CN1148261A - 制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示的制造半导体器件的方法尤其适用于高集成度的半导体器件。在该方法中，在形成于半导体衬底栅氧化膜上的多硅晶膜上形成有非晶构造的下硅化钨膜。在下硅化钨膜上，形成具有多个小晶粒的上硅化钨膜，在各小晶粒之间限定有间隙。然后，在氧环境下通过热处理在结晶的晶粒上形成氧化膜。

Description

制造半导体器件的方法
本发明涉及一种制造半导体器件的方法，特别涉及利用具有不同构造的双层硅化钨膜形成栅极来制造半导体器件的方法，该方法尤其适用于制造高集成度的半导体器件。
通常，当仅用多硅晶在半导体器件上形成栅极时，则半导体器件的集成度越高，字线(work line)的电阻将越大，因而，半导体器件的工作速度越低。
如上所述，已经发现一种能防止上述电阻增加，工作速度降低的制造半导体器件的方法。在这种方法中，用诸如钨等具有低电阻的金属硅化物层叠在栅极上。
下文将更详细地描述上述传统的制造方法。
图1是半导体器件的剖面图，它示出制造具有用硅化钨膜形成栅极的半导体器件的传统方法。
在该传统的方法中，首先用LOCOS方法在硅衬底1上形成元件隔离氧化膜(未示出)。
然后，如图1所示，在硅衬底1上形成栅氧化膜2，并沉积多硅晶膜3于栅氧化膜2上。此后，在多硅晶膜3上沉积具有低阻抗的硅化钨膜4。
下面讨论制造半导体器件传统方法中存在的上述问题。
首先，因为栅电阻必须较低以实现半导体器件的高集成度和高速工作，故在传统的制造半导体器件的方法中，与多硅晶膜相比，必须相对较厚。
而且，在传统的制造半导体器件的方法中，当多硅晶膜为了改善其形貌布局而必须降低厚度时，硅化钨膜的厚度必须增加。
因此，当在高温下进行后续工艺时，包含在硅化钨内的氟原子将扩散到栅氧化膜内，以至于加快了栅氧化膜的退化，从而使半导体器件的得益率和可靠性降低。
本发明已提出克服现有技术的上述问题，因此，本发明的目的在于提供一种制造半导体器件的方法，用以降低器件的栅极电阻，改善其形貌布局。另外，该方法应使器件的得益率和可靠性有所改进，从而适用于器件的高集成度。
为了实现上述目的，本发明提供一种制造半导体器的方法，该方法包含下列步骤：准备半导体衬底；在半导体衬底上形成栅氧化膜，在栅氧化膜上形成多硅晶膜；在多硅晶膜上形成具有非晶构造的下硅化钨膜，并形成具有非晶构造和多个小晶粒的上硅化钨膜，在小晶粒之间限定有间隙，上硅化钨膜顺序形成在下硅化钨膜上，下硅化钨膜和上硅化钨膜均用低压化学沉淀方法形成；借助上、下硅化钨的热处理使下硅化钨膜和上硅化钨膜的非晶构造同时结晶，并伴随有氧化膜形成在上硅化钨膜中多个结晶的小晶粒表面。
从下面参照附图对实施例的描述，本发明的其它目的和方面将变得明了，其中：
图1是半导体器件的剖面图，它示出制造具有用硅化钨膜形成栅极的半导体器件的传统方法；
图2A至2C是半导体器件的剖面图，它们示出用根据本发明的制造半导体器件的方法形成栅极的工艺。
下文将参照附图详细描述本发明。
图2A至2C示出用根据本发明制造半导体器件的方法形成栅极的工艺。
在根据本发明制造半导体器件的方法中，首先，在硅衬底11上用LOCOS方法形成元件隔离氧化膜(未示出)。
此后，如图2A所示，在硅衬底11上形成栅氧化膜12，并在栅氧化膜12上沉积多硅晶13。
然后，在约440℃和480℃之间的温度下用低压化学气相沉淀(LPVCD)法把WF6和SiH4气体沉积在多硅晶膜13上，以便形成总厚度约在1300到1500之间的膜。除这两层膜之外，在多硅晶膜13上形成厚度约在700至800之间的非晶构造的下硅化钨膜14。另外，在下硅化钨膜14上形成厚度约在500至800之间的非晶构造的上硅化钨膜15，后者如图2B所示，具有多个晶粒。
然后，如图2C所示，把下硅化钨膜14和上硅化钨膜15在氧环境下用约700℃至900℃的温度进行热处理，以便进行结晶。
