專利名稱：改進(jìn)的多晶硅－硅化物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體制造，更具體地說，涉及具有多晶硅-硅化物(polycide)柵極的晶體管。
在器件制造中，絕緣，半導(dǎo)電和導(dǎo)電層形成于一襯底上。這些層被構(gòu)圖以產(chǎn)生圖形(features)和間隔(spaces)。這些圖形和間隔被構(gòu)圖以形成器件，諸如晶體管，電容和電阻。然后將這些器件內(nèi)部連接以實現(xiàn)一個期望的電子功能，產(chǎn)生一個集成電路(IC)。
為減小表面電阻，一金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管采用一多晶硅-硅化物柵。該多晶硅-硅化物柵包括在重?fù)诫s多晶硅(poly)之上的金屬硅化物，比如鎢硅化物(WSix)。典型地，該多晶硅摻雜有磷(P)。該多晶硅應(yīng)包括一高度摻雜濃度以降低其表面電阻。
然而，重?fù)诫s多晶硅之上的金屬硅化物存在化學(xué)配化的控制問題，表現(xiàn)出一富金屬的界面。富金屬界面是不期望的，因為它不耐受后續(xù)的熱過程。結(jié)果，該界面被氧化。氧化引起表面粗糙，而且，在某些情況下會引起硅化物薄膜的脫層。傳統(tǒng)地，富金屬界面的不利影響是通過在重?fù)诫s多晶硅和金屬硅化物之間提供一本征(無摻雜)層來避免的。無摻雜多晶硅層的添加增大了柵堆積的高度，增大了柵堆積的高寬比(aspect ratio)。降低基本圖形尺寸(groundrule)進(jìn)一步增大高寬比，會導(dǎo)致工藝(生產(chǎn))問題。而且，添加無摻雜多晶硅層也會增大柵電阻，它使器件性能降低。避免富金屬界面的另一技術(shù)是降低多晶硅的摻雜濃度。典型地，多晶硅層磷的濃度應(yīng)保持在1020原子/立方厘米以下。這一技術(shù)也會不希望地增大柵電阻。
從上面的描述中可知，希望提供一種具有減小的表面電阻的可靠的多晶硅-硅化物柵。
本發(fā)明的目的是提供可形成具有減小的厚度和較低的表面電阻的可靠的柵極導(dǎo)體的一種用于形成DRAM的方法、一種包括多晶硅-硅化物柵的晶體管和一種制造半導(dǎo)體器件的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種用于形成一動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的方法，該DRAM包括一具有多晶硅-硅化物柵的晶體管，此方法包括以下步驟在襯底上形成一氧化物層；在氧化物層之上形成一多晶硅層；和在多晶硅層之上沉積一金屬硅化物層，該金屬硅化物層是用摻雜劑就地?fù)诫s的，以減少多晶硅和金屬硅化物層之間的富金屬界面；和給氧化物，多晶硅和金屬硅化物層構(gòu)圖以形成柵。
本發(fā)明另一方面提供一種包括一多晶硅-硅化物柵的晶體管，包括一柵極氧化物層；一多晶硅層；和一就地?fù)诫s的金屬硅化物，金屬硅化物中的摻雜劑減少了多晶硅和金屬硅化物層之間的富金屬界面。
本發(fā)明在一方面提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在一襯底上形成一多晶硅層；和在多晶硅層上沉積一金屬硅化物層，該金屬硅化物層是用摻雜劑就地?fù)诫s的，以減少多晶硅和金屬硅化物層之間的富金屬界面。
根據(jù)本發(fā)明，減小的厚度和較低的表面電阻是通過在一摻雜多晶硅層之上沉積一就地(insitu)摻雜金屬硅化物層來實現(xiàn)的。金屬硅化物層中的摻雜劑減少了伴隨富金屬界面的問題。這允許沉積一金屬硅化物層，而不需要一本征罩帽多晶硅層或要求多晶硅具有一較低的摻雜濃度。
