專利名稱：柵極結(jié)構(gòu)及包含此結(jié)構(gòu)的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柵極結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)于一種在柵介電層上形成有雙層導(dǎo)電層的柵極結(jié)構(gòu)及包含此結(jié)構(gòu)的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(IC)的制作是極其復(fù)雜的過(guò)程，目的在于將特定電路所需的各種電子組件和線路，制作在一小面積芯片上。隨著集成電路集積度的增加，組件尺寸得以由亞微米(submicron)、半微米(half-micro)提升至深亞微米的境界，意味著同一芯片內(nèi)可容納更多的電子組件，即單一芯片內(nèi)可擁有更多更強(qiáng)的電路功能。于此各種單元制程技術(shù)便不斷地被開(kāi)發(fā)與改良，以期通過(guò)半導(dǎo)體制程的改善，使線寬得以持續(xù)且順利地往下推進(jìn)。
蝕刻技術(shù)在集成電路制程上扮演著相當(dāng)重要的角色，其關(guān)系著電路布局圖案能否被忠實(shí)地呈現(xiàn)于半導(dǎo)體基底上。目前有關(guān)蝕刻制程的發(fā)展，多集中在柵極的復(fù)晶硅化物和其下柵介電層的蝕刻技術(shù)上，即如何有效、精準(zhǔn)地控制蝕刻終點(diǎn)(etch end point)使其停止于柵介電層上。蝕刻終點(diǎn)的準(zhǔn)確與否影響了此晶體管組件的速度、電流、臨界電壓與是否仍可用來(lái)誘發(fā)通道上的電荷等特性，諸般特性對(duì)于判斷此半導(dǎo)體是否為優(yōu)或劣的組件影響甚巨。
隨著組件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的縮小，柵介電層必須相對(duì)地變薄，例如當(dāng)柵極線寬縮小至65nm以下時(shí)，柵介電層的厚度會(huì)要求低于12埃，如此薄的柵介電層，抵擋蝕刻的能力勢(shì)必跟著下降，爾后在蝕刻過(guò)程中很容易被吃穿，同時(shí)亦會(huì)使該層下的源極/漏極很快的被蝕刻掉。再者，復(fù)晶硅的晶粒(grain)內(nèi)及晶粒邊界(grain boundary)的蝕刻速率并不相同，即蝕刻終點(diǎn)不會(huì)同時(shí)停止于柵介電層上?；谏鲜隼碛桑跂沤殡妼佑鷣?lái)愈薄的趨勢(shì)下，若要使蝕刻步驟成功地停止在相當(dāng)薄的柵介電層上，以維持柵介電層的完整性，是相當(dāng)不容易的。
此外，對(duì)PMOS晶體管而言，在形成柵極之后，即布植硼摻雜于復(fù)晶硅層兩側(cè)的硅基底中，以形成源極/漏極。布植后的硼主要分布在柵極上半部，當(dāng)進(jìn)行高溫活化程序時(shí)，硼會(huì)分別沿著復(fù)晶硅的晶粒內(nèi)及晶粒邊界擴(kuò)散，然而，晶粒邊界的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)大于晶粒內(nèi)，使硼會(huì)先到達(dá)晶粒邊界和在柵介電層的交界處累積，待晶粒內(nèi)都已活化，即完成回火程序后，此區(qū)域已累積相當(dāng)多硼的量，而容易發(fā)生硼穿透(boron penetration)。若柵介電層過(guò)薄，在晶粒內(nèi)的硼尚未完全活化時(shí)，晶粒邊界和柵介電層交界處的硼就會(huì)先開(kāi)始有穿透的現(xiàn)象。
當(dāng)發(fā)生硼穿透柵介電層時(shí)，此現(xiàn)象會(huì)影響柵介電層的品質(zhì)，并降低組件的可靠度和壽命。解決硼穿透柵介電層的傳統(tǒng)方法主要有兩種，一種是降低硼在復(fù)晶硅中的擴(kuò)散速度，另一種是加強(qiáng)柵介電層對(duì)硼穿透的抵擋性。目前業(yè)界多以后者的方式來(lái)解決硼穿透柵介電層的問(wèn)題，即使用經(jīng)氮化的柵介電層以抵擋硼的穿透。
但經(jīng)氮化處理之后的柵介電層，其與復(fù)晶硅層之間的蝕刻選擇性會(huì)因此而大大的降低，導(dǎo)致后續(xù)進(jìn)行蝕刻程序時(shí)，對(duì)蝕刻終點(diǎn)的掌控難以確實(shí)，使柵介電層中發(fā)生過(guò)蝕刻(over etch)的現(xiàn)象，而產(chǎn)生許多不期望的凹洞，嚴(yán)重造成硅基底間的接合漏電(junction leakage)，影響組件工作性質(zhì)。
美國(guó)專利6,277,716號(hào)揭露了改善的方法。請(qǐng)參閱圖1a，柵介電層14、終點(diǎn)偵測(cè)層(end point detect layer)16、柵極堆棧層(gate stack layer)20與圖案化的光阻層30依序形成于基底10上，其中終點(diǎn)偵測(cè)層16由植入有氮原子的復(fù)晶硅所組成，柵極堆棧層20由單層或復(fù)層的復(fù)晶硅，其上并覆蓋有硅化金屬層的堆棧結(jié)構(gòu)所組成。在形成柵極的過(guò)程中，是利用不同的蝕刻選擇比進(jìn)行3次蝕刻程序。如圖1b所示，已圖案化的光阻層30將柵極圖案依序轉(zhuǎn)移至柵極堆棧層20與終點(diǎn)偵測(cè)層16，得到一柵極結(jié)構(gòu)。
