多晶硅化钨栅极的制造方法

专利名称：多晶硅化钨栅极的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种金属-氧化物-半导体(MOS)的制造方法，特别是涉及一种使用多晶硅化钨(W-polycide)来制造栅极(Gate)的方法。
由于金属-氧化物-半导体元件的尺寸日益减小，为减低其栅极电阻以增加元件的操作速率，最常见的方式是在栅极的多晶硅层上形成耐热金属硅化物(Refractory Metal Slicide)层，此多晶硅层与耐热金属硅化物层合称为多晶硅化金属栅极(Polycide Gate)。在各种耐热金属硅化物中，使用最为广泛的是硅化钨(tungsten silicide；WSix)，而由多晶硅层与硅化钨层构成的栅极则称为“多晶硅化钨栅极”。现有的多晶硅化钨栅极的制造方法如下。
请参照

图1A，首先提供基底100，再使用热氧化法(Thermal Oxidation)于基底100上形成栅氧化层110。接着于栅氧化层110上形成多晶硅层120，再以化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition；CVD)于多晶硅层120上沉积硅化钨层140。
请参照图1B，接着依次对硅化钨层140与多晶硅层120构图，即得多晶硅化钨栅极150。
然而，在现有制造方法的硅化钨层140沉积步骤中，由于沉积反应气体会沿着多晶硅层120中的晶粒边界(Grain Boundary)扩散至栅氧化层110，导致栅氧化层110受到破坏，而产生针孔(Pin-hole)之类的缺陷，尤其是n-井(PMOS)上方的栅氧化层110。这类缺陷会导致n-井的栅氧化层110的击穿电荷(Breakdown Charge；Qbd)低于5库仑/cm2(Coulomb/cm2)，亦即使栅氧化层110更容易产生电击穿现象，而不符合应用上的需求。
本发明的目的在于提供一种多晶硅化钨栅极的制造方法，以提高栅氧化层的击穿强度。
为实现上述目的，本发明提出一种多晶硅化钨栅极的制造方法，适用于一基底上，其步骤如下首先于基底上形成一栅氧化层，再将基底移入可用来作多晶硅沉积的一设备中，然后进行第一多晶硅沉积程序与第二多晶硅沉积程序，以先后于栅氧化层上沉积第一多晶硅层与第二多晶硅层。接着于第二多晶硅层上形成一硅化钨层，再依次对硅化钨层、第二多晶硅层与第一多晶硅层构图，以形成一多晶硅化钨栅极。在上述第一多晶硅沉积程序完成后与第二多晶硅沉积程序进行之前，处理基底的方式有二种第一种是将基底持续留在设备中，第二种是将基底移至外界后再放回设备中，而当使用第二种作法时，则须在基底放回设备之前，加上一道去除第二多晶硅层表面的原生氧化层的步骤。
如上所述，在本发明的多晶硅化钨栅极的制造方法中，由于第一多晶硅层与第二多晶硅层分别形成，所以此二多晶硅层中的晶粒边界不会连续。因此，在后续于第二多晶硅层上沉积硅化钨层时，沉积反应气体不易由此二多晶硅层的晶粒边界扩散至栅氧化层，而能防止栅氧化层受到破坏，以增力Qbd值。
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。附图中图1A-1B为现有多晶硅化钨栅极的制造流程剖面图；图2A-2C为本发明的第一实施例中，多晶硅化钨栅极的制造流程剖面图；图3A-3C为本发明的第二实施例中，多晶硅化钨栅极的制造流程剖面图；以及图4显示由第一实施例与第二实施例所得的多晶硅化钨栅极的Qbd值，以及由现有方法所得的Qbd值，其中每个坐标点都表示一块晶片(Die)。
附图标号说明100、200、300基底(Substrate)110、210、3 10栅氧化层(Gate Oxide)120多晶硅层(Polysilicon Layer)220、320第一多晶硅层230、330第二多晶硅层140、240、340硅化钨层150、250、350多晶硅化钨栅极325原生氧化层第一实施例请参照图2A，首先提供基底200，再以热氧化法于基底200上形成栅氧化层210。然后将基底200移入可用来沉积多晶硅的设备中，并进行第一多晶硅沉积程序，以于栅氧化层210上沉积第一多晶硅层220，此第一多晶硅层220的厚度例如大于3，且其形成方法例如为低压化学气相沉积法(LPCVD)。接着停止此第一多晶硅沉积程序。
