專利名稱：一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法，特別是一種能夠有效避免柵極再氧化工藝所導(dǎo)致位于多晶硅層與硅化鎢層間的硅離子擴(kuò)散，與應(yīng)力差異所產(chǎn)生晶格應(yīng)力的具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路技術(shù)進(jìn)入深次微米的時代，組件尺寸越做越小，制作的步驟也愈來愈復(fù)雜。例如MOSFET組件中的柵極氧化層由原先的幾百埃降至四十埃左右，在這趨勢下，柵極結(jié)構(gòu)層容忍微量缺陷的程度就越低，所以薄膜制作工藝在集成電路技術(shù)中受到非常重視，其可靠性關(guān)系著產(chǎn)品的成品率，而直接影響的則是整個生產(chǎn)成本，故超薄柵極層的品質(zhì)已成為現(xiàn)今人們所重視的問題。
以現(xiàn)在絕大多數(shù)的MOS組件為例，它們是由一個作為柵氧化層的氧化硅與一個由多晶硅層與硅化鎢金屬層的柵極導(dǎo)電層，經(jīng)由光刻蝕工藝所定義出來，但是此制作工藝會使柵氧化層暴露于光刻蝕環(huán)境如電漿(Plasma)中，造成柵氧化層的品質(zhì)受到破壞，進(jìn)而影響MOS組件的熱載子(Hot carrier)的可靠性，于是制作工藝中往往加入一道柵極再氧化工序(Gate re-oxidation recipe)，來修補(bǔ)此類型的損傷。
但此工序?qū)⒄T導(dǎo)原本化學(xué)位能與薄膜應(yīng)力具有差距的硅化鎢金屬層與多晶硅層發(fā)生硅原子擴(kuò)散，造成孔穴產(chǎn)生并引起結(jié)構(gòu)扭曲，導(dǎo)致不正常的柵氧化層失效。
因此本發(fā)明針對上述問題提出一種具擴(kuò)散阻礙層的柵極結(jié)構(gòu)，來改善上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法，能夠阻止多晶硅層與金屬硅化鎢層間因化學(xué)位能差異，而產(chǎn)生硅原子擴(kuò)散現(xiàn)象。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法，能夠避免因柵極再氧化工藝，導(dǎo)致多晶硅層與金屬硅化層間產(chǎn)生晶格扭曲。
本發(fā)明再一目的是提供一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法，能夠應(yīng)用于對薄膜缺陷極為敏感的深次微米時代，減少缺陷產(chǎn)生。
本發(fā)明又一目的是提供一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法，能夠緩和多晶硅層與金屬硅化層間的薄膜應(yīng)力差距。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)，包括一個內(nèi)部具有數(shù)個隔離區(qū)域的半導(dǎo)體基底；一個位于所述半導(dǎo)體基底上的柵氧化層；一個位于所述柵氧化層上的多晶硅層；一個形成于所述多晶硅層表面的硅化鎢金屬層；以及一個利用硅離子對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行離子注入、以在所述多晶硅層與所述硅化鎢金屬層之間形成的擴(kuò)散阻障層。
本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，包括提供一個內(nèi)部形成有數(shù)個隔離區(qū)域的半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上依序形成一個柵氧化層、一個多晶硅層、及一個硅化鎢金屬層；以硅離子對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行離子注入，形成一個介于多晶硅層與硅化鎢金屬層間的擴(kuò)散阻障層；用柵極光刻蝕工藝來定義出柵極結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的再一技術(shù)方案是一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，包括在進(jìn)行柵極光刻蝕工藝來定義出柵極結(jié)構(gòu)后，以硅離子對所述硅化鎢金屬層進(jìn)行離子注入，形成一個介于硅化鎢金屬層與多晶硅層間的擴(kuò)散阻障層。
本發(fā)明提出一種具擴(kuò)散阻礙層的柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法，能夠阻止多晶硅層與金屬硅化鎢層間因化學(xué)位能差異，而產(chǎn)生硅原子擴(kuò)散現(xiàn)象，避免因柵極再氧化工藝，導(dǎo)致多晶硅層與金屬硅化層間產(chǎn)生晶格扭曲，緩和多晶硅層與金屬硅化層間的薄膜應(yīng)力差距，可應(yīng)用于對薄膜缺陷極為敏感的深次微米時代，減少缺陷產(chǎn)生。


圖1是本發(fā)明的一種具擴(kuò)散阻礙層的柵極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2、圖3、圖4、圖5是本發(fā)明的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法的步驟示意圖。
圖6、圖7、圖8是本發(fā)明的另一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法的步驟示意圖。
