專利名稱：柵極制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及半導(dǎo)體器件中的柵極制造方法。
背景技術(shù)：
在金屬氧化物硅(M0Q半導(dǎo)體器件中，柵極通常具有多晶硅-硅化物結(jié)構(gòu)。多晶 硅-硅化物結(jié)構(gòu)可以通過在柵氧化物層上依次形成摻雜多晶硅層和硅化物層后，依次對硅 化物層和摻雜多晶硅層進(jìn)行蝕刻，最終形成柵極圖形。具有硅化物層的柵極的線電阻和電 阻率通常較小。例如，硅化鎢(WSix)和多晶硅的疊層結(jié)構(gòu)常常作為制造柵極的一種較好選擇。因 為硅化鎢具有較小的電阻率(70 120ohm*cm)且具有良好的熱穩(wěn)定性。在例如中國專利 申請200710142098. 4中也公開了一種使用硅化鎢制造半導(dǎo)體器件的柵極的方法，其通過 在柵氧化物層上依次形成多晶硅層、TiSiN層及WSix層來形成柵極。目前，在以硅化鎢和多晶硅的疊層結(jié)構(gòu)制造柵極時，在多晶硅上形成硅化鎢后通 常還會進(jìn)行熱處理，例如退火，以此使硅化鎢內(nèi)部的晶格狀態(tài)發(fā)生改變，從而進(jìn)一步降低硅 化鎢的電阻。隨后，通過蝕刻工藝形成柵電極圖形，此后，還會再進(jìn)行一步氧化工藝，在硅化 鎢表面形成二氧化硅以保護(hù)硅化鎢。然而，在所述氧化工藝后發(fā)現(xiàn)，多晶硅與硅化鎢界面附 近存在很多空洞，這些空洞將影響柵極性能，進(jìn)而影響最終形成的半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術(shù)形成多晶硅-硅化物結(jié)構(gòu)的柵極時發(fā)現(xiàn)存在空洞，影響 柵極性能的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種柵極制造方法，包括在已形成有柵氧化層的半導(dǎo)體襯底上形成多晶硅層；在所述多晶硅層上形成硅化鎢層；依次蝕刻所述硅化鎢層、多晶硅層及柵氧化層，至暴露出半導(dǎo)體襯底，蝕刻后的硅 化鎢層及多晶硅層作為柵電極；對所述硅化鎢層退火；對所述柵電極退火；氧化所述硅化鎢層，在所述硅化鎢層表面形成柵電極保護(hù)層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述柵極制造方法具有以下優(yōu)點通過在形成柵電極之后對硅 化鎢層退火，在硅化鎢層側(cè)壁可以形成薄層硅，在后續(xù)氧化硅化鎢層時，所述薄層硅就可在 氧氛圍中形成二氧化硅，隔絕了氧氣與硅化鎢的進(jìn)一步反應(yīng)，從而避免在所述界面附近產(chǎn) 生空洞。


圖1至圖2是現(xiàn)有技術(shù)多晶硅和硅化鎢界面附近產(chǎn)生空洞的示意圖3是本發(fā)明柵極制造方法的一種實施例流程圖；圖4至圖9是圖3所示柵極制造方法的過程示意圖；圖10是經(jīng)由本發(fā)明柵極制造方法獲得的柵極的電鏡圖。
具體實施例方式參照圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，在已形成有柵氧化層11的襯底10上依次形成多晶硅 層12、硅化鎢層13之后，會進(jìn)行退火。在退火過程中，硅化鎢內(nèi)部的晶格狀態(tài)發(fā)生了變化， 此時多余的硅(Si)原子就會圖1中所示的擴散到硅化鎢層13和多晶硅層12的界面附近。 并且，伴隨退火導(dǎo)致的硅化鎢的晶格狀態(tài)的變化，硅化鎢的電阻率也進(jìn)一步降低。參照圖2所示，在形成柵電極圖形后的氧化工藝中，由于氧氣&與硅化鎢層13表 面反應(yīng)生成二氧化硅會消耗硅，位于硅化鎢層13和多晶硅層12的界面附近的硅原子就會 擴散至相應(yīng)部位進(jìn)行補充。例如，硅化鎢層13的側(cè)壁表面的硅被氧氣消耗，則位于硅化鎢 層13和多晶硅層12的界面附近的硅原子就會沿例如箭頭方向通過晶界(grain boundary) 擴散至所述側(cè)壁的位置。