利用晶界形成半导体器件中的两层多晶硅栅极的方法 本发明涉及利用晶界形成半导体器件中的两层多晶硅栅极电极的方法，更具体地说涉及一种形成具有两层多晶硅层(其中一层的晶粒尺寸与另一层不同)和一层钨硅化物层的栅极电极的方法，以防止在形成钨硅化物层期间氟气通过晶界在多晶硅层中扩散并继而渗入栅极氧化物膜。
在现有技术中，为制造半导体器件中的晶体管栅极电极，广泛采用具有单层多晶硅层和一层钨硅化物层的多层(polycide)结构。
形成具有多层结构的栅极电极的方法如下。
在硅已经形成栅极氧化物膜以后，在大约600℃的温度下，通过低压化学汽相淀积(LPCVD)在栅极氧化物膜上形成一层多晶硅层。
然后采用WF6气，通过化学汽相淀积(CVD)在多晶硅层上形成一层钨硅化物层。当进行热处理时，通过字线掩模工艺形成栅极电极。
在这种热处理过程期间，来自用于形成钨硅化物层的WF6的氟(F)沿多晶硅层的晶界迅速扩散，并且最终渗入栅极氧化物膜。结果，栅极氧化物膜的厚度增加了，从而降低了栅极氧化物膜的电特性。
本发明的一个目的是提供一种形成半导体器件中的栅极电极地改进方法，特别考虑到了改善这种器件的电特性。
本发明的另一个目的是提供一种在形成钨硅化物层期间防止氟沿多晶硅层中的晶界扩散并最终渗入栅极氧化物膜的措施。
本发明的再一个目的是提供一种改善半导体器件中的晶体管的电特性的方法。
根据本发明，在硅衬底上顺序形成栅极氧化物膜和第一多晶硅层。对第一多晶硅层进行热处理，以增大其晶粒的尺寸。在第一多晶硅层上形成第二多晶硅层。对第二多晶硅层进行热处理，以增大其晶粒的尺寸。在第二多晶硅层上形成钨硅化物层。然后通过掩模工艺和蚀刻工艺部分地对第一和第二多晶硅层及钨硅化物层进行蚀刻，由此形成栅极电极。本方法的一个重要特征是使第一多晶硅层的晶粒的尺寸与第二多晶硅层的晶粒的尺寸不同。可以使第一多晶硅层的晶粒的尺寸或大于或小于第二多晶硅层的晶粒的尺寸。如果希望使第二层晶粒大于第一层晶粒，那么第一多晶硅层利用SiH4气和PH3气形成，第二多晶硅层利用Si2H6气和PH3气形成。如果希望使第一层晶粒大于第二层晶粒，那么第一多晶硅层利用Si2H6气和PH3气形成，第二多晶硅层利用SiH4气和PH3气形成。第一和第二多晶硅层是在500至530℃的温度范围内形成的。第一和第二多晶硅层是利用惰性气体在600至650℃的温度范围内进行四至十小时的热处理过程形成的。所用的惰性气体可以或是氩(Ar)气或是氮(N2)气。在第一和第二多晶硅层之间的界面，第一多晶硅层中没有晶界垂直对准第二多晶硅层中的任何晶界。
通过考虑以下结合附图的详细描述，可以对本发明得到更完整的理解，附图中：
图1A-1D是根据本发明的栅极电极形成过程中的不同步骤的剖视图。
在这几个附图中，相同的参考字符表示相同的部分。
图1A-1D是根据本发明的一个实施例的栅极电极形成过程中的不同步骤的剖视图。
参照图1A，在硅衬底1上顺序形成栅极氧化物膜2和第一多晶硅层3，并进行热处理，以增大第一多晶硅层3的晶粒的尺寸。
在500至530℃的温度范围内，通过分别施加SiH4和PH3或者Si2H6和PH3气(这取决于希望得到较小的晶粒尺寸还是较大的晶粒尺寸)，在腔中的栅极氧化物膜2上形成第一多晶硅层3。为了增大第一多晶硅层3的晶粒3A的尺寸，在腔中进行热处理，并引入惰性气体，如氩(Ar)气或是氮(N2)气，温度在600至650℃的范围内，时间为四至十小时。
参照图1B，在第一多晶硅层3上形成第二多晶硅层4，并进行热处理，以增大第二多晶硅层4的晶粒的尺寸。
在500至530℃的温度范围内，通过分别向腔内引入Si2H6和PH3或者SiH4和PH3气(这取决于希望得到较小的晶粒尺寸还是较大的晶粒尺寸)，在腔中形成第二多晶硅层4。为了增大第二多晶硅层4的晶粒4A的尺寸，在腔中进行热处理，并引入惰性气体，如氩(Ar)气或是氮(N2)气，温度在600至650℃的范围内，时间为四至十小时。
关于图1A和1B的值得注意的一个重要因素是在形成每层多晶硅层期间采用的试剂气体的种类。当分别形成第一和第二多晶硅层3和4时，根据所用的试剂气体SiH4和Si2H6的种类，各层3A和4A中的晶粒的尺寸分别是不同的。
用Si2H6气作为试剂气体形成的多晶硅层4的晶粒4A是用SiH4作为试剂气体形成的多晶硅层3的晶粒3A的二至四倍之大。
因此，在第一和第二多晶硅层3、4之间的界面，第一多晶硅层3中没有晶界3B垂直对准第二多晶硅层4中的任何晶界4B。
另外，如本发明的另一实施例，也可以采用Si2H6气形成第一多晶硅层3，而用SiH4气形成第二多晶硅层4，其结果是第一多晶硅层3的晶粒3A大于第二多晶硅层4的晶粒4A。在第一和第二多晶硅层3、4之间的界面，第一多晶硅层3中没有晶界3B垂直对准第二多晶硅层4中的任何晶界4B。
参照图1C，利用WF6气在第二多晶硅层4上形成钨硅化物层5。然后在高温下对钨硅化物层5进行热处理。
一般情况下在热处理期间，来自WF6的氟沿第一和第二多晶硅层的晶界扩散。然而，由于第一和第二多晶硅层的晶粒的尺寸不同以及它们的相互对准关系，即在第一和第二多晶硅层3、4之间的界面，第一多晶硅层3中没有晶界3B垂直对准第二多晶硅层4中的任何晶界4B，因此氟不能扩散或渗入栅极氧化物膜2。
参照图1D，通过字线掩模工艺和蚀刻工艺，部分地对第一和第二多晶硅层3、4及钨硅化物层5进行蚀刻，由此形成栅极电极10。
本发明防止在形成钨硅化物层期间氟气通过多晶硅层之间的晶界扩散并继而渗入栅极氧化物膜。通过采用两层多晶硅层，使其中一层的晶粒的尺寸与另一层的晶粒的尺寸不同，这就可能防止这种扩散和渗透，从而可以改善半导体器件中晶体管的电特性。
虽然以上对本发明以最佳的形式较具体地进行了描述，但是本领域的一般技术人员应懂得，公开的最佳形式只是作为一个例子，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以在各部分的结构、组合和安排的细节上作多种改变。