圖號說明10半導(dǎo)體基底12隔離區(qū)域14柵氧化層16多晶硅層18硅化鎢金屬層20擴(kuò)散阻障層22柵極結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明利用硅離子注入法形成一個位于多晶硅層與金屬硅化鎢間的擴(kuò)散阻障層，來阻止多晶硅層與金屬硅化鎢間因化學(xué)位能與應(yīng)力產(chǎn)生硅離子擴(kuò)散現(xiàn)象。
本發(fā)明提供一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括一個內(nèi)部具有數(shù)個隔離結(jié)構(gòu)12的半導(dǎo)體基底10，一個位于半導(dǎo)體基底10上的柵氧化層14，其中所述柵氧化層14是利用干式氧化法所形成的氧化硅層，一個位于所述柵氧化層14上方，利用化學(xué)沉積法所制得的多晶硅層16，一個位于所述多晶硅層上方的硅化鎢金屬層18，所述硅化鎢金屬層18是利用化學(xué)沉積法形成，以及，利用硅離子對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行離子注入，所形成一個介于多晶硅層16與硅化鎢金屬層18之間的擴(kuò)散阻礙層20。
現(xiàn)就上述圖1所示的結(jié)構(gòu)來說明本發(fā)明的制作方法。
如圖2、圖3、圖4、圖5所示，是制作具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)的一種方法的各步驟構(gòu)造剖視圖；如圖所示，本發(fā)明的制造方法包括有下列步驟首先如圖2所示，在一半導(dǎo)體基底10上形成隔離區(qū)域12。
然后，開始進(jìn)行柵極結(jié)構(gòu)制作過程，在半導(dǎo)體基底10上依序形成一個作為柵氧化層14的氧化硅，一個多晶硅層16，與一個硅化鎢金屬層18，形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)，其中所述柵氧化層14可使用干式氧化法在氧化爐管中制得，在所述氧化工藝前，可以先對所述半導(dǎo)體基底10進(jìn)行清洗，使暴露在外的硅表面保持干凈，來確保其品質(zhì)，而所述多晶硅層16可以化學(xué)沉積法制作，而且可以利用擴(kuò)散法或離子注入法來作適當(dāng)?shù)碾娮柚嫡{(diào)整，而硅化鎢金屬層18利用化學(xué)氣相沉積法得制得，且為使其具有較低電阻，在此工藝后可施行一退火工藝。
然后，利用離子注入法，將硅離子注入于硅化鎢金屬層18與多晶硅層16間來形成一個擴(kuò)散阻障層20，形成如圖4所示的薄膜堆棧結(jié)構(gòu)。
接著，對所述半導(dǎo)體基底10進(jìn)行柵極光刻蝕工藝，形成如圖5所示的一個具有擴(kuò)散阻障層20的柵極結(jié)構(gòu)22。
此時，為修補(bǔ)光刻蝕制程對柵氧化層14所造成的損傷，在柵極結(jié)構(gòu)22完成后往往會進(jìn)行一柵極再氧化工藝，在本發(fā)明中，因?yàn)闇囟刃?yīng)，可誘導(dǎo)具較高能量(High Entropy)的注入硅離子產(chǎn)生移動，來達(dá)到較穩(wěn)定態(tài)的能量(Low Entropy)，進(jìn)而消除所述制作工藝所導(dǎo)致多晶硅層16與硅化鎢金屬層18所產(chǎn)生的應(yīng)力差異。
本發(fā)明提供另外一種制作方法如圖6所示的結(jié)構(gòu)，先于一半導(dǎo)體基底10上形成隔離區(qū)域12。
然后，進(jìn)行柵極結(jié)構(gòu)制作過程，在半導(dǎo)體基底上形成一個具有柵氧化層14，一個多晶硅層16，與一個硅化鎢金屬層18的柵極結(jié)構(gòu)，如圖7所示。
再利用離子注入法，將硅離子注入于硅化鎢金屬層18與多晶硅層16間來形成一個擴(kuò)散阻障層20，形成如圖8所示的一個具擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)。
綜上所述，本發(fā)明為一種具擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)與制作方法，它是利用硅離子注入來形成的一個介于硅化物金屬層與多晶硅層之間的擴(kuò)散阻障層，來抑制硅原子因?yàn)榻饘俟杌锱c多晶硅層間化學(xué)位能差異所產(chǎn)生的擴(kuò)散現(xiàn)象，在利用具較高能量的硅注入原子于柵極再氧化工藝進(jìn)行時，進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑右苿优c晶格重組來緩和此工藝所導(dǎo)致的薄膜間應(yīng)力差距，來避免柵極失效。
以上所述的實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，因此不能僅以本實(shí)施例來限定本發(fā)明的專利范圍，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，包括提供一個內(nèi)部形成有數(shù)個隔離區(qū)域的半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上依序形成一個柵氧化層、一個多晶硅層、及一個硅化鎢金屬層；以硅離子對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行離子注入，形成一個介于多晶硅層與硅化鎢金屬層間的擴(kuò)散阻障層；用柵極光刻蝕工藝來定義出柵極結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，所述硅化鎢金屬層形成后，用一個退火工藝來降低其電阻值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，所述硅化鎢金屬層是利用化學(xué)氣相沉積法制得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