形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法，包括步驟：形成由柵極氧化層、柵極多晶硅和金屬硅化鎢組成的柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)頂部被光刻膠保護(hù)；利用工藝氣體包括四氟化碳的RIE工藝對光刻膠進(jìn)行灰化處理；對RIE工藝后的硅襯底進(jìn)行去離子水沖洗；進(jìn)行RTO工藝，在柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成氧化硅側(cè)墻。本發(fā)明方法能夠避免生長氧化硅側(cè)墻時(shí)使金屬硅化鎢的晶粒長大而形成球狀凸起，也能避免由于避免由球狀凸起引起的尖端放電，提高器件的擊穿電壓；本發(fā)明還能降低工藝成本。本發(fā)明方法形成的氧化硅側(cè)墻能減少氮化硅層和柵極多晶硅側(cè)壁之間的應(yīng)力以及能修復(fù)柵極多晶硅側(cè)壁的晶格缺陷。
【專利說明】形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在金屬娃化鶴柵極(Tungsten Polycide)的MOS工藝中，柵極圖形刻蝕完成后，需要在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成一層厚度大約為100A?150 A的氧化硅側(cè)墻做保護(hù)層。如圖1所示，為現(xiàn)有方法形成的金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)有方法通常采用爐管的方法在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁生長氧化硅側(cè)墻，其中柵極結(jié)構(gòu)包括依次形成于硅襯底101表面的柵極氧化層102、柵極多晶娃103和金屬娃化鶴104,在金屬娃化鶴104的表面還形成有氮化硅保護(hù)層105，通過在爐管中高溫氧化，在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成氧化硅側(cè)墻106。現(xiàn)有方法形成的氧化娃側(cè)墻106能夠減小后續(xù)為自對準(zhǔn)工藝(Self-AlignmentContact)生長的氮化硅層與柵極多晶硅103的側(cè)壁之間的應(yīng)力，可以起到緩沖層的作用；氧化硅側(cè)墻106是通過爐管的高溫氧化形成的，所以也能夠起到高溫修復(fù)作用，減少圖形刻蝕過程中多晶硅側(cè)壁產(chǎn)生的晶格缺陷；同時(shí)，氧化硅側(cè)墻106還能有效地起到絕緣效果，避免了尖端放電，減少了電荷在氮化硅層中聚集，這樣對于提高M(jìn)OS管的側(cè)壁擊穿電壓起到了很好的作用。
[0003]雖然爐管方法生長的氧化硅側(cè)墻106，膜質(zhì)結(jié)構(gòu)致密，但是爐管作業(yè)溫度較高，容易引起金屬娃化鶴氧化再結(jié)晶，造成晶粒尺寸(Grain Size)長大形成球狀(pilling)凸起(pilling) 107，球狀凸起107對柵極的形貌有較大的影響，情況嚴(yán)重時(shí)容易造成尖端放電擊穿柵極側(cè)墻，降低MOS管的側(cè)墻擊穿電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法，能避免在金屬硅化鎢的側(cè)壁形成球狀凸起以及避免由球狀凸起引起的尖端放電，提高器件的擊穿電壓，能夠降低形成氧化硅側(cè)墻的工藝成本，形成的氧化硅側(cè)墻能很好的減少氮化硅層和柵極多晶硅側(cè)壁之間的應(yīng)力以及能修復(fù)柵極多晶硅側(cè)壁的晶格缺陷。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法包括如下步驟:
[0006]步驟一、在硅襯底表面依次形成柵極氧化層、柵極多晶硅和金屬硅化鎢；采用光刻工藝用光刻膠定義出柵極結(jié)構(gòu)圖形區(qū)域，以光刻膠為掩模采用刻蝕工藝依次對所述金屬硅化鎢、所述柵極多晶硅和所述柵極氧化層進(jìn)行刻蝕形成柵極結(jié)構(gòu)圖形。
[0007]步驟二、進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕工藝，利用反應(yīng)離子刻蝕工藝對所述光刻膠進(jìn)行灰化處理并將所述光刻膠去除；反應(yīng)離子刻蝕工藝的工藝氣體中包括四氟化碳(CF4),在反應(yīng)離子刻蝕工藝過程中通過產(chǎn)生的氟離子轟擊所述金屬硅化鎢的側(cè)壁表面并利用氟離子與硅化鎢的化學(xué)反應(yīng)使所述金屬硅化鎢的側(cè)壁表面變粗糙，從而提高所述金屬硅化鎢的側(cè)壁表面被氧化速率。
