專利名稱：柵電極及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件所用的晶體管柵電極，尤其是涉及在非晶硅上層疊硅化鎢結(jié)構(gòu)的柵電極。
通常，MOS晶體管的柵電極是在先于源極和漏極，首先形成柵絕緣膜的半導(dǎo)體襯底上形成的。所述柵電極是由多晶硅形成的，為提高其性能，或者用非晶質(zhì)的多晶硅代替，或者在多晶硅上層疊硅化鎢層。
圖2是已有的實(shí)施例，是具有在多晶硅層上層疊硅化鎢的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的局部剖視圖。
參看圖2，已有的柵極結(jié)構(gòu)是，在半導(dǎo)體襯底10的表面形成柵氧化膜(SiO2)12，在柵氧化膜上部依次層疊多晶硅層14和硅化鎢層16。
多晶硅是具有結(jié)晶性的物質(zhì)，由被晶界等分隔的小的單晶區(qū)域(粒度)等構(gòu)成。淀積時，可以獲得具有非晶性和結(jié)晶性的多晶硅膜等；淀積后，通過高溫處理，展現(xiàn)結(jié)晶構(gòu)造。
主要是通過化學(xué)汽相淀積(CVD)法來形成多晶硅層14。此時，對于多晶硅，采用硅烷(SiH4)氣體作為源氣體。作為化學(xué)汽相淀積法的應(yīng)用結(jié)果，形成的多晶硅的粒度為0.2～0.3μm大小。
硅化鎢層16可通過化學(xué)汽相淀積法或物理淀積法有選擇地形成。采用化學(xué)汽相淀積法時，半導(dǎo)體襯底10上具有用于形成硅化鎢的多晶硅層14的對象層，并在含有WF6氣體的氣氛中。此時，所述WF6氣體所含的少量氟原子滲入所述多晶硅層14的表面層。結(jié)果，在硅鎢層16中存在少量的氟原子。
所述硅化鎢層16中所含的所述氟原子，在后續(xù)熱處理工序中，大部分經(jīng)由所述多晶硅層14，滲入所述柵氧化膜12。這是因?yàn)闃?gòu)成所述多晶硅層14的結(jié)構(gòu)粒度的尺寸非常小，存在很多所述氟原子的滲透路徑。其結(jié)果，所述柵氧化膜12的厚度增大，而且所述柵氧化膜12的電特性顯著變劣。
另一方面，在非晶硅上形成硅化鎢時，形成的非晶硅粒度比多晶硅時要大，但由于這些粒度的尺寸小至0.5μm的程度，所以形成硅化鎢時依然發(fā)生氟原子滲透的問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種由多晶硅和硅化鎢的疊層構(gòu)造形成的柵電極，能防止因氟原子的滲透而導(dǎo)致柵氧化膜的電特性變劣和厚度增大的柵電極及其形成方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種柵電極，具有在半導(dǎo)體襯底上部形成的柵絕緣膜，在所述柵絕緣膜上部由乙硅烷氣體形成的非晶硅層和在所述非晶硅層上部形成的、含微量雜質(zhì)的硅化鎢層，它的特點(diǎn)是所述非晶硅層具有可防止所述雜質(zhì)向柵絕緣膜側(cè)滲透的粒度尺寸。
根據(jù)本發(fā)明，柵電極具有在柵氧化膜上部形成的、含很大的結(jié)構(gòu)顆粒的非晶質(zhì)的多晶硅層。所述含有大結(jié)構(gòu)顆粒的非晶質(zhì)的多晶硅層，可使雜質(zhì)向所述柵氧化膜側(cè)滲透的通路變小。
附圖的簡要說明如下

圖1是本發(fā)明涉及的實(shí)施例，是具有在多晶硅層上層疊硅化鎢結(jié)構(gòu)的柵電極剖視圖。
圖2是已有的實(shí)施例，是具有在多晶硅層上層疊硅化鎢結(jié)構(gòu)的柵電極剖視圖。
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
參照圖1，在半導(dǎo)體襯底20的上部形成柵絕緣膜22，在所述柵絕緣膜22的上部，層疊含大的結(jié)構(gòu)顆粒的非晶硅層24和含微量的氟原子的硅化鎢層26。
以乙硅烷(Si2H6)為源氣體，通過化學(xué)汽相淀積法，形成所述非晶硅層24，其結(jié)構(gòu)粒度尺寸約為2～3μm，與結(jié)晶硅層疊的已有結(jié)構(gòu)相比，其粒度大到10倍的程度。因此，所述非晶硅層24與已有的柵電極所使用的多晶硅層相比，雜質(zhì)向所述柵絕緣膜22側(cè)的滲透通路至少能減少到1/10的程度。結(jié)果，所述柵絕緣膜22的厚度無需增大，而且所述柵絕緣膜22的電特性也不會發(fā)生大幅度地下降。本發(fā)明適用的硅化鎢以WSi2為好。
以下，說明所述結(jié)構(gòu)的柵電極的形成過程。
在O2氣體中暴露所述半導(dǎo)體襯底20，在所述半導(dǎo)體襯底20表面生長氧化物(SiO2)，由此形成所述柵絕緣膜24。