此方法的缺點(diǎn)在于制程中多達(dá)3次的蝕刻程序，且各次蝕刻均須調(diào)配不同蝕刻選擇比的反應(yīng)條件來(lái)進(jìn)行，姑且不論其結(jié)果是否能有效控制蝕刻終點(diǎn)于柵介電層上，就該制程所耗費(fèi)的時(shí)間、成本，已相當(dāng)不利于產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用和產(chǎn)品的量產(chǎn)。再者，柵介電層上沉積富含氮的復(fù)晶硅，因其結(jié)構(gòu)屬柱狀形的規(guī)則排列，在蝕刻過(guò)程中，其晶粒內(nèi)及晶粒邊界的蝕刻速率會(huì)有所不同，即到達(dá)柵介電層邊界的時(shí)間點(diǎn)會(huì)有落差，因此，雖提高其蝕刻選擇性，但仍難以確保在柵介電層中不會(huì)產(chǎn)生凹洞。
且若在柵介電層厚度變得很薄的情形下進(jìn)行上述發(fā)明，雖第三次蝕刻的蝕刻選擇比達(dá)130∶1-160∶1(終點(diǎn)偵測(cè)層/柵氧化層)，但因柵介電層已歷經(jīng)連同第二次蝕刻共兩次蝕刻程序，極有可能因柵介電層結(jié)構(gòu)已造成部分損傷(damage)或蝕刻終點(diǎn)控制不易而發(fā)生柵介電層被吃穿的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是揭露一種于柵介電層上形成有雙層?xùn)艑?dǎo)電層的柵極結(jié)構(gòu)及包含此結(jié)構(gòu)的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法，期能改善目前蝕刻制程中，蝕刻終點(diǎn)不易控制的問(wèn)題，以避免在柵介電層中出現(xiàn)不期望的凹洞，并改進(jìn)金屬硅化物的沉積態(tài)樣，使降低且一致化柵導(dǎo)電層本身的阻值。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種柵極結(jié)構(gòu)，其特征是包括一基底；一柵介電層，形成于該基底上；一第一柵導(dǎo)電層，形成于該柵介電層上，且該第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一無(wú)規(guī)則排列；以及一第二柵導(dǎo)電層，形成于該第一柵導(dǎo)電層上，且該第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一柱狀排列。
所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該基底是一硅基底。
所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該柵介電層是由氮化硅、氧化硅或氮氧化硅所構(gòu)成。
所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該柵介電層的厚度大體介于10-20埃。
所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該第一柵導(dǎo)電層與該第二柵導(dǎo)電層是由復(fù)晶硅所構(gòu)成。
所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該第一柵導(dǎo)電層的厚度大體介于300-1000埃。
所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該第二柵導(dǎo)電層的厚度大體介于500-1000埃。
所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是更包括一硅化金屬層，形成于該第二柵導(dǎo)電層上。
所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該硅化金屬層是由硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳或硅化鎢所構(gòu)成。
本發(fā)明提供的一種柵極結(jié)構(gòu)包括一基底，于該基底上形成有一柵介電層，于該柵介電層上形成有一第一柵導(dǎo)電層，該第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一無(wú)規(guī)則(random)排列，續(xù)于該第一柵導(dǎo)電層上形成有一第二柵導(dǎo)電層，該第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一柱狀(column)排列。
本發(fā)明更提供一種包含上述柵極結(jié)構(gòu)的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是包括一基底；一柵介電層，形成于該基底上；一柵極，包括一第一柵導(dǎo)電層，形成于該柵介電層上，該第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一無(wú)規(guī)則排列；一第二柵導(dǎo)電層，形成于該第一柵導(dǎo)電層上，該第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一柱狀排列；以及一源極與一漏極，形成于該柵極兩側(cè)的該基底中。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該金氧半晶體管是包括NMOS晶體管。