專利名稱：避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極及其制造方法。其閘極是由非晶硅層和復晶硅層所組成，且置于閘極絕緣層上，而源極/汲極則位于非晶硅層/復晶硅層的兩側的基底中。
本發(fā)明是有關于一種閘極(gate)及其制造方法，特別是有關于一種避免摻質穿透(penetrate)至閘極氧化層(gate oxide layer)的閘極及其制造方法。
眾所周知，金屬氧化物半電晶體(metal-oxide-semiconductortransistorMOS transistor)是目前積體電路應用最普遍的一種單位電子元件。其是由閘極、汲極與源極所組成的四接點元件，利用MOS閘極在不同閘極電壓下的通道形成效應，MOS電晶體可以做為一種數(shù)位式的(digitalized)固態(tài)開關，以便與其它配件一起搭配，而應用在各種的邏輯與記憶體積體電路產品上。其可大致分為三種類型N通道MOS(簡稱NMOS)、P通道MOS(簡稱PMOS)及互補式(complementary)MOS，其中互補式MOS是由一NMOS和一PMOS所組成。
就PMOS而言，其制造方法是于硅基底10表面形成一層閘極氧化層12后，接著沉積定義復晶硅層14以形成閘極，之后布植硼摻質于復晶硅層14兩側的硅基底10中，以形成源極/汲極20。其主要缺陷在于布植后的硼主要分布在閘極上半部，如

圖1所示，在高溫活化程序時，硼會分別沿著復晶硅的晶粒內及晶粒邊際擴散。然而，晶粒邊際的擴散速度遠大于晶粒內，所以硼會先到達晶粒邊際和閘極氧化層12的交界處，如圖2所示，待晶粒內部已活化，即完成回火程序，然而此區(qū)域因為累積硼的量最多，故最容易發(fā)生硼穿透，如圖3所示；若閘極氧化層12過薄，會發(fā)生在晶粒內硼尚未完全活化，晶粒邊際和閘極氧化層12的交界處就開始穿透的現(xiàn)象，如圖4所示，當發(fā)生硼穿透閘極氧化層時，此現(xiàn)象會影響閘極氧化層的品質，而且會降低元件的可靠度和壽命。傳統(tǒng)在解決硼穿透閘極氧化層的途徑主要有兩種一種是降低硼在復晶硅中的擴散速度，另一種是加強閘極氧化層對硼穿透的抵擋性。但是，目前尚沒有較好的解決硼穿透閘極氧化層的方法問世。
本發(fā)明的主要目的是提供一種避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極，是由非晶硅層和復晶硅層的疊層所組成，置于閘極絕緣層上，而源極/汲極則位于非晶硅層/復晶硅層的兩側的基底中，通過加強閘極氧化層對硼穿透的抵擋性，利用非晶硅層來防止硼穿透閘極絕緣層，達到確保閘極絕緣層的品質，及提高所形成的元件的可靠度和壽命的目的。
本發(fā)明的第二目的是提供一種避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，包括于基底上形成閘極絕緣層，并于閘極絕緣層上依序形成復硅層和非晶硅層的疊層，接著定義復晶硅層和非晶硅層，以形成閘極。達到避免摻質滲透至閘極絕緣層的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是它包括位于基底表面上設有閘極絕緣層，復晶硅層位于該閘極絕緣層上；以及一非晶硅層位于該復晶硅層上，該復晶硅層和該非晶硅層的疊層為閘極。
該閘極絕緣層為閘極氧化層。該復晶硅層的厚度為300-1000埃。該非晶硅層的厚度為1000-2000埃。
一種避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是它包括如下的步驟(1)提供一基底；(2)于該基底上形成一閘極絕緣層；(3)于該閘極絕緣層上形成一復晶硅層；(4)于該復晶硅層上形成一非晶硅層；(5)定義該復晶硅層和該非晶硅層，以形成一閘極。
該閘極絕緣層為閘極氧化層。該復晶硅層的厚度為300-1000埃。該復晶硅層的形成是以硅甲烷為制程氣體，在壓力為0.15-0.25托爾，溫度為580-630℃下進行低壓化學氣相沉積。該非晶硅層的厚度為1000-2000埃。該非晶硅層的形成是以硅甲烷為制程氣體，在壓力為0.15-0.25托爾，溫度為510-560℃下進行低壓化學氣相沉積。定義完該復晶硅層和非晶硅層，形成該閘極后，更包括進行一離子布植制程，以于該閘極兩側的基底中形成源極/汲極。在進行完該離子布植制程后，更包括進行一回火制程。該離子布植制程中，所布植的摻質為硼。該布植的摻質硼的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量為3-20keV。該離子布植制程中，所布植的摻質為砷。該布植摻質的砷的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量為30-80keV。
本發(fā)明的主要優(yōu)點是通過加強閘極氧化層對硼穿透的抵擋性，利用非晶硅層來防止硼穿透閘極絕緣層，具有確保閘極絕緣層的品質，及提高所形成的元件的可靠度和壽命的功效。
下面結合較佳實施例和附圖詳細說明。
圖1-圖3是硼在傳統(tǒng)的閘極內擴散的示意圖。
圖4是在閘極氧化層過薄的情況下，硼在傳統(tǒng)的閘極內擴散的示意圖。
圖5-圖8是本發(fā)明的閘極的制造方法的流程剖面示意圖。
本發(fā)明是將單一層的復晶硅層的閘極結構，改良成為由非晶硅層和復晶硅層的疊層做為閘極，利用非晶硅層來防止硼穿透閘極絕緣層，以確保閘極絕緣層的品質，及提高所形成的元件的可靠度和壽命。
參閱圖5-圖8，本發(fā)明的閘極的制造方法包括如下步驟參閱圖5，提供一基底100，例如是硅基底，于基底100上形成一層閘極絕緣層102，例如是閘極氧化層，以0.18微米制程為例，閘極氧化層的厚度約為30埃左右，其形成方法可為熱氧化法或化學氣相沉積法。
參閱圖6，于閘極絕緣層102上形成一復晶硅層104，其厚度為300-1000埃左右，其形成方法例如是利用低壓化學氣相沉積法，以硅甲烷為制程氣體，在壓力約為0.15-0.25托爾(torr)，溫度約為580-630℃下沉積復晶硅層104。
參閱圖7，于復晶硅層104上形成一層非晶硅層106，其厚度為1000-2000埃左右，其形成方法例如是利用低壓化學氣相沉積法，以硅甲烷為制程氣體，在壓力約為0.15-0.25托爾(torr)，溫度約為510-560℃下，沉積非晶硅層106。