通過以下結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點會更清楚。附圖中

圖1示出了一說明性的DRAM單元；圖2a-c顯示了本發(fā)明的用于形成一多晶硅-硅化物柵疊層的一個實施例。
本發(fā)明涉及一種可靠的多晶硅-硅化物柵，它具有減小的表面電阻。為簡化本發(fā)明的討論，在上下文中結(jié)合一個存儲器集成電路(IC)來描述，然而，本發(fā)明的覆蓋面是很寬的，它適用于一般的集成電路。下面提供了對一DRAM單元的描述。
參考圖1，顯示了一溝槽電容型DRAM單元100。這樣的溝槽電容DRAM單元，例如，在Nesbit等人的“A0.6μm2256Mb Trench DRAM CellWith Self-Aligned Buried Strap(BEST),IEDM 93-627”中描述過，在此參考它來進(jìn)行描述。盡管顯示了一溝槽電容DRAM單元，本發(fā)明并不局限于此。例如，也可使用一堆積電容DRAM單元。典型地，這樣的單元的矩陣是通過字線和位線內(nèi)部連接以形成一DRAMIC。
例如，DRAM單元100包括一溝槽電容160，它形成于一襯底101中。溝槽典型地是由多晶硅161填充的，多晶硅161重(高度)摻雜有具有一第一導(dǎo)電率(如n型)的摻雜劑。摻雜的多晶硅用作電容器的一個電極，被稱為一“存儲節(jié)點”?？蛇x擇地，一摻雜有第一導(dǎo)電率的摻雜劑的掩埋極板165圍繞溝槽的底部。掩埋板用作電容器的另一電極。在溝槽的上部是一環(huán)狀物168，以減小寄生泄漏。一節(jié)點介質(zhì)163將電容的兩極板隔開。一包括有第一導(dǎo)電率的摻雜劑的掩埋阱170提供來連接矩陣中的DRAM單元的掩埋極板。在該掩埋阱之上是一阱173，它包括有具有一第二導(dǎo)電率的摻雜劑，如P型。該P型阱包括的摻雜劑濃度足以形成一相反的導(dǎo)電率連接，以降低晶體管110的垂直泄漏。
晶體管包括一多晶硅-硅化物柵疊層112。該柵疊層，有時稱之為一“柵導(dǎo)體”(GC)，用作DRAM矩陣中的字線。由于字線被連接到電容上，它又被稱作“活動字線”。如圖所示，該柵疊層包括一多晶硅層120，它重度摻雜有摻雜劑。在一個實施例中，多晶硅層120重度摻雜有磷摻雜劑。也可使用硼(B)或砷(As)摻雜劑。為保持低表面電阻，多晶硅的摻雜劑濃度應(yīng)足夠高。在重?fù)诫s的多晶硅120之上提供了一本征多晶硅層121和一金屬硅化物層122。本征多晶硅層用作一緩沖層，以避免在硅化物和重?fù)诫s的多晶硅層之間的富金屬界面。盡管在后續(xù)的熱工序中，摻雜劑從重?fù)诫s的多晶硅層擴散到本征多晶硅，在最初的金屬硅化物層的沉積期間多晶硅是本征的。在金屬硅化物層之上是，例如，一用作刻蝕阻擋層的氮化物層。
與柵極相鄰提供有重?fù)诫s擴散區(qū)113和114。擴散區(qū)包括具有與多晶硅層相同并與阱173相反的導(dǎo)電率的摻雜劑。擴散區(qū)，例如，重?fù)诫s有n型摻雜劑。根據(jù)電流流動的方向，擴散區(qū)113和114分別稱作“漏極”或“源極”。用在這里，術(shù)語“漏極”和“源極”是可互換的。晶體管和電容間的連接是通過一擴散區(qū)125來實現(xiàn)的，稱之為“節(jié)點擴散”。
一淺溝槽隔離(STI)180被提供來將DRAM單元從其它單元或器件中隔離開。如圖所示，一字線120，形成于溝槽之上并由STI與其隔開。字線120被稱作“傳輸字線”，因為它沒有與DRAM單元電連接。這種結(jié)構(gòu)被稱為一折疊位線結(jié)構(gòu)。其它結(jié)構(gòu)，包括打開和打開折疊結(jié)構(gòu)也是可用的。
