专利名称：避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极及其制造方法
技术领域：
本发明提供一种避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极及其制造方法。其闸极是由非晶硅层和复晶硅层所组成，且置于闸极绝缘层上，而源极/汲极则位于非晶硅层/复晶硅层的两侧的基底中。
本发明是有关于一种闸极(gate)及其制造方法，特别是有关于一种避免掺质穿透(penetrate)至闸极氧化层(gate oxide layer)的闸极及其制造方法。
众所周知，金属氧化物半电晶体(metal-oxide-semiconductortransistorMOS transistor)是目前积体电路应用最普遍的一种单位电子元件。其是由闸极、汲极与源极所组成的四接点元件，利用MOS闸极在不同闸极电压下的通道形成效应，MOS电晶体可以做为一种数位式的(digitalized)固态开关，以便与其它配件一起搭配，而应用在各种的逻辑与记忆体积体电路产品上。其可大致分为三种类型N通道MOS(简称NMOS)、P通道MOS(简称PMOS)及互补式(complementary)MOS，其中互补式MOS是由一NMOS和一PMOS所组成。
就PMOS而言，其制造方法是于硅基底10表面形成一层闸极氧化层12后，接着沉积定义复晶硅层14以形成闸极，之后布植硼掺质于复晶硅层14两侧的硅基底10中，以形成源极/汲极20。其主要缺陷在于布植后的硼主要分布在闸极上半部，如
图1所示，在高温活化程序时，硼会分别沿着复晶硅的晶粒内及晶粒边际扩散。然而，晶粒边际的扩散速度远大于晶粒内，所以硼会先到达晶粒边际和闸极氧化层12的交界处，如图2所示，待晶粒内部已活化，即完成回火程序，然而此区域因为累积硼的量最多，故最容易发生硼穿透，如图3所示；若闸极氧化层12过薄，会发生在晶粒内硼尚未完全活化，晶粒边际和闸极氧化层12的交界处就开始穿透的现象，如图4所示，当发生硼穿透闸极氧化层时，此现象会影响闸极氧化层的品质，而且会降低元件的可靠度和寿命。传统在解决硼穿透闸极氧化层的途径主要有两种一种是降低硼在复晶硅中的扩散速度，另一种是加强闸极氧化层对硼穿透的抵挡性。但是，目前尚没有较好的解决硼穿透闸极氧化层的方法问世。
本发明的主要目的是提供一种避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极，是由非晶硅层和复晶硅层的叠层所组成，置于闸极绝缘层上，而源极/汲极则位于非晶硅层/复晶硅层的两侧的基底中，通过加强闸极氧化层对硼穿透的抵挡性，利用非晶硅层来防止硼穿透闸极绝缘层，达到确保闸极绝缘层的品质，及提高所形成的元件的可靠度和寿命的目的。
本发明的第二目的是提供一种避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，包括于基底上形成闸极绝缘层，并于闸极绝缘层上依序形成复硅层和非晶硅层的叠层，接着定义复晶硅层和非晶硅层，以形成闸极。达到避免掺质渗透至闸极绝缘层的目的。
本发明的目的是这样实现的一种避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极，其特征是它包括位于基底表面上设有闸极绝缘层，复晶硅层位于该闸极绝缘层上；以及一非晶硅层位于该复晶硅层上，该复晶硅层和该非晶硅层的叠层为闸极。
该闸极绝缘层为闸极氧化层。该复晶硅层的厚度为300-1000埃。该非晶硅层的厚度为1000-2000埃。
一种避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是它包括如下的步骤(1)提供一基底；(2)于该基底上形成一闸极绝缘层；(3)于该闸极绝缘层上形成一复晶硅层；(4)于该复晶硅层上形成一非晶硅层；(5)定义该复晶硅层和该非晶硅层，以形成一闸极。
该闸极绝缘层为闸极氧化层。该复晶硅层的厚度为300-1000埃。该复晶硅层的形成是以硅甲烷为制程气体，在压力为0.15-0.25托尔，温度为580-630℃下进行低压化学气相沉积。该非晶硅层的厚度为1000-2000埃。该非晶硅层的形成是以硅甲烷为制程气体，在压力为0.15-0.25托尔，温度为510-560℃下进行低压化学气相沉积。定义完该复晶硅层和非晶硅层，形成该闸极后，更包括进行一离子布植制程，以于该闸极两侧的基底中形成源极/汲极。在进行完该离子布植制程后，更包括进行一回火制程。该离子布植制程中，所布植的掺质为硼。该布植的掺质硼的剂量为1×1015-1×1016，布植的能量为3-20keV。该离子布植制程中，所布植的掺质为砷。该布植掺质的砷的剂量为1×1015-1×1016，布植的能量为30-80keV。
本发明的主要优点是通过加强闸极氧化层对硼穿透的抵挡性，利用非晶硅层来防止硼穿透闸极绝缘层，具有确保闸极绝缘层的品质，及提高所形成的元件的可靠度和寿命的功效。
下面结合较佳实施例和附图详细说明。
图1-图3是硼在传统的闸极内扩散的示意图。
图4是在闸极氧化层过薄的情况下，硼在传统的闸极内扩散的示意图。
图5-图8是本发明的闸极的制造方法的流程剖面示意图。
本发明是将单一层的复晶硅层的闸极结构，改良成为由非晶硅层和复晶硅层的叠层做为闸极，利用非晶硅层来防止硼穿透闸极绝缘层，以确保闸极绝缘层的品质，及提高所形成的元件的可靠度和寿命。
参阅图5-图8，本发明的闸极的制造方法包括如下步骤参阅图5，提供一基底100，例如是硅基底，于基底100上形成一层闸极绝缘层102，例如是闸极氧化层，以0.18微米制程为例，闸极氧化层的厚度约为30埃左右，其形成方法可为热氧化法或化学气相沉积法。
参阅图6，于闸极绝缘层102上形成一复晶硅层104，其厚度为300-1000埃左右，其形成方法例如是利用低压化学气相沉积法，以硅甲烷为制程气体，在压力约为0.15-0.25托尔(torr)，温度约为580-630℃下沉积复晶硅层104。
参阅图7，于复晶硅层104上形成一层非晶硅层106，其厚度为1000-2000埃左右，其形成方法例如是利用低压化学气相沉积法，以硅甲烷为制程气体，在压力约为0.15-0.25托尔(torr)，温度约为510-560℃下，沉积非晶硅层106。
