防止pmos器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方法
【专利摘要】本发明公开了一种防止PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方法，包括步骤：进行多晶硅淀积，第一段多晶硅淀积形成栅极多晶硅的底层部分，第二段多晶硅淀积形成栅极多晶硅的顶层部分，第二段多晶硅淀积中通入氧气使顶层部分中同时形成一氧化硅阻挡层；栅极多晶硅生长完成后注入硼离子；在栅极多晶硅的表面形成钨硅层。本发明通过在栅极多晶硅生长过程中使其表面形成一层氧化硅阻挡层，该氧化硅阻挡层能防止后续热过程中硼从栅极多晶硅渗透到钨硅层中，多晶硅生长完成后再进行硼离子注入，这样能有效降低硼在钨硅层中的聚集，从而能有效抑制PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的发生，使PMOS器件的阈值电压稳定。
【专利说明】防止PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种防止PMOS器件 工艺中栅极多晶娃耗尽(Poly Depletion Effects)的方法。
【背景技术】
[0002]现有工艺中，为了方便于NMOS器件集成，PMOS器件的栅极多晶硅采用和NMOS器 件的栅极多晶硅相同的掺杂条件，即都为N型掺杂且都要求重掺杂，PMOS器件的栅极多晶 娃N型掺杂后,必须在沟道区形成一 P型埋沟(buried channel)才能解决N型栅极多晶娃 造成的阈值电压(Vt)较高的问题，P型埋沟的引入又会产生较大的漏电流问题。为了解决 现有PMOS器件的埋沟引起的较高的Vt和较大的漏电流的问题，现有技术中采用P型硼杂 质来对PMOS器件的栅极多晶硅进行P型掺杂并且为重掺杂，即NMOS器件的栅极多晶硅形 成N型掺杂的结构、PMOS器件的栅极多晶硅形成P型掺杂的结构，这样才能降低PMOS器件 的P型栅极多晶硅和硅衬底上的沟道区之间的接触势，能达到降低PMOS器件的阈值电压 和漏电的作用。但是由于NMOS器件和PMOS器件要集成在一起，故要保证NMOS器件的栅极 和PMOS器件的栅极能够实现良好的接触，由于P型栅极多晶硅和N型栅极多晶硅之间存在 接触问题，所以现有技术中采用在P型栅极多晶硅和N型栅极多晶硅上都分别形成钨硅层 (WSI，Tungsten Polycide)来实现NMOS器件的栅极和PMOS器件的栅极的良好的接触连接。
[0003]PMOS器件的栅极多晶硅采用硼掺杂以及形成钨硅层后，由于硼在钨硅层与多晶硅 中溶解度大致为100:1，这样容易受后续热处理的影响，导致硼穿越钨硅层和栅极多晶硅的 界面，进入到钨硅层中并在钨硅层中聚积，引起栅极多晶硅耗尽，从而造成PMOS器件的阈 值电压漂移。如图1所示，在硅衬底101上形成有栅氧化层102，以及栅极多晶硅层103和 钨硅层104，其中栅极多晶硅层103中注入有P型硼杂质，该结构在进行后续热处理后，由于 硼的在钨硅层104中的溶解度更大，故硼杂质会穿透到钨硅层104中，栅极多晶硅层103的 硼杂质会大大减少，这样就会是最后形成的PMOS器件的阈值电压漂移。
[0004]为了克服上述硼穿透到钨硅层中的情况发生，如图2所示，现有一种工艺方法是 在栅极多晶硅层103进行硼掺杂后，在栅极多晶硅层103的表面形成一层钛和氮化钛(Ti/ TiN)的阻挡层105，再在阻挡层105上形成钨硅层104，其中在钨硅层104上的氮化硅层106 为隔离保护层。即现有方法利用阻挡层105来阻止栅极多晶硅103中的硼杂质在加热后向 钨硅层104中渗透聚集。虽然上述方法能够抑制硼穿透现象发生，但是新引入的钛很容易 在后续的栅极多晶娃的再氧化(Re-oxidation)工艺被氧化而发生膨胀,最后造成球形凸起 (pilling)，这会对栅极结构的形貌影响很大，不利于器件的性能稳定。同时，钛的引入，也 对工艺线上的产品存在金属离子污染的风险。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种防止PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的 方法，能防止PMOS器件的栅极多晶硅中的硼穿透到钨硅层中，从而能防止栅极多晶硅耗尽，使PMOS器件的阈值电压稳定。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供的防止PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方 法包括如下步骤:
[0007]步骤一、在硅衬底上进行多晶硅淀积，所述多晶硅淀积分成连续两段，第一段多晶 硅淀积用于形成栅极多晶硅的底层部分，所述底层部分的厚度为所述栅极多晶硅的厚度的 2/3以上；第二段多晶硅淀积用于形成栅极多晶硅的顶层部分，由所述顶层部分和所述底 层部分一起组成所述栅极多晶硅，所述第二段多晶硅淀积的工艺气体在所述第一段多晶硅 淀积的工艺气体的基础上增加了氧气，利用氧气的通入，使所述栅极多晶硅的顶层部分形 成的同时被部分氧化，并在所述栅极多晶硅的顶层部分中形成一氧化硅阻挡层。
[0008]步骤二、形成所述栅极多晶硅之后，在所述栅极多晶硅中注入硼离子，使所述栅极 多晶硅呈P型掺杂结构。
[0009]步骤三、在所述栅极多晶硅的表面形成钨硅层，所述钨硅层和所述栅极多晶硅电 学连接并组成所述PMOS器件的栅极，所述氧化硅阻挡层阻挡所述栅极多晶硅中的硼穿透 到所述钨硅层中。
[0010]进一步的改进是，步骤一中所述第二段多晶硅淀积中的氧气占所述第二段多晶硅 淀积的工艺气体的总量的2%?4% ;所述氧化硅阻挡层的厚度为40埃?80埃。