一層間介質(zhì)層189形成于字線之上。一導(dǎo)電層，代替一位線，形成于層間介質(zhì)層之上。在層間介質(zhì)層中提供了一位線接觸開口186，以使源極113與位線190接觸。
如前所述，在重?fù)诫s多晶硅和硅化物層間使用多晶硅緩沖層增加了柵疊層的厚度。這個增加的厚度是不希望的，因為它產(chǎn)生了較高的高寬比圖形，產(chǎn)生了工藝?yán)щy。
圖2a-c顯示了根據(jù)本發(fā)明形成一多晶硅-硅化物柵疊層的工藝。參考圖2a，顯示了代表一IC的一部分的襯底的橫截面。這樣一個IC，例如，是一存儲器IC，它包括一隨機存取存儲器(RAM)，一動態(tài)RAM(DRAM)，一同步DRAM(SDRAM)，一靜態(tài)RAM(SRAM)和一只讀存儲器(ROMS)。該IC可以是一邏輯器件，如一可編程邏輯矩陣(PLA)，一專用IC(ASIC)，一合并DRAM邏輯IC(嵌入DRAM)或任何其它邏輯器件。
典型地，多個IC并行制造一個半導(dǎo)體襯底之上，如一硅片。處理之后，該片被切割成小片以便將IC分成多個獨立的芯片。這些芯片接著被包裝成最終產(chǎn)品以便使用，例如，用戶產(chǎn)品諸如計算機系統(tǒng)，辦公設(shè)備包括復(fù)印機，打印機，以及傳真系統(tǒng)，峰窩電話，個人數(shù)字輔助器(PDA)和其它電子產(chǎn)品。
襯底201是，例如，一硅片。其它襯底如硅位于絕緣體之上(SOI)，硅位于藍(lán)寶石之上(SOS)，鍺，砷化鎵，和Ⅲ-Ⅴ族化合物也可采用。在一個實施例中，襯底輕度摻雜有具有一第一導(dǎo)電率的摻雜劑。盡管所示襯底沒有包括其它器件層器件圖形，這里所用術(shù)語“襯底”可理解為包括一襯底，其上具有一個或更多個器件層和器件圖形。在一個實施例中，襯底輕摻雜有P型摻雜劑(p-)，如硼。硼的濃度約為1.5×1016原子/立方厘米。
襯底，例如，包括多個形成于其中的溝槽電容(未顯示)。溝槽電容，例如，為圖1中所描述的。在一個實施例中，溝槽電容用作n溝道DRAM單元的存儲電容。掩埋的n阱提供來將電容的n型掩埋極板連接在一起。p阱提供來用于n溝道DRAM存取晶體管。p阱的濃度約為5×1017-8×1017cm-3。另外，n型阱提供來用于P溝道晶體管，如那些包括在支持電路中的。如有必要，其它擴散區(qū)可能提供在襯底中。
在此工序中，襯底包括一平面表面210。一犧牲氧化物層(未顯示)形成于該表面之上。該犧牲氧化物層用作一屏蔽氧化物，用于注入離子以調(diào)整后續(xù)形成的晶體管的柵極域值電壓(Vt)。Vt調(diào)整注入物，例如，采用傳統(tǒng)的光刻與掩模技術(shù)以有選擇地將摻雜劑注入柵極的溝道區(qū)域。這種技術(shù)包括在屏蔽氧化物層之上沉積一光致抗蝕劑層，并用一暴光源和掩模有選擇地暴露它。根據(jù)所用的是正或負(fù)抗蝕劑，在有選擇地暴露襯底以下區(qū)域的過程中，或是暴露或是未暴露的抗蝕劑層被移去。接著暴露區(qū)被注入離子以實現(xiàn)期望的Vt。
在Vt注入之后，抗蝕劑和屏蔽氧化物層被，例如，濕腐蝕移去。接著一薄氧化物層220形成于襯底表面之上。氧化物層用作柵極氧化物。在一個實施例中，柵極氧化物是通過熱氧化產(chǎn)生的。柵極氧化物的厚度是，例如，約6-10nm。
一多晶硅層230沉積于柵氧化物之上。多晶硅層是通過，例如，化學(xué)氣相沉積(CVD)來沉積的。另外，一非晶硅層可用于替代多晶硅。典型地，多晶硅層包括摻雜劑以降低它的電阻率。這樣的摻雜劑，例如，包括磷(P)，砷(As)或硼(B)。此多晶硅層可在它形成中或之后摻雜。在CVD工序中混合摻雜劑稱為就地?fù)诫s。
