專利名稱：在硅化物膜上進行化學汽相淀積的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及在集成電路中制備柵極的方法和設備。更具體地講，本發(fā)明涉及在高溫處理過程中防止柵極上硅化物膜的異常氧化以及控制硅化物膜中氟的摻入的方法和設備。
隨著對集成電路、例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)集成電路的需求的增加，有效地制造集成電路的需求也日益增長。按對集成工藝的集成度的保護可以貫穿于制造工藝的方式制造集成電路提高了集成電路的整體生產率。


圖1是傳統(tǒng)的柵極結構的示意圖。柵極結構104通常作為集成電路例如DRAM集成電路的一部分而被包括，并包括襯底108。襯底108一般由硅制成，還可以包括與柵極結構104是其一部分的集成電路的形成相關的各種其它層。這些層常常包括氧化層和導電層。
柵介電層112形成于襯底108上，一般是位于襯底108和多晶硅層116之間的氧化膜。通常摻雜的多晶硅層116形成于柵氧化層112上，用做硅化物膜120和柵氧化層112之間的導電阻擋層。摻雜時，通常采用例如硼、磷或砷的摻雜劑對多晶硅層116摻雜。
硅化物膜120電阻通常較低，可以由硅化鎢(WSix)硅化鈷(CoSix)或硅化鈦(TiSix)形成。硅化物膜120通常由硅化鎢形成，這是因為其低電阻和熱穩(wěn)定性。此外，硅化鎢還具有低的污染程度和良好的臺階覆蓋。
可以采用以硅烷作為源氣體和六氯化鎢作為反應氣體的化學汽相淀積(CVD)、或者以二氯硅烷作為源氣體和六氟化鎢作為反應氣體的CVD，來淀積硅化鎢膜120。也可以采用濺射(PVD)淀積硅化鎢膜120。當采用以二氯硅烷作為源氣體和六氟化鎢作為反應氣體的CVD淀積硅化物膜120時，硅化物膜120的氟含量相對較低，例如低于約每立方厘米1018個原子。由于在多晶硅層116上的硅化物成核較差，所以這種硅化物膜120的組成呈現(xiàn)非均勻性，用磷或砷摻雜時尤其如此。組成的非均勻性從而導致在硅化物膜120和多晶硅層116之間的界面形成富鎢成核層122。富鎢成核層122會在柵極結構104中引起高應力值和粘附問題。
采用低壓CVD(LPCVD)淀積的氮化物層126位于硅化物層120之上。氮化物層126通常用于使硅化物層120與其它結構部分絕緣。在高于約700℃的溫度進行LPCVD氮化物淀積時，靠近氮化物層126和硅化物膜120之間的界面會形成異常氧化的硅化物膜130。特別是當富鎢硅化物暴露于溫度高于約700℃的氧化環(huán)境時，導致形成二氧化硅和可能易揮發(fā)的氧化鎢。通常，在高于約700℃的溫度進行的所有后續(xù)處理工序中硅化物層120或部分硅化物層120被暴露，也會發(fā)生異常氧化。這種后續(xù)工序包括疊柵構圖之后的柵極側壁隔離，以下將參考圖2A和2B進行說明。
圖2A是根據(jù)已有技術的圖1的傳統(tǒng)柵極結構已經確定了疊柵和已經增加了側壁氧化物之后的示意圖。在柵極結構104中腐蝕了開孔232，確定疊柵236。通常，開孔232向下腐蝕至柵氧化層112。淀積使疊柵336絕緣的側壁柵氧化層238，以使側壁柵氧化層238與疊柵236和襯底108一致，如圖所示。
在些情況下，在硅化物膜120和側壁柵氧化層238之間的界面形成異常氧化的面積。圖2B是根據(jù)已有技術的圖2A的傳統(tǒng)柵極結構在導致異常氧化的柵極側壁氧化處理之后的示意圖。當硅化物膜120中的硅化鎢暴露于溫度高于約900℃的氧化環(huán)境時，形成異常氧化面積242。異常氧化面積242在后續(xù)處理工序中會引起電短路，正如本領域技術人員可以理解的那樣。
