[发明专利]具有防潮隔膜的半导体器件

说明书

本发明涉及半导体器件，尤其涉及为了防止外界潮气浸入而具有隔膜的半导体器件。

在今天的微观金属氧化物半导体(MOS)晶体管领域，二次缓慢俘获成为一个问题。(在以下描述中，缓慢俘获指二次缓慢俘获，参见文献“N.Noyori等，二次缓慢俘获—规模的互补金属氧化物半导体晶体管中因潮气诱发的一个新的不稳定现象，第20届国际可靠性物理学讨论会论文集，113-121页，1982年。”)

缓慢俘获指的是因夹层绝缘膜中所含潮气引起的晶体管的特征参量如Vι之类经历时间的变化的现象。做为一种防止措施，用一层有防潮性能的薄膜如氮化物薄膜阻止外界潮气浸入以防止产生缓慢俘获。

下面将参照图1和图2(a)、2(b)描述已有技术。

当一层如氮化物膜的隔膜形成时，譬如，如图1中所示，若氮化物膜31是在布线工艺完成之后形成的，要附带说明，由如氧化物膜组成的其它夹层绝缘膜(图1中41，82，92，102)厚实地夹在硅衬底11和氮化物膜31之间，因此由于夹层绝缘膜中所含潮气而产生缓慢俘获。尽管在图1中所示是四层布线，今后小型化和高集成度需要更多层次的布线，所以在完成布线工艺之后形成隔膜作为阻止缓慢俘获的措施就变得无多大意义。

若氮化物膜31是如图2(a)所示在制作晶体管之后形成的，在硅衬底11和氮化物膜31之间无其它夹层绝缘膜。但在这种状况下，氮化物膜31是直接形成在硅衬底上的源—漏扩散层区之内，由于形成氮化物膜时所产生的应力或在硅界面上产生的能级，会引起漏电流增大的问题。

所以，如图2(b)所示，目前所应用的这样一种方法包含的步骤有，晶体管制做完成后，形成一层底层氧化物膜21以缓解应力，然后再在其上形成氮化物膜。另外一种方法是，不制作氮化物膜，形成底层氧化物膜之后，进行氮离子注入，使氧化物表面氮化成为隔膜。

接着，参照图3至图7描述已有技术。

如图3(a)所示，先在形成有半导体元件的Si衬底11上形成底层氧化物21。尽管所需的底层氧化物21的厚度取决于将要在其上生长的氮化物厚度，但若其厚度在100至500埃范围内底层氧化物21就足以起到缓解应力的作用。再在底层氧化物21上形成厚度为50至100埃的氮化物膜31作为隔膜以阻止潮气侵入。另一种方法的步骤是，不形成氮化物膜31，首先形成一层底层氧化物，然后进行氮离子注入使氧化物表面氮化使其成为隔膜。

然后，形成平整基底的基底夹层膜41，其厚度在8000至15000埃。

然后，如图3(b)所示形成开口的接触51，为了建立欧姆接触结，将高密度的N型和P型掺杂剂分别注入N型和P型扩散层的接触上。但在这种情况下，形成开口接触后立即注入掺杂剂有时会引起在硅表面上出现晶格缺陷，由此导致如漏电流之类的问题。

所以，如图4(a)所示，上述的高密度注入是在硅衬底11上形成保护膜61之后进行的。在这种情况下，用诸如等离子体化学气相沉积(CVD)氧化物形成100至300埃厚度的保护膜。然而，由于等离子体CVD氧化物的覆盖性不好，膜厚度在接触口侧壁中膜的厚度变薄，尤其是在靠近接触口底部侧壁氧化物膜很难形成。

接着，如图4(b)所示，经过各向异性刻蚀去除保护膜61。

然后，为了降低接触电阻去掉自然生长的氧化物膜，如图5(a)所示在氧化物上使用湿法刻蚀。关于氧化层的湿法刻蚀是在刻蚀液中进行约30秒钟。刻蚀液是在水和氟化氢30∶1的溶液中加入NH₄F作为缓冲剂制备成的(以下这种刻蚀液用130BHF表示)。此时，由于在接触口底部的侧壁上几乎没有保护膜61，接触口的侧壁受到腐蚀，但氮化物膜31未被腐蚀，因此在接触口51中形成一氮化物檐。用上述刻蚀时间，氮化物膜突出的檐长约为300埃。

接着，如图5(b)所示，尽管用溅射形成的隔层金属71可防止布线金属或接触口的填充金属与硅衬底的反应，但此时，在上面提到的氮化物檐32的下部并没有溅射上隔膜。

图6表示一个典型的未溅射隔层金属的接触口的内部状态。换言之，当接触口深度为A，口的直径为B，底层氧化物厚度为C，氮化物膜檐的突出长度为D，可以理解到下面的不等式成立。

             tan^-1(B/A)＞tan^-1((B-D)/(A-C))

例如，假设接触口深度A＝8550埃，口直径B＝5000埃，底层氧化物厚度C＝500埃，氮化物膜檐突出的长度D＝300埃，可得到满足上述不等式的以下数据。