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該金氧半晶體管是包括PMOS晶體管。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該基底是為一硅基底。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該柵介電層是由氮化硅、氧化硅或氮氧化硅所構(gòu)成。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該柵介電層的厚度大體介于10-20埃。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該第一柵導(dǎo)電層與該第二柵導(dǎo)電層是由復(fù)晶硅所構(gòu)成。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該第一柵導(dǎo)電層的厚度大體介于300-1000埃。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該第二柵導(dǎo)電層的厚度大體介于500-1000埃。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是更包括于該第二柵導(dǎo)電層上，形成有一硅化金屬層。
所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該硅化金屬層是由硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳或硅化鎢所構(gòu)成。
本發(fā)明所提供的一種包含上述柵極結(jié)構(gòu)的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，包括一柵極，于該柵極兩側(cè)的基底中形成有一輕摻雜漏極區(qū)(LDD)，再于該輕摻雜漏極區(qū)的兩側(cè)形成有一源極與一漏極。
第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列因?qū)贌o(wú)規(guī)則性的結(jié)構(gòu)排列，所以，進(jìn)行蝕刻程序時(shí)，各蝕刻方位的前進(jìn)速率均會(huì)相同，使蝕刻終點(diǎn)可確實(shí)停止于柵介電層上，不致發(fā)生過(guò)蝕刻現(xiàn)象而產(chǎn)生凹洞。而第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列屬于規(guī)則性的柱狀結(jié)構(gòu)排列，當(dāng)其上沉積金屬硅化物時(shí)，此規(guī)則性的排列結(jié)構(gòu)將有助于滲入第二柵導(dǎo)電層中的金屬硅化物呈現(xiàn)均勻的分布態(tài)樣，以降低且一致化柵導(dǎo)電層的阻值，提高其導(dǎo)電性。
本發(fā)明另提供一種金氧半晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是包括下列步驟提供一基底；形成一柵介電層于該基底上；形成一第一柵導(dǎo)電層于該柵介電層上，且使該第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一無(wú)規(guī)則排列；以及形成一第二柵導(dǎo)電層于該第一柵導(dǎo)電層上，且使該第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一柱狀排列。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該金氧半晶體管是包括NMOS晶體管。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該金氧半晶體管是包括PMOS晶體管。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該基底是一硅基底。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該柵介電層是由氮化硅、氧化硅或氮氧化硅所構(gòu)成。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該柵介電層的厚度大體介于10-20埃。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該第一柵導(dǎo)電層與該第二柵導(dǎo)電層是由復(fù)晶硅所構(gòu)成。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該第一柵導(dǎo)電層的厚度大體介于300-1000埃。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該第二柵導(dǎo)電層的厚度大體介于500-1000埃。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是形成該柵介電層步驟之后更包括于該柵介電層中植入氮原子。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該第一柵導(dǎo)電層與該第二柵導(dǎo)電層是由低壓化學(xué)氣相沉積法沉積形成。