專(zhuān)利名稱：基極的結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)于一種基極的結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是有關(guān)于一種具有多晶硅緩沖層或氮化硅緩沖層的基極的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
(2)背景技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)中一直存在著一股驅(qū)動(dòng)力使如微處理器或存儲(chǔ)器等的集成電路元件持續(xù)地提高其運(yùn)作速度。此驅(qū)動(dòng)力是來(lái)自于消費(fèi)者不斷渴望提高電腦以及電子元件的速度的需求。一般而言，至少對(duì)微處理器是如此，元件中的晶體管中的驅(qū)動(dòng)電流愈大，晶體管的速度愈快。
如熟知相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的人士所知，驅(qū)動(dòng)電流是為許多其他因素的函數(shù)，其中之一為作用于晶體管的電壓?，F(xiàn)代半導(dǎo)體元件的操作電壓在過(guò)去幾年一直持續(xù)降低。操作電壓持續(xù)降低的原因之一是可減少元件所耗用的電源。此減少元件所耗用的電源的原因在某些應(yīng)用當(dāng)中特別重要，例如筆記本電腦等，因?yàn)槠淇稍鲩L(zhǎng)在這些元件中電池的壽命。然而，降低現(xiàn)代半導(dǎo)體元件的操作電壓雖可減少元件所耗用的電源，此舉卻也同時(shí)減小流經(jīng)晶體管的電流。如前面所述，減小流經(jīng)晶體管的電流會(huì)降低半導(dǎo)體元件的速度。在其它因素不變的情況下，可增加驅(qū)動(dòng)電流以維持半導(dǎo)體元件的速度的方法之一為減小基極介電層的厚度，其中此基極介電層的典型范例為以二氧化硅制成。因此，在半導(dǎo)體工業(yè)中一直存在著一股驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)使基極介電層的厚度愈做愈小，以使元件操作的速度得以增加。
然而，以現(xiàn)今最常用做基極介電層的材料-二氧化硅來(lái)看，以二氧化硅制成的基極介電層的厚度愈小，愈容易使電流穿過(guò)基極介電層而產(chǎn)生漏電流。因此，為了解決此問(wèn)題，習(xí)知許多不同的二氧化硅的等離子體氮化制程已用于取代純二氧化硅，藉以加大基極介電層的厚度(由于經(jīng)氮化的二氧化硅的介電常數(shù)較純二氧化硅來(lái)得高)，并因而降低產(chǎn)生漏電流的機(jī)會(huì)。但是，直接在以純二氧化硅形成的基極介電層上進(jìn)行等離子體氮化制程易破壞基極介電層表面的結(jié)構(gòu)，因而降低載子遷移率與驅(qū)動(dòng)電流。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一目的為提供一種基極的結(jié)構(gòu)及其制造方法，可用以避免基極介電層表面的結(jié)構(gòu)由于進(jìn)行等離子體氮化制程而遭受破壞。
本發(fā)明的另一目的為提供一種基極的結(jié)構(gòu)及其制造方法，可用以提高載子遷移率與驅(qū)動(dòng)電流。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，因此本發(fā)明提供一種基極的制造方法，至少包括下列步驟首先，提供基材；接著，形成第一氧化層覆蓋基材；接著，形成多晶硅緩沖層覆蓋第一氧化層；接著，進(jìn)行氮化制程，藉以使多晶硅緩沖層中具有多個(gè)氮離子；接著，進(jìn)行氧化制程，藉以形成第二氧化層覆蓋多晶硅緩沖層，并將多晶硅緩沖層中的部分氮離子趨入第一氧化層中，則具有氮離子的第一氧化層即為基極介電層；接著，進(jìn)行浸泡制程，藉以去除第二氧化層；以及，然后形成多晶硅層覆蓋多晶硅緩沖層，則多晶硅層與多晶硅緩沖層共同組成基極多晶硅層。