[发明专利]基于二氯甲硅烷的化学汽相淀积多晶硅化物膜中异常生长的控制

说明书

基于DCS(二氯甲硅烷(SiH₂Cl₂))的WSi_X膜由于其低电阻特性在半导体制造工艺中已经成为合乎需要的膜了，这种膜特别适于用在晶体管的栅/位线界面的形成。然而，如授权给Rolfson的美国专利No.5,786,027中和授权给Thakur等的美国专利No.5,425,392中所公开的制造这种膜的传统方法中，在晶片的晶化区中会产生多晶硅的异常生长，结果，降低了产品合格率。

在传统方法中，首先在底层衬底上，例如在晶体管的有源区上淀积多晶硅籽晶层，通过用DCS汽相淀积方法进行DCS籽晶的铺设，在多晶硅层上面设置晶体管栅层和/或位线。然后，富硅的DCS层通过对WSi_X暴露形成晶核，接着进行钨和多晶硅层的体淀积(bulkdeposition)，然后进行DCS后冲洗，以消除成核和体淀积WSi_X层后遗留的例如Cl和F杂质。然后进行甲硅烷(SiH₄)后冲洗以消除存在于钨和多晶硅层之间的高应力，该应力会导致层的剥离。通常，进行甲硅烷冲洗的时间越长，越有助于减小应力。接着在得到的结构上设置栅和/或位线图形，接着形成层。

在多晶硅层的形成过程中，为了减小层中的薄层电阻，将衬底加热到DCS气体的分解温度，也就是620℃。然而，这样会引起底层多晶硅层晶化，接着会导致多晶硅层的异常生长，这种异常生长的后果是引起有害的应力破裂，也就是在工艺的后续步骤中出现表面开裂。

此外，在甲硅烷冲洗起到减小WSi_X和多晶硅层之间应力作用的同时，也会进一步引起硅侵入到底层多晶硅层，同样会导致它的异常生长，随着会出现所述的在工艺和器件合格率方面的反效应。

为了克服传统方法的限制，本发明的方法在减轻或消除多晶硅异常生长的同时，提供了用于制造DCS基膜的方法。第一种方法是在基本上避免多晶硅结晶的温度下进行底层多晶硅层的淀积。第二种方法是减小甲硅烷SiH₄后冲洗的暴露水平(例如时间和/或浓度水平)，以避免硅侵入到底层多晶硅层中，导致多晶硅层的异常生长。

在第一实施例中，给出本发明的一种形成双层半导体膜的方法，在扩散工序中在底层衬底上设置多晶硅层，该扩散工序是在基本上避免多晶硅结晶的第一温度下进行的。然后将这个多晶硅层的温度升高到第二温度。用第一冲洗材料冲洗多晶硅层来提供过渡层。然后用第二冲洗材料冲洗多晶硅层，以在多晶硅层上提供第二材料层，过渡层提供了第二材料层和多晶硅层之间的粘附特性。提供第一冲洗材料和第二冲洗材料的结合以便在过渡层上淀积体第二材料层。用第二冲洗材料冲洗体(bulk)第二材料层来除去杂质，然后用第一冲洗材料冲洗体第二材料层来减小多晶硅层和第二材料层之间的应力。

最好限制用第一冲洗材料对体第二材料层的冲洗持续时间，使得基本上避免底层多晶硅层的异常生长。也可以限制用第一冲洗材料对体第二材料层的冲洗浓度，使得基本上避免底层多晶硅层的异常生长。

第一温度最好等于或小于530摄氏度。为了减小得到的双层半导体膜的电阻率，第二温度最好等于或大于620摄氏度。

可以在大气压力下进行多晶硅层的淀积，淀积后最好对多晶硅层预冲洗。

第二材料层最好包括硅化钨WSi_X。

用第二冲洗材料对多晶硅层冲洗之后，可以进行第二材料层的成核以减小第二材料层的粒径。用第二冲洗材料对体第二材料层冲洗之后，可以提供体第二材料层的成核以减小体第二材料层的上部的粒径。第一冲洗材料可以包括硅烷SiH₄，第二冲洗材料可以包括二氯甲硅烷(DCS)SiH₂Cl₂和氟化钨WF₆。

第二方面，本发明包括一种形成双层半导体膜的方法。在第一温度在底层衬底上设置多晶硅层。将多晶硅层的温度升高到第二温度。用第一冲洗材料冲洗多晶硅层以提供过渡层。然后用第二冲洗材料冲洗多晶硅层，以在多晶硅层上提供第二材料层，过渡层提供了第二材料层和多晶硅层之间的粘附特性。在得到的结构上提供第一冲洗材料和第二冲洗材料的结合以便在过渡层上淀积体第二材料层。用第二冲洗材料冲洗体第二材料层来除去杂质，用第一冲洗材料冲洗体第二材料层来减小多晶硅层和第二材料层之间的应力，限制第一冲洗材料的暴露，使得基本上能避免底层多晶硅层的异常生长。

在优选实施例中，在扩散工序进行提供多晶硅层的步骤，该扩散工序在基本上避免多晶硅层结晶的第一温度进行。