在一個實施例中，多晶硅層摻雜有P摻雜劑。多晶硅是就地?fù)诫s。P摻雜劑的濃度約為1019-5×1021原子/立方厘米，最好約為1020-1021原子/立方厘米，更好約為5×1020。多晶硅在一CVD反應(yīng)器中沉積，溫度約為600-650℃，壓力約為100-180乇，使用SiH4作為硅先質(zhì)，PH3作為一P摻雜劑源。摻雜的多晶硅的厚度約為10-200nm，最好為40-150nm，更好為50-100nm。當(dāng)然，實際厚度可隨各種因素而變化。例如，對工作功能目標(biāo)要求一最小厚度，這取決于設(shè)計要求。這個最小厚度，在某些情況下，可低于10nm。
參考圖2b，一金屬硅化物層240沉積于多晶硅層230之上。該金屬硅化物包括，例如，硅化鎢(WSix)，硅化鉬(MoSix)，硅化鉭(TaSix)，硅化鈦(TiSix)，硅化鈷(CoSix)或其它金屬硅化物。根據(jù)一個實施例，該金屬硅化物包括摻雜劑，它是p-或n-型。這種摻雜劑包括，例如P、As或B。在此例中，摻雜劑類型與用作摻雜多晶硅層230的摻雜劑相同。典型的金屬硅化物層的濃度約為1019-5×1021原子/厘米3，最好為1020-1021原子/厘米3，更好為5×1020原子/厘米3。就地?fù)诫s的金屬硅化物潛在地增加了它以其非晶(不定形)態(tài)沉積的趨勢。以其非晶態(tài)沉積金屬硅化物增加了薄膜的晶粒尺寸，從而降低了它的電阻。
就地?fù)诫s的金屬硅化物是通過用于沉積一無摻雜金屬硅化物薄膜的傳統(tǒng)CVD技術(shù)沉積的。一摻雜劑源被包括在CVD工序中以提供沉積的膜的就地?fù)诫s。
在一個實施例中，摻雜的金屬硅化物層包括有P摻雜的WSix。WSix是就地?fù)诫s的。P摻雜劑的濃度約為1019-5×1021原子/厘米3，最好為1020-1021原子/厘米3，更好約為5×1020原子/厘米3。沉積的金屬硅化物的厚度約為50-200nm，最好約為80nm。當(dāng)然，實際厚度可依據(jù)設(shè)計和參數(shù)而變化。
傳統(tǒng)的W,Si和摻雜劑先驅(qū)物被采用來形成摻雜的WSix膜。傳統(tǒng)的硅先驅(qū)物包括，例如，硅烷(SiH4)，乙硅烷(Si2H6)或二氯甲硅烷(SiH2Cl2)；W先驅(qū)物包括六氟化鎢(WF6)，六氯化鎢(WCl6)，或六羰基化鎢(W[CO]6)。磷化氫(PH3或POCl4)，例如，用于提供P摻雜劑源。在一個實施例中，PH3被加入到WF6和SiH4以形成摻雜有P的WSix膜。先驅(qū)物被引入一CVD反應(yīng)器，如由位于Santa Clara,CA的Applied Materials制造的一Centura CVD反應(yīng)器。CVD工序的典型的溫度和壓力分別約為450-600℃和1-5乇。最好溫度約為550℃，壓力約為1.5乇。
在沉積過程中向金屬硅化物膜添加摻雜劑減少了富金屬界面的形成。盡管用于減少富金屬界面的機理并不表楚，但可以相信摻雜劑能提高金屬的反應(yīng)率。例如，WF6反應(yīng)率被提高。由于摻雜劑是在沉積工序中加入的，在整個沉積過程(工序)中WF6反應(yīng)的效率被提高。因此，W被相對均勻地分布于整個WSix膜，避免了一富金屬界面。
在一重?fù)诫s層之上一沉積-金屬硅化物薄膜而沒有富金屬界面的能力允許在一重?fù)诫s層上沉積金屬硅化物薄膜，而不需要本征蓋帽多晶硅層。這在當(dāng)生產(chǎn)具有較低高寬比的柵疊層時極為有利，特別是基本圖形尺寸(groundrule)較小時。而且，可實現(xiàn)較低的電阻，增大器件性能。
