防止pmos器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種防止PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法，包括步驟：進(jìn)行多晶硅淀積，第一段多晶硅淀積形成柵極多晶硅的底層部分，第二段多晶硅淀積形成柵極多晶硅的頂層部分，第二段多晶硅淀積中通入氧氣使頂層部分中同時(shí)形成一氧化硅阻擋層；柵極多晶硅生長(zhǎng)完成后注入硼離子；在柵極多晶硅的表面形成鎢硅層。本發(fā)明通過(guò)在柵極多晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中使其表面形成一層氧化硅阻擋層，該氧化硅阻擋層能防止后續(xù)熱過(guò)程中硼從柵極多晶硅滲透到鎢硅層中，多晶硅生長(zhǎng)完成后再進(jìn)行硼離子注入，這樣能有效降低硼在鎢硅層中的聚集，從而能有效抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的發(fā)生，使PMOS器件的閾值電壓穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】防止PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種防止PMOS器件 工藝中柵極多晶娃耗盡(Poly Depletion Effects)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有工藝中，為了方便于NMOS器件集成，PMOS器件的柵極多晶硅采用和NMOS器 件的柵極多晶硅相同的摻雜條件，即都為N型摻雜且都要求重?fù)诫s，PMOS器件的柵極多晶 娃N型摻雜后,必須在溝道區(qū)形成一 P型埋溝(buried channel)才能解決N型柵極多晶娃 造成的閾值電壓(Vt)較高的問(wèn)題，P型埋溝的引入又會(huì)產(chǎn)生較大的漏電流問(wèn)題。為了解決 現(xiàn)有PMOS器件的埋溝引起的較高的Vt和較大的漏電流的問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中采用P型硼雜 質(zhì)來(lái)對(duì)PMOS器件的柵極多晶硅進(jìn)行P型摻雜并且為重?fù)诫s，即NMOS器件的柵極多晶硅形 成N型摻雜的結(jié)構(gòu)、PMOS器件的柵極多晶硅形成P型摻雜的結(jié)構(gòu)，這樣才能降低PMOS器件 的P型柵極多晶硅和硅襯底上的溝道區(qū)之間的接觸勢(shì)，能達(dá)到降低PMOS器件的閾值電壓 和漏電的作用。但是由于NMOS器件和PMOS器件要集成在一起，故要保證NMOS器件的柵極 和PMOS器件的柵極能夠?qū)崿F(xiàn)良好的接觸，由于P型柵極多晶硅和N型柵極多晶硅之間存在 接觸問(wèn)題，所以現(xiàn)有技術(shù)中采用在P型柵極多晶硅和N型柵極多晶硅上都分別形成鎢硅層 (WSI，Tungsten Polycide)來(lái)實(shí)現(xiàn)NMOS器件的柵極和PMOS器件的柵極的良好的接觸連接。
[0003]PMOS器件的柵極多晶硅采用硼摻雜以及形成鎢硅層后，由于硼在鎢硅層與多晶硅 中溶解度大致為100:1，這樣容易受后續(xù)熱處理的影響，導(dǎo)致硼穿越鎢硅層和柵極多晶硅的 界面，進(jìn)入到鎢硅層中并在鎢硅層中聚積，引起柵極多晶硅耗盡，從而造成PMOS器件的閾 值電壓漂移。如圖1所示，在硅襯底101上形成有柵氧化層102，以及柵極多晶硅層103和 鎢硅層104，其中柵極多晶硅層103中注入有P型硼雜質(zhì)，該結(jié)構(gòu)在進(jìn)行后續(xù)熱處理后，由于 硼的在鎢硅層104中的溶解度更大，故硼雜質(zhì)會(huì)穿透到鎢硅層104中，柵極多晶硅層103的 硼雜質(zhì)會(huì)大大減少，這樣就會(huì)是最后形成的PMOS器件的閾值電壓漂移。
