一种改善mos管的栅极漏电的方法
【专利摘要】本发明公开了一种改善MOS管的栅极漏电的方法，包含步骤如下：1.1.在硅衬底上形成一层栅极介质层；1.2.在上述的栅极介质层上形成一层掺杂多晶硅层；1.3.在上述的掺杂多晶硅层上形成一层硅化钨层；1.4.在上述的硅化钨层上形成一层低阻金属层；1.5.重复1.3和1.4步骤，直至栅极金属层的厚度满足器件需求；1.6.在上述组合的栅极金属层上形成一层栅极介质隔离层；1.7.利用光刻和各向异性的干法刻蚀形成栅极图形；1.8.栅极图形形成后进行高温热处理；1.9.制作栅极侧墙介质层。该方法避免MOS管的栅极硅化钨层晶粒在高温制程中剧烈增大，改善栅极的侧墙形貌，从而极大地减小栅极漏电。
【专利说明】—种改善MOS管的栅极漏电的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体集成电路中半导体工艺方法，具体涉及一种改善MOS管的栅极漏电的方法。
【背景技术】
[0002]在深亚微米集成电路CMOS工艺中，掺杂的多晶硅依然作为重要的栅极导电材料而不可替代。但是，为了降低栅极电阻以得到更快的操作速度，最常见的方式是在掺杂的多晶硅层上形成难熔金属硅化物层，此多晶硅层和其上的金属硅化物层组成复合栅极结构，被称为多晶娃化金属栅极(Polycide Gate)。
[0003]在多种难熔金属硅化物中，硅化钨(WSix)是最常用的多晶硅化金属栅极材料，具有低电阻和高热稳定性等优点。硅化钨的形成主要有两种方式:化学气相淀积(CVD)和物理气相淀积(PVD)。前者(CVD)通常采用六氟化钨(WF6)和DCS (SiH2C12)反应生成硅化钨，但反应过程中氟离子会穿过多晶硅层进入栅氧层，影响栅氧的质量。后者(PVD)采用硅化物合金靶材溅射的方式生成硅化钨，淀积温度低，速度快。
[0004]当器件尺寸缩小到一定程度之后，MOS管的源区(source)和漏区(drain)的接触孔和栅极之间的距离会设计的非常小。再加上受光刻套准精度的影响，源漏区的接触孔甚至可能与栅极形成交叠，如图1所示。为了防止在上述情况下栅极与源漏区形成短路，通常会在栅极外部包覆一层介质层，如图2中的栅极介质隔离层106和栅极侧墙介质层108。
[0005]常规工艺制作的MOS管栅极如图2所示，常规工艺中，多晶硅化钨金属栅极的制作流程如下:在硅衬底101上依次淀积栅氧层102、多晶硅层103、硅化钨层104和栅极介质隔离层106，然后利用光刻和各向异性刻蚀形成栅极图形。其中栅氧层102和多晶硅层103分别是利用高温炉管氧化和低压化学气相淀积法形成，硅化钨层104是利用物理气相淀积法形成。形成栅极图形后再进行高温热处理，包括在惰性气体(如氮气)氛围中进行热退火以改善硅化钨电阻以及均匀性、高温氧化以修复刻蚀过程中造成的等离子体损伤和形成侧壁氧化层107。最后，制作栅极侧墙介质层108。在栅极到源漏区接触孔110 (contact)的距离很小的情况下，再加上受光刻套准(over layer)精度的影响，源漏区接触孔110可能会接触到栅极，所以需要在栅极外部包覆介质层以保护栅极不被损伤。由于物理气相淀积法生长的硅化钨晶粒较小，在后续的高温热处理过程中，硅化钨的晶粒会增大数倍，这会导致在栅极的硅化钨层104两侧形成大的鼓包，如图2所示。硅化钨层104两侧的大鼓包会导致栅极侧墙介质层108在鼓包处异常偏薄，严重的情况下会使侧墙断开，如图3所示。由于源漏区接触孔110和栅极的距离极小，甚至发生交叠，因此上述的栅极侧墙介质层的薄弱点会引起巨大的栅极漏电，甚至栅极短路。
【发明内容】
[0006]本发明解决的技术问题是提供一种改善MOS管的栅极漏电的方法，该方法避免MOS管的栅极硅化钨层晶粒在高温制程中剧烈增大，改善栅极的侧墙形貌，从而极大地减小栅极漏电。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种改善MOS管的栅极漏电的方法，包含的主要步骤如下:
[0008]1.1.在娃衬底上形成一层栅极介质层；
[0009]1.2.在上述的栅极介质层上形成一层掺杂多晶硅层；
[0010]1.3.在上述的掺杂多晶娃层上形成一层娃化鹤层；
[0011]1.4.在上述的硅化钨层上形成一层低阻金属层；
[0012]1.5.重复1.3和1.4步骤，直至栅极金属层的厚度满足器件需求；
[0013]1.6.在上述组合的栅极金属层上形成一层栅极介质隔离层；
[0014]1.7.利用光刻和各向异性的干法刻蚀形成栅极图形；