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，因此本發(fā)明提供另一種基極的制造方法，至少包括下列步驟首先，提供基材；接著，形成第一氧化層覆蓋基材；接著，形成氮化硅緩沖層覆蓋第一氧化層；接著，進(jìn)行氮化制程，藉以使氮化硅緩沖層中具有多個(gè)氮離子；接著，進(jìn)行氧化制程，藉以形成第二氧化層覆蓋氮化硅緩沖層，并將氮化硅緩沖層中的部分氮離子趨入第一氧化層中，則氮化硅緩沖層與第一氧化層共同組成基極介電層；接著，進(jìn)行浸泡制程，藉以去除第二氧化層；以及，然后形成基極多晶硅層覆蓋氮化硅緩沖層。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，因此本發(fā)明提供一種基極的結(jié)構(gòu)，至少包括基材；基極介電層，此基極介電層覆蓋基材，且此基極介電層中具有多個(gè)第一氮離子；多晶硅緩沖層，此多晶硅緩沖層覆蓋基極介電層，且此多晶硅緩沖層中具有多個(gè)第二氮離子；以及多晶硅層，覆蓋多晶硅緩沖層。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，因此本發(fā)明提供另一種基極的結(jié)構(gòu)，此基極的結(jié)構(gòu)至少包括基材；氧化層，此氧化層覆蓋基材，且此氧化層中具有多個(gè)第一氮離子；氮化硅緩沖層，此氮化硅緩沖層覆蓋氧化層，且此氮化硅緩沖層中具有多個(gè)第二氮離子；以及多晶硅層，覆蓋氮化硅緩沖層。
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)


圖1A至圖1F是繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的基極的制程剖面圖；以及圖2A至圖2F是繪示本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的基極的制程剖面圖。
(5)具體實(shí)施方式
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有多晶硅緩沖層或氮化硅緩沖層的基極的結(jié)構(gòu)及其制造方法。請(qǐng)參考圖1A至圖1F所繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的基極的制程剖面圖。首先，如圖1A所示，提供基材10，例如可為硅晶片。接著，形成第一氧化層20覆蓋基材10，其中此第一氧化層20可以熱制程或化學(xué)沉積制程形成，而此第一氧化層20的厚度例如可為5埃至20埃。
然后，如圖1B所示，形成多晶硅緩沖層30覆蓋第一氧化層20，其中此多晶硅緩沖層30的厚度例如可為50埃至500埃。此多晶硅緩沖層30的用途在于使后續(xù)的氮化制程的等離子體打在多晶硅緩沖層30上，而不直接打在第一氧化層20上。
接著，如圖1C中的箭號(hào)40所示，對(duì)多晶硅緩沖層30進(jìn)行氮化制程，藉以在多晶硅緩沖層30中植入氮離子，其中此氮化制程例如可為遙控等離子體氮化(Remote Plasma Nitridation；RPN)制程或是退耦等離子體氮化(DecouplePlasma Nitridation；DPN)制程。當(dāng)此氮化制程結(jié)束后，將使多晶硅緩沖層30轉(zhuǎn)變成其中具有氮離子的多晶硅緩沖層32。
然后，進(jìn)行一氧化制程，藉以在多晶硅緩沖層32上形成如圖1D中所示的第二氧化層50，其中此氧化制程例如可為熱退火(Thermal Annealing)制程，而此氧化制程中所使用的氣體例如可為NO、N2O、或O2等。另外，此氧化制程的主要目的是為將圖1C中的多晶硅緩沖層32中的部分氮離子趨入第一氧化層20中，而使多晶硅緩沖層32與第一氧化層20分別成為圖1D中的多晶硅緩沖層34與第一氧化層22。
接著，進(jìn)行一浸泡制程，藉以去除第二氧化層50，而暴露出多晶硅緩沖層34的表面，其中此浸泡制程所使用的溶液例如可為HF溶液。此時(shí)的結(jié)構(gòu)如圖1E所示。