请参照图2B，在相同设备内，接着进行第二多晶硅沉积程序，以于第一多晶硅层220上沉积第二多晶硅层230，此第二多晶硅层230的厚度远大于第一多晶硅层220，且此第一多晶硅层220与第二多晶硅层230厚度之和约为1500。接着停止第二多晶硅沉积程序，并将基底移出沉积设备。接下来于第二多晶硅层230上形成一导电层，例如一硅化钨层240，其形成方法例如为低压化学气相沉积法，且其中所使用的反应气体为六氟化钨(WF6)与硅甲烷(SiH4)。
请参照图2C，接着依次对硅化钨层240、第二多晶硅层230与第一多晶硅层220构图，即形成多晶硅化钨栅极250。第二实施例请参照图3A，首先提供基底300，再以热氧化法于该基底上形成栅氧化层310。然后将基底300移入可用来沉积多晶硅的设备中，并进行第一多晶硅沉积程序，以于栅氧化层310上沉积第一多晶硅层320，其形成方法例如为低压化学气相沉积法(LPCVD)。接着停止第一多晶硅沉积程序，并将基底300移出设备，此时第一多晶硅层320的表面会与空气接触而生成原生氧化层325。
请参照图3B，接着除去原生氧化层325，其方法例如为使用氢氟酸(HF)溶液来清洁笫一多晶硅层320的表面。接着将基底300移入设备中，再进行第二多晶硅沉积程序，以于第一多晶硅层320上沉积第二多晶硅层330，此第二多晶硅层330的厚度约等于第一多晶硅层320的厚度，且第一多晶硅层320与第二多晶硅层330厚度之和约为1500A。接着停止第二多晶硅沉积程序，并将基底300移出设备。接下来形成一导电层，例如一硅化钨层340于第二多晶硅层330上，其方法例如为低压化学气相沉积法，其中所使用的反应气体为六氟化钨(WF6)与硅甲烷(SiH4)。
请参照图3C，接着依次对硅化钨层340、第二多晶硅层330与第一多晶硅层320构图，以形成多晶硅化钨栅极350。
以下将以实验数据为准，说明本发明第一实施例与第二实施例的效果。
请参照图4，其显示由第一实施例与第二实施例所得的多晶硅化钨栅极的Qbd值，以及由现有方法所得的Qbd值，其中每个坐标点皆表示一块晶片(Die)，且Qbd值小于5Coulomb/cm2者以实线框起，大于等于5Coulomb/cm2但小于20Coulomb/cm2者以虚线框起。
在第一实施例中，第一多晶硅层220的厚度为3，第一多晶硅层220与第二多晶硅层230厚度之和为1500；而在第二实施例中，第一多晶硅层320的厚度为500，第一多晶硅层320与第二多晶硅层330厚度之和为1500。如图4所示，现有方法中大部分晶片的Qbd小于5Coulomb/cm2；第一实施例中约70％晶片的Qbd可达20Coulomb/cm2，仅有10％晶片的Qbd小于5Coulomb/cm2；而第二实施例中所有晶片的Qbd都可达到20Coulomb/cm2。
如上所述，在本发明第一与第二实施例的多晶硅化钨栅极的制造方法中，由于第一多晶层220(320)与第二多晶层230(330)分别形成，所以此二多晶硅层中的晶粒边界不会连续。因此，在后续于第二多晶硅层230(330)上沉积硅化钨层240(340)时，沉积反应气体不易由此二多晶硅层220与230(320与330)的晶粒边界扩散至栅氧化层210(310)，而能防止栅氧化层210(310)受到破坏，以大幅增力Qbd值。
虽然本发明已结合优选实施例揭露如上，但是其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当由后附的权利要求所界定。
权利要求
