專利名稱：柵結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柵結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
在目前的半導(dǎo)體工藝中，有這樣一種工藝，如圖1所示，其處理的過程是，在硅片 上先形成溝槽，然后進(jìn)行氧化，生成一層氧化膜作為柵氧，之后再生長(zhǎng)一層摻磷的多晶硅或 無定型硅，用多晶硅或無定型硅填滿整個(gè)溝槽。在整個(gè)溝槽填滿后再進(jìn)行回刻，將沒有溝槽 處的多晶硅或無定型硅全部刻掉，而在溝槽里留下的多晶硅或無定型硅就用來作為柵極， 而無定型硅會(huì)在經(jīng)過后續(xù)的高溫工藝后會(huì)變?yōu)槎嗑Ч?。上述柵氧工藝的處理基本上是一種 單層膜單濃度結(jié)構(gòu)。為了提高器件的速度，就要求增加多晶硅或無定型硅中摻磷的濃度來降低多晶硅 或無定型硅的電阻，但當(dāng)摻磷超過一定的濃度，而且摻磷多晶硅或無定型硅超過一定厚度 (由于溝槽要求全部填滿)時(shí)，回刻之后的表面形狀就有許多的凹陷，這種凹陷會(huì)帶來兩方 面的問題1.如果發(fā)生在柵氧化膜的附近，那么此處的柵氧化膜就會(huì)在回刻中受到損傷，并 且此處多晶硅或無定型硅的凹陷在后續(xù)工藝中還會(huì)帶來其他問題，如后續(xù)離子注入會(huì)透過 該處，造成器件性能的變化大，工藝穩(wěn)定性差。2.當(dāng)凹陷發(fā)生在溝槽的中心時(shí)，使溝槽中心本來較深的凹陷變得更深，當(dāng)柵接觸 孔落在溝槽中時(shí)，會(huì)帶來接觸孔性能的不穩(wěn)定，甚至在后來生成金屬膜時(shí)形成空洞，影響器 件的性能。而且，利用單層膜柵結(jié)構(gòu)制作器件，當(dāng)該單層膜的摻雜濃度高時(shí)，經(jīng)過后續(xù)工藝 后，該多晶硅柵-柵氧-基板的界面容易漏電，在高性能器件設(shè)計(jì)中柵氧的漏電特性不能滿 足要求。為了解決以上問題1和問題2，中國實(shí)用新型專利ZL 02261131. 2公開了一種多層 膜設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，具體是在柵氧化膜成長(zhǎng)之后，依次成長(zhǎng)一層摻磷濃度低的多晶硅、一層摻磷濃 度高的多晶硅、一層摻磷濃度低或不摻磷的多晶硅，第一層摻磷濃度低的多晶硅在回刻后 表面比較平整，以保證柵氧化膜附近在回刻后不出現(xiàn)凹陷，使柵不受到損傷，在第三層摻磷 濃度低或不摻磷的多晶硅的回刻速率低，減少回刻后溝槽中心的凹陷深度，使之在后來成 長(zhǎng)金屬膜時(shí)不形成空洞，同時(shí)通過調(diào)整第一、第二多晶硅的摻磷濃度和厚度，可以保證在回 刻后獲得等同的柵極電阻。但該專利在對(duì)該柵氧的漏電問題沒有提出具體的研究和解決方 案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是改善柵氧的漏電特性，提高器件的性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的柵結(jié)構(gòu)，包括在溝槽中形成的柵氧；在柵氧之上 的第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅，所述第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅的摻磷濃度為0 4E19atm/cm3 ；在所述第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅之上的第二層摻磷 濃度高的多晶硅，所述第二層摻磷濃度高的多晶硅的摻磷濃度為1. 0E20 10E20atm/Cm3。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了上述柵結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟一 .完成溝槽刻蝕，并經(jīng)過表面處理后，利用熱氧化先完成柵氧化膜的淀積；二 .進(jìn)行第一層摻磷低或不摻雜的多晶硅或無定型硅的淀積，所述第一層摻磷濃 度低或不摻雜的多晶硅或無定型硅的摻磷濃度為O 4E19atm/cm3 ；三.進(jìn)行第二層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅的淀積，所述第二層摻磷濃度高 的多晶硅或無定型硅的摻磷濃度為ι. 0E20 10E20atm/Cm3，第二層摻磷濃度高的多晶硅或 無定型硅淀積后讓多晶硅或無定型硅填滿溝槽；四.利用干法刻蝕將硅表面的需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉，得到溝槽 中填滿多晶硅或無定型硅的柵結(jié)構(gòu)。可以在進(jìn)行第二層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅的淀積之后，還進(jìn)行第三層低 摻磷或不摻雜的多晶硅或無定型硅的淀積，第三層低摻磷或不摻雜的多晶硅或無定型硅的 摻磷濃度為0 lE20atm/cm3，然后再利用干法刻蝕將硅表面的需要去除的多晶硅或無定型 硅全部刻掉，得到溝槽中填滿多晶硅或無定型硅的柵結(jié)構(gòu)。本發(fā)明由于改變了目前半導(dǎo)體柵氧工藝制作的結(jié)構(gòu)，直接與柵氧接觸的是含雜質(zhì) 濃度最低或不摻雜的多晶硅或無定型硅，摻磷濃度低于4E19atm/cm3，通過處理可使得在 直接與柵氧接觸的硅在回刻后表面比較平整，以保證柵氧附近在回刻后不出現(xiàn)凹陷，減少 對(duì)柵氧的損傷，同時(shí)由于直接與柵氧接觸的是含雜質(zhì)濃度最低或不摻雜的多晶硅或無定型 硅，摻磷濃度低于4E19atm/cm3，也有抑制其上的高摻雜的晶硅中的雜質(zhì)擴(kuò)散的作用，從而 改善柵氧的漏電特性，提高器件的性能。