一種制作多晶硅柵的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種制作多晶硅柵的工藝方法，包括如下步驟：在形成有PWELL和/或NWELL的半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)一層?xùn)叛趸橘|(zhì)層，接著在柵氧化介質(zhì)層，生長(zhǎng)一層多晶硅層；通過(guò)離子注入方式對(duì)多晶硅層進(jìn)行表面摻雜工藝；其中，NMOS器件注入N型摻雜雜質(zhì)，PMOS器件注入P型摻雜雜質(zhì)；采用多晶硅蝕刻工藝在已摻雜所述多晶硅層上形成多晶硅柵；采用原子氧氧化工藝氧化所述多晶硅柵，在多晶硅柵表面形成一層致密氧化層。因此，本發(fā)明利用原子氧氧化工藝消除因摻雜工藝導(dǎo)致多晶硅氧化速率不一致效應(yīng)，解決因傳統(tǒng)多晶硅氧化工藝導(dǎo)致多晶硅柵上部與底部寬度不一致問(wèn)題，即從而達(dá)到改善多晶硅柵形貌的目的。
【專利說(shuō)明】一種制作多晶硅柵的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種改善多晶硅柵形貌的多晶硅柵制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor,簡(jiǎn)稱CMOS)通常是指(PM0S管和NMOS管)共同構(gòu)成的互補(bǔ)型MOS集成電路的低功耗器件。在CMOS半導(dǎo)體器件制造工藝發(fā)展過(guò)程中，多晶硅柵工藝技術(shù)一直可以延續(xù)到32/28nm工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)。隨著器件尺寸進(jìn)一步縮小，及其器件性能的進(jìn)一步提升，高介電常數(shù)介質(zhì)與金屬柵的新技術(shù)被引入到半導(dǎo)體制造工藝中。目前，比較流行的多晶硅柵工藝技術(shù)流程如圖1所
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[0003]請(qǐng)參閱圖1，現(xiàn)有技術(shù)中制作多晶硅柵的工藝方法，包括如下步驟:
[0004]步驟SOl:在具有PWELL和NWELL的半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)一層?xùn)叛趸橘|(zhì)層完成后，接著生長(zhǎng)一層多晶硅層，生長(zhǎng)后理想的截面示意圖應(yīng)該如圖2所示。
[0005]步驟S02:多晶硅生長(zhǎng)完成后，通過(guò)離子注入方式對(duì)多晶硅層進(jìn)行表面摻雜工藝，其中NMOS器件注入N型摻雜雜質(zhì)，PMOS器件注入P型摻雜雜質(zhì)，完成該步驟后理想的截面示意圖應(yīng)該如圖3所示。
[0006]步驟S03:多晶硅摻雜工藝完成后，通過(guò)多晶硅蝕刻工藝形成多晶硅柵，完成該步驟后理想的截面示意圖應(yīng)該如圖4所示。
[0007]步驟S04:多晶硅柵形成后，通過(guò)快速熱氧化工藝，在多晶硅柵表面形成一層致密氧化層，完成該步驟后理想的截面示意圖應(yīng)該如圖5所示。
[0008]步驟S05:多晶硅柵氧化工藝完成后，采用化學(xué)氣相淀積工藝生長(zhǎng)一層氮化硅，作為側(cè)墻(Offset Spacer)結(jié)構(gòu)。Offset Spacer形成后，再進(jìn)行后續(xù)源漏擴(kuò)展,Spacer及源漏等后續(xù)工藝步驟。
[0009]然而，從上述工藝技術(shù)步驟即如果多晶硅柵氧化工藝多采用快速熱氧化工藝，是不可能達(dá)到如圖6所示的理想多晶硅柵形貌的。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，由于多晶硅摻雜工藝的影響，在多晶硅柵上部區(qū)域，雜質(zhì)的濃度要高于中部與底部區(qū)域，對(duì)于硅晶體結(jié)構(gòu)的破壞更強(qiáng)，導(dǎo)致快速熱氧化過(guò)程中氧分子更容易深入擴(kuò)散，氧化速率大大高于中部與底部區(qū)域，從而出現(xiàn)多晶硅柵寬度不一致的問(wèn)題。特別對(duì)于40/45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，多晶硅柵上部與下部寬度不一致問(wèn)題的影響更大。請(qǐng)參閱圖6,圖6所示為現(xiàn)有技術(shù)在40nm多晶娃柵制作工藝中采用快速熱氧化技術(shù)氧化多晶硅柵的TEM照片，如圖所示，采用快速熱氧化工藝氧化多晶硅柵工藝形成的多晶硅柵，其寬度不一致問(wèn)題特別突出，多晶硅柵上部與底部的寬度差大于3nm。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服以上問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種多晶硅柵制作方法，解決因傳統(tǒng)多晶硅氧化工藝導(dǎo)致多晶硅柵上部與底部寬度不一致問(wèn)題，即從而達(dá)到改善多晶硅柵形貌的目的。
[0011]本發(fā)明提供一種制作多晶硅柵的工藝方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0012]步驟Sll:在形成有PWELL和/或NWELL的半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)一層?xùn)叛趸橘|(zhì)層，接著在所述柵氧化介質(zhì)層，生長(zhǎng)一層多晶硅層；