[0015]1.8.栅极图形形成后进行高温热处理；
[0016]1.9.制作栅极侧墙介质层。
[0017]步骤1.1中，所述栅极介质层是通过湿氧氧化形成，厚度为20-40埃。
[0018]步骤1.2中，所述掺杂多晶硅层为掺杂了磷元素或硼元素的掺杂多晶硅，所述掺杂多晶硅层通过低压化学气相淀积法生长，其厚度为1000?6500埃。
[0019]步骤1.3中，所述硅化钨层的淀积方式是物理气相淀积法，包括但不限于物理溅射；所述硅化钨层的厚度为100?450埃。
[0020]步骤1.4中，所述低阻金属层的材料包含但不限于钛、氮化钛、氮化钨、镍、钴，该低阻金属层的厚度为20?150埃。
[0021]步骤1.5.重复1.3和1.4步骤，直至栅极金属层的厚度满足器件需求；即在数层娃化鹤层之间可以插入一层或多层低阻金属层。
[0022]步骤1.6中，所述栅极介质隔离层的厚度为1200-1800埃。
[0023]步骤1.8中，所述高温热处理包括首先进行高温热退火，然后进行后续的高温热氧化。所述高温热退火的方式包含但不限于快速热退火(RTA)、炉管热退火(furnaceanneal)。所述高温热退火的气氛包含但不限于氮气、氩气、氦气，所述高温热退火的温度为600?1050摄氏度，高温热退火的时间为10秒?25分钟。所述高温热氧化的方式为快速热氧化，气氛包含但不限于氧气、氮氧混合气、一氧化氮，所述高温热氧化的温度为850?1000摄氏度，氧化时间为15?60秒；所述高温热氧化在栅极侧壁形成40?200埃的侧壁氧化层。
[0024]步骤1.6和1.9中，所述栅极介质隔离层和栅极侧墙介质层的材料包含但不限于
氮化硅、氧化硅、氮氧化硅。
[0025]和现有技术相比，本发明具有以下有益效果:本发明制作的MOS管栅极如图2所示。通过在栅极硅化钨层104AU04B中插入一层或多层低阻金属层105，将原有的一层厚硅化钨层分隔成两层或数层薄硅化钨层。当硅化钨层较薄时，经历高温制程后，很难形成大的硅化钨晶粒，从而减小甚至避免栅极硅化钨层的侧壁鼓包的形成。本发明能够得到非常好的改善栅极侧墙介质层的形貌，因此能够极大的改善栅极漏电。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是现有的0.13微米尺寸下MOS管栅极与接触孔的形貌示意图；[0027]图2是现有常规工艺制作的MOS管栅极结构形貌示意图；
[0028]图3是现有常规工艺中栅极侧墙形貌示意图；
[0029]图4是利用本发明方法制作的栅极结构形貌示意图；
[0030]图5.1-图5.8是本发明实施例中的方法流程示意图；其中，图5.1是本发明实施例的步骤I)完成后的剖面示意图；图5.2是本发明实施例的步骤2)完成后的剖面示意图；图5.3是本发明实施例的步骤3)完成后的剖面示意图；图5.4是本发明实施例的步骤4)完成后的剖面示意图；图5.5是本发明实施例的步骤5)完成后的剖面示意图；图5.6是本发明实施例的步骤6)完成后的剖面示意图；图5.7是本发明实施例的步骤7)完成后的剖面示意图；图5.8是本发明实施例的步骤8)完成后的剖面示意图；
[0031]图中附图标记说明如下:
[0032]101为硅衬底，102为栅氧层102，103为多晶硅层，104AU04B为硅化钨层，105为低阻金属层，106为栅极介质隔离层，107为侧壁氧化层，108为栅极侧墙介质层，109为栅极接触孔，HO为源漏区接触孔,111为金属前介质(PMD:Pre-metal-Dielectric)。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0034]实施例1
[0035]以下结合附图举一实施例来进一步说明本发明，图5.1-5.8给出了本发明所述的MOS管栅极制作方法示意图，其具体的实施方法如下:
[0036]I)如图5.1所示，在已经完成前段相关工艺流程的硅衬底101上依次淀积栅氧层102和多晶硅层103。栅氧层102是通过湿氧氧化形成，厚度为20-40埃。多晶硅层103为掺杂了磷元素或硼元素的掺杂多晶硅，通过低压化学气相淀积法生长，厚度为1000?6500埃(本实施例中多晶硅层103的厚度为1500埃)。
[0037]2)如图5.2所示，在多晶硅层103上依次淀积300埃的硅化钨层104A、50埃的低阻金属层105(本实施例中采用金属钛)、300埃的硅化钨层104B，这三层都是通过物理气相淀积法(包括物理溅射的方式)淀积，这三层组成了栅极金属层。
