專利名稱：柵層形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柵層形成方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制程中，通常包含形成用以制作柵極的柵層的步驟。所述 柵極作為器件的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)及成份的變化將直接影響器件內(nèi) 導(dǎo)電溝道的形貌發(fā)生變化，由此，為獲得所述柵極而進(jìn)行的形成柵層的 工藝成為制程工程師的主要研究目標(biāo)。
通常，柵層材料包含多晶硅。實(shí)踐中，摻雜的多晶硅由于具有良好 的電阻可調(diào)性、與二氧化硅優(yōu)良的界面特性、與后續(xù)高溫工藝的兼容性、 比金屬電極更高的可靠性、在陡峭結(jié)構(gòu)上淀積的均勻性以及可實(shí)現(xiàn)柵的 自對準(zhǔn)工藝而被用作4冊層材料。
傳統(tǒng)工藝中形成柵層的步驟包括在半導(dǎo)體基底上形成多晶硅層； 執(zhí)行離子注入操作，以調(diào)整所述多晶硅的阻值。
然而，如圖1所示，實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，利用現(xiàn)有工藝形成柵層時(shí)，在進(jìn) 行多晶硅摻雜后，易產(chǎn)生穿透效應(yīng)12 (penetration)，即摻雜材料擊穿 多晶硅柵層20及其下介質(zhì)層而進(jìn)入位于半導(dǎo)體基底10內(nèi)的器件的導(dǎo)電溝 道區(qū)，最終導(dǎo)致器件漏電流過大。如何減少穿透效應(yīng)的產(chǎn)生成為本領(lǐng)域 技術(shù)人員亟待解決的問題。
2003年10月22日公開的公告號為"CN1125482C"的中國專利中提供 了一種具有P +多晶硅柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法，包括 首先，形成二氧化硅層于半導(dǎo)體襯底上；隨后，形成N型非晶硅層于該二 氧化硅層之上，該非晶硅層以S i ^與PHs反應(yīng)而產(chǎn)生在非晶型硅層中的磷 擴(kuò)散；再后，形成金屬硅化物于該非晶硅之上；繼而，離子注入形成r 硅層，該P(yáng)+硅層的形成為利用BF2穿越金屬硅化物進(jìn)入該非晶硅所形成的 具有P+的硅層；然后，對該非晶硅層熱處理使其轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼樱浑S后， 蝕刻該金屬硅化物、該多晶硅層及該二氧化硅層以形成柵極結(jié)構(gòu)；最后， 以離予注入方法形成漏極與源極。該方法利用B F 2穿越硅化鴒形成P + 硅層，即利用磷離子存在于柵極中以牽制固定硼離子而降低硼離子穿透 柵極氧化層現(xiàn)象的發(fā)生。換言之，此方法僅用以減少在PMOS晶體管形成 過程中形成P +硅層時(shí)穿透效應(yīng)的產(chǎn)生，適用的制程有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種柵層形成方法，可減少穿透效應(yīng)的產(chǎn)生。 本發(fā)明提供的一種柵層形成方法，包括
提供半導(dǎo)體基底；
在所述半導(dǎo)體基底上形成多晶硅層； 在所述多晶硅層上形成氧化層； 對所述多晶硅層執(zhí)行離子注入操作； 去除所述氧化層。
可選地，利用結(jié)構(gòu)控制工藝形成所述多晶硅層；可選地，所述結(jié)構(gòu) 控制工藝包括降低沉積反應(yīng)溫度、增加反應(yīng)腔內(nèi)壓力及增加反應(yīng)氣體流 量中的一種及其組合；可選地，所述氧化層包含二氧化硅以及摻雜的二 氧化硅；可選地，利用氫氟酸溶液去除所述氧化層。
本發(fā)明4是供的一種^^層形成方法，包括
提供半導(dǎo)體基底；
在所述半導(dǎo)體基底上形成多晶硅層； 在所述多晶硅層上形成氮化層； 對所述多晶硅層執(zhí)行離子注入操作； 去除所述氮化層。
可選地，利用結(jié)構(gòu)控制工藝形成所述多晶硅層；可選地，所述結(jié)構(gòu) 控制工藝包括降低沉積反應(yīng)溫度、增加反應(yīng)腔內(nèi)壓力及增加反應(yīng)氣體流
量中的一種及其組合；可選地，所述氮化層包含氮化硅或氮氧化硅；可 選地，利用熱磷酸溶液去除所述氮化層。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明提供的一種柵層形成方法，通過在多晶硅層上形成氧化層或氮 化層，利用其作為阻擋層，以使減少穿透效應(yīng)的產(chǎn)生成為可能；此外， 利用所述氧化層或氮化層，還可在刻蝕柵層以形成柵極的過程中以及在 形成柵極后去除抗蝕劑層時(shí)，減小柵層表面的損傷，使得減少后續(xù)離子 注入過程中穿透效應(yīng)的產(chǎn)生成為可能；
本發(fā)明提供的一種柵層形成方法的可選方式，通過控制形成多晶硅層 的工藝參數(shù)，以形成具有較小晶粒尺寸的多晶硅層，可增強(qiáng)減少穿透效 應(yīng)產(chǎn)生的效果，并可使進(jìn)一步減少后續(xù)離子注入過程中穿透效應(yīng)的產(chǎn)生 成為可能。