[0013]步驟S12:通過(guò)離子注入方式對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行表面摻雜工藝；其中，NMOS器件注入N型摻雜雜質(zhì)，PMOS器件注入P型摻雜雜質(zhì)；
[0014]步驟S13:采用多晶硅蝕刻工藝在已摻雜多晶硅層上形成多晶硅柵；
[0015]步驟S14:采用原子氧氧化工藝氧化所述多晶硅柵，在所述多晶硅柵表面形成一層致密氧化層。
[0016]優(yōu)選地，在所述步驟S14后還包括:
[0017]步驟S15:采用化學(xué)氣相淀積工藝生長(zhǎng)一層氮化硅，形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟S14中采用原子氧氧化工藝氧化所述多晶硅柵的腔體環(huán)境壓力小于 IOToor。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟S14中采用原子氧氧化工藝氧化所述多晶硅柵的加熱晶圓表面的工藝溫度為900攝氏度以上。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟S14中采用原子氧氧化工藝氧化所述多晶硅柵的加熱晶圓表面的工藝氣體包括一定比例的氧氣和氫氣。
[0021]優(yōu)選地,所述氧氣和氫氣的比例約為9:1。
[0022]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明利用原子氧氧化工藝消除因摻雜工藝導(dǎo)致多晶硅氧化速率不一致效應(yīng)，解決因傳統(tǒng)多晶硅氧化工藝導(dǎo)致多晶硅柵上部與底部寬度不一致問(wèn)題，即從而達(dá)到改善多晶硅柵形貌的目的。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中制作多晶硅柵的工藝方法流程示意圖
[0024]圖2為多晶硅柵工藝步驟中的多晶硅生長(zhǎng)完成后的理想截面示意圖
[0025]圖3為多晶硅柵工藝步驟中的對(duì)多晶硅層進(jìn)行表面摻雜工藝完成后的理想截面示意圖
[0026]圖4為多晶硅柵工藝步驟中的通過(guò)多晶硅蝕刻工藝形成多晶硅柵完成后的理想截面示意圖
[0027]圖5為多晶硅柵工藝步驟中的多晶硅柵表面形成一層致密氧化層完成后的理想截面示意圖
[0028]圖6所示為現(xiàn)有技術(shù)在40nm多晶硅柵制作工藝中采用快速熱氧化技術(shù)氧化多晶硅柵的TEM照片
[0029]圖7所示為本發(fā)明制作多晶硅柵的工藝方法一較佳實(shí)施例的流程示意圖
[0030]圖8為本發(fā)明制作多晶硅柵的工藝方法在40nm多晶硅柵制作工藝中采用快速熱氧化技術(shù)氧化多晶硅柵的TCM照片
【具體實(shí)施方式】[0031]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例將在后段的說(shuō)明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說(shuō)明及圖示在本質(zhì)上當(dāng)做說(shuō)明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0032]以下結(jié)合附圖2-8，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的制作多晶硅柵的工藝方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、明晰地達(dá)到輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0033]如前所述，由于常規(guī)的制作多晶硅柵的工藝方法，其通過(guò)快速熱氧化工藝，在多晶硅柵表面形成一層致密氧化層，因此不能夠解決多晶硅柵的形貌不佳問(wèn)題；而本發(fā)明的方法中，其利用原子氧氧化工藝消除因摻雜工藝導(dǎo)致多晶硅氧化速率不一致效應(yīng)，解決因傳統(tǒng)多晶硅氧化工藝導(dǎo)致多晶硅柵上部與底部寬度不一致問(wèn)題，即從而達(dá)到改善多晶硅柵形貌的目的；其可以應(yīng)用于40/45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)高性能的CMOS工藝中。
[0034]請(qǐng)結(jié)合圖2-5參閱7-8，圖7所示為本發(fā)明制作多晶硅柵的工藝方法一較佳實(shí)施例的流程示意圖；圖8為本發(fā)明制作多晶硅柵的工藝方法在40nm多晶硅柵制作工藝中采用快速熱氧化技術(shù)氧化多晶硅柵的TEM照片。
[0035]需要說(shuō)明的是，圖2-5中所顯示的結(jié)構(gòu)示意圖僅顯示出制作多晶硅柵工藝方法各步驟應(yīng)達(dá)到理想的多晶硅柵的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明也采用這些圖作為輔助說(shuō)明，但并不代表。
[0036]下面具體介紹本實(shí)施例的制作多晶硅柵的工藝方法，包括:
[0037]步驟Sll:在形成有PWELL和/或NWELL的半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)一層?xùn)叛趸橘|(zhì)層，接著在柵氧化介質(zhì)層，生長(zhǎng)一層多晶硅層；生長(zhǎng)后理想的后截面示意圖也應(yīng)該如圖2所示。
