专利名称：具有多晶硅化物的表面沟道cmos器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路器件，特别是涉及一种表面沟道CMOS器件。
背景技术：
难熔金属和多晶硅在一起发生反应，熔合时形成多晶硅化物(polycide)。多晶硅化物是一种具有热稳定性的金属化合物，并且在多晶硅和难熔金属的分界面具有低的电阻率。常用的难熔金属包括钴(Co)、钥(Mo)、钼(Pt)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)等。常见的多晶硅化物包括硅化钴(CoSi2)、硅化钥(MoSi2)、硅化钼(PtSi)、硅化钽(TaSi2)、硅化钛(TiSi2)、硅化钨(WSi2)等。在制作多晶硅化物(例如硅化钨)时，如果是在η型掺杂的多晶硅之上形成多晶硅化物，则两者可具有良好的欧姆接触。如果是在P型掺杂的多晶硅之上形成多晶硅化物，则由于两者之间较大的功函数差(work function difference)而难以形成欧姆接触。CMOS器件包括NMOS和PMOS两部分，其中NMOS的栅极通常采用η型掺杂的多晶硅，而PMOS的栅极通常采用P型掺杂的多晶硅。由于上述原因，当PMOS需要在多晶硅栅极上形成多晶硅化物时，只能采用η型多晶硅栅极的埋沟(buried-channel，又称隐埋沟道、埋层沟道)PM0S，以实现正常的阈值电压和驱动电流。与传统的表面沟道(surface channel)PM0S相比,埋沟PMOS有明显的性能缺陷。例如阈值电压不能太低，否则漏电比表面沟道器件大得多；较高的阈值电压也使得其驱动电流通常小于表面沟道器件。但表面沟道CMOS器件通常都要求PMOS有p型多晶硅栅极，且表面沟道CMOS器件需要依靠多晶硅化物连接NMOS的η型多晶硅栅极和PMOS的ρ型多晶硅栅极。因此需要解决表面沟道CMOS器件(尤其是PM0S)的多晶硅化物的制作难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何使多晶硅化物能够制作在表面沟道的PM0S，而不再局限于只能制作在埋沟PM0S。为解决上述技术问题，本发明具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件包括有表面沟道的PMOS器件，该PMOS器件的栅极由ρ型掺杂的第一多晶硅层及其之上的η型掺杂的第二多晶硅层组成，在第二多晶硅层的表面形成有多晶硅化物；所述第二多晶硅层的掺杂浓度大于第一多晶娃层。所述具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件还包括有表面沟道的CMOS器件，该CMOS器件的栅极由η型掺杂的第一多晶娃层及其之上的η型掺杂的第二多晶娃层组成,在第二多晶硅层的表面形成有多晶硅化物。所述具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的制造方法包括如下步骤:第I步，在P型衬底中制作隔离结构，并注入形成P阱和η阱；第2步，在衬底表面淀积一层氧化硅；
第3步，在氧化硅之上淀积第一多晶硅层；第4步，对P阱之上的第一多晶硅层注入η型杂质；第5步，对η阱之上的第一多晶硅层注入ρ型杂质；第6步，在第一多晶硅层之上淀积并形成η型掺杂的第二多晶硅层；第7步，在第二多晶硅层之上形成多晶硅化物；第8步，刻蚀形成NMOS和PMOS的栅极，并在其两侧制作侧墙，在P阱和η阱中注入形成源极、漏极。本发明提出一种由两层多晶硅的复合结构构成栅极的表面沟道CMOS器件及其制造方法。对PMOS而言,是由η型多晶娃和ρ型多晶娃的复合结构构成栅极。一方面，由于和PMOS的栅氧化层接触的是ρ型多晶硅栅，保证了表面沟道PMOS特性的实现，另一方面，在P型多晶硅上方叠加了 η型多晶硅，又确保了其和多晶硅化物的良好欧姆接触，实现表面沟道PMOS器件的多晶硅化物制造。对CMOS而言，是由两层η型多晶硅叠加构成栅极，对其性能并无影响。
图1是本发明具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的剖面图；图2a 图2g是本发明具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的制造方法的各步骤剖面图。图中附图标记说明:100为NMOS ；200为PMOS ；1为衬底；2为隔离结构；3为ρ阱；4为η阱；5为栅氧化层；6为第一多晶娃层；7为光刻胶；8为η型掺杂的第一多晶娃层；9为ρ型掺杂的第一多晶硅层；10为η型掺杂的第二多晶硅层；11为多晶硅化物；12为侧墙；13为NMOS的源极和漏极；14为PMOS的源极和漏极。
