[發(fā)明專利]一種金屬硅化物柵極的形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110360011.7
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102420118A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉鵬;孫娟;郁新舉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 王函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體集成電路制造工藝，尤其涉及一種金屬硅化物柵極的形成方法。

背景技術(shù)

帶有金屬硅化物的柵極結(jié)構(gòu)被普遍用在半導體工藝中。結(jié)晶后的金屬硅化物具有低阻特性，被用來減小柵極電阻以及連接不同摻雜類型的柵極。但是金屬硅化物在高溫工藝中容易在內(nèi)部形成硅的團簇(cluster)，會造成柵極刻蝕中的凹孔缺陷(pitting)。在有些器件工藝中，當金屬硅化物沉積和柵極刻蝕之間沒有高溫步驟或者是柵極介質(zhì)膜(或稱為柵極介電層)厚度足夠厚的情況下，這種問題不會出現(xiàn)。但是隨著器件尺寸縮小，柵極介電層的膜厚越來越薄，同時在某些器件的制造工藝中由于各種原因必須要在柵極刻蝕之前加入帶有高溫的工藝，或者特殊工藝會導致類似金屬硅化物膜剝離(peeling)等問題而需要在刻蝕之前加入退火處理等一些特殊情況的存在，使得凹孔缺陷變成一個不得不解決的問題。如圖1所示，金屬硅化物的柵極結(jié)構(gòu)由下至上包括：在硅基板101上面是柵極介電層102，然后是柵極多晶硅103，金屬硅化物的緩沖層和/或(擴散)阻擋層104(非必需)，上面是金屬硅化物105以及頂層介質(zhì)膜106(非必需)，頂層介質(zhì)膜106上面是圖形化后的光刻膠107。圖1說明的是在形成硅簇團的情況下，用一般的刻蝕方法會在柵極介電層102中形成凹孔缺陷110。

在表面溝道(surface?channel)器件中，由于多晶硅中的摻雜元素會擴散到上面的金屬硅化物中，所以需要增加一層阻擋層和緩沖層，例如TiN/Ti，在某些器件工藝中，往往要加入帶有氧氣的高溫氧化工藝在柵極多晶硅側(cè)壁上形成一層幾十埃左右的氧化層以提高可靠性性能，這樣就會產(chǎn)生緩沖層金屬被氧化，體積膨脹而造成緩沖層突出的缺陷。圖2是經(jīng)過高溫側(cè)壁氧化后的示意圖，金屬硅化物的緩沖層和/或阻擋層104在經(jīng)過高溫氧化后，會在側(cè)壁形成突出缺陷111，造成柵極側(cè)墻(spacer)關(guān)鍵尺寸不易控制以及柵極和源漏之間的漏電問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種金屬硅化物柵極的形成方法，以解決金屬硅化物刻蝕凹孔缺陷和金屬硅化物緩沖層突出缺陷的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金屬硅化物柵極的形成方法，該方法包含以下步驟：

步驟1，金屬多晶硅柵極圖形的形成；

步驟2，金屬多晶硅柵極的第一次柵極刻蝕；

步驟3，光刻膠去除；

步驟4，介質(zhì)膜沉積；

步驟5，第二次柵極刻蝕。

步驟1具體為：在硅基板上形成一層柵極介電層(柵極介電層采用熱氧化法形成，形成溫度小于600℃，其厚度為20-150埃)，在柵極介電層上形成一層摻雜或者不摻雜的柵極多晶硅(柵極多晶硅采用CVD(化學氣相沉積)方法形成，形成溫度小于600℃，其厚度為500-1500埃)，在柵極多晶硅上形成一層金屬硅化物(金屬硅化物用CVD或者PVD(物理氣相沉積法)的方法形成，形成溫度小于600℃，其厚度為500-1500埃)，然后涂布光刻膠形成金屬多晶硅柵極圖形。這些工藝的溫度一般在600攝氏度以下，不會造成硅在金屬硅化物中形成團簇。所述柵極介電層是氧化硅，或者氮化硅，或者是氧化硅和氮化硅的組合；所述金屬硅化物為硅化鎢WSix，或者硅化鈷CoSix，或者硅化鈦TiSix，或者硅化鉬MoSix，或者硅化鎳NiSix。

優(yōu)選地，在步驟1中，在柵極多晶硅形成之后，金屬硅化物形成之前增加如下步驟：在柵極多晶硅上形成一層金屬硅化物的緩沖層和/或阻擋層。在某些器件中為了防止柵極多晶硅中雜質(zhì)的擴散，一般還會在柵極多晶硅和金屬硅化物中間加一層緩沖層(buffer?layer)和/或阻擋層(barrier?layer)，阻擋層例如TiN、WN等等，緩沖層例如Ti。所述金屬硅化物的緩沖層和/或阻擋層采用物理氣相沉積法形成，其形成溫度為常溫～300℃，其中緩沖層的厚度為0-50埃，阻擋層的厚度為0-100埃。

優(yōu)選地，在步驟1中，在金屬硅化物形成之后，涂布光刻膠之前增加如下步驟：在金屬硅化物上形成一層頂層介質(zhì)膜。在有些帶有自對準接觸孔(SAC)工藝的非揮發(fā)性存儲器中在金屬硅化物上面還會有一層頂層介質(zhì)膜(第一介質(zhì)膜)，它的作用是SAC刻蝕的停止層。所述頂層介質(zhì)膜為氧化硅，或者氮化硅，或者是氧化硅和氮化硅的組合。所述頂層介質(zhì)膜采用等離子體增強化學氣相沉積法或者化學氣相沉積法形成，形成溫度小于600℃，其厚度為500-1500埃。

在步驟1中，使用光刻膠形成金屬多晶硅柵極圖形，所述光刻膠作為步驟2的刻蝕掩膜層。