[发明专利]具有外延的C49-硅化钛（TiSi2）层的半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及其制造方法；特别是涉及一种具有C49相的外延生长的硅化钛(TiSi₂)层的半导体装置及其制造方法。

背景技术

通常来说，以金属来形成位线或电容器，以改善半导体装置的性能。同时，在硅衬底与该金属间或在硅层与该金属间的接触区域中形成硅化钛(TiSi2)层，以减低接触电阻。

利用已知的方法所形成的TiSi₂层具有多晶结构，而随后的高温加工(诸如硼-磷-硅酸盐玻璃(BPSG)流动加工或电容器形成加工)会使该TiSi₂层的相从C49转变成C59。此相转变会产生凝块(agglomeration)及沟纹(grooving)现象，其因此会劣化该装置特性，例如，发生漏电流。下文中，具有C49相的TiSi₂层系指C49-TiSi₂层，同时具有C54相的TiSi₂层系指C54-TiSi₂层。第1A图为具有TiSi₂层的已知半导体装置的截面图，及第1B图为制造具有TiSi₂层的已知半导体装置的相关加工的流程图。

参照第1A及1B图，在步骤S101处形成已完成预定加工的硅衬底或硅层101。然后，在步骤S102中，经由物理气相沉积(PVD)技术在硅衬底101上沉积钛(Ti)。

其次，在步骤S103中，于氮(N₂)环境中进行的快速热加工(RTP)使该已沉积的Ti在与硅衬底101的界面表面处金属硅化，而形成TiSi₂层102。同时，在该已沉积的Ti表面侧形成氮化钛(TiN)层103。在步骤S104中，在该TiN层103上形成由铝(Al)或钨(W)制得的金属层104。于此，该金属层104可用做位线、电容器、储存节点、连接金属线或接触栓。

此时，可以一个步骤或二个步骤来进行该RTP。特别是，可依该RTP的加工温度及所沉积的Ti厚度来决定TiSi₂层102具有C49或C54相。即使在Ti沉积期间形成C49-TiSi₂层，其也会在随后的高温加工期间转变成热力学稳定的C54-TiSi₂层。BPSG流动或电容器热处理即为随后的高温加工实例。

但是，C54-TiSi₂层与硅衬底具有比C49-TiSi₂层与硅衬底更高的界面能，因此，具有C54相的TiSi₂层会由于在随后的高温加工期间产生新的晶核及晶粒生长而凝块。结果，接触电阻及漏电流会增加。

同样地，在C54-TiSi₂层中会发生将造成晶粒尺寸减小而减低热力学能量的沟纹现象。由于此沟纹现象，该C54-TiSi₂层的厚度会变得更不均匀，因此增加TiSi₂层的粗糙度。因此，沟纹现象变成增加接触电阻及漏电流的因素。

因此，为了在TiSi₂层与硅衬底间维持该接触的低接触电阻，重要的是形成热力学稳定的TiSi₂层，以便在随后的高温加工期间不发生其它的TiSi₂层相转变及凝块。形成此与硅衬底具有低界面能的TiSi₂层可能是获得上述效果的唯一方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够防止硅化钛(TiSi₂)层凝块及沟纹化的半导体装置，该目的可通过外延生长具有C49相及低界面能的TiSi₂层而达成，该TiSi₂层不会在高温加工期间产生TiSi₂层的相转变；及提供其制造方法。

因此，本发明的另一个目的是提供一种具有外延生长的TiSi₂层的半导体装置，该TiSi₂层具有C49相及低界面能，因此可减低漏电流及接触电阻；及其制造方法。

根据本发明的一个方面，提供一种半导体装置，其包括：硅层；在该硅层上形成的绝缘层，其中打开部分绝缘层以形成暴露出部分硅层的接触孔；外延生长的硅化钛层，其具有C49相且形成在位于接触孔内的暴露的硅衬底上；及金属层，其形成在硅化钛层的上表面上。