[0038]3)如图5.3所示，在栅极金属层之上(即在硅化钨层104B之上)淀积一层栅极介质隔离层106 (该栅极介质隔离层106可以是氮化硅、氧化硅或氮氧化硅介质层)，栅极介质隔离层106的厚度为1200-1800埃。
[0039]4)如图5.4所示，用光刻定义好栅极图形，然后利用干法刻蚀得到栅极图形。
[0040]5)如图5.5所示，在980摄氏度氮气气氛中进行30秒钟的快速热退火，降低栅极娃化鹤的电阻。同时，娃化鹤晶粒略有增大。
[0041]6)如图5.6所示，在960摄氏度纯氧气氛中进行30秒中的快速热氧化，会在栅极侧壁形成大约40?200埃(本实施例中为80埃)的侧壁氧化层107。
[0042]7)如图5.7所示，在栅极侧壁上制作栅极侧墙介质层108 (该栅极侧墙介质层108可以是氮化硅、氧化硅或氮氧化硅侧墙介质层)。
[0043]8)如图5.8所示，完成后续的工艺流程，包括制作源漏区接触孔110，栅极接触孔109，金属前介质111，得到完整的电路。
【权利要求】
1.一种改善MOS管的栅极漏电的方法，其特征在于，包含的主要步骤如下: 1.1.在娃衬底上形成一层栅极介质层； 1.2.在上述的栅极介质层上形成一层掺杂多晶硅层； 1.3.在上述的掺杂多晶娃层上形成一层娃化鹤层； 1.4.在上述的娃化鹤层上形成一层低阻金属层； 1.5.重复1.3和1.4步骤，直至栅极金属层的厚度满足器件需求； 1.6.在上述组合的栅极金属层上形成一层栅极介质隔离层； 1.7.利用光刻和各向异性的干法刻蚀形成栅极图形； 1.8.栅极图形形成后进行高温热处理； 1.9.制作栅极侧墙介质层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1.1中，所述栅极介质层是通过湿氧氧化形成，厚度为20-40埃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1.2中，所述掺杂多晶硅层为掺杂了磷元素或硼元素的掺杂多晶硅，所述掺杂多晶硅层通过低压化学气相淀积法生长，其厚度为1000 ?6500 埃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1.3中，所述硅化钨层的淀积方式是物理气相淀积法，包括物理溅射；所述硅化钨层的厚度为100?450埃。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1.4中，所述低阻金属层的材料包含钛、氮化钛、氮化钨、镍、钴，该低阻金属层的厚度为20?150埃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1.6中，所述栅极介质隔离层的厚度为1200-1800 埃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1.8中，所述高温热处理包括首先进行高温热退火，然后进行高温热氧化。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高温热退火的方式包含快速热退火、炉管热退火。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高温热退火的气氛包含氮气、氩气、氦气，所述高温热退火的温度为600?1050摄氏度，高温热退火的时间为10秒?25分钟。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高温热氧化的方式为快速热氧化，气氛包含氧气、氮氧混合气、一氧化氮，所述高温热氧化的温度为850?1000摄氏度,氧化时间为15?60秒；所述高温热氧化在栅极侧壁形成40?200埃的侧壁氧化层。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1.6和1.9中，所述栅极介质隔离层和栅极侧墙介质层的材料包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅。
【文档编号】H01L21/28GK103811317SQ201210442282
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】成鑫华, 许升高, 罗啸 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司