参阅图8，对非晶硅层106和复晶硅层104进行图案化，以定义出闸极108，即此闸极108是由图案化的非晶硅层106a和复晶硅层104a的叠层所组成。之后以此闸极108为罩幕，进行离子布植制程，于闸极108两侧的基底100内形成源极/汲极110。以PMOS为例，所布植的掺质为硼布植的剂量约为1×1015-1×1016，布植的能量约为3-20keV；若以NMOS为例，所布植的掺质为砷，布植的剂量为1×1015-1×1016，布植的能量约为30-80keV。接着进行回火制程，以使布植的掺质活化。
在上述的布植制程和回火制程中，由于闸极108的上部为非晶硅层106a，使得布植的掺质在回火过程中不易扩散，掺质不会发生过度集中在复晶硅层104a的晶粒边际和闸极绝缘层102的交界处，故可以避免掺质穿透至闸极绝缘层102中或其下方基底100内的通道处。因此，闸极绝缘层102的品质不会受到破坏，且所形成的元件的可靠度高和寿命长。
值得注意的是，所形成的源极/汲极可为具有浅掺杂汲极(lightlydoped drain；LDD)设计的源极/汲极，或是其它形式的源极/汲极。
综上所述，本发明至少具有下列优点1、本发明的闸极是由非晶硅层和复晶硅层的叠层所组成。
2、由于非晶硅层可以阻挡掺质于闸极内扩散的速度，因此可以避免掺质穿透至闸极绝缘层中或其下方基底内的通道处。因此，闸极绝缘层的品质不会受到破坏，且所形成的元件的可靠度高和寿命长。
3、本发明所提供的可避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极及其制造方法，可用于制造PMOS或NMOS。
4、本发明可以应用在逻辑闸、记忆体等电晶体的制程中。
以上为本发明的较佳实施例，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内所做更动与润饰，都属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极，其特征是它包括位于基底表面上设有闸极绝缘层，复晶硅层位于该闸极绝缘层上；以及一非晶硅层位于该复晶硅层上，该复晶硅层和该非晶硅层的叠层为闸极。
2.根据权利要求1所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极，其特征是该闸极绝缘层为闸极氧化层。
3.根据权利要求1所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极，其特征是该复晶硅层的厚度为300-1000埃。
4.根据权利要求1所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极，其特征是该非晶硅层的厚度为1000-2000埃。
5.一种避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是它包括如下的步骤(1)提供一基底；(2)于该基底上形成一闸极绝缘层；(3)于该闸极绝缘层上形成一复晶硅层；(4)于该复晶硅层上形成一非晶硅层；(5)定义该复晶硅层和该非晶硅层，以形成一闸极。
6.根据权利要求5所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是该闸极绝缘层为闸极氧化层。
7.根据权利要求5所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是该复晶硅层的厚度为300-1000埃。
8.根据权利要求7所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是该复晶硅层的形成是以硅甲烷为制程气体，在压力为0.15-0.25托尔，温度为580-630℃下进行低压化学气相沉积。
9.根据权利要求7所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是该非晶硅层的厚度为1000-2000埃。
10.根据权利要求9所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是该非晶硅层的形成是以硅甲烷为制程气体，在压力为0.15-0.25托尔，温度为510-560℃下进行低压化学气相沉积。
11.根据权利要求9所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是定义完该复晶硅层和非晶硅层，形成该闸极后，更包括进行一离子布植制程，以于该闸极两侧的基底中形成源极/汲极。
12.根据权利要求11所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是在进行完该离子布植制程后，更包括进行一回火制程。
13.根据权利要求11所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是该离子布植制程中，所布植的掺质为硼。
14.根据权利要求13所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是该布植的掺质硼的剂量为1×1015-1×1016，布植的能量为3-20keV。
15.根据权利要求11所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是该离子布植制程中，所布植的掺质为砷。
16.根据权利要求15所述的避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极的制造方法，其特征是该布植掺质的砷的剂量为1×1015-1×1016，布植的能量为30-80keV。
全文摘要
一种避免掺质渗透至闸极绝缘层的闸极及其制造方法，它包括于基底上依次形成闸极绝缘层、复晶硅层及非晶硅层，定义复晶硅层和非晶硅层形成闸极。通过加强闸极氧化层对硼穿透的抵挡性，利用非晶硅层来防止硼穿透闸极绝缘层，具有确保闸极绝缘层的品质，及提高所形成的元件的可靠度和寿命的功效。
文档编号H01L21/285GK1392614SQ0111882
公开日2003年1月22日 申请日期2001年6月18日 优先权日2001年6月18日
发明者赖忠庆, 李瑞评, 赖东明, 杜建男 申请人:矽统科技股份有限公司