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是單層膜柵結(jié)構(gòu)示意；圖2是本發(fā)明的柵結(jié)構(gòu)及其制造方法示意圖；圖3是本發(fā)明的柵結(jié)構(gòu)同單層膜結(jié)構(gòu)的柵氧漏電特性比較示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的柵結(jié)構(gòu)一實(shí)施方式如圖2所示，包括在溝槽中形成的柵氧；在柵氧之上 的第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅或無定型硅50，所述第一層摻磷濃度低或不摻雜的 多晶硅或無定型硅50的摻磷濃度為0 4E19atm/cm3，即可以不摻雜，厚度200埃 2500 埃；在所述第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅或無定型硅50之上的第二層摻磷濃度高 的多晶硅或無定型硅51，所述第二層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅51的摻磷濃度為 1. 0E20 10E20atm/cm3，厚度由器件的溝槽寬度決定。上述柵結(jié)構(gòu)，第一層摻磷低或不摻雜的多晶硅或無定型硅在干法刻蝕中刻蝕速率 相對(duì)慢，在回刻后表面比較平整，能保證柵氧附近在回刻后不出現(xiàn)凹陷，減少對(duì)柵氧的損 傷，同時(shí)該第一層摻磷低或不摻雜的多晶硅或無定型硅也有抑制其上的第二層摻磷濃度高 的多晶硅中的雜質(zhì)擴(kuò)散的作用，從而改善多晶硅柵-柵氧-硅基之間的界面狀態(tài)，從而改善柵氧的漏電特性，提高器件的性能。第二層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅用于獲得低的 柵電阻，以滿足器件的性能要求。本發(fā)明的柵結(jié)構(gòu)的制造方法一實(shí)施方式如圖2所示。其工藝步驟包括一 .完成溝槽3刻蝕，并經(jīng)過表面處理后，利用熱氧化先完成柵氧化膜的淀積；二.完成第一層摻磷低或不摻雜的多晶硅或無定型硅50的淀積，第一層摻磷濃度 低或不摻雜的多晶硅或無定型硅50的摻磷濃度為0 4E19atm/cm3，即可以不摻雜，厚度 200埃 2500埃；三.完成第二層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅51的淀積，所述第二層摻磷濃度 高的多晶硅或無定型硅51的摻磷濃度為1. 0E20 10E20atm/Cm3，厚度由器件的溝槽寬度 決定，其要求是第二層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅51淀積后能讓多晶硅或無定型硅 能填滿溝槽；四.完成第三層低摻磷或不摻雜的多晶硅或無定型硅52的淀積，第三層低摻磷或 不摻雜的多晶硅或無定型硅52的摻磷濃度為0 lE20atm/cm3，厚度根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)，但 一般在2000埃至5000?？色@得明顯效果；五.利用干法刻蝕將硅表面的需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉，得到溝槽 中填滿多晶硅或無定型硅的柵結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的柵結(jié)構(gòu)的制造方法，在溝槽中形成柵氧后，采用多層膜結(jié)構(gòu)來填充溝槽， 用來作為MOS器件的柵的材料，其多層膜是兩層以上的多晶硅或無定型硅，直接與柵氧接 觸的是含雜質(zhì)濃度最低或不摻雜的多晶硅或無定型硅，摻磷濃度低于4E19atm/cm3，其上為 一層高摻雜的多晶硅或一層高摻雜的多晶硅與一層低摻雜的多晶硅的組合，然后通過干法 刻蝕將未被掩蓋的、位于硅片表面的多晶硅無定型硅刻蝕掉，得到只有溝槽中填滿多晶硅 無定型硅的柵極結(jié)構(gòu)。本發(fā)明由于改變了目前半導(dǎo)體柵氧工藝制作的結(jié)構(gòu)，直接與柵氧接 觸的是含雜質(zhì)濃度最低或不摻雜的多晶硅或無定型硅，摻磷濃度低于4E19atm/cm3，通過處 理可使得在直接與柵氧接觸的硅在回刻后表面比較平整，以保證柵氧附近在回刻后不出現(xiàn) 凹陷，減少對(duì)柵氧的損傷，同時(shí)由于直接與柵氧接觸的是含雜質(zhì)濃度最低或不摻雜的多晶 硅或無定型硅，摻磷濃度低于4E19atm/cm3，也有抑制其上的高摻雜的晶硅中的雜質(zhì)擴(kuò)散的 作用，從而改善柵氧的漏電特性，提高器件的性能。如圖3所示，圖中1為本發(fā)明的柵結(jié)構(gòu) 的柵氧漏電特性曲線，2為單層膜結(jié)構(gòu)的柵氧漏電特性曲線，可見本發(fā)明改善了柵氧的漏電 特性。第三層低摻磷或不摻雜多晶硅無定型硅的回刻速率低，可以減少回刻后溝槽中心 的凹陷深度，使之在后來成長(zhǎng)金屬膜時(shí)不形成空洞。本發(fā)明的柵結(jié)構(gòu)的制造方法的一較佳實(shí)施例，以溝槽深度為1. 0 2. Ομπι，溝槽 寬度為0. 8 1. 3 μ m的情況為例。在N+襯底上成長(zhǎng)N型外延，利用介質(zhì)膜或光刻膠做掩 膜完成溝槽的刻蝕后(需要時(shí)還要進(jìn)行一犧牲氧化以得到好的柵氧特性)，然后進(jìn)行氧化， 生成一層氧化膜作為柵氧，然后進(jìn)入摻雜多晶硅的淀積工藝成膜方案低壓化學(xué)氣相淀積；化學(xué)反應(yīng)式SiH4+PH3 — Si+P+3H2 ；成長(zhǎng)壓力1. 85Torr，溫度 52O° 540°C ；生成第一層不摻雜多晶硅，厚度800埃；
