[发明专利]钨膜的形成方法及使用其的半导体装置的布线的形成方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及半导体装置制造的方法，且更具体而言，涉及形成具有低电阻率与低表面粗糙度的钨膜的方法以及使用该钨膜的半导体装置的布线的形成方法。

背景技术

半导体装置中的布线例如栅极主要是由多晶硅膜形成。使用多晶硅膜是因为其可充分满足半导体装置中栅极所要求的物理特性，例如高的熔点，易于形成薄膜，易于图案化线，在氧化气氛中的稳定性，以及形成平坦化的表面。此外，在金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)装置中，低的栅极电阻可以通过将诸如磷(P)、砷(As)或硼(B)的掺杂剂掺入多晶硅栅极来实现。

但是，随着半导体装置中的集成水平提高，栅极线宽、栅极绝缘膜厚度及结深度减小。这些减小使得难以实现多晶硅制成的栅极中所需的低电阻。

于是，需要发展出可取代多晶硅膜的新型的栅极材料。在发展的初期阶段，金属硅化物膜采用作为栅极材料，且发展出由多晶硅膜和金属硅化物膜的层叠结构形成的多晶金属硅化物栅极。然而，在实现亚100nm技术的半导体装置中所需的低电阻时，该多晶金属硅化物栅极也遭遇到限制。

因此，最近的发展是朝向多晶硅膜和金属膜的层叠结构所形成的金属栅极的方向。金属栅极不会利用掺杂剂，因此可以解决在多晶硅化物栅极中所产生的问题。并且，金属膜中使用的金属具有与硅的中间带隙相对应的功函数，使得可以应用金属膜做为单一栅极，并可同时用于NMOS区域和PMOS区域中。例如，利用钨作为钨栅极正被积极地研究中。

但是，当使用钨作为栅极材料时仍存在一问题，即，栅极临界尺寸的减小、线宽效应、以及钨电阻率的增加导致了栅极电阻的增加。因此，已经进行许多研究以解决由于钨电阻率增加所导致的增大的栅极电阻的问题。直至目前为止，进行了很多未成功的尝试来解决栅极电阻增加的问题。

发明内容

本发明的实施例涉及一种钨膜的形成方法，其允许钨膜具有低电阻率。

此外，本发明的实施例涉及一种钨膜的形成方法，其允许钨膜具有低电阻率且在后续工艺中也不会导致任何缺陷。

再者，本发明的实施例涉及一种半导体装置的布线的形成方法，其通过使用钨膜的形成方法使得钨膜具有低电阻率且在后续工艺中不导致缺陷，从而确保半导体装置的生产良率及可靠性。

在一个实施例中，钨膜的形成方法包含步骤：在半导体基底上方形成具有非晶相和β相至少一种的钨成核层；在该钨成核层上方形成具有α相的第一钨层；以及通过物理气相沉积工艺在该第一钨层上方形成第二钨层。

该钨成核层可利用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺来形成。

该钨成核层是通过流通含有B的气体做为反应气体和流通含有W的气体做为源气体来形成。

当该钨成核层形成时，该含有B的气体可含有B₂H₆气体，且含有W的气体可包含WF₆气体。

该钨成核层可被形成包含第一成核层和第二成核层的层叠结构。

该第一成核层是通过流通含有Si的气体做为反应气体和流通含有W的气体做为源气体来形成。

该第一成核层是通过流通SiH₄气体做为反应气体和流通WF₆气体做为源气体来形成。

该第一成核层是通过重复一包含流通反应气体、第一净化(purge)、流通源气体以及第二净化的工艺来形成。

该第二成核层是通过流通含有B的气体做为反应气体和流通含有W的气体做为源气体来形成。

当该第二成核层形成时，该含有B的气体可包含B₂H₆气体，且该含有W的气体可包含WF₆气体。

该第二成核层是通过重复一包含流通反应气体、第一净化、流通源气体以及第二净化的工艺来形成。

该第二成核层是通过单独流通含有B的反应气体到第一成核层的表面上来形成。

备选地，该第二成核层可通过重复一流通包含B₂H₆的反应气体及净化的工艺来形成。

该第一钨层利用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺来形成。

该第一钨层是通过流通WF₆气体和H₂气体来形成。

在另一实施例中，半导体装置的布线的形成方法包括步骤：在半导体基底上方形成阻挡膜；在该阻挡膜上方形成钨膜；以及蚀刻该钨膜和该阻挡膜以形成布线，其中形成钨膜的步骤包括在该阻挡膜上方形成具有非晶相和β相至少一种的钨成核层；在该钨成核层上方形成具有α相的第一钨层；以及在该第一钨层上方通过物理气相沉积工艺形成第二钨层。