在这种情况下，氧在上述结晶过程中，被注入到上硅化钨膜15内小晶粒的非晶硅层之间，同时薄薄地氧化结晶的晶粒系统的表面，从而在表面上形成薄的氧化膜16。
氧化膜16捕获上硅化钨膜15内的氟原子，从而防止后续工艺过程中氟原子从上硅化钨膜15扩散到栅氧化膜12上。
另一方面，观察到的栅极的电阻值Rs相对于多硅晶膜和成双形成硅化钨膜的厚度如下。
首先，当多硅晶膜13的厚度约为700，上和下硅化钨膜整体厚度约为1300时，测得电阻Rs约在9Ω/□。
而，当多硅晶膜13的厚度约为1000，上和下硅化钨膜整体厚度约为1000时，测得电阻Rs约在13Ω/□。
另外，当多硅晶膜13的厚度约为700，上和下硅化钨膜整体厚度约为1300时，测得电阻Rs约在11Ω/□。
同时，在使用双硅化物膜的半导体器件中，根据时间测得栅氧化膜的击穿几乎与现有技术的情况相同。
也即，在用根据本发明方法制造的半导体器件中，栅电阻被显著地降低，而与现有技术的半导体器件相比，栅氧化膜的击穿特性并没有降低。
如上所述，根据本发明制造半导体器的方法具有如下的有利效果。
在根据本发明的制造半导体器件的方法中，当把双层硅化钨膜在氧环境下进行热处理时，周围的氟注入到氧化膜中，并被氧化膜捕获，从而在上硅化钨膜内小晶粒的表面上形成薄的氧化膜，所以使在后继的高温工艺过程期间，包含于上硅化钨膜内的氟原子向下面栅氧化膜的扩散得以防止。
因此，根据用本发明制造半导体器件的方法，不仅降低了栅极的电阻，而且改善了形貌布局，因为硅化钨膜甚至在它们的厚度增加时也使栅极氧化膜的退化得以防止。
所以，由于本发明能降低栅极的电阻，改善布局，而使本发明的制造半导体器件的方法适用于高集成度的半导体器件。
虽然为了图示说明揭示了本发明的较佳实施例，但该技术领域的熟练人员将理解，可以进行各种变化、补充和替换，而不偏离如所附权利要求书中揭示的本发明的范围和精神。

Claims (8)

1.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：
准备半导体衬底；
在所述半导体衬底上形成栅氧化膜，并在所述栅氧化膜上形成多硅晶膜；
在所述多硅晶膜上形成非晶构造的下硅化钨膜，并形成非晶构造的具有多个小晶粒的上硅化钨膜，在各小晶粒之间限定有间隙，其中所述上硅化钨膜顺序形成在所述下硅化钨膜上，所述下硅化钨膜和所述上硅化钨膜均用化学气相沉淀方法形成；
通过把所述下硅化钨膜和所述上硅化钨膜进行热处理，使所述下硅化钨膜和所述上硅化钨膜的非晶构造同时结晶，并伴随有氧化膜形成所述上硅化钨膜内多个结晶的小晶粒的表面。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积法使用低压化学气相沉积法。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于形成所述下硅化钨膜和所述上硅化钨膜的气体包含WF6和SiH4。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于形成所述下硅化钨膜和所述上硅化钨膜的气体包含WF6和SiH2Cl2。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下硅化钨膜和上硅化钨膜均在400℃至500℃之间的温度下形成。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化膜包含有存在于所述上硅化钨膜内的氟。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理在700℃至900℃之间的温度下进行。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理在氧环境下进行。
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