應(yīng)，形成金屬硅化物，該方法的特征在于，將鈷或鎳作為金屬淀積在半導(dǎo)體本體的表面，然后將半導(dǎo)體本體加熱到某一溫度，在該溫度下形成二硅化鈷或二硅化鎳。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將鈷作為金屬淀積在半導(dǎo)體本體的表面。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在淀積鈷的過(guò)程中，將半導(dǎo)體本體加熱到500℃與800℃之間的溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在淀積鈷的過(guò)程中，將半導(dǎo)體本體加熱到580℃與660℃之間的溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在淀積鎳的過(guò)程中，將半導(dǎo)體本體加熱到750℃與900℃之間的溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在淀積鎳的過(guò)程中，將半導(dǎo)體本體加熱到800℃與880℃之間的溫度。
7.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在淀積金屬之前，對(duì)半導(dǎo)體本體表面進(jìn)行濺射蝕刻處理以便將該表面清理干凈，然后直接進(jìn)行金屬淀積，不使該表面暴露在空氣中。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括一具有表面(2)的半導(dǎo)體本(1)，表面(2)毗連著硅區(qū)(3、4、5和6)絕緣材料區(qū)(8和9)，各硅區(qū)設(shè)有金屬硅化物的頂層(10)，將金屬淀積在半導(dǎo)體本體的表面上，然后在淀積過(guò)程中將半導(dǎo)體本體加熱到形成金屬硅化物的溫度。本發(fā)明淀積的是鈷和鎳，然后將半導(dǎo)體本體加熱到形成硅化鈷或硅化鎳的溫度。以避免在毗鄰各硅區(qū)的各絕緣材料區(qū)的各部分長(zhǎng)出金屬硅化物。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1039152SQ8910444
公開(kāi)日1990年1月24日 申請(qǐng)日期1989年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月27日
發(fā)明者伊沃·約翰內(nèi)斯·馬蒂爾達(dá)斯·瑪麗亞·拉伊梅卡斯 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司