专利名称：钨硅闸极选择性侧壁氧化期间最小化氧化钨蒸气沉积之方法
技术领域：
本发明一般条件下系关于制造金属化结构的领域，特别是闸极结构，其包含至少一层的多晶硅以及至少一钨层。本发明特别是关于一种此类型的金属化结构之选择性氧化方法，依照权利要求1所述。
背景技术：
与目前进行的降低尺寸之MOS晶体管一致，钨系越来越多地被使用来作闸极堆栈的组成。作为一闸极材料而言相较于钨硅化物，钨具有可想到的好处，其亦已经被广泛的使用。相较于钨硅化物，钨之较低电阻率使其可能降低闸极的电阻且因此达到晶体管之改善的电特性。由于较低电阻率，其亦可能明显地降低层的闸极堆栈之高度，因此多样的填充以及蚀刻步骤可想而知的被简化，因为深宽比(闸极高度对相邻闸极之间的距离比)被降低。
在制造多层闸极堆栈期间，首先对于一闸极氧化层、一多晶硅层、一氮化钨层、一钨层以及一氮化硅层而言，经常被用再一硅基板上。接着，个别的闸极区间，其被打算置放在一MOS晶体管之一电路上，被光微影以及垂直蚀刻所限定。为了电绝缘被蚀刻的闸极堆栈侧壁且退火蚀刻损害，适合的绝缘层必须被应用于该侧壁。一二氧化硅层，其藉由热氧化法所制造，系对于多晶硅层而言最适合的材料。然而，在同时，预防钨层的氧化是必须的，因为经验已经显示此氧化并不局限于表面，而且也会继续在该层之侧面方向发生且因此制造高阻抗氧化钨，因此闸极之电功能被阻碍。
多样的制造闸极侧壁的方法包含一钨层已经变成已知。
US-A-6,165,883描述一种方法，其以选择性氧化闸极堆栈为基础。此方法系于下文中更详细的解释并参考图1A至1C。
闸极氧化层1系藉由热氧化法被形成于一硅基板10上，以及接着一多晶硅层2、一氮化钨或氮化钛阻绝层3、一钨层4以及一氮化硅层5被沉积于闸极氧化层上。然后，氮化硅层5被配线处理为了限定闸极区间，因此如图1A所示之闸极区间结构被获得。氮化硅层之平面蚀刻结构5随后当作一蚀刻屏蔽。接着，在一垂直蚀刻步骤，层1至4在介于闸极结构之间的区域中被移除，因此只有个别的，被限定的层堆栈之闸极区域残留在适当的位置。下一步，在包含水及氢的大气中选择性的氧化于800℃下被实行，伴随着氧化硅层6只在硅基板10上以及在多晶硅层2的侧壁上被形成。相反的，钨层4不被氧化。因此被获得之结构在图1B中说明。最后，一氮化硅层7被用于氮化硅层5、钨层4、氮化钨层3以及氧化硅层6之一侧壁绝缘层。因此，闸极结构之所有侧壁现在被电绝缘的侧壁所环绕。为了简单的目的，接着的处理步骤，其在上述文件中所解释的，将不在目前的文件中被更详细的考虑。
为了实施选择性氧化，对于氢/水混合物之一限定的混合比例被建立于区域管腔中是重要的。水/氢压力比被设定在反应腔之流量控制器，即符合的浓度比例被设定在反应腔中，在图2中对处理温度作图。该图显示反应平衡曲线，在其上限定的氧化反应与其相关的还原反应达成平衡。钨之氧化或还原系藉由较上方的平衡曲线来说明，然而硅之氧化或还原系以较低平衡曲线来描述其特性。在两个案例中，从各自的平衡曲线开始，水蒸气含量的上升以及/或处理温度的下降导致平衡被破坏有利于符合的氧化反应。这对处理条件晶圆温度以及混合比例被设定以使在图2中所示之图表之座落于平衡曲线间之中心区间之操作点是很重要的。
然而，对于选择性氧化，其根据图1B具有形成二氧化硅层6之观念藉由湿式氧化法于一氢气充足的大气中被实施，迄今，仍然具有可想到的氧化钨之形成在环绕闸极区域之大气中。