[0004]為了克服上述硼穿透到鎢硅層中的情況發(fā)生，如圖2所示，現(xiàn)有一種工藝方法是 在柵極多晶硅層103進(jìn)行硼摻雜后，在柵極多晶硅層103的表面形成一層鈦和氮化鈦(Ti/ TiN)的阻擋層105，再在阻擋層105上形成鎢硅層104，其中在鎢硅層104上的氮化硅層106 為隔離保護(hù)層。即現(xiàn)有方法利用阻擋層105來(lái)阻止柵極多晶硅103中的硼雜質(zhì)在加熱后向 鎢硅層104中滲透聚集。雖然上述方法能夠抑制硼穿透現(xiàn)象發(fā)生，但是新引入的鈦很容易 在后續(xù)的柵極多晶娃的再氧化(Re-oxidation)工藝被氧化而發(fā)生膨脹,最后造成球形凸起 (pilling)，這會(huì)對(duì)柵極結(jié)構(gòu)的形貌影響很大，不利于器件的性能穩(wěn)定。同時(shí)，鈦的引入，也 對(duì)工藝線上的產(chǎn)品存在金屬離子污染的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種防止PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的 方法，能防止PMOS器件的柵極多晶硅中的硼穿透到鎢硅層中，從而能防止柵極多晶硅耗盡，使PMOS器件的閾值電壓穩(wěn)定。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的防止PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方 法包括如下步驟:
[0007]步驟一、在硅襯底上進(jìn)行多晶硅淀積，所述多晶硅淀積分成連續(xù)兩段，第一段多晶 硅淀積用于形成柵極多晶硅的底層部分，所述底層部分的厚度為所述柵極多晶硅的厚度的 2/3以上；第二段多晶硅淀積用于形成柵極多晶硅的頂層部分，由所述頂層部分和所述底 層部分一起組成所述柵極多晶硅，所述第二段多晶硅淀積的工藝氣體在所述第一段多晶硅 淀積的工藝氣體的基礎(chǔ)上增加了氧氣，利用氧氣的通入，使所述柵極多晶硅的頂層部分形 成的同時(shí)被部分氧化，并在所述柵極多晶硅的頂層部分中形成一氧化硅阻擋層。
[0008]步驟二、形成所述柵極多晶硅之后，在所述柵極多晶硅中注入硼離子，使所述柵極 多晶硅呈P型摻雜結(jié)構(gòu)。
[0009]步驟三、在所述柵極多晶硅的表面形成鎢硅層，所述鎢硅層和所述柵極多晶硅電 學(xué)連接并組成所述PMOS器件的柵極，所述氧化硅阻擋層阻擋所述柵極多晶硅中的硼穿透 到所述鎢硅層中。
[0010]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟一中所述第二段多晶硅淀積中的氧氣占所述第二段多晶硅 淀積的工藝氣體的總量的2%?4% ;所述氧化硅阻擋層的厚度為40埃?80埃。
[0011]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中的注入硼離子的能量為3KeV?8Kev，注入劑量為 lE15cm2 ?lE16cm2。
[0012]本發(fā)明方法在柵極多晶硅生長(zhǎng)到2/3左右時(shí)，通入2?4%氧氣對(duì)其表層多晶硅進(jìn)行 氧化，從而在柵極多晶硅表面形成一層氧化硅阻擋層，該氧化硅阻擋層能防止后續(xù)熱過(guò)程 中硼從柵極多晶硅滲透到鎢硅層中，多晶硅生長(zhǎng)完成后對(duì)其進(jìn)行硼離子注入，這樣能夠有 效的降低硼在鎢硅層中的聚集，從而能有效抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡發(fā)生，使 PMOS器件的閾值電壓穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0014]圖1是現(xiàn)有PMOS器件帶有鎢硅層和多晶硅層的柵極結(jié)構(gòu)；
[0015]圖2是現(xiàn)有PMOS器件帶有鎢硅層、阻擋層和多晶硅層的柵極結(jié)構(gòu)；
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖；
[0017]圖4A-圖4C是本發(fā)明實(shí)施例方法各步驟中器件結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖；本發(fā)明實(shí)施例防止PMOS器件工藝中 柵極多晶硅耗盡的方法包括如下步驟:
[0019]步驟一、如圖4A所示，在硅襯底I上依次形成柵介質(zhì)層2和柵極多晶硅3，其中柵 介質(zhì)層I能為一氧化層。
[0020]形成所述柵極多晶硅3的多晶硅淀積分成連續(xù)兩段，第一段多晶硅淀積用于形成 柵極多晶硅3的底層部分，所述底層部分的厚度為所述柵極多晶硅3的厚度的2/3以上。