，定義出所述柵極結(jié)構(gòu)后，對所述柵極結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次氧化過程，來修補(bǔ)因?yàn)楣饪涛g工藝對柵氧化層所造成的損傷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，所述多晶硅層是為利用化學(xué)沉積法制得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，利用熱擴(kuò)散法或離子注入法來降低所述多晶硅層的電阻值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，所述柵氧化層材料為氧化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，所述氧化硅的柵氧化層是利用干式氧化法于氧化爐管中制得。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，在進(jìn)行干式氧化工藝前先對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行清洗，使曝露在外的硅表面保持干凈。
10.一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，包括提供一個內(nèi)部形成有數(shù)個隔離區(qū)域的半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上依序形成一個柵氧化層、一個多晶硅層、及一個硅化鎢金屬層；用柵極光刻蝕工藝來定義出柵極結(jié)構(gòu)；以硅離子對所述硅化鎢金屬層進(jìn)行離子注入，形成一個介于硅化鎢金屬層與多晶硅層間的擴(kuò)散阻障層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，在所述硅化鎢金屬層形成后，用一個退火工藝來降低所述金屬硅化物的電阻值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，所述硅化鎢金屬層是利用化學(xué)氣相沉積法制得。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，所述多晶硅層是為利用化學(xué)沉積法制得。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，利用熱擴(kuò)散法或離子注入法來降低所述多晶硅層的電阻值。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，所述柵氧化層材料為氧化硅。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，所述柵氧化層是利用干式氧化法于氧化爐管中制得。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，在進(jìn)行干式氧化工藝前先對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行清洗，使曝露在外的硅表面保持干凈。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極的制作方法，其特征在于，完成所述擴(kuò)散阻障層后，進(jìn)行一個柵極再氧化工藝，來修補(bǔ)因?yàn)楣饪涛g工藝對柵極氧化層所造成的損傷。
19.一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一個內(nèi)部具有數(shù)個隔離區(qū)域的半導(dǎo)體基底；一個位于所述半導(dǎo)體基底上的柵氧化層；一個位于所述柵氧化層上的多晶硅層；一個形成于所述多晶硅層表面的硅化鎢金屬層；以及一個利用硅離子對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行離子注入、以在所述多晶硅層與所述硅化鎢金屬層之間形成的擴(kuò)散阻障層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柵氧化層的材料為氧化硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柵氧化層是利用干式氧化法所形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硅化鎢金屬層是利用化學(xué)氣相沉積法所形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的一種具有擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多晶硅層為利用化學(xué)沉積法所形成。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)一種具擴(kuò)散阻障層的柵極結(jié)構(gòu)與制作方法，先利用硅離子注入法形成一個擴(kuò)散阻障層于多晶硅層與硅化鎢金屬層間，來避免進(jìn)行柵極再次氧化工藝時，多晶硅層與硅化鎢金屬層間因化學(xué)位能差異，所產(chǎn)生的硅原子擴(kuò)散現(xiàn)象，與因應(yīng)力差異所導(dǎo)致的晶格扭曲現(xiàn)象，進(jìn)而減少柵極的失效。
文檔編號H01L21/336GK1612298SQ20031010832
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者莘海維 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司