如此，擴散至所述側(cè)壁位置的硅原子原先所處的位置處就會形成 空洞(如圖2中空心圓所示)?；谝陨蠈ΜF(xiàn)有技術(shù)柵極制造過程中空洞形成的成因分析，本發(fā)明利用了退火過 程中硅化鎢中的硅原子擴散的機制，通過改變工藝步驟來避免空洞的形成。參照圖3所示，本發(fā)明柵極制造方法的一種實施例包括步驟Si，在已形成有柵氧化層的半導(dǎo)體襯底上形成多晶硅層；步驟s2，在所述多晶硅層上形成硅化鎢層；步驟S3，在所述硅化鎢層上形成氮化硅圖形；步驟s4，以所述氮化硅圖形為掩模，依次蝕刻所述硅化鎢層、多晶硅層及柵氧化 層，至暴露出半導(dǎo)體襯底，蝕刻后的硅化鎢層及多晶硅層作為柵電極；步驟s5，對所述硅化鎢層退火；步驟s6，對所述柵電極退火；步驟s7，氧化所述硅化鎢層，在所述硅化鎢層表面形成柵電極保護(hù)層。上述柵極制造方法的實施例中，通過在形成柵電極之后再對硅化鎢層進(jìn)行退火， 使得退火過程由于硅化鎢的晶格狀態(tài)改變而多余的硅原子也能構(gòu)擴散至蝕刻后的硅化鎢 層的側(cè)壁表面。當(dāng)進(jìn)行氧化工藝時，這些擴散至硅化鎢層的側(cè)壁表面的硅原子就能與氧氣 反應(yīng)生成作為柵電極保護(hù)層的二氧化硅，所形成的二氧化硅隔絕了氧氣與硅化鎢層的繼續(xù) 接觸，從而硅氧反應(yīng)停止，位于硅化鎢層和多晶硅層界面處的硅原子也就極少會擴散至所 述側(cè)壁表面位置，從而抑制了空洞的形成。以下結(jié)合附圖對上述實施例的柵極制造過程進(jìn)一步說明。結(jié)合圖3和圖4所示，在已形成有柵氧化層101的半導(dǎo)體襯底100上形成多晶硅 層102。所述柵氧化層101通常可以為二氧化硅。形成所述多晶硅層102的方法可以采用 化學(xué)氣相沉積。所述多晶硅層102的厚度可以根據(jù)實際柵電極厚度及電阻率的需求而定。結(jié)合圖3和圖5所示，在形成多晶硅層102后，繼續(xù)在多晶硅層102上形成硅化鎢 層103。形成所述硅化鎢層103的方法可以采用化學(xué)氣相沉積。所述硅化鎢層103的厚度 可以根據(jù)實際柵電極厚度及電阻率的需求而定。
結(jié)合圖3和圖6所示，在所述硅化鎢層103上形成氮化硅圖形104。具體地說，首 先在所述硅化鎢層103上形成氮化硅層，接著，在所形成氮化硅層上涂布光阻，通過光刻形 成光阻圖形。再以所述光阻圖形為掩模蝕刻氮化硅層形成氮化硅圖形104。蝕刻氮化硅層 形成氮化硅圖形104可以采用干法蝕刻。其中，在蝕刻氮化硅層時選用氮化硅、硅化鎢蝕刻 選擇比較高的蝕刻氣體進(jìn)行蝕刻。結(jié)合圖3和圖7所示，以所形成的氮化硅圖形104為掩模，依次蝕刻硅化鎢層103、 多晶硅層102及柵氧化層101，至暴露出半導(dǎo)體襯底100，蝕刻后的硅化物層103及多晶硅 層102作為柵電極。具體地說，首先以所形成的氮化硅圖形104為掩模，蝕刻硅化鎢層103至暴露出多 晶硅層102。由于氮化硅較致密，其作為硬掩模通常能夠提供較好的蝕刻效果。蝕刻硅化鎢 層103可以采用干法蝕刻，例如等離子蝕刻。接著，以氮化硅圖形104及蝕刻后的硅化鎢層103共同作為掩模，蝕刻多晶硅層 102至暴露出柵氧化層101。蝕刻多晶硅層102可以采用干法蝕刻，例如等離子蝕刻。然后，以氮化硅圖形104、蝕刻后的硅化鎢層103、多晶硅層102共同作為掩模，蝕 刻柵氧化層101。以柵氧化層101為二氧化硅為例，蝕刻柵氧化層101可以采用干法蝕刻， 例如等離子蝕刻。所述蝕刻氣體可以為例如CF4。結(jié)合圖3和圖8所示，對所述硅化鎢層103退火。所述退火可以采用快速熱退火 (RTA)技術(shù)。例如，在氮氣的氛圍下，升溫至1000°C以上，例如1000 1100°C，對所述硅化 鎢層103進(jìn)行退火，所述退火的時間可以為10秒以上，例如10-30秒。如圖8所示，在退火 過程中，硅化鎢的晶格狀態(tài)會發(fā)生變化，此時多余的硅原子Si不僅會向硅化物層103和多 晶硅層102界面附近擴散，還會向硅化鎢層103的兩個側(cè)壁表面擴散。