圖1為說明現(xiàn)有技術(shù)中柵層穿透效應(yīng)示意圖； 圖2為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的形成柵層的流程示意圖； 圖3為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體基底的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的在半導(dǎo)體基底上形成多晶硅層后的 結(jié)構(gòu)示意圖5為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的在多晶硅層上形成氧化層后的結(jié)構(gòu) 示意圖6為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的離子注入后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的柵層結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為說明本發(fā)明第二實(shí)施例的在多晶硅層上形成氧化層后的結(jié)構(gòu) 示意圖9為說明本發(fā)明第三實(shí)施例的在多晶硅層上形成氮化層后的結(jié)構(gòu) 示意圖10為說明本發(fā)明第四實(shí)施例的在多晶硅層上形成氮化層后的結(jié) 構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
盡管下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明 而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對本發(fā)明的限制。
為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì) 描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠贡景l(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混 亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí) 現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí) 施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和
規(guī)工作。
在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列 說明和權(quán)利要求書本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均 采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助 說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
利用現(xiàn)有工藝形成柵層時(shí)，在進(jìn)行多晶硅摻雜后，易產(chǎn)生穿透效應(yīng)
(penetration),即摻雜材料擊穿多晶硅柵層及其下介質(zhì)層而進(jìn)入器件 導(dǎo)電溝道區(qū)，易導(dǎo)致器件漏電流過大。如何減少穿透效應(yīng)的產(chǎn)生成為本 領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
本發(fā)明的發(fā)明人分析后認(rèn)為，所述穿透效應(yīng)是由于現(xiàn)有工藝中形成 的柵層的晶粒尺寸較大且晶粒生長方向相對規(guī)則，即同 一厚度的多晶硅 柵層包含的晶界數(shù)目較少，使得摻雜粒子易于穿透所述晶界的阻礙進(jìn)入
器件導(dǎo)電溝道區(qū)后造成的。為抑制穿透效應(yīng)的發(fā)生，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng) 歷分析與實(shí)踐后，提供了一種柵層形成方法。
應(yīng)用本發(fā)明提供的方法形成柵層的步驟包括提供半導(dǎo)體基底；在 所述半導(dǎo)體基底上形成多晶硅層；在所述多晶硅層上形成氧化層或氮化 層；對所述多晶硅層執(zhí)行離子注入操作；去除所述氧化層或氮化層。
如圖2所示，作為本發(fā)明的第一實(shí)施例，應(yīng)用本發(fā)明提供的方法形成 柵層的具體步驟包括
步驟2Q1:提供半導(dǎo)體基底。
如圖3所示，所述半導(dǎo)體基底為已定義器件有源區(qū)并已完成淺溝槽 隔離的半導(dǎo)體襯底。所述半導(dǎo)體基底表面可具有氧化層。所述氧化層材 料包含二氧化硅(Si02)或摻雜鉿(Hf )的二氧化硅。所述氧化層厚度 范圍可為5 ~ 40納米。所述氧化層的形成方法可選用熱氧化法或CVD方 法。
形成所述半導(dǎo)體基底及所述氧化層的方法可采用任何傳統(tǒng)的方法，在 此不再贅述。
步驟202:在所述半導(dǎo)體基底上形成多晶硅層。