[0011]进一步的改进是，步骤二中的注入硼离子的能量为3KeV?8Kev，注入剂量为 lE15cm2 ?lE16cm2。
[0012]本发明方法在栅极多晶硅生长到2/3左右时，通入2?4%氧气对其表层多晶硅进行 氧化，从而在栅极多晶硅表面形成一层氧化硅阻挡层，该氧化硅阻挡层能防止后续热过程 中硼从栅极多晶硅渗透到钨硅层中，多晶硅生长完成后对其进行硼离子注入，这样能够有 效的降低硼在钨硅层中的聚集，从而能有效抑制PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽发生，使 PMOS器件的阈值电压稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0014]图1是现有PMOS器件带有钨硅层和多晶硅层的栅极结构；
[0015]图2是现有PMOS器件带有钨硅层、阻挡层和多晶硅层的栅极结构；
[0016]图3是本发明实施例方法的流程图；
[0017]图4A-图4C是本发明实施例方法各步骤中器件结构图。
【具体实施方式】
[0018]如图3所示，是本发明实施例方法的流程图；本发明实施例防止PMOS器件工艺中 栅极多晶硅耗尽的方法包括如下步骤:
[0019]步骤一、如图4A所示，在硅衬底I上依次形成栅介质层2和栅极多晶硅3，其中栅 介质层I能为一氧化层。
[0020]形成所述栅极多晶硅3的多晶硅淀积分成连续两段，第一段多晶硅淀积用于形成 栅极多晶硅3的底层部分，所述底层部分的厚度为所述栅极多晶硅3的厚度的2/3以上。
[0021]如图4B所示，第二段多晶硅淀积用于形成栅极多晶硅3的顶层部分，由所述顶层部分和所述底层部分一起组成所述栅极多晶硅3。所述第二段多晶硅淀积的工艺气体在所 述第一段多晶硅淀积的工艺气体的基础上增加了氧气，所述第二段多晶硅淀积中的氧气占 所述第二段多晶硅淀积的工艺气体的总量的2%?4%。
[0022]利用氧气的通入，使所述栅极多晶硅3的顶层部分形成的同时被部分氧化，并在 所述栅极多晶硅3的顶层部分中形成一氧化硅阻挡层3a。所述氧化硅阻挡层3a的厚度为 40埃?80埃。
[0023]步骤二、如图4B所示，形成所述栅极多晶硅3之后，在所述栅极多晶硅3中注入硼 离子，使所述栅极多晶硅呈P型掺杂结构。其中，注入硼离子的能量为3KeV?8Kev，注入剂 量为 lE15cm 2 ?lE16cm 2。
[0024]步骤三、如图4C所示，在形成有所述氧化硅阻挡层3a的所述栅极多晶硅3的表面 形成钨硅层4，所述钨硅层4和所述栅极多晶硅3电学连接并组成所述PMOS器件的栅极， 所述氧化硅阻挡层3a阻挡所述栅极多晶硅3中的硼穿透到所述钨硅层中。所述氧化硅阻 挡层3a的形成能够降低在后续热过程中促使硼渗透到钨硅层中的风险，从而能有效抑制 PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽发生，使PMOS器件的阈值电压稳定。
[0025]之后在PMOS器件的栅极的侧面形成侧墙，并在所述栅极两侧的所述硅衬底I中形 成PMOS器件的源漏区。
[0026]PMOS器件一般和NMOS器件集成在一起形成，在形成NMOS器件的区域中，NMOS器 件的栅极多晶硅采用N型掺杂，在栅极多晶硅上也形成有钨硅层。PMOS器件和NMOS器件集 成在一起时，通过钨硅层实现器件之间的栅极的连接。
[0027]以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限 制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应 视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种防止PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、在硅衬底上进行多晶硅淀积，所述多晶硅淀积分成连续两段，第一段多晶硅淀积用于形成栅极多晶硅的底层部分，所述底层部分的厚度为所述栅极多晶硅的厚度的2/3 以上；第二段多晶硅淀积用于形成栅极多晶硅的顶层部分，由所述顶层部分和所述底层部 分一起组成所述栅极多晶硅，所述第二段多晶硅淀积的工艺气体在所述第一段多晶硅淀积 的工艺气体的基础上增加了氧气，利用氧气的通入，使所述栅极多晶硅的顶层部分形成的 同时被部分氧化，并在所述栅极多晶硅的顶层部分中形成一氧化硅阻挡层；步骤二、形成所述栅极多晶硅之后，在所述栅极多晶硅中注入硼离子，使所述栅极多晶 硅呈P型掺杂结构；步骤三、在所述栅极多晶硅的表面形成钨硅层，所述钨硅层和所述栅极多晶硅电学连 接并组成所述PMOS器件的栅极，所述氧化硅阻挡层阻挡所述栅极多晶硅中的硼穿透到所 述鹤娃层中。
2.如权利要求1所述的防止PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方法，其特征在于: 步骤一中所述第二段多晶硅淀积中的氧气占所述第二段多晶硅淀积的工艺气体的总量的 2%?4% ;所述氧化硅阻挡层的厚度为40埃?80埃。
3.如权利要求1所述的防止PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方法，其特征在于:步 骤二中的注入硼离子的能量为3KeV?8Kev，注入剂量为lE15cm_2?lE16cm_2。
【文档编号】H01L21/336GK103578998SQ201210269123
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月30日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】陈瑜, 罗啸, 马斌 申请人:上海华虹Nec电子有限公司