此氧化钨在处理温度下是可挥发的且被沉积在处理管腔的侧壁上，在该处其被还原至金属钨藉由氢气。因为这些钨沉积物，在灯具加热RTP(快速热处理法)装置中，其系较佳地使用来作选择性氧化，因此被定位于石英部分介于灯具灯以及晶圆之间，且由于他们的光学特性部分的吸收灯之辐射，他们具有一非常大量的影响于晶圆的温度同构型与大大地削减此同构型。此外，钨沉积可能也会形成于高温计之前的石英部分且可能因此具有一有害的效果于晶圆温度之光学测量。在制造条件之下的处理期间，即反复以相同步骤来处理大量的制造晶圆，渐渐增加的钨沉积导致如此迅速的晶圆之上层厚度同构型衰减且从晶圆到晶圆该处理步骤对于制造应用目前系不足够稳定。
再者，由于氧化钨之蒸气沉积造成之钨的损失可能造成交互连接之电功能性的损害。此外，二氧化钨的再沉积，在以还原形成钨之后，可能导致不欲产生的传导性化合物的形成且因此造成晶圆组件之电路短路。这些问题并不限于灯具加热RTP装置，而且更可能发生在所以控制条件的装置，其可以被使用来作选择性氧化，例如包含传统的镕炉。然而在后者中，管腔侧壁之氧化钨沉积以及这些氧化钨随后的还原而形成钨都不会构成如此严重的问题。
发明内容
于是，本发明的目的系提供一种金属化结构的选择性氧化的方法，特别是一闸极结构，其包含至少一硅层，其被氧化，以及至少一钨层，其不被氧化，在该方法中从环绕金属化结构之大气中之氧化钨蒸气沉积并不发生或只发生在大大地减少的范围。
此目的系藉由权利要求1所述之特征而达成。较有利的实施例以及根据本发明的方法之精细的区别系描述于附属的权利要求中。
本发明描述一改良的程序用来作一金属化结构的选择性氧化其包含有至少一多晶硅层以及至少一钨层，该金属化结构藉由一氢及水的混合物来起作用，以此方法就其本身而言在一处理步骤中为已知，其中热被提供且，在此步骤期间，被选择性地氧化。根据本发明的程序中一明显的方面系该金属化结构藉由一非水溶液的含氢基质来起作用，特别是纯氢或一氢/惰性气体混合物，在此处理步骤之前，如果恰当，在此步骤之后。如同已经显示的测试，此测量使相当程度的降低该氧化钨之蒸气沉积为可能，且在一些实例中甚至完全消灭它。在此文中，虽然并不完全必要，对于氢或氢/惰性气体混合物亦被应用在处理步骤之后是有利的。经由范例，氢/惰性气体混合物可能是一氢/氮气混合物。
普遍位于被处理的金属化结构最接近的邻近区域之温度系被参考在本文中之晶圆温度。在以氢/水混合物处理期间，热的供应系使用以设定一晶圆温度，其被参考为处理温度。
氧化钨的蒸气沉积可被减低的范围系有赖于进一步测量的实施，例如限定的晶圆温度设定，晶圆温度之升高以及降低的时间(斜面时间)以及氢/水浓度比例。
例如，如果在以氢/水混合物理之前以含氢基质处理的一第一区间期间，热的提供被设定为晶圆温度从一第一温度T1被增加到一第二温度T2是有利的，该第一温度较佳地位于室温及200℃的范围内，且该第二温度较佳地亦位于700℃到900℃的范围中。在本案中，对于晶圆温度而言可能在一开始被维持固定温度于第一温度然后被持续地增加或者与第二温度一致。
一更有利的测量方法包括，在以氢/水混合物处理之步骤期间，设定热的提供以该晶圆温度从一限定的温度被增加到一处理温度。在本案中，对于晶圆温度而言，一开始在该限定的温度被维持恒定接着被持续地增加或是与处理温度一致。该限定温度可能藉由上述第二温度所形成，其位于700℃到900℃的范围中，且该处理温度可能由一第三温度所形成，其位于900℃到1000℃的范围中。
与先前章节中所叙述的测量方法无关，其已经证明在以氢/水混合物处理之处理步骤期间，晶圆温度被设定为一处理温度在900℃到1100℃的范围中是有利的。
再者，在氢/水混合物处理步骤之后以含氢基质处理之第二处理阶段期间，热的提供可能被设定于晶圆温度被持续降低或与从一处理温度降到一较低温度一致。处理温度在本案中可能藉由上述第三温度T3所形成，其位于900℃到1100℃的范围之间，且该较低温度可能为一低于上述第二温度T2的温度以及因此位于300℃-600℃的范围之间。