如上所述，不采用以二氯硅烷作為源氣體和六氟化鎢作為反應氣體的CVD，而是采用以硅烷作為源氣體和六氯化鎢作為反應氣體的化學汽相淀積(CVD)，可以淀積硅化物膜。通常，使用硅烷作為源氣體淀積的硅化物具有的處理窗口寬于使用二氯硅烷作為源氣體淀積硅化物。亦即，使用硅烷作為源氣體淀積的硅化物具有更有效的成核、更均勻的組成以及異常氧化傾向較少。因此，使用硅烷作為源氣體淀積的硅化物，在發(fā)生異常氧化之前，能夠承受更高的溫度，例如高達約1100℃的溫度。但是，使用硅烷作為源氣體淀積硅化物具有高的氟含量，例如大于每立方厘米約1020個原子的氟濃度，相反使用二氯硅烷作為源氣體淀積硅化物具有低的氟濃度，例如小于每立方厘米約1018個原子的氟濃度。在高溫處理過程中高濃度的氟擴散進入柵氧化底層時，會發(fā)生柵氧化層的劣化。由于懸掛鍵的鈍化以及抗輻射和熱電子能力的提高，低的氟濃度是有利的，例如在約1018～1020cm-3的范圍。
因此，期望提供一種在柵極結構上形成硅化物膜的方法和設備，而明顯不會有助于柵極結構內的異常氧化或劣化。
本發(fā)明公開了一種對在集成電路中的柵極平面互連上化學汽相淀積硅化物進行改善的方法和設備，以便減少異常氧化、富鎢成核、和硅化物的成核。根據(jù)本發(fā)明的一個方案，在集成電路中形成柵極平面互連的方法，包括形成襯底，在襯底上淀積柵氧化層，在柵氧化層上淀積多晶硅層。采用第一化學汽相淀積工藝，在多晶硅層上形成第一硅化物層，以及采用第二化學汽相淀積工藝，在第一硅化物層上形成第二硅化物層。在一個實施例中，對多晶硅層摻雜。
在另一實施例中，第二硅化物層直接形成在第一硅化物層上。在此實施例中，形成柵極平面互連可以包括通過提供硅烷作為第一源氣體和提供六氟化鎢作為第一反應氣體來形成第一硅化物層。使用二氯硅烷作為第二源氣體和六氟化鎢作為第二反應氣體形成第二硅化物層。在另一實施例中，第一淀積溫度在約350℃～約550℃的范圍內，第二淀積溫度在約500℃～約700℃的范圍內。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，集成電路中的柵極平面互連包括襯底、和形成于襯底上的柵氧化層。多晶硅層位于柵氧化層上。第一硅化物層位于多晶硅層上，第二硅化物層位于第一硅化物層上。第一和第二硅化物層是截然不同的，通過使用不同工藝形成的。在一個實施例中，第二硅化物層直接設置在第一硅化物層上。在此實施例中，第一硅化物層和第二硅化物層是硅化鎢層。在另一實施例中，多晶硅層是摻雜的多晶硅層。
根據(jù)本發(fā)明的又一方案，集成電路包括襯底，設置在襯底上的柵氧化層，和設置在柵氧化層上的多晶硅層。包括多層硅化物的層狀硅化物結構設置在多晶硅層上。多層硅化物中采用第一淀積工藝在第一淀積溫度形成的第一硅化物層直接設置在多晶硅層上。還包括在多層硅化物中的第二硅化物層設置在第一硅化物層上。采用第二淀積工藝在第二淀積溫度形成第二硅化物層。在一個實施例中，集成電路是動態(tài)隨機存取存儲器芯片。
通過閱讀以下具體說明和研究各附圖，將可以了解本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點。
結合附圖并參考以下說明，可以更好地了解本發(fā)明及其其它優(yōu)點。
圖1是根據(jù)已有技術的具有硅化鎢作為柵極平面互連層的傳統(tǒng)柵極結構的示意圖。
