专利名称：使用氮化工艺的多晶硅化金属栅极制程的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种形成一多晶硅化金属栅极方法，特别是涉及一种通过一氮化工艺形成一多晶硅化金属栅极的方法。
集成电路就是在半导体衬底上形成电阻、晶体管、二极管和其他的电路元件，再将特定电路所需的各种电子元件和线路缩小并制作在极小面积上的一种电子产品。集成电路技术的发展趋势不断朝着高集成度，高效能和高功能发展。因应此趋势而产生的多晶硅化金属(多晶硅/金属硅化物)栅极就被广泛地使用。其中最普遍被采用的是钨金属硅化物和钛金属硅化物两种。而形成传统的钛-多晶金属硅化物栅极的制程会在接下来的
图1A到图1C中有详细的介绍。
参照图1A，一衬底100依序包含一栅极介电层120和一多晶硅层140在其上。其中，栅极介电层120是氧化硅，是以热氧化法形成在衬底100上。另外，多晶硅层140是以化学气相沉积法形成在栅极介电层120上。然后，使用热扩散法或离子植入法对多晶硅层140进行掺杂以降低它的电阻值。
参照图1B，以化学气相沉积法形成一氮化钛层142在多晶硅层140上。接着，再以化学气相沉积法形成一钛金属硅化物层144在氮化钛层142上。氮化钛层142是用来当作阻挡钛金属硅化物层144和多晶硅层140相互扩散(interdiffusion)的阻挡层。之后如图1C所示，进行一微影工艺移除部分的金属硅化物层144，阻挡层142，以及多晶硅层140以形成一多晶硅化金属栅极180在衬底100上。
使用传统钛-多晶金属硅化物栅极的制程时有一些缺点。其中一个是栅极氧化层完整性(gate oxide integrity)不佳，因为以氮化钛用来阻挡钛金属硅化物和多晶硅相互扩散的阻挡层效果并不佳，无法有效地阻挡相互扩散。
本发明的一目的是使用一氮化工艺在多晶硅化金属栅极中形成一粘合(sticking)层。
本发明的另一目的是通过此粘合层来加强对金属硅化物和多晶硅相互扩散的阻挡效果。
根据以上所述的目的，本发明提供了一种形成一栅极的方法，此栅极是一多晶硅化金属栅极。此方法至少包括提供一栅极氧化层在一衬底上。然后，沉积一多晶硅层在栅极氧化层上。接着，进行一氮化工艺形成一粘合层在多晶硅层的表面上。之后，再依序地沉积一阻挡层和一金属硅化物层在粘合层上。最后，进行一微影工艺移除部分的金属硅化物层，阻挡层，粘合层以及多晶硅层以在衬底上形成此多晶硅化金属栅极。以氮化工艺形成的粘合层可有效地加强阻挡层的阻挡效果。
图1A到图1C是传统形成多晶硅化金属栅极的剖面示意流程图。
图2A到图2D是根据本发明所揭露的技术，形成多晶硅化金属栅极的剖面示意流程图。
本发明的半导体设计可被广泛地应用到许多半导体设计中，并且可利用许多不同的半导体材料制作，当本发明以一较佳实施例来说明本发明方法时，熟悉此领域的人士应理解许多的步骤可以改变，材料及杂质也可替换，这些一般的替换无疑地亦不脱离本发明的精神及范畴。
其次，本发明用示意图详细描述如下，在详述本发明实施例时，表示半导体结构的剖面图在半导体制程中会不依一般比例作局部放大以利说明，然不应以此作为对本发明的限定。此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例施行，且发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。
本发明主要是使用一氮化的工艺在多晶硅化金属栅极中形成一粘合层。此粘合层用来加强对金属硅化物和多晶硅相互扩散的阻挡效果。其中上述所提及的工艺以及适当状态执行的步骤将会在接下来的图2A到图2D中详细的介绍。
参照图2A，一衬底10依序包含一栅极介电层20和一多晶硅层40在其上。其中，栅极介电层120是氧化硅，其厚度范围约为100到900埃，是以热氧化法形成在衬底10上。另外，多晶硅层40的厚度范围约为200到3000埃，且多晶硅层40是以化学气相沉积法形成在栅极介电层120上，特别是常使用低压化学气相沉积法形成。然后，使用热扩散法或离子植入法对多晶硅层40进行掺杂以降低它的电阻值。