具体实施例方式请参阅图1，本发明具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件包括有表面沟道的NMOS器件100和表面沟道的PMOS器件200。该NMOS器件100的栅极由η型掺杂的第一多晶硅层8及其之上的η型掺杂的第二多晶硅层10组成。该PMOS器件200的栅极由ρ型掺杂的第一多晶硅层9及其之上的η型掺杂的第二多晶硅层10组成，且第二多晶硅层10的掺杂浓度大于第一多晶娃层9的掺杂浓度。无论是NMOS器件100还是PMOS器件200，其栅极均在栅氧化层5之上，且在第二多晶娃层10的表面都形成有多晶娃化物11。对于NMOS器件100而言,其第一多晶娃层8和第二多晶娃层10的掺杂浓度都在IX IO20原子每立方厘米以上。对于PMOS器件200而言,其第一多晶娃层9和第二多晶娃层10的掺杂浓度都在I XlO2tl原子每立方厘米以上。优选地，所述PMOS器件200中，第一多晶硅层9的厚度不小于500Α。所述CMOS器件包括有衬底I。在衬底I中具有隔离结构2，例如为二氧化硅。在衬底I中还具有P阱3和η阱4，分别作为NMOS区域和PMOS区域。优选地，隔离结构2用来分隔P阱3和η阱4。
所述NMOS器件100还包括在衬底I之上的栅氧化层5、在栅氧化层5之上的侧墙12、在ρ阱3中的源极和漏极13。所述PMOS器件200还包括在衬底I之上的栅氧化层5、在栅氧化层5之上的侧墙
12、在η阱4中的源极和漏极14。本发明具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的制作方法包括如下步骤:第I步，请参阅图2a，在ρ型掺杂的半导体衬底(例如硅衬底)I中制作隔离结构2，例如采用浅槽隔离(STI)工艺或局部氧化隔离LOCOS工艺。并采用离子注入工艺在衬底I中形成P阱3和η阱4。优选地，隔离结构2位于P阱3和η阱4之间。第2步，请参阅图2b，在衬底I的表面形成一层氧化硅5，该层氧化硅5在ρ阱3之上的部分作为NMOS器件的栅氧化层，在η阱4之上的部分作为PMOS器件的栅氧化层。该层氧化硅5采用热氧化工艺形成在衬底I的表面，隔离结构2本身就是二氧化硅。第3步，请参阅图2c，在栅氧化层5之上淀积第一多晶硅层6。第4步，请参阅图2d，以某个掩蔽层(优选为光刻胶7)遮盖PMOS区域(即η阱4所在区域)的第一多晶硅层6，以离子注入工艺对NMOS区域(即ρ阱3所在区域)的第一多晶硅层6注入η型杂质，形成η型掺杂的第一多晶硅层8。常见的η型杂质例如为锑、磷和砷。优选地，离子注入为高剂量(大于I X IO15原子每平方厘米)、低能量(小于IOOKeV)地注入砷。第5步，请参阅图2e，以某个掩蔽层(优选为光刻胶7)遮盖NMOS区域的η型掺杂的第一多晶硅层8，以离 子注入工艺对PMOS区域的第一多晶硅层6注入ρ型杂质，形成ρ型掺杂的第一多晶硅层9。常见的ρ型杂质例如为硼、铟。优选地，离子注入为高剂量(大于1父1015原子每平方厘米)、低能量(小于201(^)地注入硼。第6步，请参阅图2f，在第一多晶硅层6 (现已分为NMOS区域中的η型掺杂部分8和PMOS区域中的ρ型掺杂部分9)之上淀积第二多晶硅层10。可以直接淀积η型重掺杂的第二多晶硅层10，即在位掺杂、又称原位掺杂，掺杂体浓度大于I XlO2ci原子每立方厘米。也可以先淀积无掺杂(或η型中低掺杂、或ρ型掺杂)的第二多晶硅层10，再对该第二多晶硅层10以离子注入工艺注入高剂量的η型杂质。采用后者方案时，优选地，离子注入为高剂量(大于I X IO15原子每平方厘米)、低能量(小于IOOKeV)地注入砷。第7步，请参阅图2g，在第二多晶硅层10之上淀积一层难熔金属，例如为钴、钥、钼、钽、钛、钨等。并以退火处理以在第二多晶硅层10的表面形成多晶硅化物11。所形成的多晶硅化物11例如为硅化钴、硅化钥、硅化钼、硅化钽、硅化钛、硅化钨等。该步骤中的多晶硅化物11是在η型掺杂的第二多晶硅层10上形成的，因而两者之间具有良好的欧姆接触。所述退火工艺例如为高温炉退火或快速热退火(RTA)。采用高温炉退火工艺时，优选地，炉管温度不高于900°C，退火时间不大于2小时。采用快速热退火工艺时，优选地，温度不高于1100°C，时间不大于30秒。