圖2A是根據(jù)已有技術確定了疊柵和增加了側壁氧化物之后圖1的傳統(tǒng)柵極結構示意圖。
圖2B是根據(jù)已有技術在柵極側壁氧化處理之后圖2A的傳統(tǒng)柵極結構的示意圖。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明實施例的其上淀積有第一硅化物層的柵極結構的示意圖。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明實施例的其上淀積有第二硅化物層的圖3A的柵極結構的示意圖。
圖3C是根據(jù)本發(fā)明實施例的采用低壓化學汽相淀積工藝在圖3B的柵極結構上淀積了氮化物層的示意圖。
圖3D是根據(jù)本發(fā)明實施例在柵極側壁氧化工藝之后具有確定的疊柵的圖3C的柵極結構示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的工藝流程圖，展示了與形成柵極平面互連結構相關的各工序。
以下將結合附圖參考幾個實施例具體說明本發(fā)明。在以下說明中，為了對本發(fā)明有徹底的了解，采用了大量具體細節(jié)。但是，本領域的技術人員應該知道，本發(fā)明的實施無需依賴這些具體細節(jié)中的某幾個或全部。在其它情形，為了避免對本發(fā)明產生不必要的模糊，沒有具體說明一些慣用的工藝工序和/或結構。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，為了減輕在柵極結構中摻雜的多晶硅層和整個硅化物WSix層之間的界面形成富鎢成核層所相關的問題，以及減少在整個WSix層中的異常氧化，可以采用兩種分離的工藝淀積整個WSix層。亦即，采用一種化學汽相淀積(CVD)工藝淀積整個WSix層的第一層，采用第二種CVD工藝淀積整個WSix層的第二層。WSix的第一層、即整個WSix層與摻雜的多晶硅層面接的部分，采用促進在摻雜的多晶硅層上的成核的CVD工藝來淀積，防止富鎢成核層，從而改善穩(wěn)定性和粘附性。采用減少WSix的第二層中的氟含量的CVD工藝來淀積WSix的第二層。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明實施例的其上淀積有第一硅化物層的柵極結構的示意圖。柵極結構304包括其上形成有柵氧化層312或膜的襯底308。襯底308可以是集成電路芯片，例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)芯片。通常，襯底308由硅制成，還可以包括各種層，例如導體層和氧化層。襯底308一般還包括各種結區(qū)。多晶硅層316淀積在柵氧化層312之上。通常，用摻雜劑例如硼、磷或砷對多晶硅層316摻雜。
第一WSix層320淀積在多晶硅層316之上。在所述實施例中，采用溫度范圍在約350℃～約550℃之間的CVD工藝形成第一WSix層320。該CVD工藝可以使用硅烷(SiH4)作為源氣體和六氟化鎢(WF6)作為反應氣體。這種CVD工藝在多晶硅層316上成核相當有效，對柵氧化層312和多晶硅層316之間的界面的飽和懸掛鍵引入低含量的氟，從而改善了柵極結構304抗輻射和熱電子的能力，而不會引起柵氧化層312增厚。例如約1018～約1020cm-3程度的低氟含量改善了柵極結構304的生產率和可靠性，而不會使器件參數(shù)漂移及柵氧化層312劣化。通常，通過控制WSix層320的厚度可以控制第一WSix層320中的氟含量。