如圖4所示，所述多晶硅層的形成方法可選用LPCVD工藝。反應(yīng)氣體為 硅烷(SiH4),反應(yīng)腔內(nèi)溫度范圍可為700 750攝氏度，反應(yīng)腔內(nèi)壓力可 為250 ~ 350毫毫米汞柱(m torr ),所述硅烷的流量范圍可為100 ~ 200 立方厘米/分鐘(sccm);所述反應(yīng)氣體中還可包括緩沖氣體，所述緩沖 氣體可為氦氣(He)，所述氦氣的流量范圍可為5~20升/分鐘(slm)。
步驟203:如圖5所示，在覆蓋半導(dǎo)體基底100的所述多晶硅層120上形 成氧化層140。
由于所述氧化層140自身具有的性質(zhì)，即致密性，所述氧化層140可作
為摻雜離子注入時(shí)的阻擋層，使減少穿透效應(yīng)的發(fā)生成為可能。
形成所述氧化層140時(shí)，可選用熱氧化工藝或CVD工藝，所述氧化
層140的厚度以及所述氧化層140與所述多晶硅層120的厚度的比值根 據(jù)產(chǎn)品要求確定，例如，所述比值可為1: 10。涉及的具體工藝可采用 任何傳統(tǒng)的方法，在此不再贅述。
利用熱氧化工藝形成所述氧化層140時(shí)，所述多晶硅層120的厚度 高于形成柵極后柵層的厚度，所述多晶硅層120的厚度與所述柵層的厚 度間的差值對應(yīng)于所述氧化層140的厚度。
形成的所述氧化層140可包含二氧化硅(USG)以及摻雜的二氧化 硅，如硼磷硅玻璃(BPSG)、硼硅玻璃(BSG)、磷硅玻璃(PSG )或氮 氧化硅中的一種或其組合。
步驟204:對所述多晶硅層執(zhí)行離子注入操作，以調(diào)整所述多晶硅的 阻值。
離子注入后的所述多晶硅層如圖6所示，進(jìn)行所述離子注入操作的工 藝可采用任何傳統(tǒng)的方法，在此不再贅述。
步驟205:如圖7所示，去除所述氧化層，以形成柵層。 可選用濕刻工藝去除所述氧化層。
去除所述氧化層時(shí)，涉及的刻蝕溶液可選為氫氟酸溶液。應(yīng)用高濃度 的氫氟酸溶液完成去除氧化層的操作，如濃度為49%的氫氟酸原液，可提 高刻蝕效率；顯然，對所述氫氟酸原液進(jìn)行適當(dāng)稀釋，以獲得濃度高于 傳統(tǒng)濃度參數(shù)的氫氟酸溶液，如利用濃度為45%、 35%、 25%或15%的氫氟 酸溶液，完成去除氧化層的操作，仍可提高刻蝕效率。但是，應(yīng)用稀釋 的氫氟酸溶液，如濃度小于3%的氫氟酸溶液仍可完成去除氧化層的操作， 且可降低刻蝕成本。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為，改變多晶硅層的晶粒結(jié)構(gòu)可使進(jìn)一步 減少注入離子進(jìn)入器件導(dǎo)電溝道成為可能。
然而，僅將晶粒生長方向不規(guī)則化，易使多晶硅層的表面性質(zhì)變差。 繼而，如何改變多晶硅層的晶粒尺寸成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問 題。
作為本發(fā)明的第二實(shí)施例，如圖8所示，可選用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)控制工藝 形成多晶硅層320,以獲得較小的晶粒尺寸，所述結(jié)構(gòu)控制工藝包括降低 沉積反應(yīng)溫度、增加反應(yīng)腔內(nèi)壓力及增加反應(yīng)氣體流量中的 一種及其組 合。
可選地，在所述多晶硅層320沉積過程中，反應(yīng)腔溫度范圍可為600 650攝氏度，反應(yīng)腔內(nèi)壓力可為250 - 350mttor，所述硅烷的流量范圍可 為100~ 200 sccm;所述反應(yīng)氣體中還可包括緩沖氣體，所述緩沖氣體可 為氦氣，所述氦氣的流量范圍可為5 20 slm;
可選地，在所述多晶硅層320沉積過程中，反應(yīng)腔溫度范圍可為700 750攝氏度，反應(yīng)腔內(nèi)壓力可為450 550mttor,所述硅烷的流量范圍可 為15 0 ~ 25 0 sccm;所述反應(yīng)氣體中還可包括緩沖氣體，所述緩沖氣體可 為氦氣，所述氦氣的流量范圍可為10 30 slm ;
可選地，在所述多晶硅層320沉積過程中，反應(yīng)腔溫度范圍可為600 650攝氏度，反應(yīng)腔內(nèi)壓力可為450- 550mttor,所述硅烷的流量范圍可 為150~ 250 sccm;所述反應(yīng)氣體中還可包括緩沖氣體，所述緩沖氣體可 為氦氣，所述氦氣的流量范圍可為10 30 slm。
所述沉積多晶硅層320的方法可采用任何傳統(tǒng)的工藝，在此不再贅述。
此外，如圖9所示，利用氮化層160替代所述氧化層作為摻雜離子注入 時(shí)的阻擋層，仍可使減少穿透效應(yīng)的發(fā)生成為可能。
形成的所述氮化層160可包含氮化硅(SiN )或氮氧化硅(SiON );去 除所述氮化層160時(shí)，涉及的刻蝕溶液可選為磷酸溶液。反應(yīng)溫度范圍可 為150~170攝氏度；所述刻蝕溶液百分比濃度可小于或等于5%;刻蝕
速率及刻蝕反應(yīng)時(shí)間根據(jù)產(chǎn)品要求及工藝條件確定。以所述氮化層16 0作 為阻擋層的^"層形成方法可作為本發(fā)明的第三實(shí)施例。
如圖10所示，在以所述氮化層160作為阻擋層時(shí)，再選用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu) 控制工藝形成多晶硅層320,以形成具有較小的晶粒尺寸多晶硅層的柵層 的形成方法，可作為本發(fā)明的第四實(shí)施例。