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是是以化學(xué)氣相沉積法形成該第一柵導(dǎo)電層，其所使用的載送氣體為氫氣。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是是以化學(xué)氣相沉積法形成該第二柵導(dǎo)電層，其所使用的載送氣體為氮?dú)狻?br> 所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是形成該第二柵導(dǎo)電層步驟之后更包括于該第二柵導(dǎo)電層中摻雜硼原子。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是更包括于該第二柵導(dǎo)電層上，形成一硅化金屬層。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該硅化金屬層是由硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳或硅化鎢所構(gòu)成。
所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是更包括定義該第二柵導(dǎo)電層與該第一柵導(dǎo)電層，以形成一柵極結(jié)構(gòu)；以及于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該基底中形成一源極與一漏極。
本發(fā)明所提供的一種金氧半晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，包括下列步驟提供一基底，于該基底上形成一柵介電層，于該柵介電層上形成一第一柵導(dǎo)電層，且使該第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一無(wú)規(guī)則排列，續(xù)于該第一柵導(dǎo)電層上形成一第二柵導(dǎo)電層，且使該第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一柱狀排列。
定義該第二柵導(dǎo)電層、該第一柵導(dǎo)電層，以形成一柵極結(jié)構(gòu)。形成該柵極結(jié)構(gòu)之后，于柵極兩側(cè)的基底中進(jìn)行輕摻雜，以形成一輕摻雜漏極區(qū)，續(xù)于該柵極側(cè)壁成長(zhǎng)一間隙壁，再以重?fù)诫s布植形成一源極與一漏極于輕摻雜漏極區(qū)的兩側(cè)，去除該間隙壁，以形成一金氧半晶體管結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于此種柵極結(jié)構(gòu)一方面可避免柵介電層因蝕刻制程而出現(xiàn)的凹洞(pits)，另方面亦可降低且一致化柵導(dǎo)電層本身的阻值，適合應(yīng)用于亞微米以下的金氧半晶體管組件上。


圖1a至圖1b是為美國(guó)專利第6,277,716號(hào)中柵極制程的剖面示意圖。
圖2a至圖2d是為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，金氧半晶體管制程的剖面示意圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，依不同柵導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)的柵極，阻值分布的比較示意圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，依不同柵導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)的柵極，飽和漏極電流量的比較示意圖。
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下
請(qǐng)參閱圖2a至圖2d，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，金氧半晶體管的制作包括下列步驟如圖2a所示，提供一基底210，于該基底210上依序形成一柵介電層220、一第一柵導(dǎo)電層230、一第二柵導(dǎo)電層240，其中基底210的材質(zhì)可為硅，柵介電層220的材質(zhì)可為氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，第一柵導(dǎo)電層230與第二柵導(dǎo)電層240的材質(zhì)可為復(fù)晶硅。
柵介電層220的厚度大體介于10-20埃，第一柵導(dǎo)電層230的厚度大體介于300-1000埃，第二柵導(dǎo)電層240的厚度大體介于500-1000埃。此兩層?xùn)艑?dǎo)電層230、240的晶粒排列各有不同，依照本發(fā)明，第一柵導(dǎo)電層230為一無(wú)規(guī)則排列，第二柵導(dǎo)電層240為一柱狀排列。
藉由第一柵導(dǎo)電層230其不規(guī)則排列的特性，于蝕刻程序進(jìn)行時(shí)，晶粒內(nèi)與晶界的蝕刻前進(jìn)速率會(huì)因此趨于一致，讓蝕刻終點(diǎn)確實(shí)停止于柵介電層220上，而避免凹洞的產(chǎn)生。