而且，由于使用了一摻雜的硅化物層，多晶硅層可以是無摻雜的。一無摻雜非晶硅可用來替代多晶硅。無摻雜多晶硅或非晶硅的厚度可以是，例如，約20-50nm。
在后續(xù)工序中的熱暴露引起金屬硅化物或多晶硅層中的摻雜劑的擴散?？蛇x擇地，進(jìn)行退火以擴散各層中的摻雜劑。退火被設(shè)計來提高或優(yōu)化薄膜特性。該退火，例如，是在約1000℃的溫度，大氣壓下進(jìn)行的。退火的環(huán)境包括，例如，氧(O2)，氬(Ar)，或氮(N2)。在多晶硅層包括的摻雜劑濃度低于硅化物層的情況下，退火增大了多晶硅層中的摻雜劑的摻雜濃度。通過提供一用作摻雜劑源的摻雜的硅化物層，多晶硅層的摻雜劑濃度可低于引起富金屬界面的摻雜劑濃度。柵疊層的多晶硅層可包括一較高的摻雜劑濃度而不會增加它的厚度，以避免一富金屬界面。結(jié)果，提供了一種具有低表面電阻的柵疊層。
在金屬硅化物之上形成了一刻蝕阻擋層，用于后續(xù)的處理。該蝕刻阻擋層，例如，包括氮化硅。
參考圖2c，柵堆積層被構(gòu)圖以形成柵極導(dǎo)體280。柵極導(dǎo)體的構(gòu)圖是使用傳統(tǒng)的光刻和腐蝕技術(shù)實現(xiàn)的。這種技術(shù)包括沉積一抗蝕劑層并用暴光源和掩模有選擇地暴露該抗蝕劑層。顯影之后部分抗蝕劑被移去，剩下部分柵疊層未保護(hù)。柵堆疊層的未保護(hù)部分是通過，例如，一活性離子刻蝕移去。
間隔層(未顯示)可被選擇形成于柵極導(dǎo)體的側(cè)壁。在間隔層形成之后，注入摻雜劑以形成與晶體管的柵極相鄰的擴散區(qū)。間隔層限定了擴散區(qū)的層下擴散，降低了覆蓋電容。
一氮化物層288被沉積于襯底的表面，用作一遷移離子阻擋層和用于形成無邊界的字線接觸的蝕刻停止層。一介質(zhì)層290形成于器件結(jié)構(gòu)之上，以提供導(dǎo)電層293和柵極導(dǎo)體之間的絕緣。介質(zhì)層也用作一保護(hù)層以使器件結(jié)構(gòu)與雜質(zhì)，潮濕和擦傷絕緣。介質(zhì)層，例如，包括摻雜磷的二氧化硅，如磷硅化物玻璃(PSG,phosphosilicate glass)或硼磷硅化物琉璃(BPSG,borophosphosilicate glass)。
接觸點291形成于介質(zhì)層中，在導(dǎo)電層和一下層導(dǎo)電區(qū)285間進(jìn)行內(nèi)部連接。導(dǎo)電層，例如，表示DRAM芯片的一位線。
參考各種實施例對本發(fā)明進(jìn)行了特別的顯示和描述，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可不脫離本發(fā)明范疇地對本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)和變化。因此本發(fā)明的范疇不應(yīng)由以上描述確定，而應(yīng)參考所附權(quán)利要求及它們的等同物范疇確定。
權(quán)利要求
1．一種用于形成一動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的方法，該DRAM包括一具有多晶硅-硅化物柵的晶體管，此方法包括以下步驟在襯底上形成一氧化物層；在氧化物層之上形成一多晶硅層；和在多晶硅層之上沉積一金屬硅化物層，該金屬硅化物層是用摻雜劑就地?fù)诫s的，以減少多晶硅和金屬硅化物層之間的富金屬界面；和給氧化物，多晶硅和金屬硅化物層構(gòu)圖以形成柵。