然后，如圖1F中所示，形成多晶硅層60覆蓋多晶硅緩沖層34，則多晶硅層60與多晶硅緩沖層34共同組成金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)中的基極多晶硅層70。而第一氧化層22即為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)中的基極介電層。如前所述，由于第一氧化層22已具有氮離子，而非純氧化層，因此第一氧化層22具有較純氧化層高的介電常數(shù)，因而在制造時(shí)可以較厚的第一氧化層22的厚度來(lái)獲得較薄的等效氧化層厚度(Equivalent Oxide Thickness；EOT)。這除可使制造上較為容易外，還可減少通過(guò)第一氧化層22的漏電流。
如前所述，本實(shí)施例中的等離子體氮化制程是對(duì)多晶硅緩沖層進(jìn)行，而非如習(xí)知對(duì)以純氧化層形成的基極介電層進(jìn)行，因而可避免基極介電層表面的結(jié)構(gòu)由于進(jìn)行等離子體氮化制程而遭受破壞。此外，采用本實(shí)施例的此種方法，載子遷移率與驅(qū)動(dòng)電流可進(jìn)一步大幅提高。
除上述本發(fā)明的一較佳實(shí)施例外，本說(shuō)明書(shū)中還提供如圖2A至圖2F所示的另一較佳實(shí)施例。首先，如圖2A所示，提供基材110，例如可為硅晶片。接著，形成第一氧化層120覆蓋基材110，其中此第一氧化層120可以熱制程或化學(xué)沉積制程形成，而此第一氧化層120的厚度例如可為5埃至20埃。
然后，如圖2B所示，形成氮化硅緩沖層130覆蓋第一氧化層120，其中此氮化硅緩沖層130的厚度例如可為10埃至500埃。此氮化硅緩沖層130的用途在于使后續(xù)的氮化制程的等離子體打在氮化硅緩沖層130上，而不直接打在第一氧化層120上。
接著，如圖2C中的箭號(hào)140所示，對(duì)氮化硅緩沖層130進(jìn)行氮化制程，藉以在氮化硅緩沖層130中植入氮離子，其中此氮化制程例如可為遙控等離子體氮化制程或是退耦等離子體氮化制程。當(dāng)此氮化制程結(jié)束后，將使氮化硅緩沖層130轉(zhuǎn)變成其中具有氮離子的氮化硅緩沖層132。
然后，進(jìn)行一氧化制程，藉以在氮化硅緩沖層132上形成如圖2D中所示的第二氧化層150，其中此氧化制程例如可為熱退火制程，而此氧化制程中所使用的氣體例如可為NO、N2O、或O2等。另外，此氧化制程的主要目的是為將圖2C中的氮化硅緩沖層132中的部分氮離子趨入第一氧化層120中，而使氮化硅緩沖層132與第一氧化層120分別成為圖2D中的氮化硅緩沖層134與第一氧化層122。而氮化硅緩沖層134與第一氧化層122進(jìn)一步共同組成金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)中的基極介電層170。
接著，進(jìn)行一浸泡制程，藉以去除第二氧化層150，而暴露出氮化硅緩沖層134的表面，其中此浸泡制程所使用的溶液例如可為HF溶液。此時(shí)的結(jié)構(gòu)如圖2E所示。
然后，如圖2F中所示，形成基極多晶硅層160覆蓋氮化硅緩沖層134。此外，如前所述，氮化硅緩沖層134與第一氧化層122是共同組成金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)中的基極介電層170。另外，由于第一氧化層122已具有氮離子，而非純氧化層，因此第一氧化層122具有較純氧化層高的介電常數(shù)，因而在制造時(shí)可以較厚的第一氧化層122的厚度來(lái)獲得較薄的等效氧化層厚度。這除可使制造上較為容易外，還可減少通過(guò)第一氧化層122的漏電流。
上述另一較佳實(shí)施例中的等離子體氮化制程是對(duì)氮化硅緩沖層進(jìn)行，而非如習(xí)知對(duì)以純氧化層形成的基極介電層進(jìn)行，因而可避免基極介電層表面的結(jié)構(gòu)由于進(jìn)行等離子體氮化制程而遭受破壞。此外，采用本實(shí)施例的此種方法，載子遷移率與驅(qū)動(dòng)電流可進(jìn)一步大幅提高。
