一种具有扩散阻障层的栅极结构及其制作方法.pdf

本发明是有关一种具扩散阻障层的栅极结构与制作方法，先利用硅离子注入法形成一个扩散阻障层于多晶硅层与硅化钨金属层间，来避免进行栅极再次氧化工艺时，多晶硅层与硅化钨金属层间因化学位能差异，所产生的硅原子扩散现象，与因应力差异所导致的晶格扭曲现象，进而减少栅极的失效。

1、  一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，包括：
提供一个内部形成有数个隔离区域的半导体基底；
在所述半导体基底上依序形成一个栅氧化层、一个多晶硅层、及一个硅化钨金属层；
以硅离子对所述半导体基底进行离子注入，形成一个介于多晶硅层与硅化钨金属层间的扩散阻障层；
用栅极光刻蚀工艺来定义出栅极结构。

2、  根据权利要求1所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，所述硅化钨金属层形成后，用一个退火工艺来降低其电阻值。

3、  根据权利要求1所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，所述硅化钨金属层是利用化学气相沉积法制得。

4、  根据权利要求1所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，定义出所述栅极结构后，对所述栅极结构进行多次氧化过程，来修补因为光刻蚀工艺对栅氧化层所造成的损伤。

5、  根据权利要求1所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，所述多晶硅层是为利用化学沉积法制得。

6、  根据权利要求1所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，利用热扩散法或离子注入法来降低所述多晶硅层的电阻值。

7、  根据权利要求1所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，所述栅氧化层材料为氧化硅。

8、  根据权利要求7所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，所述氧化硅的栅氧化层是利用干式氧化法于氧化炉管中制得。

9、  根据权利要求8所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，在进行干式氧化工艺前先对所述半导体基底进行清洗，使曝露在外的硅表面保持干净。

10、  一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，包括：
提供一个内部形成有数个隔离区域的半导体基底；
在所述半导体基底上依序形成一个栅氧化层、一个多晶硅层、及一个硅化钨金属层；
用栅极光刻蚀工艺来定义出栅极结构；
以硅离子对所述硅化钨金属层进行离子注入，形成一个介于硅化钨金属层与多晶硅层间的扩散阻障层。

11、  根据权利要求10所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，在所述硅化钨金属层形成后，用一个退火工艺来降低所述金属硅化物的电阻值。

12、  根据权利要求10所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，所述硅化钨金属层是利用化学气相沉积法制得。

13、  根据权利要求10所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，所述多晶硅层是为利用化学沉积法制得。

14、  根据权利要求10所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，利用热扩散法或离子注入法来降低所述多晶硅层的电阻值。

15、  根据权利要求10所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，所述栅氧化层材料为氧化硅。

16、  根据权利要求15所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，所述栅氧化层是利用干式氧化法于氧化炉管中制得。

17、  根据权利要求16所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，在进行干式氧化工艺前先对所述半导体基底进行清洗，使曝露在外的硅表面保持干净。

18、  根据权利要求10所述的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，其特征在于，完成所述扩散阻障层后，进行一个栅极再氧化工艺，来修补因为光刻蚀工艺对栅极氧化层所造成的损伤。

19、  一种具有扩散阻障层的栅极结构，其特征在于，包括：
一个内部具有数个隔离区域的半导体基底；
一个位于所述半导体基底上的栅氧化层；
一个位于所述栅氧化层上的多晶硅层；
一个形成于所述多晶硅层表面的硅化钨金属层；
以及一个利用硅离子对所述半导体基底进行离子注入、以在所述多晶硅层与所述硅化钨金属层之间形成的扩散阻障层。