柵介電層220是由熱氧化法成長(zhǎng)形成，之后，于柵介電層220中植入氮(N)原子，用以阻擋后續(xù)摻雜如硼原子穿透進(jìn)入柵介電層220，而影響柵介電層220的品質(zhì)。接著，藉低壓化學(xué)氣相沉積法沉積形成第一柵導(dǎo)電層230與第二柵電層240，其中第一柵導(dǎo)電層230的形成過(guò)程中，沉積法所使用的載送氣體為氫氣(H2)，因氫原子的體積小，于通入沉積中的晶粒后，會(huì)在晶粒中呈現(xiàn)散亂且密集性的分布，造成不規(guī)則性的阻擋，遂在此環(huán)境下，使第一柵導(dǎo)電層230自然成長(zhǎng)為一不規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)。而沉積第二柵導(dǎo)電層240使用的載送氣體為氮?dú)?N2)，當(dāng)通入成長(zhǎng)中的晶粒結(jié)構(gòu)時(shí)，因其原子體積較大，使因空間限制的關(guān)系而呈現(xiàn)規(guī)則性的柱狀排列，促使第二柵導(dǎo)電層240自然成長(zhǎng)為一規(guī)則性的柱狀排列結(jié)構(gòu)。
為降低上述柵導(dǎo)電層230、240的阻值，于柵導(dǎo)電層230、240形成后，布植些許的摻雜如硼原子于柵導(dǎo)電層230、240中，以提高其導(dǎo)電性。再如圖2b所示，依序定義第二柵導(dǎo)電層240與第一柵導(dǎo)電層230為柵極圖案242與232，以形成一柵極結(jié)構(gòu)260，其中定義柵極圖案的步驟可由干蝕刻中的等向性蝕刻如反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)技術(shù)達(dá)成。
最后，如圖2c所示，以一輕摻雜離子布植制程于柵極260兩側(cè)的基底210中形成一輕摻雜漏極區(qū)270，續(xù)以化學(xué)氣相沉積法于柵極側(cè)壁成長(zhǎng)一間隙壁295，再藉一重?fù)诫s離子布植制程于輕摻雜漏極區(qū)270的兩側(cè)形成一源極280、一漏極290，以形成一金氧半晶體管結(jié)構(gòu)300，其中上述輕摻雜與重?fù)诫s離子布植制程是使用包括如磷或砷等離子進(jìn)行布植。
再于第二柵導(dǎo)電層240上沉積硅化金屬層250，以降低柵導(dǎo)電層230、240的阻值。本發(fā)明的金屬硅化物如硅化鎳的沉積過(guò)程，是屬自我對(duì)準(zhǔn)式的做法，主要制程如下首先，擇選特定厚度的金屬鎳，以濺鍍(sputtering)的方式沉積在整個(gè)芯片的表面，接著，利用高溫，使部分沉積的鎳膜，與金氧半晶體管的源極280、漏極290與柵極260上的復(fù)晶硅反應(yīng)，形成二硅化鎳(NiSi2)，其余未形成二硅化鎳的部分，則使用濕蝕刻法加以去除，以完成該硅化金屬層250的制作，如圖2d所示。
在硅化金屬層250的下方配合一規(guī)則性柱狀排列的第二柵導(dǎo)電層240的用意，主要是使?jié)B入該柵導(dǎo)電層中的金屬硅化物分布可呈現(xiàn)均勻的態(tài)樣，以利晶體管組件導(dǎo)電特性的改善。請(qǐng)參閱圖3，縱坐標(biāo)為形成柵導(dǎo)電層的過(guò)程中，晶粒沉積量的百分比(0.1-100％)，橫坐標(biāo)為柵導(dǎo)電層的阻值，圖中可看出，柱狀結(jié)構(gòu)的柵導(dǎo)電層，在沉積金屬硅化物后，其阻值分布態(tài)樣a(圖示為實(shí)心圓形)較爐管生成的柵導(dǎo)電層的阻值分布態(tài)樣b(圖示為空心方形)與不規(guī)則結(jié)構(gòu)的柵導(dǎo)電層的阻值分布態(tài)樣c(圖示為實(shí)心三角形)有更佳的一致性。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的制造柵極的方法，其制程中的蝕刻次數(shù)明顯較上述習(xí)知技藝為少，一方面可免除成本和時(shí)間上不必要的耗費(fèi)，另方面也由于蝕刻次數(shù)的減少，使柵介電層在結(jié)構(gòu)上的損傷會(huì)相對(duì)降低許多，免于其被蝕刻制程吃穿的可能。
此外，本發(fā)明的柵導(dǎo)電層是為兩層結(jié)構(gòu)，即晶粒排列屬不規(guī)則性且置于下方的第一柵導(dǎo)電層230與沉積于其上，晶粒排列為規(guī)則性柱狀的第二柵導(dǎo)電層240。由于第一柵導(dǎo)電層230的不規(guī)則結(jié)構(gòu)排列，在進(jìn)行蝕刻程序時(shí)，蝕刻的化學(xué)反應(yīng)如處于相同的結(jié)構(gòu)環(huán)境，使蝕刻前進(jìn)速率在晶粒中趨于一致，而確保了蝕刻終點(diǎn)可停止于柵介電層220上，避免凹洞的產(chǎn)生。上述習(xí)知技藝雖以提高蝕刻選擇性，試圖降低柵介電層220的結(jié)構(gòu)損傷，以達(dá)蝕刻終點(diǎn)的較佳控制，但其忽視柱狀排列結(jié)構(gòu)在蝕刻速率控制上的根本限制，致難以達(dá)成上述目的。
另為降低阻值、提高導(dǎo)電性，而于第二柵導(dǎo)電層240上沉積硅化金屬層250時(shí)，由于第二柵導(dǎo)電層240結(jié)構(gòu)屬規(guī)則性的柱狀排列，會(huì)使?jié)B入該柵導(dǎo)電層的金屬硅化物呈現(xiàn)均勻的分布態(tài)樣，除可助于提高此單一柵極的導(dǎo)電性外，對(duì)各柵極之間的導(dǎo)電特性亦有維持一致性的貢獻(xiàn)。