参照图2B，一粘合层42形成在多晶硅层40上。此粘合层42的厚度范围约为500到1500埃，且以氮化工艺形成的。此氮化工艺是使用一氮气为一反应气体的一退火工艺。在多晶硅层40上进行氮化，形成一结构较致密的氮化硅粘合层42在多晶硅层40上。另外，此氮化工艺还包含使用一快速热处理(rapid thermalprocess)来进行退火工艺参照图2C，依序形成一氮化钛层44和一钛金属硅化物层46在粘合层42上。其中氮化钛层44因为它的稳定性佳，所以是传统用来阻挡钛金属硅化物和多晶硅相互扩散的阻挡层。此氮化钛层4 4的厚度范围约为500到1500埃，并且通常以化学气相沉积法或溅镀法形成，其中又以低压化学气相沉积法最常被使用。而钛金属硅化物层46则因其绝佳的导电性被用作为栅极的材料，此钛金属硅化物层46的厚度范围约为2000到3000埃，且通常以化学气相沉积法或溅镀法形成，其中又以低压化学气相沉积法最常被使用。
然而，氮化铁层44虽然是用来阻挡钛金属硅化物和多晶硅相互扩散的阻挡层，但是其阻挡效果仍然不佳。若加以本发明中以简单氮化工艺形成的结构较致密的氮化硅粘合层42，则氮化钛层44和粘合层42对阻挡钛金属硅化物和多晶硅的相互扩散有相当好的效果。
参照图2D，一多晶硅化金属栅极S0包含钛金属硅化物层46、氮化钛层44、粘合层42、以及多晶硅层40在衬底10上。经过一微影工艺移除部分的钛金属硅化物层46，氮化钛层44，粘合层42以及多晶硅层40形成此多晶硅化金属栅极80衬底10上。
在本发明中，在多晶硅层和作为阻挡层的氮化钛层间形成了一粘合层。这层以简单退火氮化工艺形成的粘合层有效地解决了氮化钛层在多晶硅化金属栅极中阻挡效果不佳的问题，进一步改善了栅极氧化层的完整性。而且，在集成电路制程中，进行此氮化工艺的设备一应俱全，并不需要增加太大的成本和时间，就能进行此氮化工艺并提高元件的可靠度和品质。
以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修正，均应包含在下述之权利要求书范围内。
主要部分之代表符号10衬底20栅极氧化层40多晶硅层42粘合层44阻挡层，氮化钛层46金属硅化物层，钛金属硅化物层80多晶体金属硅化物栅极100衬底120栅极氧化层140多晶硅层142阻挡层，氮化钛层144金属硅化物层，钛金属硅化物层180多晶体金属硅化物栅极
权利要求
1.一种形成一多晶硅化金属栅极的方法，其特征在于，所述方法至少包括提供一栅极氧化层在一衬底上；沉积一多晶硅层在所述栅极氧化层上；进行一氮化工艺以形成一粘合层在所述多晶硅层的表面上；沉积一阻挡层在所述粘合层上；沉积一金属硅化物层在所述阻挡层上；以及进行一微影工艺移除部分的所述金属硅化物层，所述阻挡层，所述粘合层以及所述多晶硅层以在所述衬底上形成所述栅极。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述栅极氧化层是使用热氧化法形成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多晶硅层是使用化学气相沉积法形成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化工艺是使用一氮气为一反应气体的一退火工艺。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合层的材料是一氮化硅物质。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化工艺至少包含使用一快速热处理。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻挡层是使用化学气相沉积法形成。
8.如权利要求1所述的元件，其特征在于，所述阻挡层的材料至少包含一氮化钛。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属硅化物层是使用化学气相沉积法形成。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属硅化物层的材料至少包含一钛金属硅化物。
全文摘要
一种形成栅极的方法,此栅极是一多晶硅化金属栅极。此方法至少包括提供一栅极氧化层在一衬底上。然后,沉积一多晶硅层在栅极氧化层上。接着,进行一氮化工艺形成一粘合层在多晶硅层的表面上。之后,再依序地沉积一阻挡层和一金属硅化物层在粘合层上。最后,进行一微影工艺移除部分的金属硅化物层,阻挡层,粘合层以及多晶硅层以在衬底上形成此多晶硅化金属栅极。以氮化工艺形成的粘合层可有效地加强阻挡层的阻挡效果。
文档编号H01L21/324GK1341955SQ0012636
公开日2002年3月27日 申请日期2000年9月6日 优先权日2000年9月6日
发明者曾令旭, 陈铭聪 申请人:联华电子股份有限公司