20、  根据权利要求19所述的一种具有扩散阻障层的栅极结构，其特征在于，所述栅氧化层的材料为氧化硅。

21、  根据权利要求20所述的一种具有扩散阻障层的栅极结构，其特征在于，所述栅氧化层是利用干式氧化法所形成。

22、  根据权利要求19所述的一种具有扩散阻障层的栅极结构，其特征在于，所述硅化钨金属层是利用化学气相沉积法所形成。

23、  根据权利要求19所述的一种具有扩散阻障层的栅极结构，其特征在于，所述多晶硅层为利用化学沉积法所形成。

一种具有扩散阻障层的栅极结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种栅极结构及其制作方法，特别是一种能够有效避免栅极再氧化工艺所导致位于多晶硅层与硅化钨层间的硅离子扩散，与应力差异所产生晶格应力的具有扩散阻障层的栅极结构及其制作方法。
背景技术
随着集成电路技术进入深次微米的时代，组件尺寸越做越小，制作的步骤也愈来愈复杂。例如MOSFET组件中的栅极氧化层由原先的几百埃降至四十埃左右，在这趋势下，栅极结构层容忍微量缺陷的程度就越低，所以薄膜制作工艺在集成电路技术中受到非常重视，其可靠性关系着产品的成品率，而直接影响的则是整个生产成本，故超薄栅极层的品质已成为现今人们所重视的问题。
以现在绝大多数的MOS组件为例，它们是由一个作为栅氧化层的氧化硅与一个由多晶硅层与硅化钨金属层的栅极导电层，经由光刻蚀工艺所定义出来，但是此制作工艺会使栅氧化层暴露于光刻蚀环境如电浆(Plasma)中，造成栅氧化层的品质受到破坏，进而影响MOS组件的热载子(Hot carrier)的可靠性，于是制作工艺中往往加入一道栅极再氧化工序(Gate re-oxidation recipe)，来修补此类型的损伤。
但此工序将诱导原本化学位能与薄膜应力具有差距的硅化钨金属层与多晶硅层发生硅原子扩散，造成孔穴产生并引起结构扭曲，导致不正常的栅氧化层失效。
因此本发明针对上述问题提出一种具扩散阻碍层的栅极结构，来改善上述缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有扩散阻障层的栅极结构及其制作方法，能够阻止多晶硅层与金属硅化钨层间因化学位能差异，而产生硅原子扩散现象。
本发明的另一目的是提供一种具有扩散阻障层的栅极结构及其制作方法，能够避免因栅极再氧化工艺，导致多晶硅层与金属硅化层间产生晶格扭曲。
本发明再一目的是提供一种具有扩散阻障层的栅极结构及其制作方法，能够应用于对薄膜缺陷极为敏感的深次微米时代，减少缺陷产生。
本发明又一目的是提供一种具有扩散阻障层的栅极结构及其制作方法，能够缓和多晶硅层与金属硅化层间的薄膜应力差距。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种具有扩散阻障层的栅极结构，包括：一个内部具有数个隔离区域的半导体基底；一个位于所述半导体基底上的栅氧化层；一个位于所述栅氧化层上的多晶硅层；一个形成于所述多晶硅层表面的硅化钨金属层；以及一个利用硅离子对所述半导体基底进行离子注入、以在所述多晶硅层与所述硅化钨金属层之间形成的扩散阻障层。
本发明的另一技术方案是：一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，包括：提供一个内部形成有数个隔离区域的半导体基底；在所述半导体基底上依序形成一个栅氧化层、一个多晶硅层、及一个硅化钨金属层；以硅离子对所述半导体基底进行离子注入，形成一个介于多晶硅层与硅化钨金属层间的扩散阻障层；用栅极光刻蚀工艺来定义出栅极结构。
本发明的再一技术方案是：一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法，包括：在进行栅极光刻蚀工艺来定义出栅极结构后，以硅离子对所述硅化钨金属层进行离子注入，形成一个介于硅化钨金属层与多晶硅层间的扩散阻障层。