在含氢基质的应用之前，如果恰当，在其之后，亦可能实施以一惰性气体之处理，特别是纯氮气。
必须要确定的是，在以氢/水混合物处理期间，至少一状态在一反应平衡之邻近区域而在一氧化反应以及一还原反应之间被采用。然而，较佳的，在所供应之氢/水混合物中之水含量以及处理温度以成对反应方程式的方法来选择该反应方程式具有较大，特别是非常大的反应速率。
再者，其已经证明如果水含量于处理阶段期间在氢/水混合物中低于20％，且同时，一处理温度以此方式被选择则上列与化学反应相关的条件会持续。
原则上，根据本发明的方法可以在任何条件控制之装置中进行，其包含一反应腔具有一入口开口以及一出口开口，对于包含金属化结构的基板而言，以此方法放置于反应腔中是可能的，处理气体可以从入口开口到出口开口而流经该基板。
例如，本方法可以在一灯具加热RTP(快速热处理)装置中进行。此装置具有一反应腔附有一入口开口，在其中处理气体可被以一控制方法供应至反应腔，例如以质量流量控制器的方式。处理气体流经硅晶圆而到一出口开口，经由出口他们可被吸引到反应腔之外藉由一真空或一帮浦的方式。该晶圆以一高功率的灯具灯被辐射加热。
然而，本方法亦可以在一传统热镕炉中进行，例如一垂直或平行的管状热镕炉。
如果所有已经于上面描述之与晶圆温度以及温度斜面有关的额外的测量被实行的话，特别好的结果将被达成。然而，亦可能免除这些测量中的其中一些，假若他们可以引起的改善不再能证明实施这些测量的损失。
已经发现氧化钨之蒸气沉积在此新发展的方法中被降低相当多，特别是在灯具加热RTP装置中，没有会造成仪器操作损害之沉积物产生，且因此处理稳定性可被大大增加。当选择性氧化被实行于传统热镕炉装置中，根据本发明的方法可避免有害的氧化钨沉积于半导体晶圆本身以及形成其上的结构上。
根据本发明的方法以及一较佳的实施例更详细解释如下参考图之图标，其中图1A-C显示根据先前技艺一包含钨层之闸极结构之各别的方法步骤；图2显示一图表说明反应机构以及平衡；图3显示一根据本发明方法之较佳的处理程序。
具体实施例方式
图3显示一处理步骤的实例，其中纯氢气(H2)处理被立即实施于水/氢气混合物被提供之前及之后。
晶圆的温度在纵坐标的定点上是非线性的。
首先，在一非常低的第一温度(T1)，例如50℃(实际的温度不能藉由传统高温计测量而被决定)，氮气被通入反应腔中，为了从反应腔中移除氧气。第一温度T1可能位于室温及200℃之间的范围。
此在一纯氢气的处理之后。因此，氢气被提供经由反应腔之入口开口，一开始在一固定第一温度T1，且在目前进行的氢气处理期间，该温度持续的增加越过一斜面到例如800℃之第二温度T2。
接着，一氢/水混合物被注入反应腔，对于流量控制器而言，被设定一具有水含量14％体积的大气被建立于反应腔中是可能的。处理温度一开始在800℃之第二温度T2被维持恒定，但接着持续增加，越过一第二温度斜面，到第三温度T3，例如，1050℃。在此第三温度T3(处理温度)，使用氢/水混合物之处理被实施以上述方法，伴随着一二氧化硅层被形成于多晶硅层2之侧壁以及，如果恰当，在硅基板10上(参见图1B)。
一进一步的纯氢气处理接着进行，在处理期间，晶圆温度系持续的从第三温度T3减低至一比第二温度T2更低的温度。在此处理之后，氮气再一次流经反应腔，且在这个周期期间，晶圆温度系降低至一放电温度。一个不同的惰性气体亦可能被使用来取代氮气。
一氢/氮气混合物亦可能被使用来取代在氢/水混合物处理之前及之后纯氢气的实时处理。其它的惰性气体混合物包含氢气亦是可想到的。
如图标之连续温度斜面，亦可能选择不连续的改变温度，在步骤中。