第二柵導(dǎo)電層240于沉積完成后所剩余的空隙分布，為多而散亂的，此將有利于更多的摻雜進(jìn)入并使電子獲得更自由的移動(dòng)，再加上金屬硅化物于第二柵導(dǎo)電層240中的均勻分布態(tài)樣，皆直接或間接的增加了組件中飽和漏極電流(saturated drain current，IdSat)的電流量。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，縱坐標(biāo)為漏電流量，橫坐標(biāo)為飽和漏極電流量，圖中可看出，當(dāng)維持一定量的漏電流量時(shí)(如100奈安培/微米)，具本發(fā)明柵導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的飽和漏極電流量(圖示為空心圓形)較由爐管生成的柵導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的飽和漏極電流量(圖示為空心方形)高出大體4-5％，此電流提升的現(xiàn)象，尤出現(xiàn)于NMOS晶體管組件中。
基于上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明所揭露的雙層?xùn)艑?dǎo)電層的結(jié)構(gòu)，不但可精準(zhǔn)控制蝕刻終點(diǎn)于柵介電層上，以維持柵介電層的結(jié)構(gòu)完整性，利于后續(xù)制程外，亦可藉使金屬硅化物在柵導(dǎo)電層中的均勻分布，提高各柵極間的導(dǎo)電性和其一致性，并增加4-5％的飽和漏極電流量，使最終可獲得一電子特性更佳的金氧半晶體管組件。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種柵極結(jié)構(gòu)，其特征是包括一基底；一柵介電層，形成于該基底上；一第一柵導(dǎo)電層，形成于該柵介電層上，且該第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一無(wú)規(guī)則排列；以及一第二柵導(dǎo)電層，形成于該第一柵導(dǎo)電層上，且該第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一柱狀排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該基底是一硅基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該柵介電層是由氮化硅、氧化硅或氮氧化硅所構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該柵介電層的厚度介于10-20埃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該第一柵導(dǎo)電層與該第二柵導(dǎo)電層是由復(fù)晶硅所構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該第一柵導(dǎo)電層的厚度介于300-1000埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該第二柵導(dǎo)電層的厚度介于500-1000埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是更包括一硅化金屬層，形成于該第二柵導(dǎo)電層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柵極結(jié)構(gòu)，其特征是該硅化金屬層是由硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳或硅化鎢所構(gòu)成。
10.一種金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是包括一基底；一柵介電層，形成于該基底上；一柵極，包括一第一柵導(dǎo)電層，形成于該柵介電層上，該第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一無(wú)規(guī)則排列；一第二柵導(dǎo)電層，形成于該第一柵導(dǎo)電層上，該第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一柱狀排列；以及一源極與一漏極，形成于該柵極兩側(cè)的該基底中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該金氧半晶體管是包括NMOS晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該金氧半晶體管是包括PMOS晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該基底是一硅基底。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該柵介電層是由氮化硅、氧化硅或氮氧化硅所構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該柵介電層的厚度介于10-20埃。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該第一柵導(dǎo)電層與該第二柵導(dǎo)電層是由復(fù)晶硅所構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該第一柵導(dǎo)電層的厚度介于300-1000埃。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該第二柵導(dǎo)電層的厚度介于500-1000埃。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是更包括于該第二柵導(dǎo)電層上，形成有一硅化金屬層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是該硅化金屬層是由硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳或硅化鎢所構(gòu)成。