綜合上述，采用本發(fā)明的的基極的結(jié)構(gòu)及其制造方法，可用以避免基極介電層表面的結(jié)構(gòu)由于進(jìn)行等離子體氮化制程而遭受破壞。而且，可用以提高載子遷移率與驅(qū)動(dòng)電流。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基極的制造方法，其特征在于，至少包括提供一基材；形成一第一氧化層覆蓋該基材；形成一多晶硅緩沖層覆蓋該第一氧化層；進(jìn)行一氮化制程，藉以使該多晶硅緩沖層中具有多個(gè)氮離子；形成一第二氧化層覆蓋該多晶硅緩沖層，并將部分這些氮離子趨入該第一氧化層中，則具有部分這些氮離子的該第一氧化層即為一基極介電層；去除該第二氧化層；以及形成一多晶硅層覆蓋該多晶硅緩沖層，則該多晶硅層與該多晶硅緩沖層共同組成一基極多晶硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的基極的制造方法，其特征在于，該氮化制程為遙控等離子體氮化制程。
3.如權(quán)利要求1所述的基極的制造方法，其特征在于，該氮化制程為退耦等離子體氮化制程。
4.如權(quán)利要求1所述的基極的制造方法，其特征在于，該去除該第二氧化層的步驟可以一浸泡制程來(lái)進(jìn)行，且該浸泡制程所使用的一溶液可為HF溶液。
5.一種基極的制造方法，其特征在于，至少包括提供一基材；形成一第一氧化層覆蓋該基材；形成一氮化硅緩沖層覆蓋該第一氧化層；進(jìn)行一氮化制程，藉以使該氮化硅緩沖層中具有多個(gè)氮離子；形成一第二氧化層覆蓋該氮化硅緩沖層，并將部分這些氮離子趨入該第一氧化層中，則該氮化硅緩沖層與該第一氧化層共同組成一基極介電層；去除該第二氧化層；以及形成一基極多晶硅層覆蓋該氮化硅緩沖層。
6.如權(quán)利要求5所述的基極的制造方法，其特征在于，該氮化制程為遙控等離子體氮化制程。
7.如權(quán)利要求5所述的基極的制造方法，其特征在于，該氮化制程為退耦等離子體氮化制程。
8.如權(quán)利要求5所述的基極的制造方法，其特征在于，該去除該第二氧化層的步驟可以一浸泡制程來(lái)進(jìn)行，且該浸泡制程所使用的一溶液為HF溶液。
9.一種基極的結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少包括一基材；一基極介電層，該基極介電層覆蓋該基材，且該基極介電層中具有多個(gè)第一氮離子；一多晶硅緩沖層，該多晶硅緩沖層覆蓋該基極介電層，且該多晶硅緩沖層中具有多個(gè)第二氮離子；以及一多晶硅層，覆蓋該多晶硅緩沖層。
10.一種基極的結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少包括一基材；一氧化層，該氧化層覆蓋該基材，且該氧化層中具有多個(gè)第一氮離子；一氮化硅緩沖層，該氮化硅緩沖層覆蓋該氧化層，且該氮化硅緩沖層中具有多個(gè)第二氮離子；以及一多晶硅層，覆蓋該氮化硅緩沖層。
全文摘要
一種基極的結(jié)構(gòu)及其制造方法。本發(fā)明的基極的結(jié)構(gòu)至少包括多晶硅緩沖層或氮化硅緩沖層。而本發(fā)明的基極的制造方法至少包括形成多晶硅緩沖層或氮化硅緩沖層覆蓋基材上的純氧化層；接著，進(jìn)行氮化制程，藉以使多晶硅緩沖層或氮化硅緩沖層中具有氮離子；以及進(jìn)行氧化制程，藉以將多晶硅緩沖層或氮化硅緩沖層中的部分氮離子趨入純氧化層中等步驟。運(yùn)用本發(fā)明的基極的結(jié)構(gòu)及其制造方法，可避免基極介電層表面的結(jié)構(gòu)由于進(jìn)行等離子體氮化制程而遭受破壞，且可提高載子遷移率與驅(qū)動(dòng)電流。
文檔編號(hào)H01L21/28GK1477680SQ0214215
公開(kāi)日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2002年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月22日
發(fā)明者鄭俊一, 李資良, 陳佳麟 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司