以氢/水混合物处理之处理时间系典型的在30-60秒，然而温度斜面时间为，例如，在每秒10-50℃。其它时间可能被使用，基于其它处理参数的选择，特别是温度以及水含量。
权利要求
1.一种金属化结构之选择性氧化的方法，特别系一闸极结构，其包含至少一硅层且特别是以多晶形式被氧化，以及至少一钨层，其不被氧化，在该方法中-该金属化结构系在一处理步骤中以一氢气与水之混合物来起作用，其中热被供给，其中-在处理步骤之前，如果恰当，在处理步骤之后，该金属化结构系以一非水溶液的含氢基质起作用，特别是纯氢气或一氢/惰性气体混合物。
2.根据权利要求1所述之方法，其中-在处理步骤之前，以含氢基质处理之第一阶段期间，热的提供系被设定以使金属化结构(晶圆温度)之温度从一第一温度(T1)上升到一第二温度(T2)。
3.如权利要求1或2所述之方法，其中-在该该处理步骤之一阶段期间，该热的提供系被设定以使该金属化结构的该温度(晶圆温度)系从一已限定的温度，特别是该第二温度，上升至一处理温度，特别是一第三温度(T3)。
4.如前述权利要求其中一项所述之方法，其中-在该处理步骤之后，以含氢基质处理之该处理之第二阶段期间，该热的提供系被设定以使该金属化结构之该温度持续地从一处理温度，特别是该第三温度(T3)，下降至一较低温度，特别是该第一温度(T1)。
5.如前述权利要求其中一项所述之方法，其中-在该混合物中之该水含量在该处理步骤期间系低于20％。
6.如权利要求2至5其中一项所述之方法，其中-该第一温度(T1)系高于室温且低于200℃。
7.如权利要求2至6其中一项所述之方法，其中-该第二温度(T2)座落于700℃-900℃的范围中。
8.如权利要求1至7其中一项所述之方法，其中-至少在该处理步骤之一阶段期间，热的提供系被设定以使该温度位于或在金属化结构之直接邻近区域之中，特别是该第三温度(T3)，系在900℃-1100℃的范围中。
9.如前述权利要求的一项所述之方法，其中-该金属化结构系在它已经被该含氢基质起作用之前，如果恰当，在含氢基质起作用之后以一惰性气体处理。
10.如前述权利要求其中一项所述之方法，其中-在该处理步骤期间，该水含量以及该温度系被选择以在一成对反应方程式中，该反应方程式有较大的反应速率。
11.如前述权利要求其中一项所述之方法，其中-其在一具有一入口开口以及一出口开口的反应腔中实行，以及-包含该金属化结构之基质系安排于该反应腔中，如此处理气体可从入口开口至出口开口流经该基质。
12.如前述权利要求其中一项所述之方法，其中-该方法系在一条件控制的装置中实行，特别是在一灯具加热快速热处理或快速热退火装置(RTP或RTA)中。
13.一种制造一金属化结构的方法，特别是一MOS组件之一闸极结构，具有至少一硅层，特别是一多晶硅层，以及至少一钨层，如前述权利要求中之一或多项所述之一选择性氧化的方法在制造过程中被实施。
全文摘要
在包含一多晶硅层以及一钨层之闸极结构之选择性氧化期间，其本身已知，氧化钨之蒸气沉积系借着一特殊处理被预防或至少大大地减少。闸极结构借着一含氢，非水溶液的惰性气体在一氢/水混合物之处理步骤之前，如果恰当，在之后来起作用。
文档编号H01L29/40GK1503987SQ02808720
公开日2004年6月9日 申请日期2002年4月10日 优先权日2001年4月26日
发明者S·弗里格, W·科格尔, J·－U·萨奇塞, M·斯塔德特米勒, R·哈伊恩, G·罗特斯, E·肖尔, O·斯托贝克, S 弗里格, と 嫒, 厮, 斜纯, 炼, 穸 , 绿孛桌 申请人:因芬尼昂技术股份公司, 马特森热力产品有限责任公司