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生成第二層摻磷濃度高的多晶硅，其摻磷濃度為3E20atm/cm3，厚度6500埃；生成第三層不摻雜多晶硅，厚度為4000埃。
權(quán)利要求
一種柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括在溝槽中形成的柵氧；在柵氧之上的第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅，所述第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅的摻磷濃度為0～4E19atm/cm3；在所述第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅之上的第二層摻磷濃度高的多晶硅，所述第二層摻磷濃度高的多晶硅的摻磷濃度為1.0E20～10E20atm/cm3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二層摻磷濃度高的多晶硅的摻 磷濃度為3E20atm/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層摻磷濃度低或不摻雜的多 晶硅的厚度為800埃，所述第二層摻磷濃度高的多晶硅的厚度6500埃。
4.一種權(quán)利要求1所述的柵結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟一.完成溝槽刻蝕，并經(jīng)過表面處理后，利用熱氧化先完成柵氧化膜的淀積；二 .進(jìn)行第一層摻磷低或不摻雜的多晶硅或無定型硅的淀積，所述第一層摻磷濃度低 或不摻雜的多晶硅或無定型硅的摻磷濃度為0 4E19atm/cm3 ；三.進(jìn)行第二層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅的淀積，所述第二層摻磷濃度高的多 晶硅或無定型硅的摻磷濃度為1. 0E20 10E20atm/Cm3，第二層摻磷濃度高的多晶硅或無定 型硅淀積后讓多晶硅或無定型硅填滿溝槽；四.利用干法刻蝕將硅表面的需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉，得到溝槽中填 滿多晶硅或無定型硅的柵結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在進(jìn)行第二層摻磷濃度高 的多晶硅或無定型硅的淀積之后，還進(jìn)行第三層低摻磷或不摻雜的多晶硅或無定型硅的淀 積，第三層低摻磷或不摻雜的多晶硅或無定型硅的摻磷濃度為0 lE20atm/cm3，然后再利 用干法刻蝕將硅表面的需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉，得到溝槽中填滿多晶硅或 無定型硅的柵結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柵結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，第一層摻磷低或不摻雜的 多晶硅或無定型硅的厚度為200埃 2500埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，第一層摻磷低或不摻雜的 多晶硅或無定型硅的厚度為800埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柵結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，第三層低摻磷或不摻雜的 多晶硅或無定型硅的厚度為1000埃至5000埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柵結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，第三層低摻磷或不摻雜的 多晶硅或無定型硅的厚度為4000埃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柵結(jié)構(gòu)，包括在溝槽中形成的柵氧；在柵氧之上成長(zhǎng)的第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅或無定型硅，所述第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅或無定型硅的摻磷濃度為0～4E19atm/cm3；在所述第一層摻磷濃度低或不摻雜的多晶硅或無定型硅之上成長(zhǎng)的第二層摻磷濃度高的多晶硅，所述第二層摻磷濃度高的多晶硅的摻磷濃度為1.0E20～10E20atm/cm3。本發(fā)明還公開了該柵結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明能改善柵氧的漏電特性，提高器件的性能。
文檔編號(hào)H01L29/43GK101958342SQ20091005761
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者劉遠(yuǎn)良, 楊欣, 王飛, 肖勝安, 韓峰 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司