由此，用450～580℃的溫度，使形成有所述柵絕緣膜22的所述半導(dǎo)體襯底20暴露于預(yù)定壓力的乙硅烷(Si2H6)氣體，由此形成含有2～3μm大小的結(jié)構(gòu)顆粒的所述非晶硅層24。所述乙硅烷氣體反應(yīng)時的壓力一般設(shè)定為0.1～數(shù)十個Torr的程度。
最后，使形成有非晶硅層24的半導(dǎo)體襯底20暴露于WF6氣體，所述WF6氣體所含鎢原子與所述多晶硅層14反應(yīng)，由此形成所述硅化鎢層26。所述硅化鎢層26形成時，所述WF6氣體所含的少量氟原子28滲入所述非晶硅層24的表面層。結(jié)果，所述硅化鎢層26中存在少量的氟原子。
所述硅化鎢層26中所含的所述氟原子28，在后續(xù)熱處理時，經(jīng)由所述非晶硅層24向所述柵絕緣膜22側(cè)滲透的量明顯減少。這是因?yàn)?，?gòu)成所述非晶硅層24的結(jié)構(gòu)顆粒非常大，向所述柵絕緣膜22側(cè)的滲透通路減少的緣故。
結(jié)果，使所述柵絕緣膜22的厚度的增大最小化，而且使所述柵絕緣膜22的電特性的下降最小化。所述柵絕緣膜22的增大被抑制在5～10以下，與已有的柵電極相比，可改善達(dá)200％的程度。而且，根據(jù)施加一定電流的試驗(yàn)結(jié)果，與已有的柵電極相比，所述柵絕緣膜22的電特性也能提高200％的程度。
如上所述，本發(fā)明為在柵氧化膜上依次層疊結(jié)晶硅和硅化鎢層，形成多邊結(jié)構(gòu)的柵電極，通過使用乙硅烷氣體，用非晶質(zhì)的硅代替所述的結(jié)晶質(zhì)的多晶硅，構(gòu)成盡可能大的結(jié)構(gòu)粒度尺寸，使所述硅化鎢層所含的氟原子向所述柵絕緣膜側(cè)的滲透最小化。據(jù)此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可使所述柵絕緣膜厚度的增加最小化，還可使所述柵絕緣膜的電特性下降最小化。
這里，盡管結(jié)合附圖對本發(fā)明的特定實(shí)施例做了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對此做出修改及變形。因此，以下權(quán)利要求書的范圍應(yīng)理解為包含屬于本發(fā)明的精神及范圍的全部變化及重現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種柵電極，其特征在于，具有在半導(dǎo)體襯底上部形成的柵絕緣膜；在所述柵絕緣膜上部由乙硅烷氣體形成的非晶硅層；在所述非晶硅層上部形成的、含有微量雜質(zhì)的硅化鎢層，所述非晶硅層具有可防止所述雜質(zhì)向柵絕緣膜側(cè)滲透的粒度尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵電極，其特征在于，所述非晶硅層的粒度尺寸是2～3μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵電極，其特征在于，所述雜質(zhì)是氟元素。
4.一種柵電極的形成方法，其特征在于包括以下工序提供在其上形成有柵絕緣膜的半導(dǎo)體襯底；把半導(dǎo)體襯底安置于化學(xué)汽相淀積所用的反應(yīng)室，并在乙硅烷氣氛中進(jìn)行熱處理，再在所述柵絕緣膜上形成非晶硅層；在所述非晶硅層上形成硅化鎢。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵電極形成方法，其特征在于，所述硅化鎢是WSi2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵電極形成方法，其特征在于，所述反應(yīng)室的壓力為0.1～數(shù)十個Torr。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵電極形成方法，其特征在于，為了形成多晶硅，所述乙硅烷氣體反應(yīng)的反應(yīng)室的溫度是450～580℃。
全文摘要
一種在非晶硅上層疊有硅化鎢的構(gòu)造的柵電極，包括在半導(dǎo)體襯底上部形成的柵絕緣膜；在所述柵絕緣膜上部由乙硅烷氣體形成的非晶硅層；在所述非晶硅層上部形成的、含微量質(zhì)雜的硅化鎢層，所述非晶硅層具有可防止所述雜質(zhì)向柵絕緣膜側(cè)滲透的粒度尺寸。
文檔編號H01L29/78GK1155159SQ9612147
公開日1997年7月23日 申請日期1996年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月15日
發(fā)明者崔在成 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社