需說明的是，實(shí)踐中，去除所述氧化層或氮化層的步驟可在刻蝕柵層 以形成柵極操作之后，可減少去除在刻蝕柵層過程中應(yīng)用的抗蝕劑層時(shí) 造成的柵層表面損傷，并使得減少后續(xù)離子注入過程中穿透效應(yīng)的產(chǎn)生 成為可能
本發(fā)明提供的柵層形成方法，通過在多晶硅層上形成氧化層或氮化 層，利用其作為阻擋層，以使減少穿透效應(yīng)的產(chǎn)生成為可能；此外，利 用所述氧化層或氮化層，還可在刻蝕柵層以形成柵極的過程中以及在形 成柵極后去除抗蝕劑層時(shí)，減小柵層表面的損傷，使得減少后續(xù)離子注 入過程中穿透效應(yīng)的產(chǎn)生成為可能；本發(fā)明提供的柵層形成方法的可選 方式，通過控制形成多晶硅層的工藝參數(shù)，以形成具有較小晶粒尺寸的 多晶硅層，可增強(qiáng)減少穿透效應(yīng)產(chǎn)生的效果，并可使進(jìn)一步減少后續(xù)離 子注入過程中穿透效應(yīng)的產(chǎn)生成為可能。
需強(qiáng)調(diào)的是，未加說明的步驟均可采用傳統(tǒng)的方法獲得，且具體的工 藝參數(shù)根據(jù)產(chǎn)品要求及工藝條件確定。
盡管通過在此的實(shí)施例描述說明了本發(fā)明，和盡管已經(jīng)足夠詳細(xì)地描 述了實(shí)施例，申請人不希望以任何方式將權(quán)利要求書的范圍限制在這種 細(xì)節(jié)上。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說另外的優(yōu)勢和改進(jìn)是顯而易見的。因 此，在較寬范圍的本發(fā)明不限于表示和描述的特定細(xì)節(jié)、表達(dá)的設(shè)備和 方法和說明性例子。因此，可以偏離這些細(xì)節(jié)而不脫離申請人總的發(fā)明 概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種柵層形成方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成多晶硅層；在所述多晶硅層上形成氧化層；對所述多晶硅層執(zhí)行離子注入操作；去除所述氧化層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵層形成方法，其特征在于利用結(jié)構(gòu) 控制工藝形成所述多晶硅層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的糖層形成方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu) 控制工藝包括降低沉積反應(yīng)溫度、增加反應(yīng)腔內(nèi)壓力及增加反應(yīng)氣體流 量中的一種及其組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的柵層形成方法，其特征在于 所述氧化層包含二氧化硅以及摻雜的二氧化硅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的柵層形成方法，其特征在于 利用氫氟酸溶液去除所述氧化層。
6. —種柵層形成方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成多晶硅層； 在所述多晶硅層上形成氮化層； 對所述多晶硅層執(zhí)行離子注入操作； 去除所述氮化層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵層形成方法，其特征在于利用結(jié)構(gòu) 控制工藝形成所述多晶硅層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的柵層形成方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu) 控制工藝包括降低沉積反應(yīng)溫度、增加反應(yīng)腔內(nèi)壓力及增加反應(yīng)氣體流 量中的一種及其組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的柵層形成方法，其特征在于 所述氮化層包含氮化硅或氮氧化硅。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的柵層形成方法，其特征在于: 利用熱磷酸溶液去除所述氮化層。
全文摘要
一種柵層形成方法，包括提供半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成多晶硅層；在所述多晶硅層上形成氧化層或氮化層；對所述多晶硅層執(zhí)行離子注入操作；去除所述氧化層或氮化層?？蓽p少穿透效應(yīng)的產(chǎn)生。
文檔編號H01L21/02GK101364538SQ20071004481
公開日2009年2月11日 申請日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者居建華 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司