專利名稱：使用氮化工藝的多晶硅化金屬柵極制程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成一多晶硅化金屬柵極方法，特別是涉及一種通過一氮化工藝形成一多晶硅化金屬柵極的方法。
集成電路就是在半導(dǎo)體襯底上形成電阻、晶體管、二極管和其他的電路元件，再將特定電路所需的各種電子元件和線路縮小并制作在極小面積上的一種電子產(chǎn)品。集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢不斷朝著高集成度，高效能和高功能發(fā)展。因應(yīng)此趨勢而產(chǎn)生的多晶硅化金屬(多晶硅/金屬硅化物)柵極就被廣泛地使用。其中最普遍被采用的是鎢金屬硅化物和鈦金屬硅化物兩種。而形成傳統(tǒng)的鈦-多晶金屬硅化物柵極的制程會(huì)在接下來的

圖1A到圖1C中有詳細(xì)的介紹。
參照?qǐng)D1A，一襯底100依序包含一柵極介電層120和一多晶硅層140在其上。其中，柵極介電層120是氧化硅，是以熱氧化法形成在襯底100上。另外，多晶硅層140是以化學(xué)氣相沉積法形成在柵極介電層120上。然后，使用熱擴(kuò)散法或離子植入法對(duì)多晶硅層140進(jìn)行摻雜以降低它的電阻值。
參照?qǐng)D1B，以化學(xué)氣相沉積法形成一氮化鈦層142在多晶硅層140上。接著，再以化學(xué)氣相沉積法形成一鈦金屬硅化物層144在氮化鈦層142上。氮化鈦層142是用來當(dāng)作阻擋鈦金屬硅化物層144和多晶硅層140相互擴(kuò)散(interdiffusion)的阻擋層。之后如圖1C所示，進(jìn)行一微影工藝移除部分的金屬硅化物層144，阻擋層142，以及多晶硅層140以形成一多晶硅化金屬柵極180在襯底100上。
使用傳統(tǒng)鈦-多晶金屬硅化物柵極的制程時(shí)有一些缺點(diǎn)。其中一個(gè)是柵極氧化層完整性(gate oxide integrity)不佳，因?yàn)橐缘佊脕碜钃踱伣饘俟杌锖投嗑Ч柘嗷U(kuò)散的阻擋層效果并不佳，無法有效地阻擋相互擴(kuò)散。
本發(fā)明的一目的是使用一氮化工藝在多晶硅化金屬柵極中形成一粘合(sticking)層。
本發(fā)明的另一目的是通過此粘合層來加強(qiáng)對(duì)金屬硅化物和多晶硅相互擴(kuò)散的阻擋效果。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供了一種形成一柵極的方法，此柵極是一多晶硅化金屬柵極。此方法至少包括提供一柵極氧化層在一襯底上。然后，沉積一多晶硅層在柵極氧化層上。接著，進(jìn)行一氮化工藝形成一粘合層在多晶硅層的表面上。之后，再依序地沉積一阻擋層和一金屬硅化物層在粘合層上。最后，進(jìn)行一微影工藝移除部分的金屬硅化物層，阻擋層，粘合層以及多晶硅層以在襯底上形成此多晶硅化金屬柵極。以氮化工藝形成的粘合層可有效地加強(qiáng)阻擋層的阻擋效果。
圖1A到圖1C是傳統(tǒng)形成多晶硅化金屬柵極的剖面示意流程圖。
圖2A到圖2D是根據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù)，形成多晶硅化金屬柵極的剖面示意流程圖。
本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)可被廣泛地應(yīng)用到許多半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中，并且可利用許多不同的半導(dǎo)體材料制作，當(dāng)本發(fā)明以一較佳實(shí)施例來說明本發(fā)明方法時(shí)，熟悉此領(lǐng)域的人士應(yīng)理解許多的步驟可以改變，材料及雜質(zhì)也可替換，這些一般的替換無疑地亦不脫離本發(fā)明的精神及范疇。
其次，本發(fā)明用示意圖詳細(xì)描述如下，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，表示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖在半導(dǎo)體制程中會(huì)不依一般比例作局部放大以利說明，然不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。此外，在實(shí)際的制作中，應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
本發(fā)明的一些實(shí)施例會(huì)詳細(xì)描述如下。然而，除了詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實(shí)施例施行，且發(fā)明的范圍不受限定，其以之后的專利范圍為準(zhǔn)。
本發(fā)明主要是使用一氮化的工藝在多晶硅化金屬柵極中形成一粘合層。此粘合層用來加強(qiáng)對(duì)金屬硅化物和多晶硅相互擴(kuò)散的阻擋效果。其中上述所提及的工藝以及適當(dāng)狀態(tài)執(zhí)行的步驟將會(huì)在接下來的圖2A到圖2D中詳細(xì)的介紹。
參照?qǐng)D2A，一襯底10依序包含一柵極介電層20和一多晶硅層40在其上。其中，柵極介電層120是氧化硅，其厚度范圍約為100到900埃，是以熱氧化法形成在襯底10上。另外，多晶硅層40的厚度范圍約為200到3000埃，且多晶硅層40是以化學(xué)氣相沉積法形成在柵極介電層120上，特別是常使用低壓化學(xué)氣相沉積法形成。然后，使用熱擴(kuò)散法或離子植入法對(duì)多晶硅層40進(jìn)行摻雜以降低它的電阻值。