2．一種包括一多晶硅-硅化物柵的晶體管，包括一柵極氧化物層；一多晶硅層；和一就地?fù)诫s的金屬硅化物，金屬硅化物中的摻雜劑減少了多晶硅和金屬硅化物層之間的富金屬界面。
3．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在一襯底上形成一多晶硅層；和在多晶硅層上沉積一金屬硅化物層，該金屬硅化物層是用摻雜劑就地?fù)诫s的，以減少多晶硅和金屬硅化物層之間的富金屬界面。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其中摻雜劑是從由n-型或p-型摻雜劑組成的組中選擇的。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其中n型摻雜劑是從由砷或磷組成的組中選擇的，p型摻雜劑包括硼。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，其中多晶硅層包括摻雜劑。
7．如權(quán)利要求6所述的方法，其中，多晶硅層中的摻雜劑與金屬硅化物層中的摻雜劑屬于同一類型。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，其中，金屬硅化物和多晶硅層包括n型摻雜劑。
9．如權(quán)利要求8所述的方法，其中，n型摻雜劑包括磷。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其中金屬硅化物層中的摻雜劑濃度約為1019-5×1021。
11．如權(quán)利要求10所述的方法，其中多晶硅層中的摻雜劑的濃度約為1019-5×1021。
12．如權(quán)利要求11所述的方法，其中金屬硅化物是從包括鎢，鉬，鉭，鈦和鈷的組中選擇的。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其中，金屬硅化物包括鎢。
14．如權(quán)利要求13所述的方法，其中，金屬硅化物是通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積的。
15．如權(quán)利要求14所述的方法，其中，一硅先驅(qū)物，一鎢先驅(qū)物和一摻雜劑先驅(qū)物被用于CVD。
16．如權(quán)利要求15所述的方法，其中，硅先驅(qū)物是從包括SiH4,Si2H6或SiH2Cl2的組中選擇的，鎢先驅(qū)物是從包括WF6,WCl6或W[CO]6的組中選擇的，磷先驅(qū)物是從包括PH3或POCl4的組中選擇的。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其中硅化物的沉積是在溫度為450-600℃，壓力約為1-5乇下進(jìn)行的。
全文摘要
一種用于形成一動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的方法,該DRAM包括一具有多晶硅－硅化物柵的晶體管,此方法包括:在襯底上形成一氧化物層;在氧化物層之上形成一多晶硅層;和在多晶硅層之上沉積一金屬硅化物層,該金屬硅化物層是用摻雜劑就地?fù)诫s的,以減少多晶硅和金屬硅化物層之間的富金屬界面;和給氧化物,多晶硅和金屬硅化物層構(gòu)圖以形成柵。
文檔編號H01L21/70GK1230780SQ9910131
公開日1999年10月6日 申請日期1999年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月21日
發(fā)明者馬賽厄斯·伊爾克, 喬納森·福爾特邁耶, 雷德?？āに估锬嵬呱?申請人:西門子公司, 國際商業(yè)機器公司