柵極結構304中的各層厚度一般可以根據(jù)多個不同因素而寬范圍變化。這種因素包括對柵極結構304采用的特定技術，但并不限于此。例如，對于0.175微米級DRAM其層厚度一般小于0.25微米級DRAM。在一個實施例中，柵氧化層312可以具有約40埃～約100埃范圍內的厚度，例如60埃～65埃。在此實施例中，多晶硅層316可以具有約500埃～約1000埃范圍內的厚度，而第一WSix層320具有約100?！s200埃范圍內的厚度。
參見圖3B，根據(jù)本發(fā)明的實施例將說明其上淀積有WSix的第二層的圖3A的柵極結構304。在WSix的第一層320上淀積或生長WSix的第二層324。在所述實施例中，采用以二氯硅烷(DCS)作為硅源和以六氟化鎢作為反應氣體進行的CVD工藝，淀積WSix的第二層324，以下將參考圖4進行說明。
正如第一WSix層320的厚度的情況，第二WSix層324的厚度可以取決于不同因素的變化。利用所得電阻可以確定第二WSix層324的厚度，亦即WSix的整個厚度。例如，第一WSix層320和第二WSix層324的整體組合厚度可以在約500?！s1000埃的范圍。因此，如果第一WSix層320具有的厚度在約100?！s200埃的范圍，則第二WSix層324可以具有在約400?！s800埃范圍內的相應厚度。
如圖3C所示，在第二WSix層324上淀積氮化物層328。在一個實施例中，可以采用低壓化學汽相淀積(LPCVD)氮化物淀積工藝來淀積氮化物層328。氮化物層328基本上形成位于第二WSix層324上的蓋層，經常用于絕緣柵極結構304中的柵極。此外，可以對氮化物層328進行構圖，或者其它掩蓋，從而確定各個柵極。
如以上針對圖3B所述，在采用以DCS作為硅源和以六氟化鎢作為反應氣體而進行的CVD工藝淀積的第二WSix層324上，淀積氮化物層328時，第二WSix層324不會氧化。亦即，減少了二氧化硅(SiO2)和氧化鎢例如WSixOy或WO3的產生。
圖3D是根據(jù)本發(fā)明實施例在柵極側壁氧化工藝之后具有確定的疊柵的圖3C的柵極結構304的示意圖。在柵極結構304中腐蝕開孔332，確定疊柵336。通常，開孔332向下腐蝕至靠近柵氧化層312。淀積側壁柵氧化層338，以使側壁柵氧化層338與疊柵336和襯底308一致，如圖所示。正如本領域技術人員所能理解的，側壁柵氧化層338的作用是防止疊柵336中的漏電流。柵氧化層338是絕緣體，用于保護第二WSix層324、第一WSix層320和多晶硅層316，免受其它結構部分的影響。
接著參見圖4，根據(jù)本發(fā)明將說明柵極平面互連結構的形成工藝的一個實施例。如上所述，柵極平面互連通?？梢孕纬稍趲缀跞魏渭呻娐菲骷校鐏單⒚状鎯ζ魅鏒RAM。形成柵極平面互連402的步驟開始于其中形成了襯底的工序404。襯底可以包括任何數(shù)量的不同層，包括硅層和導體層，但并不限于此。一旦形成襯底，則在步驟406中于襯底上淀積柵氧化層。
在步驟406中淀積柵氧化層之后，工藝流程到達步驟408，其中在柵氧化層上淀積多晶硅層。雖然大家知道可以采用任何合適的摻雜劑對多晶硅層摻雜，但是，通常采用磷或砷對多晶硅層摻雜。
在步驟410中于多晶硅層上淀積第一CVD WSix層。在所述實施例中，采用硅烷作為源氣體和六氟化鎢作為反應氣體，在約350℃～550℃的處理溫度范圍內，淀積第一CVD WSix層。更具體地講，可以在約400℃～450℃的溫度范圍內淀積第一CVD WSix層。