[0008]步驟三、對反應(yīng)離子刻蝕工藝后的所述硅襯底進(jìn)行去離子水沖洗。
[0009]步驟四、對去離子水沖洗后的所述硅襯底進(jìn)行快速熱氧化退火處理；所述快速熱氧化退火使所述金屬娃化鶴、所述柵極多晶娃的側(cè)壁表面形成一厚度為100埃?150埃的氧化硅側(cè)墻。
[0010]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟一中在所述金屬硅化鎢的表面還形成有氮化硅保護(hù)層，用于對所述金屬硅化鎢進(jìn)行保護(hù)。
[0011]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中所述反應(yīng)離子刻蝕工藝的工藝氣體中還包括三氟甲烷(CHF3)和氧氣(O2)。
[0012]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟四中的所述快速熱氧化退火的工藝溫度為975°C、工藝時(shí)間為20秒?30秒，工藝氣體由氧氣和氮?dú)饨M成，氮?dú)饬髁繛?0厘米3/分鐘?50厘米3/分鐘，氧氣的含量為工藝氣體的總量的1%?2%。
[0013]本發(fā)明方法通過在用RIE工藝去除柵極結(jié)構(gòu)上方的光刻膠時(shí)通入CF4、氧氣和CHF3,能夠通過CF4和CHF3氣體電離產(chǎn)生的氟離子對柵極結(jié)構(gòu)特別是金屬硅化鎢的側(cè)壁表面進(jìn)行轟擊并使金屬硅化鎢的側(cè)壁表面變粗糙；金屬硅化鎢的側(cè)壁表面變粗糙之后，能夠提高所述金屬硅化鎢的側(cè)壁表面被氧化速率、使所述金屬硅化鎢的側(cè)壁表面更容易被氧化，不需要采用溫度高且時(shí)間長的爐管工藝來形成氧化硅側(cè)墻，而只需采用RTO工藝就能在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成氧化硅側(cè)墻，采用RTO工藝的時(shí)間要短于爐管工藝的高溫加熱時(shí)間，所以本發(fā)明方法能夠避免由于長時(shí)間的高溫氧化而使金屬硅化鎢的晶粒長大而形成球狀凸起，也能避免由于避免由球狀凸起引起的尖端放電，提高器件的擊穿電壓。同時(shí)本發(fā)明采用RTO工藝形成氧化硅側(cè)墻，該工藝的成本更低。本發(fā)明方法形成的氧化硅側(cè)墻還能很好的減少氮化硅層和柵極多晶硅側(cè)壁之間的應(yīng)力以及能修復(fù)柵極多晶硅側(cè)壁的晶格缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0015]圖1是現(xiàn)有方法形成的金屬硅化鎢柵極的氧化層側(cè)壁的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例方法流程圖；
[0017]圖3A-圖3C是本發(fā)明實(shí)施例方法各步驟中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法流程圖；如圖3A至圖3C所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法各步驟中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法包括如下步驟:
[0019]步驟一、如圖3A所示，在硅襯底I表面依次形成柵極氧化層2、柵極多晶硅3、金屬硅化鎢4，以及在所述金屬硅化鎢4的表面形成氮化硅保護(hù)層5 ;采用光刻工藝用光刻膠6定義出柵極結(jié)構(gòu)圖形區(qū)域，以光刻膠6為掩模采用刻蝕工藝依次對所述氮化硅保護(hù)層5、所述金屬硅化鎢4、所述柵極多晶硅3和所述柵極氧化層2進(jìn)行刻蝕并形成由所述柵極氧化層
2、所述柵極多晶硅3和所述金屬硅化鎢4組成的柵極結(jié)構(gòu)圖形，刻蝕時(shí)是柵極結(jié)構(gòu)圖形區(qū)域的所述氮化硅保護(hù)層5被光刻膠6保護(hù)。
[0020]步驟二、如圖3B所示，進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕工藝，利用反應(yīng)離子刻蝕工藝對所述光刻膠6進(jìn)行灰化處理并將所述光刻膠6去除；反應(yīng)離子刻蝕工藝的工藝氣體中包括四氟化碳、三氟甲烷和氧氣，在反應(yīng)離子刻蝕工藝過程中工藝氣體會電離并通過產(chǎn)生的氟離子轟擊所述金屬硅化鎢4的側(cè)壁表面并利用氟離子與硅化鎢的化學(xué)反應(yīng)使所述金屬硅化鎢的側(cè)壁表面變粗糙，反應(yīng)離子刻蝕工藝后，所述柵極多晶硅3、所述金屬硅化鎢4和所述氮化硅保護(hù)層5的側(cè)壁表面形成一粗糙層7，該粗糙層7更容易被氧化并形成氧化硅。