[0038]這里，本實(shí)施例中，所采用的半導(dǎo)體襯底為硅襯底，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法可以但不限于包括:首先，經(jīng)光刻和刻蝕工藝，在半導(dǎo)體襯底中形成淺溝槽結(jié)構(gòu)；然后，在淺溝槽結(jié)構(gòu)中可以但不限于采用化學(xué)氣相沉積法或熱氧化法形成隔離介質(zhì)層，并經(jīng)化學(xué)機(jī)械拋光平坦化隔離介質(zhì)層直至露出半導(dǎo)體襯底，從而形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；然后，可以采用刻蝕氧化物等工藝，在半導(dǎo)體襯底中形成鰭形結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，可以采用離子注入的方法在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間的進(jìn)行P阱區(qū)離子注入和N阱區(qū)離子注入，從而形成P阱區(qū)和N阱區(qū)。
[0039]步驟S12:通過(guò)離子注入方式對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行表面摻雜工藝；其中，NMOS器件注入N型摻雜雜質(zhì)，PMOS器件注入P型摻雜雜質(zhì)；完成該步驟后理想的截面示意圖也應(yīng)該如圖3所示。
[0040]步驟S13:采用多晶硅蝕刻工藝在已摻雜多晶硅層上形成多晶硅柵；完成該步驟后理想的截面示意圖也應(yīng)該如圖4所示。本實(shí)施例中，柵極的形成可以為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0041 ] 當(dāng)然，在實(shí)際工藝中，柵極5形成之后，需進(jìn)行在多晶硅柵表面形成一層致密氧化層步驟，即步驟S14:采用原子氧氧化工藝氧化多晶硅柵，在多晶硅柵表面形成一層致密氧化層。完成該步驟后理想的截面示意圖也應(yīng)該如圖5所示。在本實(shí)施例中，步驟S14中采用原子氧氧化工藝的工藝條件可以選擇如下:氧化多晶硅柵的腔體環(huán)境壓力小于lOToor，工藝溫度為900攝氏度以上，以及工藝氣體包括一定比例的氧氣和氫氣,較佳地,氧氣和氫氣的比例約為9:1。
[0042]與現(xiàn)有技術(shù)中相同，在完成上述多晶硅柵氧化工藝步驟后，可以進(jìn)行在整個(gè)半導(dǎo)體襯底上沉積絕緣隔離層比如氮化硅隔離層，并經(jīng)刻蝕，在柵極的側(cè)壁上形成隔離側(cè)墻(未畫出)，即步驟S15:采用化學(xué)氣相淀積工藝生長(zhǎng)一層氮化娃,形成側(cè)墻(Offset Spacer)結(jié)構(gòu)，Offset Spacer形成后,再進(jìn)行后續(xù)源漏擴(kuò)展，Spacer及源漏等后續(xù)工藝步驟。本發(fā)明的本實(shí)施例中對(duì)此不再作進(jìn)一步描述。
[0043]請(qǐng)參閱圖8，圖8為本發(fā)明制作多晶硅柵的工藝方法在40nm多晶硅柵制作工藝中采用快速熱氧化技術(shù)氧化多晶硅柵的TEM照片。如圖所示，采用原子氧氧化工藝氧化多晶硅柵工藝形成的多晶硅柵，其寬度不一致問(wèn)題得到了很大的改善，多晶硅柵上部與底部的寬度差大于0.lnm。
[0044]以上所述的僅為本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制作多晶硅柵的工藝方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟Sll:在形成有PWELL和/或NWELL的半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)一層?xùn)叛趸橘|(zhì)層，接著在所述柵氧化介質(zhì)層，生長(zhǎng)一層多晶硅層； 步驟S12:通過(guò)離子注入方式對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行表面摻雜工藝；其中，NMOS器件注入N型摻雜雜質(zhì)，PMOS器件注入P型摻雜雜質(zhì)； 步驟S13:采用多晶硅蝕刻工藝在已摻雜多晶硅層上形成多晶硅柵； 步驟S14:采用原子氧氧化工藝氧化所述多晶硅柵，在所述多晶硅柵表面形成一層致密氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作多晶硅柵的工藝方法，其特征在于，在所述步驟S14后還包括: 步驟S15:采用化學(xué)氣相淀積工藝生長(zhǎng)一層氮化硅，形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作多晶硅柵的工藝方法，其特征在于，所述步驟S14中采用原子氧氧化工藝氧化所述多晶硅柵的腔體環(huán)境壓力小于lOToor。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作多晶硅柵的工藝方法，其特征在于，所述步驟S14中采用原子氧氧化工藝氧化所述多晶硅柵的加熱晶圓表面的工藝溫度為900攝氏度以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作多晶硅柵的工藝方法，其特征在于，所述步驟S14中采用原子氧氧化工藝氧化所述多晶硅柵的的加熱晶圓表面的工藝氣體包括一定比例的氧氣和氫氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作多晶娃柵的工藝方法,其特征在于，所述氧氣和氫氣的比例約為9:1。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK103646863SQ201310632141
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】李志偉, 邱裕明 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司