專利名稱：柵極制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別涉及半導體器件中的柵極制造方法。
背景技術：
在金屬氧化物硅(M0Q半導體器件中，柵極通常具有多晶硅-硅化物結構。多晶 硅-硅化物結構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)和多晶硅的疊層結構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構制造柵極時，在多晶硅上形成硅化鎢后通 常還會進行熱處理，例如退火，以此使硅化鎢內部的晶格狀態(tài)發(fā)生改變，從而進一步降低硅 化鎢的電阻。隨后，通過蝕刻工藝形成柵電極圖形，此后，還會再進行一步氧化工藝，在硅化 鎢表面形成二氧化硅以保護硅化鎢。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，進而影響最終形成的半導體器件的質量。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術形成多晶硅-硅化物結構的柵極時發(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層。與現(xiàn)有技術相比，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一步反應，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，會進行退火。在退火過程中，硅化鎢內部的晶格狀態(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，伴隨退火導致的硅化鎢的晶格狀態(tài)的變化，硅化鎢的電阻率也進一步降低。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 擴散至相應部位進行補充。例如，硅化鎢層13的側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) 擴散至所述側壁的位置。如此，擴散至所述側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)。基于以上對現(xiàn)有技術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擴散至蝕刻后的硅化鎢 層的側壁表面。當進行氧化工藝時，這些擴散至硅化鎢層的側壁表面的硅原子就能與氧氣 反應生成作為柵電極保護層的二氧化硅，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 述側壁表面位置，從而抑制了空洞的形成。以下結合附圖對上述實施例的柵極制造過程進一步說明。結合圖3和圖4所示，在已形成有柵氧化層101的半導體襯底100上形成多晶硅 層102。所述柵氧化層101通?？梢詾槎趸?。形成所述多晶硅層102的方法可以采用 化學氣相沉積。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行蝕刻。結合圖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。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的兩個側壁表面擴散。隨著硅原子向硅化 鎢層103的兩個側壁表面的擴散，在硅化物層103的兩個側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。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 極保護層。具體地說，將具有所述柵電極結構的半導體襯底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側壁表 面的硅原子會與氧氣反應，在所述硅化鎢層103側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側壁表 面的硅化鎢中的硅原子也就不會因為與氧反應而消耗，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壁表面。從而，也就抑制了所述界面附近空洞的形 成?？梢姡蓴U散至側壁表面的硅原子與氧氣反應生成的二氧化硅不僅抑制了空洞的形成， 也起到了保護柵電極側壁的作用。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。任何本領域技術 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
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層。
2.如權利要求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 導體襯底。
3.如權利要求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，退火溫度大于或等于1000°c。
4.如權利要求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，退火溫度大于或等于600°C。
6.如權利要求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