參閱圖8，對非晶硅層106和復晶硅層104進行圖案化，以定義出閘極108，即此閘極108是由圖案化的非晶硅層106a和復晶硅層104a的疊層所組成。之后以此閘極108為罩幕，進行離子布植制程，于閘極108兩側的基底100內形成源極/汲極110。以PMOS為例，所布植的摻質為硼布植的劑量約為1×1015-1×1016，布植的能量約為3-20keV；若以NMOS為例，所布植的摻質為砷，布植的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量約為30-80keV。接著進行回火制程，以使布植的摻質活化。
在上述的布植制程和回火制程中，由于閘極108的上部為非晶硅層106a，使得布植的摻質在回火過程中不易擴散，摻質不會發(fā)生過度集中在復晶硅層104a的晶粒邊際和閘極絕緣層102的交界處，故可以避免摻質穿透至閘極絕緣層102中或其下方基底100內的通道處。因此，閘極絕緣層102的品質不會受到破壞，且所形成的元件的可靠度高和壽命長。
值得注意的是，所形成的源極/汲極可為具有淺摻雜汲極(lightlydoped drain；LDD)設計的源極/汲極，或是其它形式的源極/汲極。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點1、本發(fā)明的閘極是由非晶硅層和復晶硅層的疊層所組成。
2、由于非晶硅層可以阻擋摻質于閘極內擴散的速度，因此可以避免摻質穿透至閘極絕緣層中或其下方基底內的通道處。因此，閘極絕緣層的品質不會受到破壞，且所形成的元件的可靠度高和壽命長。
3、本發(fā)明所提供的可避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極及其制造方法，可用于制造PMOS或NMOS。
4、本發(fā)明可以應用在邏輯閘、記憶體等電晶體的制程中。
以上為本發(fā)明的較佳實施例，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內所做更動與潤飾，都屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是它包括位于基底表面上設有閘極絕緣層，復晶硅層位于該閘極絕緣層上；以及一非晶硅層位于該復晶硅層上，該復晶硅層和該非晶硅層的疊層為閘極。
2.根據權利要求1所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是該閘極絕緣層為閘極氧化層。
3.根據權利要求1所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是該復晶硅層的厚度為300-1000埃。
4.根據權利要求1所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是該非晶硅層的厚度為1000-2000埃。
5.一種避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是它包括如下的步驟(1)提供一基底；(2)于該基底上形成一閘極絕緣層；(3)于該閘極絕緣層上形成一復晶硅層；(4)于該復晶硅層上形成一非晶硅層；(5)定義該復晶硅層和該非晶硅層，以形成一閘極。
6.根據權利要求5所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該閘極絕緣層為閘極氧化層。
7.根據權利要求5所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該復晶硅層的厚度為300-1000埃。
8.根據權利要求7所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該復晶硅層的形成是以硅甲烷為制程氣體，在壓力為0.15-0.25托爾，溫度為580-630℃下進行低壓化學氣相沉積。
9.根據權利要求7所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該非晶硅層的厚度為1000-2000埃。
10.根據權利要求9所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該非晶硅層的形成是以硅甲烷為制程氣體，在壓力為0.15-0.25托爾，溫度為510-560℃下進行低壓化學氣相沉積。
11.根據權利要求9所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是定義完該復晶硅層和非晶硅層，形成該閘極后，更包括進行一離子布植制程，以于該閘極兩側的基底中形成源極/汲極。
12.根據權利要求11所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是在進行完該離子布植制程后，更包括進行一回火制程。
13.根據權利要求11所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該離子布植制程中，所布植的摻質為硼。
14.根據權利要求13所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該布植的摻質硼的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量為3-20keV。
15.根據權利要求11所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該離子布植制程中，所布植的摻質為砷。
16.根據權利要求15所述的避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該布植摻質的砷的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量為30-80keV。
全文摘要
一種避免摻質滲透至閘極絕緣層的閘極及其制造方法，它包括于基底上依次形成閘極絕緣層、復晶硅層及非晶硅層，定義復晶硅層和非晶硅層形成閘極。通過加強閘極氧化層對硼穿透的抵擋性，利用非晶硅層來防止硼穿透閘極絕緣層，具有確保閘極絕緣層的品質，及提高所形成的元件的可靠度和壽命的功效。
文檔編號H01L21/285GK1392614SQ0111882
公開日2003年1月22日 申請日期2001年6月18日 優(yōu)先權日2001年6月18日
發(fā)明者賴忠慶, 李瑞評, 賴東明, 杜建男 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司