21.一種金氧半晶體管的制造方法，其特征是包括下列步驟提供一基底；形成一柵介電層于該基底上；形成一第一柵導(dǎo)電層于該柵介電層上，且使該第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一無(wú)規(guī)則排列；以及形成一第二柵導(dǎo)電層于該第一柵導(dǎo)電層上，且使該第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一柱狀排列。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該金氧半晶體管是包括NMOS晶體管。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該金氧半晶體管是包括PMOS晶體管。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該基底是一硅基底。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該柵介電層是由氮化硅、氧化硅或氮氧化硅所構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該柵介電層的厚度介于10-20埃。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該第一柵導(dǎo)電層與該第二柵導(dǎo)電層是由復(fù)晶硅所構(gòu)成。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該第一柵導(dǎo)電層的厚度介于300-1000埃。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該第二柵導(dǎo)電層的厚度介于500-1000埃。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是形成該柵介電層步驟之后更包括于該柵介電層中植入氮原子。
31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該第一柵導(dǎo)電層與該第二柵導(dǎo)電層是由低壓化學(xué)氣相沉積法沉積形成。
32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是是以化學(xué)氣相沉積法形成該第一柵導(dǎo)電層，其所使用的載送氣體為氫氣。
33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是是以化學(xué)氣相沉積法形成該第二柵導(dǎo)電層，其所使用的載送氣體為氮?dú)狻?br> 34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是形成該第二柵導(dǎo)電層步驟之后更包括于該第二柵導(dǎo)電層中摻雜硼原子。
35.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是更包括于該第二柵導(dǎo)電層上，形成一硅化金屬層。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是該硅化金屬層是由硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳或硅化鎢所構(gòu)成。
37.根據(jù)權(quán)利要求21所述的金氧半晶體管的制造方法，其特征是更包括定義該第二柵導(dǎo)電層與該第一柵導(dǎo)電層，以形成一柵極結(jié)構(gòu)；以及于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該基底中形成一源極與一漏極。
全文摘要
本發(fā)明為一種柵極結(jié)構(gòu)，包括一基底，于該基底上形成有一柵介電層，于該柵介電層上形成有一第一柵導(dǎo)電層，該第一柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一無(wú)規(guī)則排列，于該第一柵導(dǎo)電層上形成有一第二柵導(dǎo)電層，該第二柵導(dǎo)電層中的晶粒排列為一柱狀排列。本發(fā)明的范圍更包括含有前述柵極結(jié)構(gòu)的金氧半晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法。
文檔編號(hào)H01L27/092GK1581511SQ200410070780
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者陳佳麟, 黃明杰, 陳建豪, 李資良, 陳世昌 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司