第8步，请参阅图1，先以光刻和刻蚀工艺对多晶硅化物11、第二多晶硅层10、第一多晶硅层6 (现已分为NMOS区域中的η型掺杂部分8和PMOS区域中的ρ型掺杂部分9)和氧化层5进行刻蚀，形成NMOS和PMOS的栅氧化层5、栅极和多晶硅化物11。其中NMOS的栅极由η型掺杂的第一多晶娃层8及其之上的η型掺杂的第二多晶娃层10组成。PMOS的栅极由P型掺杂的第一多晶硅层9及其之上的η型掺杂的第二多晶硅层10组成。再在栅氧化层5之上且在栅极和多晶硅化物11的两侧壁上制作侧墙12，侧墙的形成工艺为现有技术，不作赘述。最后以离子注入工艺在P阱3中形成源极、漏极13，在η阱4中形成源极、漏极14。以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件，包括有表面沟道的PMOS器件，其特征是，该PMOS器件的栅极由P型掺杂的第一多晶硅层及其之上的η型掺杂的第二多晶硅层组成，在第二多晶娃层的表面形成有多晶娃化物；所述第二多晶娃层的掺杂浓度大于第一多晶娃层。
2.根据权利要求1所述的具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件，还包括有表面沟道的NMOS器件，其特征是，该NMOS器件的栅极由η型掺杂的第一多晶硅层及其之上的η型掺杂的第二多晶硅层组成，在第二多晶硅层的表面形成有多晶硅化物。
3.根据权利要求1所述的具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件，其特征是，所述PMOS器件的P型掺杂的第一多晶硅层在栅氧化层之上，且该P型掺杂的第一多晶硅层的厚度不小于5 OOA。
4.一种具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的制造方法，其特征是，包括如下步骤: 第I步，在P型衬底中制作隔离结构，并注入形成P阱和η阱； 第2步，在衬底表面淀积一层氧化硅； 第3步，在氧化硅之上淀积第一多晶硅层； 第4步，对P阱之上的第一多晶硅层注入η型杂质； 第5步，对η阱之上的第一多晶硅层注入P型杂质； 第6步，在第一多晶硅层之上淀积并形成η型掺杂的第二多晶硅层； 第7步，在第二多晶硅层之上形成多晶硅化物； 第8步，刻蚀形成NMOS和PMOS的栅极，并在其两侧制作侧墙，在P阱和η阱中注入形成源极、漏极。
5.根据权利要求4所述的具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第6步中，在第一多晶硅层之上直接淀积η型掺杂的第二多晶硅层。
6.根据权利要求4所述的具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第6步中，在第一多晶硅层之上先淀积无掺杂的第二多晶硅层，再对其注入η型杂质。
7.根据权利要求4所述的具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第7步中，先在第二多晶硅层之上淀积一层难熔金属，再以退火处理以在第二多晶硅层的表面形成多晶硅化物。
8.根据权利要求7所述的具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述退火工艺为高温炉退火，炉管温度不高于900°C，退火时间不大于2小时。
9.根据权利要求7所述的具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述退火工艺为快速热退火，温度不高于1100°C，时间不大于30秒。
全文摘要
本发明公开了一种具有多晶硅化物的表面沟道CMOS器件，包括有表面沟道的PMOS器件，该PMOS器件的栅极由p型掺杂的第一多晶硅层及其之上的n型掺杂的第二多晶硅层组成，在第二多晶硅层的表面形成有多晶硅化物，所述第二多晶硅层的掺杂浓度大于第一多晶硅层。本发明还公开了其制造方法。对PMOS而言，是由n型多晶硅和p型多晶硅的复合结构构成栅极。一方面，由于和PMOS的栅氧化层接触的是p型多晶硅栅，保证了表面沟道PMOS特性的实现，另一方面，在p型多晶硅上方叠加了n型多晶硅，又确保了其和多晶硅化物的良好欧姆接触，实现表面沟道PMOS器件的多晶硅化物制造。对CMOS而言，其栅极由两个n型多晶硅叠加形成，对其性能并无影响。
文档编号H01L27/092GK103094280SQ201110344688
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者钱文生 申请人:上海华虹Nec电子有限公司