[0021]如圖4B所示，第二段多晶硅淀積用于形成柵極多晶硅3的頂層部分，由所述頂層部分和所述底層部分一起組成所述柵極多晶硅3。所述第二段多晶硅淀積的工藝氣體在所 述第一段多晶硅淀積的工藝氣體的基礎(chǔ)上增加了氧氣，所述第二段多晶硅淀積中的氧氣占 所述第二段多晶硅淀積的工藝氣體的總量的2%?4%。
[0022]利用氧氣的通入，使所述柵極多晶硅3的頂層部分形成的同時(shí)被部分氧化，并在 所述柵極多晶硅3的頂層部分中形成一氧化硅阻擋層3a。所述氧化硅阻擋層3a的厚度為 40埃?80埃。
[0023]步驟二、如圖4B所示，形成所述柵極多晶硅3之后，在所述柵極多晶硅3中注入硼 離子，使所述柵極多晶硅呈P型摻雜結(jié)構(gòu)。其中，注入硼離子的能量為3KeV?8Kev，注入劑 量為 lE15cm 2 ?lE16cm 2。
[0024]步驟三、如圖4C所示，在形成有所述氧化硅阻擋層3a的所述柵極多晶硅3的表面 形成鎢硅層4，所述鎢硅層4和所述柵極多晶硅3電學(xué)連接并組成所述PMOS器件的柵極， 所述氧化硅阻擋層3a阻擋所述柵極多晶硅3中的硼穿透到所述鎢硅層中。所述氧化硅阻 擋層3a的形成能夠降低在后續(xù)熱過(guò)程中促使硼滲透到鎢硅層中的風(fēng)險(xiǎn)，從而能有效抑制 PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡發(fā)生，使PMOS器件的閾值電壓穩(wěn)定。
[0025]之后在PMOS器件的柵極的側(cè)面形成側(cè)墻，并在所述柵極兩側(cè)的所述硅襯底I中形 成PMOS器件的源漏區(qū)。
[0026]PMOS器件一般和NMOS器件集成在一起形成，在形成NMOS器件的區(qū)域中，NMOS器 件的柵極多晶硅采用N型摻雜，在柵極多晶硅上也形成有鎢硅層。PMOS器件和NMOS器件集 成在一起時(shí)，通過(guò)鎢硅層實(shí)現(xiàn)器件之間的柵極的連接。
[0027]以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限 制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種防止PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、在硅襯底上進(jìn)行多晶硅淀積，所述多晶硅淀積分成連續(xù)兩段，第一段多晶硅淀積用于形成柵極多晶硅的底層部分，所述底層部分的厚度為所述柵極多晶硅的厚度的2/3 以上；第二段多晶硅淀積用于形成柵極多晶硅的頂層部分，由所述頂層部分和所述底層部 分一起組成所述柵極多晶硅，所述第二段多晶硅淀積的工藝氣體在所述第一段多晶硅淀積 的工藝氣體的基礎(chǔ)上增加了氧氣，利用氧氣的通入，使所述柵極多晶硅的頂層部分形成的 同時(shí)被部分氧化，并在所述柵極多晶硅的頂層部分中形成一氧化硅阻擋層；步驟二、形成所述柵極多晶硅之后，在所述柵極多晶硅中注入硼離子，使所述柵極多晶 硅呈P型摻雜結(jié)構(gòu)；步驟三、在所述柵極多晶硅的表面形成鎢硅層，所述鎢硅層和所述柵極多晶硅電學(xué)連 接并組成所述PMOS器件的柵極，所述氧化硅阻擋層阻擋所述柵極多晶硅中的硼穿透到所 述鶴娃層中。
2.如權(quán)利要求1所述的防止PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法，其特征在于: 步驟一中所述第二段多晶硅淀積中的氧氣占所述第二段多晶硅淀積的工藝氣體的總量的 2%?4% ;所述氧化硅阻擋層的厚度為40埃?80埃。
3.如權(quán)利要求1所述的防止PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法，其特征在于:步 驟二中的注入硼離子的能量為3KeV?8Kev，注入劑量為lE15cm_2?lE16cm_2。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103578998SQ201210269123
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月30日
【發(fā)明者】陳瑜, 羅嘯, 馬斌 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司