采用硅烷作為源氣體和六氟化鎢作為反應氣體，在摻雜的多晶硅層上淀積的CVD WSix層，通常其成核比采用其它化學物質、例如涉及使用二氯硅烷作為源氣體淀積的CVD WSix層更有效。在一個實施例中，第一CVD WSix層中的氟濃度在約1019～約1021cm-3的范圍。
在步驟412中，采用DCS作為源氣體和六氟化鎢作為反應氣體，在第一WSix層上直接淀積第二CVD WSix層。通常，與淀積第二CVD WSix層相關的處理溫度高于與淀積第一CVD WSix層相關的處理溫度。通常在高于約600℃的溫度淀積第二CVD WSix層。例如，與淀積第二第二CVD WSix層相關的處理溫度可以在約500℃～600℃的范圍內。
在采用硅烷和六氟化鎢淀積的WSix的粘附性、臺階覆蓋、應力和氟濃度的基礎上，通過采用DCS和六氟化鎢淀積第二第二CVD WSix層，改善了Wsix的粘附性、臺階覆蓋、應力和氟濃度。改善WSix的這些特性起到提高包含柵極平面互連結構的集成電路的整體性能的作用。
在步驟414中于第二WSix層上淀積氮化物層。一般，采用在約700℃～約800℃范圍的處理溫度發(fā)生的低壓化學汽相淀積(LPCVD)淀積氮化物層。此氮化物層基本上形成氮化物蓋層，可以用于掩?；蛘咴诓襟E416中確定柵導體疊層。換言之，在步驟416對柵導體疊層構圖。一旦柵導體疊層被構圖而且在步驟418中完成了側壁絕緣處理，則就完成了形成柵極平面互連結構的工藝。應該知道在生產了柵極平面互連結構之后，通?？梢赃M行各種其它處理工序例如腐蝕步驟，以便實際生產柵導體疊層的，如上所述。
雖然僅說明了本發(fā)明的幾個實施例，但是應該知道，在不脫離本發(fā)明的精髓或范圍的條件下，可以按許多其它特定方式實施本發(fā)明。例如，本發(fā)明已經說明了采用CVD在襯底上淀積WSix層。但是，本發(fā)明通常也可以使用包含硅化鈦層的其它硅化物層來實施，但并不限于此。經常采用WSix層代替硅化鈦層，因為一般認為WSix比硅化鈦更耐用，硅化鈦存在高溫下成團的問題。
雖然在柵極平面互連結構的實施方面，對采用不同CVD工藝形成的硅化物的“鄰接”層的使用做了說明，但是硅化物的鄰接層的使用也可以用于各種其它結構。換言之，分離的各硅化物層、例如一層直接位于另一層的多層，可以應用于基本上任何包含具有硅化物部分的集成電路，均在本發(fā)明的精髓或范圍之內。
而且，雖然針對包括兩層分離的硅化物說明了柵極平面互連結構中的層狀硅化物結構，但是硅化物結構一般可以包括采用分別的工藝、例如分別的CVD工藝形成的多層硅化物。這些CVD工藝可以使用任何適當?shù)幕瘜W物質和處理溫度。因此，本發(fā)明的實施例應該被認為是示例性的，并非限制性的，本發(fā)明并不限于這里給出的細節(jié)，而是可以在權利要求書的范圍內變化。
權利要求
1．一種在集成電路中形成柵極平面互連的方法，包括形成襯底；在襯底上淀積柵氧化層；在柵氧化層上淀積多晶硅層；在第一淀積溫度下，采用第一化學汽相淀積工藝，在多晶硅層上形成第一硅化物層；在第二淀積溫度下，采用第二化學汽相淀積工藝，在第一硅化物層上形成第二硅化物層。
2．根據(jù)權利要求1的形成柵極平面互連的方法，其中，第二硅化物層直接形成在第一硅化物層上。
3．根據(jù)權利要求2的形成柵極平面互連的方法，其中，形成第一硅化物層包括提供硅烷作為第一源氣體和提供六氟化鎢作為第一反應氣體；形成第二硅化物層包括提供二氯硅烷作為第二源氣體和提供六氟化鎢作為第二反應氣體。
4．根據(jù)權利要求3的形成柵極平面互連的方法，其中，第一和第二硅化物層是鎢基的，第一和第二反應氣體包括六氟化鎢。