本发明提出一种具扩散阻碍层的栅极结构及其制作方法，能够阻止多晶硅层与金属硅化钨层间因化学位能差异，而产生硅原子扩散现象，避免因栅极再氧化工艺，导致多晶硅层与金属硅化层间产生晶格扭曲，缓和多晶硅层与金属硅化层间的薄膜应力差距，可应用于对薄膜缺陷极为敏感的深次微米时代，减少缺陷产生。
图1是本发明的一种具扩散阻碍层的栅极结构示意图。
图2、图3、图4、图5是本发明的一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法的步骤示意图。
图6、图7、图8是本发明的另一种具有扩散阻障层的栅极的制作方法的步骤示意图。
图号说明：
10半导体基底
12隔离区域
14栅氧化层
16多晶硅层
18硅化钨金属层
20扩散阻障层
22栅极结构
下面结合附图对本发明作进一步描述。
本发明利用硅离子注入法形成一个位于多晶硅层与金属硅化钨间的扩散阻障层，来阻止多晶硅层与金属硅化钨间因化学位能与应力产生硅离子扩散现象。
本发明提供一种具有扩散阻障层的栅极结构，如图1所示，包括一个内部具有数个隔离结构12的半导体基底10，一个位于半导体基底10上的栅氧化层14，其中所述栅氧化层14是利用干式氧化法所形成的氧化硅层，一个位于所述栅氧化层14上方，利用化学沉积法所制得的多晶硅层16，一个位于所述多晶硅层上方的硅化钨金属层18，所述硅化钨金属层18是利用化学沉积法形成，以及，利用硅离子对所述半导体基底进行离子注入，所形成一个介于多晶硅层16与硅化钨金属层18之间地扩散阻碍层20。
现就上述图1所示的结构来说明本发明的制作方法。
如图2、图3、图4、图5所示，是制作具有扩散阻障层的栅极结构的一种方法的各步骤构造剖视图；如图所示，本发明的制造方法包括有下列步骤：
首先如图2所示，在一半导体基底10上形成隔离区域12。
然后，开始进行栅极结构制作过程，在半导体基底10上依序形成一个作为栅氧化层14的氧化硅，一个多晶硅层16，与一个硅化钨金属层18，形成如图3所示的结构，其中所述栅氧化层14可使用干式氧化法在氧化炉管中制得，在所述氧化工艺前，可以先对所述半导体基底10进行清洗，使暴露在外的硅表面保持干净，来确保其品质，而所述多晶硅层16可以化学沉积法制作，而且可以利用扩散法或离子注入法来作适当的电阻值调整，而硅化钨金属层18利用化学气相沉积法得制得，且为使其具有较低电阻，在此工艺后可施行一退火工艺。
然后，利用离子注入法，将硅离子注入于硅化钨金属层18与多晶硅层16间来形成一个扩散阻障层20，形成如图4所示的薄膜堆栈结构。
接着，对所述半导体基底10进行栅极光刻蚀工艺，形成如图5所示的一个具有扩散阻障层20的栅极结构22。
此时，为修补光刻蚀制程对栅氧化层14所造成的损伤，在栅极结构22完成后往往会进行一栅极再氧化工艺，在本发明中，因为温度效应，可诱导具较高能量(High Entropy)的注入硅离子产生移动，来达到较稳定态的能量(Low Entropy)，进而消除所述制作工艺所导致多晶硅层16与硅化钨金属层18所产生的应力差异。
本发明提供另外一种制作方法：
如图6所示的结构，先于一半导体基底10上形成隔离区域12。
然后，进行栅极结构制作过程，在半导体基底上形成一个具有栅氧化层14，一个多晶硅层16，与一个硅化钨金属层18的栅极结构，如图7所示。
再利用离子注入法，将硅离子注入于硅化钨金属层18与多晶硅层16间来形成一个扩散阻障层20，形成如图8所示的一个具扩散阻障层的栅极结构。
综上所述，本发明为一种具扩散阻障层的栅极结构与制作方法，它是利用硅离子注入来形成的一个介于硅化物金属层与多晶硅层之间的扩散阻障层，来抑制硅原子因为金属硅化物与多晶硅层间化学位能差异所产生的扩散现象，在利用具较高能量的硅注入原子于栅极再氧化工艺进行时，进行适当的原子移动与晶格重组来缓和此工艺所导致的薄膜间应力差距，来避免栅极失效。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，因此不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。