隨著硅原子向硅化 鎢層103的兩個側(cè)壁表面的擴散，在硅化物層103的兩個側(cè)壁表面會形成一層硅原子薄層。此后，對柵電極退火。所述退火也可采用快速熱退火技術(shù)。例如，在氮氣的氛圍下， 升溫至600°C以上，例如600 800°C，對柵電極退火，所述退火的時間可以為30秒以上，例 如30-60秒。結(jié)合圖3和圖9所示，氧化所述硅化鎢層103，在所述硅化鎢層103表面形成柵電 極保護(hù)層。具體地說，將具有所述柵電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底100至于氧氣O2的氛圍中。氧 化時的溫度可以為800°C以上，例如800 900°C。此時，前述擴散至硅化鎢層103側(cè)壁表 面的硅原子會與氧氣反應(yīng)，在所述硅化鎢層103側(cè)壁表面形成薄層二氧化硅105。所述薄 層二氧化硅105隔絕了氧氣和硅化鎢層103的接觸。也就是說，靠近硅化物層103側(cè)壁表 面的硅化鎢中的硅原子也就不會因為與氧反應(yīng)而消耗，則硅化物層103與多晶硅層102界 面附近的硅原子也就不會擴散至所述側(cè)壁表面。從而，也就抑制了所述界面附近空洞的形 成?？梢?，由擴散至側(cè)壁表面的硅原子與氧氣反應(yīng)生成的二氧化硅不僅抑制了空洞的形成， 也起到了保護(hù)柵電極側(cè)壁的作用。參照圖10所示，對經(jīng)由上述實施例的柵極制造方法形成的柵極的電鏡圖中可以 發(fā)現(xiàn)，硅化鎢層和多晶硅層界面附近(虛框所示范圍)并未出現(xiàn)空洞。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種柵極制造方法，其特征在于，包括在已形成有柵氧化層的半導(dǎo)體襯底上形成多晶硅層；在所述多晶硅層上形成硅化鎢層；依次蝕刻所述硅化鎢層、多晶硅層及柵氧化層，至暴露出半導(dǎo)體襯底，蝕刻后的硅化鎢 層及多晶硅層作為柵電極；對所述硅化鎢層退火；對所述柵電極退火；氧化所述硅化鎢層，在所述硅化鎢層表面形成柵電極保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的柵極制造方法，其特征在于，依次蝕刻所述硅化鎢層、多晶硅層 及柵氧化層，至暴露出半導(dǎo)體襯底，包括在所述硅化鎢層上形成氮化硅圖形；以所示氮化硅圖形為掩模，依次蝕刻所述硅化鎢層、多晶硅層及柵氧化層，至暴露出半 導(dǎo)體襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的柵極制造方法，其特征在于，對所述硅化鎢層退火采用快速熱 退火技術(shù)，退火溫度大于或等于1000°c。
4.如權(quán)利要求3所述的柵極制造方法，其特征在于，對所述硅化鎢層退火的溫度為 1000-1100°C，退火時間為10-30秒。
5.如權(quán)利要求1所述的柵極制造方法，其特征在于，對所述柵電極退火采用快速熱退 火技術(shù)，退火溫度大于或等于600°C。
6.如權(quán)利要求5所述的柵極制造方法，其特征在于，對所述柵電極退火的溫度為 600-800°C，退火時間為30-60秒。
全文摘要
一種柵極制造方法，包括在已形成有柵氧化層的半導(dǎo)體襯底上形成多晶硅層；在所述多晶硅層上形成硅化鎢層；依次蝕刻所述硅化鎢層、多晶硅層及柵氧化層，至暴露出半導(dǎo)體襯底，蝕刻后的硅化鎢層及多晶硅層作為柵電極；對所述硅化鎢層退火；對所述柵電極退火；氧化所述硅化鎢層，在所述硅化鎢層表面形成柵電極保護(hù)層。通過所述柵極制造方法，可以避免在硅化鎢層和多晶硅層界面附近產(chǎn)生空洞。
文檔編號H01L21/28GK102074466SQ20091019922
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者劉艷, 向陽輝 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司