5．根據(jù)權利要求1的形成柵極平面互連的方法，其中，淀積第一硅化物層的第一淀積溫度在約350℃～約550℃的范圍內。
6．根據(jù)權利要求5的形成柵極平面互連的方法，其中，淀積第二硅化物層的第二淀積溫度至少高于第一淀積溫度。
7．根據(jù)權利要求6的形成柵極平面互連的方法，其中，淀積第二硅化物層的第二淀積溫度在約500℃～約700℃的范圍內。
8．根據(jù)權利要求1的形成柵極平面互連的方法，還包括對多晶硅層摻雜。
9．根據(jù)權利要求1的形成柵極平面互連的方法，其中，柵極平面互連形成在動態(tài)隨機存取存儲器中。
10．一種集成電路中的柵極平面互連，包括襯底；設置在襯底上的柵氧化層；設置在柵氧化層上的多晶硅層；設置在多晶硅層上的第一硅化物層；設置在第一硅化物層上的第二硅化物層，其中，第一硅化物層和第二硅化物層是截然不同的，第一硅化物層和第二硅化物層是使用不同工藝形成的。
11．根據(jù)權利要求10的柵極平面互連，其中，第二硅化物層直接設置在第一硅化物層上。
12．根據(jù)權利要求11的柵極平面互連，其中，第一硅化物層和第二硅化物層是鎢基的。
13．根據(jù)權利要求10的柵極平面互連，其中，還包括多晶硅層是摻雜的多晶硅層。
14．根據(jù)權利要求10的柵極平面互連，其中，柵極平面互連形成在動態(tài)隨機存取存儲器集成電路中。
15．一種集成電路，包括襯底；設置在襯底上的柵氧化層；設置在柵氧化層上的多晶硅層；包括多層硅化物的層狀硅化物結構，多層硅化物包含設置在多晶硅層上的第一硅化物層，其中，采用第一淀積工藝在第一淀積溫度下形成第一硅化物層，多層硅化物層還包括設置在第一硅化物層上的第二硅化物層，采用第二淀積工藝在第二淀積溫度下形成第二硅化物層。
16．根據(jù)權利要求15的集成電路，其中，第二硅化物層直接設置在第一硅化物層上。
17．根據(jù)權利要求15的集成電路，其中，多晶硅層是摻雜的。
18．根據(jù)權利要求15的集成電路，其中，第一硅化物層和第二硅化物層是硅化鎢層。
19．根據(jù)權利要求15的集成電路，其中，集成電路是動態(tài)隨機存取存儲器。
20．一種控制柵極平面互連中的整體氟濃度的方法，所述柵極平面互連包含在集成電路中，所述方法包括形成襯底；在襯底上淀積柵氧化層；在柵氧化層上淀積多晶硅層；采用第一化學汽相淀積工藝，在多晶硅層上形成第一硅化物層，第一硅化物層具有第一氟濃度；采用第二化學汽相淀積工藝，在第一硅化物層上形成第二硅化物層，第二硅化物層具有第二氟濃度，其中，第一硅化物層和第二硅化物層共同控制柵極平面互連中的氟濃度整體水平。
全文摘要
一種對在集成電路的柵極平面互連上化學汽相淀積硅化物進行改善的方法和設備,以便減少硅化物的異常氧化和成核。根據(jù)本發(fā)明的一個方案,在集成電路中形成柵極平面互連的方法,包括形成襯底,在襯底上淀積柵氧化層,在柵氧化層上淀積多晶硅層。在第一淀積溫度下采用第一化學汽相淀積工藝,在多晶硅層上形成第一硅化物層,在第二淀積溫度下采用第二化學汽相淀積工藝,在第一硅化物層上形成第二硅化物層。在一個實施例中,第二硅化物層直接形成在第一硅化物層上。
文檔編號H01L21/02GK1222754SQ98125560
公開日1999年7月14日 申請日期1998年12月16日 優(yōu)先權日1998年12月16日
發(fā)明者克里斯廷·德姆, 雷德?？āに估锿吣嵘? 斯蒂芬·K·羅 申請人:西門子公司, 國際商業(yè)機器公司