1.一种多晶硅化钨栅极的制造方法，适用于一基底上，包括下列步骤于该基底上形成一栅氧化层；将该基底移入可用来沉积多晶硅的一设备中；进行一第一多晶硅沉积程序，以于该栅氧化层之上形成一第一多晶硅层；停止该第一多晶硅沉积程序；进行一第二多晶硅沉积程序，以于该第一多晶硅层上形成一第二多晶硅层，该第二多晶硅层的厚度大于该第一多晶硅层的厚度；停止该第二多晶硅沉积程序，并将该基底移出该设备；于该第二多晶硅层上形成一硅化钨层；以及依次对该硅化钨层、该第二多晶硅层与该第一多晶硅层构图，以形成一多晶硅化钨栅极。
2.如权利要求1所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中该第一多晶硅层的厚度大于3。
3.如权利要求1所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中该第一多晶硅层与该第二多晶硅层厚度之和大致上为1500。
4.如权利要求1所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中该第一多晶硅沉积程序与该第二多晶硅沉积程序使用低压化学气相沉积法(LPCVD)。
5.如权利要求1所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中该硅化钨层的形成方法为低压化学气相沉积法。
6.如权利要求5所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中形成该硅化钨层所使用的反应气体为六氟化钨(WF6)与硅甲烷(SiH4)。
7.一种多晶硅化钨栅极的制造方法，适用于一基底上，包括下列步骤于该基底上形成一栅氧化层；将该基底移入可用来沉积多晶硅的一设备中；进行一第一多晶硅沉积程序，以于该栅氧化层之上形成一第一多晶硅层；停止该第一多晶硅沉积程序，并将该基底移出该设备，此时该第一多晶硅层的表面会与空气接触而生成一原生氧化层；去除该原生氧化层；将该基底移入该设备中；进行一第二多晶硅沉积程序，以于该第一多晶硅层上形成一第二多晶硅层；停止该第二多晶硅沉积程序，并将该基底移出该设备；于该第二多晶硅层上形成一硅化钨层；以及依次对该硅化钨层、该第二多晶硅层与该第一多晶硅层构图，以形成一多晶硅化钨栅极。
8.如权利要求7所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中该第一多晶硅层的厚度等于该第二多晶硅层的厚度。
9.如权利要求7所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中该第一多晶硅层与该第二多晶硅层厚度之和大致上为1500。
10.如权利要求7所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中去除该氧化层的方法为使用一氢氟酸溶液清洁该第一多晶硅层的表面。
11.如权利要求7所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中该第一多晶硅沉积程序与该第二多晶硅沉积程序使用低压化学气相沉积法(LPCVD)。
12.如权利要求7所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中该硅化钨层的形成方法为低压化学气相沉积法。
13.如权利要求12所述的多晶硅化钨栅极的制造方法，其中形成该硅化钨层所使用的反应气体为六氟化钨(WF6)与硅甲烷(SiH4)。
全文摘要
一种多晶硅化钨栅极的制造方法,适用于一基底上,其步骤如下:首先于基底上形成一栅氧化层,再将基底移入可用来作多晶硅沉积的一设备中,然后进行第一多晶硅沉积程序与第二多晶硅沉积程序,以先后于栅氧化层上沉积第一多晶硅层与第二多晶硅层。接着于第二多晶硅层上形成一硅化钨层,再依次对硅化钨层、第二多晶硅层与第一多晶硅层构图,以形成一多晶硅化钨栅极。
文档编号H01L21/28GK1345082SQ00128798
公开日2002年4月17日 申请日期2000年9月22日 优先权日2000年9月22日
发明者吕昭宏, 林崇伟 申请人:联华电子股份有限公司