參照?qǐng)D2B，一粘合層42形成在多晶硅層40上。此粘合層42的厚度范圍約為500到1500埃，且以氮化工藝形成的。此氮化工藝是使用一氮?dú)鉃橐环磻?yīng)氣體的一退火工藝。在多晶硅層40上進(jìn)行氮化，形成一結(jié)構(gòu)較致密的氮化硅粘合層42在多晶硅層40上。另外，此氮化工藝還包含使用一快速熱處理(rapid thermalprocess)來進(jìn)行退火工藝參照?qǐng)D2C，依序形成一氮化鈦層44和一鈦金屬硅化物層46在粘合層42上。其中氮化鈦層44因?yàn)樗姆€(wěn)定性佳，所以是傳統(tǒng)用來阻擋鈦金屬硅化物和多晶硅相互擴(kuò)散的阻擋層。此氮化鈦層4 4的厚度范圍約為500到1500埃，并且通常以化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R鍍法形成，其中又以低壓化學(xué)氣相沉積法最常被使用。而鈦金屬硅化物層46則因其絕佳的導(dǎo)電性被用作為柵極的材料，此鈦金屬硅化物層46的厚度范圍約為2000到3000埃，且通常以化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R鍍法形成，其中又以低壓化學(xué)氣相沉積法最常被使用。
然而，氮化鐵層44雖然是用來阻擋鈦金屬硅化物和多晶硅相互擴(kuò)散的阻擋層，但是其阻擋效果仍然不佳。若加以本發(fā)明中以簡單氮化工藝形成的結(jié)構(gòu)較致密的氮化硅粘合層42，則氮化鈦層44和粘合層42對(duì)阻擋鈦金屬硅化物和多晶硅的相互擴(kuò)散有相當(dāng)好的效果。
參照?qǐng)D2D，一多晶硅化金屬柵極S0包含鈦金屬硅化物層46、氮化鈦層44、粘合層42、以及多晶硅層40在襯底10上。經(jīng)過一微影工藝移除部分的鈦金屬硅化物層46，氮化鈦層44，粘合層42以及多晶硅層40形成此多晶硅化金屬柵極80襯底10上。
在本發(fā)明中，在多晶硅層和作為阻擋層的氮化鈦層間形成了一粘合層。這層以簡單退火氮化工藝形成的粘合層有效地解決了氮化鈦層在多晶硅化金屬柵極中阻擋效果不佳的問題，進(jìn)一步改善了柵極氧化層的完整性。而且，在集成電路制程中，進(jìn)行此氮化工藝的設(shè)備一應(yīng)俱全，并不需要增加太大的成本和時(shí)間，就能進(jìn)行此氮化工藝并提高元件的可靠度和品質(zhì)。
以上所述僅為本發(fā)明之較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明之申請(qǐng)專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修正，均應(yīng)包含在下述之權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
主要部分之代表符號(hào)10襯底20柵極氧化層40多晶硅層42粘合層44阻擋層，氮化鈦層46金屬硅化物層，鈦金屬硅化物層80多晶體金屬硅化物柵極100襯底120柵極氧化層140多晶硅層142阻擋層，氮化鈦層144金屬硅化物層，鈦金屬硅化物層180多晶體金屬硅化物柵極
權(quán)利要求
1.一種形成一多晶硅化金屬柵極的方法，其特征在于，所述方法至少包括提供一柵極氧化層在一襯底上；沉積一多晶硅層在所述柵極氧化層上；進(jìn)行一氮化工藝以形成一粘合層在所述多晶硅層的表面上；沉積一阻擋層在所述粘合層上；沉積一金屬硅化物層在所述阻擋層上；以及進(jìn)行一微影工藝移除部分的所述金屬硅化物層，所述阻擋層，所述粘合層以及所述多晶硅層以在所述襯底上形成所述柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柵極氧化層是使用熱氧化法形成。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多晶硅層是使用化學(xué)氣相沉積法形成。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化工藝是使用一氮?dú)鉃橐环磻?yīng)氣體的一退火工藝。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合層的材料是一氮化硅物質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化工藝至少包含使用一快速熱處理。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻擋層是使用化學(xué)氣相沉積法形成。
8.如權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于，所述阻擋層的材料至少包含一氮化鈦。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬硅化物層是使用化學(xué)氣相沉積法形成。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬硅化物層的材料至少包含一鈦金屬硅化物。
全文摘要
一種形成柵極的方法,此柵極是一多晶硅化金屬柵極。此方法至少包括提供一柵極氧化層在一襯底上。然后,沉積一多晶硅層在柵極氧化層上。接著,進(jìn)行一氮化工藝形成一粘合層在多晶硅層的表面上。之后,再依序地沉積一阻擋層和一金屬硅化物層在粘合層上。最后,進(jìn)行一微影工藝移除部分的金屬硅化物層,阻擋層,粘合層以及多晶硅層以在襯底上形成此多晶硅化金屬柵極。以氮化工藝形成的粘合層可有效地加強(qiáng)阻擋層的阻擋效果。
文檔編號(hào)H01L21/324GK1341955SQ0012636
公開日2002年3月27日 申請(qǐng)日期2000年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月6日
發(fā)明者曾令旭, 陳銘聰 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司