[0021]步驟三、對反應(yīng)離子刻蝕工藝后的所述硅襯底I進(jìn)行去離子水沖洗。
[0022]步驟四、如圖3C所示，對去離子水沖洗后的所述硅襯底I進(jìn)行快速熱氧化退火處理；所述快速熱氧化退火使所述氮化硅保護(hù)層5、所述金屬硅化鎢4、所述柵極多晶硅3的側(cè)壁表面形成一厚度為100埃?150埃的氧化硅側(cè)墻8。所述快速熱氧化退火的工藝溫度為975°C、工藝時(shí)間為20秒?30秒，工藝氣體由氧氣和氮?dú)饨M成，氮?dú)饬髁繛?0厘米3/分鐘?50厘米3/分鐘，氧氣的含量為工藝氣體的總量的1%?2%。
[0023]形成上述柵極和側(cè)墻結(jié)構(gòu)之后，后續(xù)可以采用和其它現(xiàn)有MOS工藝相同的工藝步驟，形成一個(gè)完整的MOS器件，后續(xù)工藝如形成輕摻雜源漏區(qū)、形成源漏區(qū)，形成接觸孔以及形成金屬連線等步驟。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例中通過含有CF4、CHF3和O2的反應(yīng)離子刻蝕工藝對柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面進(jìn)行處理后，形成了一層更加容易氧化的粗糙層7，粗糙層7的形成，使得本發(fā)明實(shí)施例中不必要采用爐管工藝，而只采用快速熱氧化退火就能形成氧化硅側(cè)墻8。這樣不僅能夠降低工藝成本，還能避免采用爐管工藝時(shí)球形凸起的形成，從而能防止柵極側(cè)墻的擊穿，提高柵極側(cè)墻的耐壓能力。本發(fā)明方法形成的氧化硅側(cè)墻8還能很好的減少氮化硅層和柵極多晶硅3側(cè)壁之間的應(yīng)力以及能修復(fù)柵極多晶硅3側(cè)壁的晶格缺陷。
[0025]以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、在硅襯底表面依次形成柵極氧化層、柵極多晶硅和金屬硅化鎢；采用光刻工藝用光刻膠定義出柵極結(jié)構(gòu)圖形區(qū)域，以光刻膠為掩模采用刻蝕工藝依次對所述金屬硅化鎢、所述柵極多晶硅和所述柵極氧化層進(jìn)行刻蝕形成柵極結(jié)構(gòu)圖形； 步驟二、進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕工藝，利用反應(yīng)離子刻蝕工藝對所述光刻膠進(jìn)行灰化處理并將所述光刻膠去除；反應(yīng)離子刻蝕工藝的工藝氣體中包括四氟化碳，在反應(yīng)離子刻蝕工藝過程中通過產(chǎn)生的氟離子轟擊所述金屬硅化鎢的側(cè)壁表面并利用氟離子與硅化鎢的化學(xué)反應(yīng)使所述金屬硅化鎢的側(cè)壁表面變粗糙，從而提高所述金屬硅化鎢的側(cè)壁表面被氧化速率； 步驟三、對反應(yīng)離子刻蝕工藝后的所述硅襯底進(jìn)行去離子水沖洗； 步驟四、對去離子水沖洗后的所述硅襯底進(jìn)行快速熱氧化退火處理；所述快速熱氧化退火使所述金屬娃化鶴、所述柵極多晶娃的側(cè)壁表面形成一厚度為100埃?150埃的氧化硅側(cè)墻。
2.如權(quán)利要求1所述的形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法，其特征在于:步驟一中在所述金屬硅化鎢的表面還形成有氮化硅保護(hù)層，用于對所述金屬硅化鎢進(jìn)行保護(hù)。
3.如權(quán)利要求1所述的形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法，其特征在于:步驟二中所述反應(yīng)離子刻蝕工藝的工藝氣體中還包括三氟甲烷和氧氣。
4.如權(quán)利要求1所述的形成金屬硅化鎢柵極的氧化硅側(cè)墻的方法，其特征在于:步驟四中的所述快速熱氧化退火的工藝溫度為975°C、工藝時(shí)間為20秒?30秒，工藝氣體由氧氣和氮?dú)饨M成，氮?dú)饬髁繛?0厘米3/分鐘?50厘米3/分鐘，氧氣的含量為工藝氣體的總量的1%?2%。
【文檔編號】H01L21/28GK103730344SQ201210388548
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月12日
【發(fā)明者】陳瑜, 馬斌, 陳華倫, 羅嘯 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司